DK171657B1 - Massestrømsmåler af Coriolistypen og fremgangsmåde til måling af massestrøm - Google Patents

Description

i DK 171657 B1

Opfindelsen vedrører en fremgangsmåde og et apparat til at måle hastigheden af massestrømmen af et flydedygtigt materiale, der strømmer gennem en ledning, ved at bestemme fluidummets Coriolisreaktion, som svar 5 på en påtrykt oscillation af ledningen. Strømmen i ledningen eller røret, der oscilleres på tværs af strømretningen, vil reagere med en modsat rettet kraft på de overfor hinanden beliggende sider af strømrøret på det sted hvor oscillationen påtrykkes. Denne reaktion vil 10 være proportional med massestrømmen i ledningen. Nærværende opfindelse vedrører afføling af bevægelsen af ledningen eller røret som følge af denne Coriolisreaktion for at bestemme massestrømmen.

Opfindelsen omfatter det elektriske interface 15 mellem følerstrukturen og et mikroprocessor baseret system, som bestemmer korrelationen mellem bevægelsen af ledningen som følge af Coriolisreaktionen, og hastigheden af massestrømmen i ledningen. Ifølge opfindelsen kan anvendes magnetiske eller optiske følere, der afgi-20 ver signaler, der er proportionale med bevægelsen af ledningen. Desuden kan ifølge opfindelsen hastigheden bestemmes af massestrømmen ved måling af størrelsen af det arbejde, der påføres en elastisk strømrørsstruktur, ved hjælp af den fordelte Coriolisreaktion, der virker 25 over hver svingningsperiode.

Det er kendt af benytte et fluidums Coriolisreaktion på et strømrør med henblik på at bestemme hastigheden af massestrømmen gennem røret. De første apparater inden for dette område udnyttede gyroskopiske 30 principper, og et af disse apparater omfattede en kontinuerlig strømrørssløjfe, der blev roteret om den ene akse, således at der frembragtes en konstant Coriolisreaktion om en separat akse i sløjfen. Denne art af strømningsmålere er beskrevet i USA patentskrift nr.

35 2 624 198 og 2 813 423. Senere udviklede strømningsmå- DK 171657 Bl 2 lere benytter en cirkulær strømningssløjfe for at simulere den gyroskopiske bevægelse, der fandtes i de tidligere arter af strømningsmålere. I USA patentskrift 2 865 201 beskrives en cirkulær strømrørssløjfe, som 5 oscilleres om en akse i sløjfens plan, således at der frembringes en vekslende Coriolisreaktion på modstående sider af aksen. I USA patentskrift nr. 3 355 944 og 3 485 098 beskrives anvendelsen af en stift monteret fremspringende U-formet ledning med en delvis krumning 10 eller udbøjning af strømmen fra en centerlinie gennem rørets indløb og udløb. Strømrøret oscilleres i punktet med den største udbøjning fra centerlinien på tværs af strømmen og strømrøret. Der er placeret følere på modstående sider af det sted hvor svingningerne påføres, 15 for at måle bevægelsen af strømrøret som svar på Corio-lisreaktionen på den modstående side. USA patentskrift nr. 4 127 028 og 4 187 721 viser optiske omskiftere monteret på modstående grene af en udkravet U-formet ledning. De optiske omskiftere frembringer som svar på 20 den påtrykte svingning signaler, hvis tidsforskel er proportional med hastigheden af massestrømmen gennem strømrøret. USA patentskrift nr. 4 422 338 viser blandt andre kontinuert varierende følersignaler fra en strømningsmåler af Coriolistypen, hvor hastigheden af masse-25 strømmen bestemmes som en funktion af sensorsignalernes tidsafstand i forhold til strømrørets passage gennem oscillationens midterplan.

WO-A-86/00699 viser i fig. 13 optiske følere, omfattende et spejl på strømrøret og en følermodtager 30 på det modsatte strømrør. Der foretages en kontinuerlig summation af følersignalerne med henblik på beregning af massestrømmen fra Corioliskraften. Der benyttes også kontinuerlig subtraktion af følersignaler i beregningen af Corioliskraften/massestrømmen. Fig. 9c viser et ar-35 rangement, i hvilket forskellen mellem udgangene fra hastighedsfølere integreres for at opnå en forskel i position.

3 DK 171657 B1

Problemet, der skal løses, er at tilvejebringe et mål for den totale energitilførsel til strømrøret ved hjælp af Corioliskraften over forløbet af en fuldstændig cyklus. Dette mål kan tjene til at beregne 5 massestrømmen gennem lederen.

Problemet løses ved at anvende en massestrømsmåler af den art, der er angivet i krav l's indledning, og som har de i krav 11 s kendetegnende del angivne træk. Herved opnås en i det væsentlige kontinuerlig må-10 ling eller integration af faseforskellen mellem bølgeformerne frembragt ved hjælp af de to følersignaler, hvorved der fås en kontinuerlig repræsentation af energitilførslen til strømrøret ved hjælp af Corioliskraften. Herved opnås en mere nøjagtig bestemmelse af mas-15 sestrømmen sammenlignet med massestrømsmålere ifølge den kendte teknik, hvor målingen af Corioliskraften foretages som enkeltmålinger eller intermitterende målin ger.

Opfindelsen omfatter også massestrømsmålere af 20 Coriolistypen af den ovennævnte art, kendetegnet ved de træk, der er angivet i krav 14 hhv. krav 15. Endelig omfatter opfindelsen en fremgangsmåde til bestemmelse af massestrømmen af et fluidum, der strømmer inde i en massestrømsmåler af Coriolistypen, af den art der om-25 fatter et strømrør, der oscilleres periodisk på tværs af retningen af strømmen i røret, følere placeret på eller stødende op til strømrøret på modsatte sider af positionen for oscillationen, hvilke følere frembringer signaler repræsentative for bevægelsen af strømrøret, 30 og et organ til fra følersignalerne at frembringe et signal repræsentativt for massestrømmen gennem strømrøret, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, at den omfatter trinnene, at der fra følerne modtages periodiske signaler repræsentative for bevægelsen af strøm-35 røret, at den øjeblikkelige amplitudeforskel mellem de modtagne signaler bestemmes under mindst én cyklus af 4 DK 171657 B1 de periodiske signaler, at de absolutte værdier af am-plitudeforskellene integreres eller summeres over en oscillationscyklus af de periodiske signaler, og at der derfra frembringes et massestrømssignal ved benyttelse 5 af den integrerede eller summerede total af de absolutte amplitudeforskelle.

Herved opnås en i det væsentlige kontinuert beregning af energitilførslen til strømrøret som følge af Corioliskraften, i modsætning til den fra de kendte ap-10 parater anvendte fremgangsmåde, hvor beregningen foretages på grundlag af enkeltmålinger eller intermitterende målinger. Fordelen ved denne i det væsentlige kontinuerte måling og behandling af måleresultaterne er, at der opnås en mere nøjagtig bestemmelse af masse-15 strømmen end i de tilsvarende kendte apparater af samme art.

Opfindelsen vedrører følere og kredsløb til bestemmelse af hastigheden af massestrømmen af en væske i en ledning ved hjælp af Coriolisreaktionen fra den på-20 trykte oscillation. Opfindelsen vedrører især opbygningen af følerne, og det elektroniske interface i en strømningsmåler af Coriolistypen opbygget med to strømrør, selv om der kunne benyttes en hvilken som helst ombygning. Følerne frembringer fortrinsvis et kontinu-25 ert lineært udgangssignal, som kan sættes i forhold til bevægelsen af ledningen. Følerne omfatter enten en type, der er opbygget med en spole og en magnet, eller følere af optisk type i forskellige former. Kredsløbet eller interfacet mellem følerne og processoren som an-30 vendt i opfindelsen kan også udformes på flere forskellige måder. Følernes udgangssignal og arten af interfacet vil i høj grad påvirke den måde, hvorpå følersignalerne behandles for at bestemme hastigheden af massestrømmen.

35 En udførelsesform af følerstrukturen ifølge op findelsen omfatter et system af den optiske type med en 5 DK 171657 B1 lyssender og -modtager, der er monteret enten stødende op til eller direkte på strømrøret. Når senderen og modtageren er monteret stødende op til røret, varierer bevægelsen af rørledningen den relative intensitet af 5 signalet modtaget af modtageren ved bevægelse af reflekterende strukturer monteret på rørledningen. Lys-senderen og -modtageren kan også monteres direkte på røret så bevægelsen af de to hosliggende parallelle rør varierer den relative intensitet af det modtagne sig-10 nal, som følge af variationen af de to strukturers indbyrdes beliggenhed under bevægelsen af rørledningen.

Der er placeret følere på modstående sider af det sted hvor oscillationen påtrykkes rørledningen. Denne oscillation frembringer en Coriolisreaktion i modsatte ret-15 ninger og et sammenligningssignal, der afgives fra følerne, bestemmes ved hjælp af et egnet kredsløb.

Ifølge opfindelsen kan der også i opbygningen af følerne anvendes følere af magnet- og spoletypen med koninuerligt udgangssignal. Disse følertyper omfatter 20 fortrinsvis en kvadratisk magnet og en kvadratisk spole, der er således indrettet, at overlapningen mellem de to dele står i forhold til arealet af de overlappende kvadrater. Opbygningen frembringer et udgangssignal, som svarer nøje til en sinuskurve, udgangssignalets si-25 nusform skyldes at variationen af de overlappende partier af følerne er en lineær funktion af rørets bevægelse, og udgangsspændingen er direkte proportional med hastigheden af følerpartierne.

I en udførelsesform af massestrømsmåleren ifølge 30 opfindelsen behandler det elektroniske interface det kontinuerte lineære udgangssignal fra følerne og frembringer et timinggatesignal, der står i forhold til bevægelsen af strømrøret. Varigheden af gatesignalet fra følerne og udgangssignalet fra interfacet er propor-35 tionalt med faseforskellen mellem udgangssignalerne fra de to sammenhørende følere på hver sin side af det sted 6 DK 171657 B1 hvor oscillationen påtrykkes. Desuden vil interfacet kalibrere følersignalet for at fjerne fejl i signalerne stort set samtidig med beregningen af data for massestrømmen og strømretningen.

5 En fremgangsmåde til behandling af signalerne fra følerne og et tilhørende interface til at udføre denne behandling kan også sættes i forhold til den fordelte Coriolisreaktion, der virker over hver svingningsperiode, og den energi den tildeler det elastiske 10 strømrør, og som set over tiden er proportional med den integrerede kraft og den resulterende deformation af strømrøret. Den samlede forskel mellem de to føleres udgangssignaler over en periode kan ses som det samlede eller integrerede arbejde, der er tilført pr. periode, 15 og som udbøjer strømrøret som følge af virkningen af den fordelte Coriolisreaktionskraft over rørets længde. Bestemmelsen af det arbejde der er tilført strømrøret i massestrømsmåleren af Coriolistypen, kan udføres ved at digitalisere de kontinuerligt varierende følerudgangs-20 signaler, ved at benytte følere der afgiver analoge signaler eller ved at blande en kombination af analoge og digitaliserede signaler, som derefter summeres eller integreres for at give den totale energitilførsel pr. enhedscyklus.

25 Opfindelsen vil nu blive forklaret ved hjælp af nogle udførelsesformer og med hensyn til tegningen, på hvilken fig. l er en massestrømsmåler ifølge opfindelsen med to strømrør, 30 fig. 2 en udførelsesform af en følerstruktur ifølge opfindelsen, fig. 3 et andet billede af følerstrukturen i fig. 2, fig. 4 en anden udførelsesform af følerstruktu-35 ren ifølge opfindelsen, fig. 5 en udførelsesform for et kredsløb til behandling af fotosignaler og til anvendelse med udfø- 7 DK 171657 B1 relsesformerne ifølge fig, 2-4, fig. 6 en udførelsesform for et elektronisk interface kredsløb til at modtage og behandle udgangssignalerne fra følerne i strømningsmåleren, 5 fig. 7 udgangssignalet fra følerne i strøm ningsmåleren og det elektroniske interface vist i fig.

6, fig. 8 en anden udførelsesform af et elektronisk interface til at modtage og behandle udgangssigna-10 lerne fra følerne i strømningsmåleren, fig. 9 udgangssignalet fra følerne i strømningsmåleren og det elektroniske interface i fig. 8, fig. 10 en anden udførelsesform af en følerstruktur ifølge opfindelsen, 15 fig. li en simplificeret version af signalformen frembragt af følerne i massestrømsmåleren vist i fig. 1 eller følerstrukturerne vist i fig. 2, 3 og 10, fig. 12 en anden udførelsesform af et elektronisk interface til at bestemme massestrøm, 2 0 fig. 13 en alternativ form for det elektroniske interface vist i fig. 12, fig. 14 en anden alternativ form for det elektroniske interface vist i fig. 12 og 13, og fig. 15 en typisk sample proces til sample og 25 holde konversion som anvendt i opfindelsen og især i udførelsesformerne vist i fig. 12-14.

I figurerne, hvor der er anvendt samme henvisningstal til samme elementer, vises der et eksempel på en massestrømsmåler med en rørledning med to strømrør 30 af den ifølge opfindelsen anvendte type. Rørledningen i nærværende opfindelse kan dog have en hvilken som helst ønsket form.

Den i figurerne viste rørledning har generelt henvisningstallet 10 og omfatter som vist i fig. 1 et 35 indløb 12 og et udløb 14, der forbinder strømningsmålerens rørledning 10 til et rør eller til en DK 171657 B1 e fluidumstrøm begrænset på anden ikke vist måde. Indløbet 12 og udløbet 14 ligger stort set på en ret linie 16, og ledningen 10 er udformet symmetrisk om aksen 16.

5 Ledningen 10 omfatter generelt to strømrør 22 og 24, som er placeret så de støder op til hinanden og er indbyrdes parallelle stort set over hele deres længde. Indløbet 12 leder strømmen fra den ovennævnte fluidumstrøm og ind i et hus 18, som deler den 10 indkomne strøm i to lige store dele. Huset leder strømmen ind i to strømrør 22 og 24. Efter at strømmen kommer ud af strømrørene 22 og 24, og strømmer ind i huset 18 samles den og ledes ind i udløbet 14, og returneres til den tidligere nævnte væskestrøm. De to 15 strømrør 22 og 24 udgår fra huset 18, så de danner en første sløjfe 26, passerer tæt op til huset 18 og centerlinien 16, og danner en anden sløjfe 28, som afsluttes ved huset 18 tæt ved det sted, hvor rørene udgik fra huset 18. Den oscillerende be-20 vægelse af strømrørene 22 og 24 skabes af et driv organ 30, som fortrinsvis er placeret ved midten af rørlængderne, og bevæger strømrørerne 22 og 24 modsat hinanden på tværs af strømmen i disse.

På hver af sløjferne 26 og 28 er der følere 2 5 henholdsvis 32 og 34. Føleren 32 på sløjfen 26 er angivet ved henvisningstallene 32a og 32b, medens føleren 34 på sløjfen 28 er angivet ved hjælp af henvisningstallene 34a og 34b. Følerne 32 og 34's dele er placeret stødende op til hinanden således 30 at bevægelsen af hvert strømrør 22 og 24 kan måles i forhold til det andet. I fig. 1 er følerne kun vist skematisk, medens deres detaljerede struktur er vist i udførelseformerne i fig. 2-4 og 10.

De i fig. 2-4 og 10 viste udførelsesformer af 35 følerne vil generelt blive beskrevet som strukturen af følerne 32a og 32b. Men det forstås at følerparret 9 DK 171657 B1 34a og 34b generelt har den samme eller en lignende struktur.

I fig. 2 og 3 er strømrørerne 22 og 24 vist således, at deres indbyrdes bevægelse som svar på 5 oscillationen påtryk af drivorganet 30 kan ses. Den indbyrdes bevægelse mellem rørene 22 og 24 er en modbevægelse, dvs. at de på ethvert tidspunkt bevæger sig i modsatte retninger. De generelt viste følere 32a og 32b omfatter en fotosender 36 og en fotomodtager 10 38. På hver af strømrørene 22 og 24 er der monte ret et spejl eller en anden reflekterende flade, henholdsvis 40 og 42. Positionen af senderen 36 og modtageren 36 er fikseret på passende måde, således at disse er indbyrdes adskilt fra og støder op til 15 strømrørene 22 og 24. Senderen 36 og modtageren 38 kan være af en hvilken som helst passende type, så som sammensatte bundter af optiske fibre, som kan modtage og sende lys fra enhver slags lyskilde. Sensorer 32 og 34 af den art, der anvendes i opfindelsen 20 fremstilles bl.a. af EOTec Corporation.

Som vist i fig. 2 og 3 varierer oscillationen af strømrørene 22 og 24 positionen af spejlene i forhold til hinanden. Spejlene 40 og 42 er vinkelstillede i forhold til lysstrålen, der henholdsvis 25 frembringes og modtages af henholdsvis senderen 36 og modtageren 38. Den relative afbøjning af rørene ændrer afstanden og intensiteten af den modtagne stråle.

Det af modtageren modtagne signal varierer således afhængig af positionen af strømrørene 22 og 24. Lys-30 strålen, der er vist generelt med punkterede linier, bevæger sig når strømrørene 22 og 24 bevæges mod hinanden af drivorganet (som vist i fig. 3), over en meget kortere afstand end når strømrørene 22 og 24 svinges bort fra hinanden (som vist i fig. 2). Fotomod-35 tageren 38 er generelt følsom overfor variationer i intensiteten af lysstrålen modtaget fra fotosenderen 10 DK 171657 B1 36. Intensiteten af denne modtagne lysstråle vil være direkte proportional med den tilbagelagte afstand mellem senderen 36 og modtageren 38. Da positionen af strømrørene 22 og 24 varierer den tilbagelagte af-5 stand, vil signalet frembragt ved hjælp af fotomodtageren 38 variere i afhængighed af positionen af strømrørene 22 og 24.

Den i fig. 4 viste opbygning af følerne 32a og 32b omfatter generelt en fotosender 36 og en fo-10 tomodtager 38, som er monteret direkte på strømrørene 22 og 24. Fastgørelsen er sket ved hjælp af monteringsplader 44 og 45, som er fastgjort direkte på de to strømrør 22 og 24. Senderen 36 og modtageren 38's indbyrdes positioner kan indstilles i for-15 hold til hinanden når de er i hvilepositionen. Opretningen mellem senderen 36 og modtageren 38 vil ændre sig med bevægelsen af rørene 22 og 24 som reaktion på bevægelsen stammende fra drivorganet. Den relative intensitet af lystrålen, der modtages af modta-20 geren 38 vil også variere i afhængighed af positionen af strømrørene 22 og 24. Udgangssignalet fra følerne vil således variere i afhængighed af tiden, og have form som et bølgesignal, der ligner det der frembringes af den i fig. 2 og 3 viste føleropbygning. Følerne 32 25 og 34 kan være udført som et hvilken som helst optisk system inklusive de systemer, der er omtalt ovenfor.

Fig. 5 viser et kredsløb til at overføre udgangssignalerne fra følerne 32 og 34. Lyskilden kan være en kendt LED lyskilde 54. Der kan være en sepa-30 rat lyskilde 54 for hver af følerne 32 og 34, eller lyset fra en enkelt lyskilde kan deles i to separate kabler via en forgrening. Lyskilderne 54 kan forsynes med energi på kendt måde 52. Lyskilden 54 frembringer et lyssignal med konstant intensitet, hvil-35 ket signal ledes gennem et optisk fiberkabel 56 og tilføres senderen 36. Modtageren 38 er fortrinsvis 11 DK 171657 B1 placeret stødende op til senderen 36 og modtager lys fra denne. Intensiteten af det modtagne lys varierer som følge af den relative bevægelse mellem strømrørene 22 og 24. Modtageren 38 fokuserer den modtagne 5 lysstråle og overfører den gennem et optisk fiberkabel 58. Kablet 58 afsluttes i en fast konnektor 50, som kan være fastgjort direkte på ledningens ikke viste hus. Kablet 58 er forbundet til en konnektorblok 50, som modtager lyssignalet fra kablet 58 og frembringer 10 et hermed identisk eller stort set tilsvarende optisk signal ved sin udgang. Blokken 50 kan være forbundet til et langdistance fiberkabel 62, der fortrinsvis har et lille tab over hele længden. Kablet 62's udgangsende er forbundet til en PIN diode analogmodtager 15 64, hvis udgang danner indgangssignal til en diffe- renskomparator 66. Modtageren 64 virker som en forstærker og frembringer et lineært udgangssignal, som er elektronisk i stedet for optisk. Modtageren 64's udgangssignal er således et elektronisk signal, hvis am-20 plitude varierer som en funktion af variationen af intensiteten af lyssignalet modtaget af modtageren 38. Komparatoren 66·s udgangssignal kan være forbundet til et elektronisk interface til yderligere behandling, og derfra til en mikroprocessor til beregning af masse-25 strømshastigheden.

Ved at anvende en opbygning med fiberoptik i stedet for en ren elektronisk opbygning, elimineres problemet med elektrisk eller magnetisk støj, som kan indvirke på signalet, der frembringes ved hjælp af 30 magnetiske eller elektroniske følere. Desuden kan optiske fibre monteres stødende op til strømrøret (de i fig. 2 og 3 viste udførelsesformer), således at senderen 36 og modtageren 38 ikke udsættes for strømrørene 22 og 24's vibrationer, og derfor stort set er 35 fri for vibrationer, der indvirker på strømrørene. Placeringen af følerne 32 og 34 i afstand fra 12 DK 171657 B1 strømrørene tillader også placering af kablet 58, så det er adskilt fra de vibrerende strømrør. Derfor er denne opbygning også fri for stadige spændingsvariationer.

5 Et andet typisk problem, der er forbundet med følere med rent elektroniske signaler er, at de dele af opbygningen, som kan befinde sig i området ved strømningsmålerens rørledning frembringer et magnetisk felt eller en elektrisk flux. En sådan elektrisk flux kan 10 forårsage interferens i det modtagne signal fra elektriske eller magnetiske følere i sådanne kendte kon-truktioner. Anvendelsen af et lavtabs-langdistance-fiberkabel 62, som er forbundet til kommunikationsblokken 50, og udgangskabler 58 tillader yderligere 15 placering af optik/elektronik-signalkonverteren i nogen afstand fra strømmåleren eller ledningen 10's aktuelle position. Denne struktur har hidtil ikke været anvendt, da der ville forekomme væsentlige linietab i strukturer af nævnte type, som benytter et elektrisk 20 signal, der passerer gennem en ledning. Sådanne ledningstab ville forårsage væsentlige variationer i beregningen ud fra signalet, som følge af den upræcise kontrol over de potentielle linietab langs hele ledningens længde.

2 5 Fig. 6 viser en udførelsesform af et elektro nisk interface, der modtager signalet fra kredsløbet i fig. 5 eller fra enhver anden art af følersignal, og leder det ind i den ikke viste mikroprocessor, der beregner massestrømmen som en funktion af følersignaler-30 ne. Interfacet hvis blokdiagram er vist i fig. 6, kan benyttes på én af to måder, en målemåde og en kalibreringsmåde, hvilke to måder kan benyttes alternativt under behandlingen af signalerne vedrørende massestrømmen. Formålet med det elektriske interfacekredsløb er 35 at frembringe en timinggate og andre nedenfor beskrevne signaler, der tillader elektronikken at skelne mellem 13 DK 171657 B1 kalibreringsdata og strømretningsdata. Varigheden af timinggatesignalet er proportionalt med tidsforskellen eller faseforskydningen mellem udgangssignalerne fra de to følere 32 og 34, og er et mål for tidsforskellen 5 mellem reaktionen af rørene 22 og 24, som følt af føleren 32 på indgangssiden af drivorganet 30. Den relative tidsforsksel mellem reaktionerne er proportional med massestrømmen gennem ledningen. Det forstås, at tidsforskellen kun er én måde hvorpå massestrømmen kan 10 beregnes i denne art af strømningsmåler. Udgangssignalet fra hastighedsfølere af den ovenfor beskrevne art kan sammenlignes på enhver ønsket måde beskrevet i det følgende. Det følgende er en beskrivelse af et elektronisk interface til behandling af de kontinuerte føler-15 signaler med henblik på at udføre en beregning af massestrømmen.

Det i fig. 6 viste elektroniske interface omfatter højre (R) og venstre (L) kanaler. Disse betegnelser er valgt tilfældigt og refererer til følerne 20 32 og 34 eller til bevægelsen af sløjferne henholds vis 26 og 28. I fig. 6 er "R-føle" indgangssignalet det signal, der frembringes af følerne 34. R-føle og L-følesignalerne er udgangssignalerne fra kom-paratorerne 66 i hver af udgangsledningerne som il-25 lustreret i fig. 5. Signalerne fra følerne 32 og 34 integreres først, og forstærkes derefter ved hjælp af forstærkere 68. Omskifterne 70, 72 og 74 er for trinsvis elektroniske omskiftere, der aktiveres (lukkes) når der føres stel til et styreben. I målemåden 30 er omskifterne 70 og 74 lukket, således at de forstærkede "R-føle" og "L-føle" signaler fra forstærkerne 68 føres til highgainforstærkere 76. Udgangssignalet fra forstærkerne 76 er i det væsentlige et firkantsignal (se fig. 7), og dette signal sendes 35 til et eksklusivt-OR kredsløb 78. Som det forstås af en fagmand afgiver kredsløbet 78 en positiv impuls, 14 DK 171657 B1 af en varighed svarende til tidsforskellen mellem flankerne af hvert firkantsignal afgivet fra forstærkerne 68.

Som det ses i timing diagrammet i fig. 7, har 5 impulsen, der frembringes af kredsløbet 78 en impulsbredde, som er eksakt lig med varigheden af tidsforskellen eller faseforskellen mellem de to signalformer, der er afledet fra de relative hastighedsfølere 32 og 34. Når dette gatesignal er højt, enabler det taktim-10 pulser, der frembringes af en præcisionsfrekvenskilde (ikke vist), og som akkumuleres i en 20-bit-tæller (ikke vist). Kredsløb til at frembringe taktimpulser og til at akkumulere impulser i en tæller er kendt, og vil ikke blive beskrevet detaljeret her. Det specifikke an-15 tal taktimpulser vil nøjagtigt angive varigheden af impulsbredden af gatesignalet og dermed tiden eller faseforskellen mellem "R-føle" og "L-føle" signalerne. Præcisionsfrekvenskilden svinger med en nøjagtig kendt frekvens, og vil ikke blive påvirket af relative sig-20 naivariationer eller variationer af strømforsyningen.

Bagflanken af gate signalet trigger en flipflop 80, der sætter et interruptsignal 82. Interruptsig-nalet 82 initierer et forløb i mikroprocessoren (ikke vist), der får denne til at aflæse de ikke viste tælle-25 re, og andre data, der er latchet i interfacekredsløbet ved afslutningen af måleperioden.

En anden flipflop 84 afgiver en "SIGN” impuls, der indikere hvilke af "R-føle" og "L-føle" signalerne der kom først i tid. Flipfloppen 84 en-30 ables af fasen af en af følerne. I det viste kredsløb er det den venstre. Medens flipfloppen 84 er en-ablet, kan de andre følere ændre eller ikke ændre deres logiske tilstand. Afhængig af hvad der sker vil flipfloppen 84 blive sat eller ikke sat, hvorved den sæt-35 ter et "SIGN FLAG" signal, som vil indikere om "L- føle" signalet kommer før eller efter "R-føle" signa- 15 DK 171657 B1 let. Dette vil tillade mikroprocessoren at bestemme direkte hvilken vej væsken bevæger sig gennem rørene 22 og 24 (hvorvidt "L-føle" signalet kommer før eller efter "R-føle" signalet).

5 Kalibreringsmåden virker på lignende måde som den der er beskrevet ovenfor for målemåden, men i stedet for tidsforskellen mellem de to følere måles den tilsyneladende tidsforskel, der frembringes af kredsløbet mellem venstrekanalen og højrekanalen. I kalibre-10 ringsmåden er omskifteren 70 åben, og omskifterne 72 og 74 er lukkede, så det venstre følesignal "L-føle" påtrykkes begge signaler. Omskifterne opereres automatisk ved hjælp af mikroprocessoren. I denne måde vil enhver tidsforskel skyldes forsinkelser introduce-15 ret af selve kredsløbet. Disse forsinkelser kan forstærkes som følge af temperaturindflydelse eller ældning af komponenterne, og kan føre til fejl i bredden af gatesignalet. Disse fejl kan beregnes på samme måde som de målte tidsforskelle, og lægges til eller trækkes 20 fra de målte tidsforskelle med henblik på at eliminere deres effekt. En normal måling udføres over omkring halvtreds perioder af følersignalerne, fulgt af drift i "kalibreringsmåden" i omkring halvtreds yderligere perioder. Således kan der udføres en "kalibrering" om-25 kring to gange i hvert sekund. Ved at kalibrere kontinuerligt kan fasefejlene huskes af mikroprocessoren, og deres virkning kan kompenseres ved, at de fjernes fra den endelige beregning af massestrømmen.

Det forstås at selv om der her for enkelthedens 30 skyld anvendes begreberne "kalibrere" og "kalibrering" er kredsløbet i fig. 6 ikke kalibreret i den forstand, at det fås til at svare til en fast reference. Kredsløbet i fig. 6 kompenserer snarere for fejl ved at registrere fejlene og tage hensyn til dem ved beregningen 35 af massestrømmen. Det endelige resultat er det samme som hvis kredsløbet blev periodisk kalibreret i snævre-ste forstand, selv om mekanismen er anderledes.

16 DK 171657 B1

Fig. 8 viser et aiterativt elektronisk interface. Ligesom ved den i fig. 6 viste udførelsesform vil interfacet i fig. 8 frembringe et timinggatesignal, hvis varighed er proportionalt med tids- eller fase-5 forskellen mellem udgangssignalet fra de to relativhastighedsfølere. Interfacet vil også frembringe gatesignalet på en sådan måde, at strømretningen kan bestemmes direkte og signalet proportionalt med massestrømmen vil være frit for fejl, og vil give en højere nøjagtighed 10 af faseforskellen.

Interfacet i fig. 8 kan operere på to måder. I den første måde, påtrykkes "R-føle" og "L-føle" signalerne på tilgangene af forstærkere henholdsvis 86 og 88. Forstærkerne 86 og 88 forstærker "R-føle" og 15 "L-føle" signalerne modtagne fra følerne 32 og 34.

Tidsforskellen eller faseforskellen mellem signalerne modtaget fra hver føler, er proportional med massestrømmen, men omfatter visse fejl, som stammer fra små forskelle i hver kanal. Udgangssignalerne fra forstær-20 kerne 86 og 88 føres til omskiftere henholdsvis 90 og 92. Omskifterne 90 og 92 kan være elektroniske omskiftere, som aktiveres (lukkes) som følge af, at der føres stel til et kontrolben. Udgangssignalerne fra forstærkerne 86 og 88 føres også til omskiftere 25 henholdsvis 96 og 94. Omskifterne 94 og 96 kan også være elektroniske omskiftere identiske med omskifterne 90 og 92.

I det i fig. 8 viste kredsløbs første operationsmåde er omskifterne 90 og 92 lukkede, og omskif-30 terne 94 og 96 åbne. Derfor ledes "R-føle" signalet fra føleren 32 til en komparator 98 og "L-føle" signalet fra føleren 34 til tilgangen for en komparator 100. Komparatorerne 98 og 100 kan være indstillet til at frembringe en udgangsimpuls, når indgan-35 gen overskrider forudvalgte "til" og "fra" grænser. Udgangssignalerne fra komparatorerne 98 og 100 vil 17 DK 171657 B1 være firkantsignaler, og de føres til en eksklusiv-OR funktion 102. Som det forstås af en fagmand, afgiver funktionen 102 en positiv impuls med en varighed, der er lig med tidsforskellen mellem flankerne af hver fir-5 kantsignal afgivet fra komparatorerne 98 og 100.

Medens blokken 102 udfører en eksklusiv-OR funktion må den tage hensyn til den tilstand, hvor der kan være elektrisk støj på hver flanke i komparatorsignalet.

Derfor er "komparator on" tilstanden latchet indtil det 10 næste komparatorniveau overskrides. På lignende måde latches resettingen indtil den næste komparatorhændelse forekommer.

Som det kan ses af timingdiagrammet i fig. 9 har impuls- eller gatesignalet frembragt af funktionen 15 102 en impulsbredde, der er proportionalt med varighe den af tidsforskellen eller faseforskellen mellem de to signalformer, der stammer fra følerne 32 og 34. Når gatesignalet er højt, enabler det taktimpulserne, der frembringes af en præcisionsfrekvenskilde (ikke vist), 20 så de akkumuleres i en ikke vist tæller, nøjagtigt som beskrevet i forbindelse med det i fig. 6 viste interface. Gatesignalets bagflanke trigger en flipflop i den ikke viste tæller, og frembringer derved et interrupt-signal, som i timing diagrammet er betegnet som "INTO".

25 Interruptsignalet initierer et forløb i mikroprocessoren til at aflæse tællerne og andre data, der er latchet i interfacekredsløbet ved afslutningen af målecyklusen.

I fig. 9 viser signalerne VL og VR varia-3 0 tionen af senderen 36 og modtageren 38's indbyrdes position som funktion af intensiteten af udgangssignalet. Som det ses forløber signalerne stort set som sinuskurver, men det ene signal varierer i amplitude fra det andet som dette er typisk i praksis. Yderligere er 35 udgangssignalet variabelt efter en fast kurve, således at selv om der forekommer skævheder i opretningen af 18 DK 171657 B1 sensorerne vil den relative variation være stort set ensartet.

Interfacekredsløbet i fig. Θ frembringer også MODE 0 og MODE 1 signaler, der anvendes til at oplyse 5 mikroprocessoren om tilstanden af den aktuelle målecyklus. Målecyklusens forskellige tilstande er vist i fig 9. Når der forekommer et interruptsignal under tilstanden 3, vil MODE 0 og MODE 1 begge være høje. Når dette forekommer vil mikroprocessoren kun aflæse ind-10 holdet af tælleren (som repræsenterer tidsforskellen eller faseforskydningen T3), opbevare dette og nulstille tælleren. Når interruptsignalet forekommer i tilstanden 2, vil MODE 1 signalet være højt og MODE 0 signalet lavt. Når dette forekommer aflæser mikropro-15 cessoren indholdet af tælleren (som er lig med tidsforskellen T2 vist i fig. 9), -subtraherer dette fra den tidligere tæller (T3), opbevarer resultatet og nulstiller tælleren. Resultatet benyttes derefter af mikroprocessoren til at beregne massestrømshastigheden.

20 I den anden operationmåde for det elektroniske interface vist i fig. 8, er omskifterne 90 og 92 åbne og omskifterne 94 og 96 lukkede. Udgangen fra forstærkeren 86 er således forbundet med indgangen for komparatoren 100, og udgangen for forstærkeren 25 88 er forbundet med indgangen for komparatoren 98.

Bortset fra denne ændring opererer kredsløbet i denne anden operationsmåde på samme måde som i den første operationsmåde. Når interruptsignalet forekommer i tilstanden 1, vil MODE l signalet imidlertid være lavt, og 30 MODE 0 signalet vil være højt. Når dette forekommer vil mikroprocessoren aflæse indholdet af tælleren (som repræsenterer tidsdifferencen TI) opbevare dette og nulstille tælleren. Når interruptet forekommer i tilstanden 0, vil både MODE 1 og MODE 0 signalerne være lave.

35 Når dette forekommer, aflæser mikroprocessoren indholdet af tælleren (som repræsenterer tidsdifferencen TO), 19 DK 171657 B1 subtraherer dette fra TI, opbevarer resultatet og nulstiller tælleren. Forskellen benyttes også af mikroprocessoren til at beregne massestrømshastigheden.

Den følgende faseforskel vil være en tællervær-5 di, der er fire gange større end tællerværdien, der ville blive konstateret på konventionel måde. Desuden vil strømmens retning kunne findes fra det sidste fortegn for operationen i mikroprocessoren, og vil være uafhængig af mindre forskelle i kredsløbet og følerud-10 gangene. Forklaring på dette er som følger.

I den følgende beskrivelse indikerer benævnelsen "t" en tid, som ikke i virkeligheden måles af det påtænkte kredsløb. Indikationen af en tid, som virkeligt måles, er betegnet med "T". Subscriptet for disse tids-15 betegnelser er som følger: "tXy", hvor "x" er en indikation af tilstanden af komparatoren 98 og 100, og "y" er en indikation af start/stop for en sensor A eller B, hvor A og B er de styrende elektroniske kanaler, der henvises til ("y" = 1 indikerer en start/stop af føle-20 ren A og "y" = 2 indikerer start/stop af føleren B).

Disse betegnelser vil fremgå af den følgende beskrivelse og ved betragtning af fig. 9.

Ved at betragte fig. 9 ses det at gatevarigheden T3 består af: 25 (1) T3 = t32 + t31 + At På lignende måde kan de andre gatevarigheder findes : 30 (2) T2 = t22 + t21 - At TI = t^2 + t^x - At TO = t02 + t0i + At

Desuden kan kurveformerne for følersignalerne 35 gengives af følgende: 20 DK 171657 B1 (3) L = VL sin « t + VL0 r = vr sin ω (t- Δ t) + VRø

Hvor VL og Vr kan være af forskellige størrel- 5 sesordner og kan være overlejret på to forskellige spændingsniveauer Vlq og VRg.

Da den påtrykte frekvens ω kendes, og da referencespændingerne benyttet af komparatorerne A og B ligeledes kendes, kan komponenterne indenfor hver aktu-10 elle tidsperiode findes som følger: 1-1 B - VR0 (4) *32 = ^ Sin -

Vr 15 1-1 A - VL0 t3i = - sin —-

VL

1-1 B - VR0 20 *22 = ΰ Sin -

VR

1-1 A - VL0 t2i = - sin —-

VL

25 1-1 B - VL0 tl2 = « sin —-

VL

30 1 -1 A - VRq tu - 5 sin —- vr 1-1 B - VL0 *02 = „ Sin -

35 VL

5 21 DK 171657 B1 1-1 A - VR0 *01 = s sin -

VR

Ved benyttelse af disse kalkulationer af tider kan fejlene forbundet med de aktuelle tidsmålinger ("T") skrives. Tidvariationen for A-komparatorniveauet kan variere med en størrelse ta og for B med en stør-10 relse tb. Derfor er de aktuelle tidsperiodekalkulationer fri for fejl, som det ses af de følgende kalkulationer: (5) T3 = T3· + tb - ta 15 T2 = T2' + ta - tb

Ti - TX· + tb - ta T0 = T0' + ta - tb hvor mærket (fx T3') indikerer en tidsperiode, hvor 20 fejlene i følersiganlet som følge af amplitude- eller forskydningsændringer endnu ikke er blevet fjernet.

Hvis Tc er den tid der er nødvendig for at signalet kan ændre sig fra et komparatorniveau (A) til det andet komparatorniveau (B), følger heraf at 25 (6) T3 = tc + At T2 tc - At T1 = tc - At T0 = tc + At 30

Ved at løse for ^t og addere disse ligninger fås følgende: (7) tc - At - tc - At - tc - At 35 + tc - At -4At 22 DK 171657 B1 eller, (8) 4At = (T3 - T2) - (Τχ - T0) 5 Som er uafhængig af kanalfejlene ta og tfc> og hvis retning bestemmes af resultatets fortegn. Målingen At har yderligere fire gange den nøjagtighed, som en enkelt måling har. Hvis kredsløbet således benyttes til at beregne T3, T2, Τχ, Tq, kan beregningerne skrives 10 således, at målt tid (Μχ>) = 4At, og der er (9) MT = T3 - T2 - Τχ + T0

Nu afhænger T3 kun t32, t3x og At, og af 15 udtrykkene for t32 og t3x, kan det ses, at t32 kun er afhængig af forholdet mellem B og Vr^ og t3x af forholdet mellem A og vL, således at amplituderne og vL og VR kan afvige fra hinanden sålænge A og Vl har et konstant forhold, og basisspændingen vL 20 er konstant, og at de samme tilstande er opfyldt for B, Vr, og at Vr's basisspænding har et konstant forhold. På lignende måde kan A og B variere i forhold til hinanden. Ved indsættelse i ligningen for M? fås: 25 (10) MT = t32 + t31 + At - t22 + t21 + At " t12 " txx + At + tø2 + t01 + At.

Mt = 4At + (t32 - t22) + (13x - t2x) + (tø2 - tx2) + (tqx + txx) 30

Hvor (txx - tyy) reduceres til nul når txx og tyy erstattes med l/ω sin-1 | | udtrykkene, og ligningerne (4) giver derfor: 23 DK 171657 B1 (11) Mt s 4At, hvor Mf er uafhængig af V^,

Vr/ og A eller B.

Ved at operere 1 de to ovenfor beskrevne måder 5 kompenserer kredsløbet for fejl, der Indføres som følge af variationer af komponenttolerancer og variationer af driftsparametre som følge af temperaturændringer. Det forstås at ved skiftevis og reciprokt at påtrykke kom-paratorerne 98 og 100 signalerne fra følerne elimine-10 res alle indbyrdes fejl mellem de to signaler stammende fra kredsløbskomponenterne. Dette kompenserer for fejl introduceret af kredsløbet ved at udjævne fejlene mellem den venstre og den højre kanal.

Omskifterne 90, 92, 94 og 96 styres af MODE 1 15 signalet. MODE 1 signalet frembringes af en præcisions-integrator 109, en komparator 106 og en flipflop 108. Indgangssignalet til præcisionsintegratoren 104 er det forstærkede "L-føle" signal fra forstærkeren 88. Udgangssignalet fra integratoren 104, der er be-20 tegnet med INT i timing diagrammet i fig. 9, føres til komparatoren 106. Komparatoren 106 er indrettet til at tænde og frembringe et positivt udgangssignal når udgangssignalet på integratoren 104 overstiger en forudbestemt positiv størrelse, og at slukke når udgan-25 gen på integratoren 104 overskrider en forudbestemt negativ værdi. Komparatoren 106's udgangssignal er MODE 0 signalet. MODE 0 udgangssignalet fra komparatoren 106 føres også til flip floppen 108, som er indrettet som et del-med-to kredsløb. Flipfloppen 108's 30 udgangssignal er MODE 1 signalet, der som vist i timing diagrammet er et firkantsignal med en frekvens, der er halvt så stor som MODE O frekvensen. MODE 1 signalet aktiverer således skiftevis omskifterne 90 og 92 respektive omskifterne 94 og 96 under 35 målecyklusen.

24 DK 171657 B1

Ved betragtning af fig. 9 ses det at det er ønskeligt at have et minimum af fortegning i hver kvadrant af målecyklusen. Dette vil sige at, 5 (12) t3i = t2i *32 = fc22 til = toi tl2 = t02 10 Dette sikres hvis signalerne forløber som sinus kurver. Da følerhastigheden forløber som en sinuskurve er = sin ω t. Omsætningen af hastighed til spænding må således være lineær. For en kvadratisk spole og magnet findes udgangsspændingen af 1 5 (13) V = N · B · dA/dx · dx/dt

Hvor dx/dt = sin ω t · dA/dx er en simpel lineær funktion af overlapningen mellem magneten og spo-20 len.

Fig. 10 viser en føler 119 med en kvadratisk magnet 110 og en kvadratisk spole 112, hvis radius R er meget større end bredden D af magneten. Overlapningen mellem disse to partier 110 og 122 svarer 25 tilnærmelsesvis til området, der ligger indenfor de to overlappende kvadrater. Udgangssignalet fra en sådan konstruktion er et rent sinus signal, idet det indgående areal er en lineær funktion af overlapningen. Spændingsudgangen for føleren 118 er direkte proportional 30 med hastigheden og arealet af overlapningen mellem følerpartierne 110 og 112.

I følerkonfigurationer med uensartet overlapning, såsom f.eks. runde spoler er spændingsudgangen en kompleks funktion af det overlappede areal under bevæ-3 5 gelse af de to partier i forhold til hinanden. Denne strukturtype forårsager signalforvridninger, som kan 25 DK 171657 B1 resultere i målinger, der ligeledes forvrider beregningen af massestrømmen. Følerne 118 frembringer et lineært signal, der ligefremt proportionalt med hastigheden af strømrørene når disse er korrekt monteret. Kend-5 te følere frembringer signaler, som er lineære, men som ikke er ligefremt proportionale med denne bevægelse, men snarere er proportionale med den komplekse funktion af arealoverlapningen under bevægelsen.

Af hensyn til beskrivelsen af figurerne 11-15, 10 antages at der benyttes hastighedsfølere, idet det forstås at opfindelsen ikke er begrænset til sådanne hastighedsfølere, men at den også omfatter forskydnings-og accelerationsfølere.

Det er kendt, at der i et lukket kredsløb, som 15 f.eks. strømrøret 22 eller 24, når det påtrykkes en tværgående periodisk oscillation, vil opstå Coriolisre-aktionskræfter frembragt af væsken, der strømmer i røret. Corioliskraften vil være fordelt langs strømrøret på en sådan måde, at den frembringer hastigheder, som 20 varierer med tiden afhængigt af den påtrykte oscillation og i fase afhængig af massen af væsken, der strømmer gennem strømrøret.

Denne fordelte Corioliskraft, der virker over hver oscillationscyklus tilfører strømrøret en arbejds-25 mængde, der er proportional med den integrerede eller totale kraft og den integrerede eller totale deformation, der tildeles strømrørsstrukturen af drivorganet.

Da deformationen af strømrøret er periodisk, vil massestrømmen frembringe en kontinuerlig forskel mellem to 30 hastighedsfølere 32 og 34 placeret i diskrete indbyrdes adskilte positioner på strømrøret. Det antages at hastighedsfølerne 32 og 34 er af typen med spole og bevægelig magnet, selvom enhver egnet sensor let kan benyttes istedet for. Den totale forskel mellem signa-35 lerne frembragt af hastighedsfølerne over en cyklus, og som er resultatet af en integreret kraft og afstand, 26 DK 171657 B1 kan betragtes som energitilførslen pr. cyklus til strømrørene 22 og 24 fra den fordelte Coriolis-kraft. Massestrømmen er direkte proportional med den totale energitilførsel pr. cyklus fra den fordelte Co-5 rioliskraft.

Som allerede bemærket, frembringer følerne 32 og 34 udgangssignaler, der er repræsentative for den relative hastighed af strømrørene 22 og 24, i de punkter i hvilke følerne er placeret. Fig. 11 viser 10 udgangssignalerne fra to hastighedsfølere, der er vilkårligt placeret på sløjferne 26 og 28 af hosliggende strømrør 22 og 24. Signalerne fra hver sensor vil herefter blive omtalt som vx og Vy af hensyn til forklaringen af fig. 11-15.

15 Fig. 11 illustrerer hastighedssignalerne vx og

Vy over en svingningsperiode for en tilfældig valgt massestrømshastighed. De vertikale linier, der er betegnet VSin repræsenterer den øjeblikkelige amplitudeforskel mellem hastighedssignalerne fra de to senso-20 rer dvs. Vx - Vy, på forskellige tidspunkter. Tilstødende par af vertikale linier definerer også et interval dt. Som vist i fig. 11 kan en svingningsperiode inddeles i flere intervaller dt, som eventuelt er lige store. Arealet af hvert interval mellem kurverne Vx 25 og Vy repræsenterer størrelsen af energitilførslen til strømrøret under dette interval. Det totale areal af alle intervaller og således det totale areal mellem de to kurver vx og Vy repræsenterer den totale energi, der er tilført til strømrøret af Corioliskraf-30 ten i løbet af en fuldstændig cyklus. Arealet for en enkelt cyklus kan bestemmes af følgende formler: (14a) Arealet A = J /Vx - Vy/ . at 35 eller da dt er en konstant, der repræsenterer sampleintervallet, kan arealet udtrykkes som 27 DK 171657 B1

(14b) Arealet A1 = £ |vx - VyJ

hvor Σ er lig med summationen over en hel cyklus. Massestrømmen M kan bestemmes af formlen 5

(15) M = KaA

hvor Ka er en konstant og A eller A' er lig med arealet bestemt ved hjælp af ligningerne (14a) 10 og (14b) ovenfor. Konstanten Ka kan findes ved kalibrering, og hvis der benyttes et konstant interval dt kan massestrømmen derefter findes af følgende formler (16a) M = K . J |vx - vy| . dt 15 eller (16b) M = K · Σ ivx - Vyl

Hvor K er lig med Kadt og Σ betyder summa- 20 tion over en hel periode.

Fig. 12 viser en udformning af et kredsløb 136 til at bestemme massestrømmen ifølge opfindelsen. Hastighedssignaler Vx og vv fra hastighedsfølere 32 og 25 * 34 kan udtages på kendt måde fra udgange for deres spoler. Som vist i fig. 12 foretrækkes det, at signalerne vx og Vy tages over terminalerne for følespo-lerne i følerne 32 og 34, således at vx og Vy har form som differenssignaler. Som vist i diagrammet i 30 fig. 12 repræsenterer Vx(+) og vx(-) spændingerne ved spolens modstående terminaler, der er isoleret fra jord eller med andre ord "svæver". Det samme gælder for Vy(+) og Vy(-). Signalerne over følerspolerne for følerne 32 og 34 sendes derefter til konventionelle 28 DK 171657 B1 instrumentforstærkere 138 og 140, der frembringer separate Vx og Vy signaler i forhold til stel. Forstærkeren 138 frembringer også Vx(+)' °9 Vx(-)' signaler egnet til at frembringe et MODE signal, som 5 vil blive beskrevet mere detaljeret nedenfor.

Hastighedsignalerne vx og Vy sendes derefter til en A/D-konverter 142, hvor de subtraheres og konverteres til digital form. I konverteren 142 danner signalerne Vx og Vy indgangssignaler til en diffe-10 rensforstærker. Udgangssignalet fra differensforstærkeren er et analogsignal der er repræsentativt for forskellen vx og vy, og A/D-udgangsignalet er således et digitalt signal, der repræsenterer forskellen mellem Vx og vy. A/D-konverterudgangen sendes til en mikro-15 processor 144, som beregner arealet af hvert enkelt interval mellem kurverne for hastighedssignalerne Vx og Vy ifølge ligningerne (14a) og (14b) ovenfor. En velegnet mikroprocessor 144 kan være en 80C-31 eller en 80C-51. Arealberegningerne sendes derefter til en 20 ikke vist hovedprocessor til konvertering til massestrømsdata ifølge ligningerne (14a) til (16b).

νχ(+)' og Vx(-)' signalerne frembragt af forstærkeren 138 benyttes til at frembringe et MODE signal. vx(+)' og vx(—)' signalerne forstærkes i en 25 differensforstærker 146, og integreres derefter af forstærkeren 148 og kondensatoren 150. Udgangssignalet fra den integrerende forstærker 148 er således et sinussignal, der i er identisk med vx men da det er blevet integreret, er det faseforskudt med 90°. Det 30 integrerede hastighedssignal sendes derefter til forstærkeren 152, hvor det omdannes til et firkantsignal og sendes til mikroprocessoren 144 via en bufferforstærker 154.

MODE signalet benyttes af mikroprocessoren 144 35 som et timing signal til at bestemme om Vx overstiger Vy under hver halvdel af MODE signal perioden. Behand- 29 DK 171657 B1 lingen af signalerne vil blive omtalt yderligere i forbindelse med fig. 14.

Fig. 13 viser en udførelsesform ifølge opfindelsen af et kredsløb, der ikke er baseret på en pro-5 cessor. Kredsløbet 156 omfatter instrumentforstærkere 158 og 160, som i det væsentlige er identiske med instrumentforstærkerne 138 og 140 i fig. 12. Udgangssignalerne for forstærkerne 158 og 160 sendes til differensforstærkere 162 og 164. Differens-10 forstærkeren 162 subtraherer hastighedssignalerne vx og Vy, medens differensforstærkeren 164 subtraherer hastighedssignalet Vy fra Vx. Disse subtraherede sig naler sendes derefter til en spændings-til-frekvens (V/F) konverter 166 ved hjælp af en analogomskifter 15 168, som opereres med kontrollogik 170 som svar på signaler frembragt ved hjælp af flipfloppere 172, 174, en invertor 176 og en komparator 178. Kompa-ratoren 178 sender taktsignaler til flipflopperne 172 og 174, således at kontrollogikken 170 opere-20 rer analogomskifteren 168, så den forbinder forstærkeren 162's udgang med ν/F-konverteren, når amplituden af hastighedssignalet vy overstiger amplituden af hastighedssignalet vx, og forbinder forstærkeren 164's udgang til V/F-konverteren 166, når amplitu-25 den af hastighedssignalet vx overstiger amplituden af hastigheden Vy. På den måde vil indgangssignalet til V/F-konverteren 166 altid være den absolutte værdi af vx - vy.

Udgangssignalet fra V/F-konverteren er et fir-30 kantsignal, hvis frekvens varierer med indgangsspændingen. På denne måde er frekvensen for udgangssignalet fra V/F-konverteren repræsentativt for den absolutte værdi af forskellen mellem hastighedssignalerne vx og Vy. Udtrykt med andre ord er antallet af udgangsimpul-35 ser fra V/F-konverteren 166 i et givet interval repræsentativt for den absolutte værdi af differencen 30 DK 171657 B1 mellem vx og Vy i intervallet. De af v/F konverteren frembragte impulser akkumuleres i en tæller 180, hvor de er tilrådighed til videre behandling (ikke vist), som i udførelsesformen vist i fig. 12.

5 Som i fig. 12 frembringes et MODE signal af in- tegratoren 182 og komparatoren 184. MODE signalet fra komparatoren 184 divideres med to i et del-med-to kredsløb 186, og sendes til gate- og logikkredsløbet 188, hvor det anvendes som et timingsignal for tælle-10 ren 180.

I fig. 13 er det signifikante signal forskellen mellem Vx og Vy. Den absolutte værdi af denne forskel skal summeres. En måde at se dette på er at konstatere, at det afsnit af cyklusen , hvor Vx overstiger vy 15 svarer til absorption af arbejde tilført af følerrørene, hvorimod det afsnit hvor vx er mindre end Vy repræsenterer genvinding af arbejde fra røret. Summen af de to arbejder bør være nul.

For imidlertid at opnå den størst mulige nøjag-20 tighed summeres den absolutte forskel i hver halvperiode. I virkeligheden absorberes og genvindes arbejde under hver halvperiode, og det modsatte finder sted i den næste halvperiode, men effekten er den samme. Selv om det totale arbejde udtrykt i algebrariske størrelser er 25 lig med nul, har dets absolutte værdi betydning som den totale energi.

I fig. 13 repræsenteres tiden for en hel periode af signalet COUNT. Dette afledes ved at dividere MODE signalet med to. I denne repræsentation summeres 30 kun hver anden periode. Tællekredsløbet kunne indeholde et sæt af datalatcher for at tage data fra tælleren ved bagflanken af COUNT signalet. Dette kunne følges direkte (i sammenligning med længden af tiden der kræves til en fuldstændig periode) af et resetsignal til 35 tællerne, og en re-enabling af tællingen. Data kunne således akkumuleres for hver cyklus.

31 DK 171657 B1

En tredje og foretrukket udførelsesform af et kredsløb ifølge opfindelsen er vist i fig. 14. Hastighedssignaler vx og Vy frembringes af instrumentforstærkere 190 og 192, der som det fremgår er iden-5 tiske med instrumentforstærkerne 138 og 140 beskrevet i forbindelse med fig. 12. Ligeledes som beskrevet i forbindelse med fig. 12 frembringes MODE signalet i en differensforstærker 194, en integrerede forstærker 196, en forstærker 198 og en bufferforstærker 200.

10 MODE signalet benyttes til at tilvejebringe et timingsignal til mikroprocessoren 202, der i det væsentlige er den samme som mikroprocessoren 144 vist i fig. 12.

Hastighedssignalerne vx og Vy samples i sample og hold kredsløb henholdsvis 204 og 206. Vx og Vy 15 signalerne samples begge to på samme tidspunkt. De sam-plede værdier af Vx og Vy kombineres derefter i en analogmultiplekser 208 og det kombinerede signal, der betegnes Vj_n, sendes derefter til mikroprocessoren 202, efter at det er blevet omdannet til digitalform 20 ved hjælp af en A/D-konvertor 210.

Den absolutte værdi af forskellen mellem vx og Vy fås fra sampleværdierne af Vx og Vy og beregnes i mikroprocessoren 202. Mikroprocessoren 202 kan også være programmeret til at beregne summen af samplevær-25 dierne af arealet under hver hastighedskurve vx og Vy, for at bestemme om arealerne er lige store, som de ideelt bør være. Hvis arealerne ikke er nøjagtigt lige store, kan mikroprocessoren beregne en amplitudekorrektionsfaktor, som kan påføres enten vx eller vy for at 30 aflede et amplitudekorrigeret signal, således at enhver forskel mellem amplituderne af vx og Vy i et givet punkt udelukkende skyldes faseforskydningen mellem Vx og Vy, og ikke amplitudeforskelle.

Signalbehandlingen i kredsløbene vist i fig. 12 35 og fig. 14 er stort set den sammen undtagen at i fig.

12 udføres subtraktionen mellem vx og Vy elektronisk 32 DK 171657 B1 i A/D-konverteren 142, hvorimod subtraktionen i kredsløbet i fig. 14 udføres i mikroprosessoren 202.

Når MODE signalet falder under 0 volt, starter signalopsamlingsprocessen. Fig. 11 afbilder vx og Vy 5 som de føres til sample og hold kredsløbene. Fig. 15 viser en typisk sampleproces, som vil blive gentaget ved hver vertikal søjle vist i fig. 11, så mange gange som der tages sampler. Hændelsesforløbet i indsamlingsprocessen er følgende: 10 (a) Mikroprocessoren 202 forøger spændingen ved benet P14, hvilket bevirker at sample og hold kredeløbene 204 og 206 ophører med at følge Vx og Vy, og fastholder deres værdier ved multiplekseren 208's indgang.

15 (b) Processoren 202 adresserer Vx gennem omskifteren 208 ved at forøge spændingen ved P12 og formindske spændingen ved Pil.

(c) Efter en forsinkelse, der er tilstrækkelig lang til at der kan ske en A/D-konvertering, aftastes 20 STATUS linien for at bestemme det tidspunkt, på hvilket konverteringen er klar.

(d) Den konverterede vx læses ind vx hukommelsen i processoren 202, indekseret ved hjælp af en hukommelsespointer i enten vmo(je=0 eller vmo(3e=i 25 sektionen af hukommelsen.

(e) PI 2 og Pil ombyttes, idet Vy vælges via den analoge omskifter 208.

(f) Trin (c) gentages.

(g) Den konverterede Vy læses ind i Vy hu- 30 kommeisen, på samme måde som i trin (d).

(h) Nu sættes P14 for at tillade sample og hold kredsløbene 204 og 206 at følge Vx og Vy og hukommelsespointeren indekseres.

(i) MODE signalet overvåges med henbik på en 35 ændring af tilstanden, for at omskifte sektioner af gruppen af indgangsdata, og for at afslutte en hel cyklus.

33 DK 171657 B1

Herefter er dataopsamlingsfasen afsluttet for én periode. Yderligere perioder benyttes til nye målinger eller for at forøge nøjagtigheden af en enkelt måling, alt efter hvad der kræves af signalbehandlingsfasen.

5 Der kan opnås et godt resultat ved at anvende en 14 bit A/D-konverter, hvor der kun foretages to til fire sampler pr. halvperiode. Lavere hastighed og større nøjagtighed kan spare på udgifterne til hardware. Der kan benyttes to A/D-konvertere, hvorved den analoge 10 omskifter 208 og de dertil tilknyttede potentielle fejl med "droop" eller fald i sample/holde udgangssignalerne. Denne konfiguration tillader samtidig sampling af hver signalform.

Claims (19)

34 DK 171657 B1

1. Massestrømsmåler af Coriolistypen omfattende et strømrør (22, 24), der oscilleres på tværs af strømmens retning og som har følere (32, 34) anbragt på eller 5 stødende op til strømrøret på modsatte sider af røret, hvor følerne frembringer signaler, der repræsenterer bevægelsen af strømrøret, og organer til fra følersignalerne at frembringe et signal, der repræsenterer massestrømmen gennem strømrøret, kendetegnet 10 ved, at organet til frembringelse af signalet omfatter et organ (142) til bestemmelse af den øjeblikkelige amplitudeforskel mellem signalerne i et antal diskrete og tilstødende intervaller, et organ (144) indrettet til at bestemme, for hvert 15 af nævnte intervaller, produktet af den absolutte værdi af den øjeblikkelige amplitudeforskel og varigheden af intervallet, og til at bestemme summen af produkterne af hvert interval over en oscillationscyklus, og en processor til, fra summen at frembringe et 20 signal, der repræsenterer massestrømmen.

2. Massestrømsmåler af Coriolistypen ifølge krav l, kendetegnet ved, at den omfatter organer til frembringelse af et timingssignal til at initiere en sammenligning mellem de periodiske signaler, til 25 bestemmelse af hvilket signal der har en højere amplitude i hvert af nævnte intervaller.

3. Massestrømsmåler af Coriolistypen ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at den omfatter organer til justering af spids-til-spids amplituderne 30 af de modtagne signaler så de bliver lige store.

4. Massestrømsmåler af Coriolistypen ifølge krav l, kendetegnet ved, at den omfatter signalbehandlingsorganer til frembringelse af et impulssignal fra signalerne frembragt af følerne, hvor impulsbredden 35 er repræsentativ for den relative faseforskel mellem 35 DK 171657 B1 nævnte signaler, og organer der virker under målingen til kompensering for fejl indført af kredsløbet ved reciprokt og alternerende at anvende fejlen indført i behandlingen af et af signalerne på det andet signal.

5. Massestrømsmåler af Coriolistypen ifølge krav 4, kendetegnet ved, at den omfatter organer til at frembringe et signal, der indikerer hvilket af signalerne fra de modsat beliggende følere, der tidsmæssigt optræder først.

6. Massestrømsmåler af Coriolistypen ifølge krav 4, kendetegnet ved, at det fejlkompenserende organ omfatter organer til at påføre signalet frembragt af en forudvalgt føler på både første og anden kanal til frembringelse af et fejlkompenseringssignal repræsenta- 15 tivt for fejlene indført af signalbehandlingsorganet under frembringelsen af impulssignalet.

7. Massestrømsmåler af Coriolistypen ifølge krav 6, kendetegnet ved, at påføringsorganet omfatter elektroniske omskiftningsorganer til korri- 20 gering af signalet frembragt af den forudvalgte føler til den første og anden kanal, medens signalet frembragt af den modsatte føler samtidigt sættes ude af forbindelse med sin tilhørende kanal.

8. Massestrømsmåler af Coriolistypen ifølge krav 25 4-7, kendetegnet ved, at følerne er optiske følere.

9. Massestrømsmåler af Coriolistypen ifølge krav 4-8, kendetegnet ved, at følerne frembringer signaler som varierer lineært med hensyn til bevægelsen 30 af strømrøret.

10. Massestrømsmåler af Coriolistypen ifølge krav 4-9, kendetegnet ved, at følerne omfatter organer til udsendelse af en lysstråle og organer til at modtage den udsendte lysstråle, hvilke modtageorganer 36 DK 171657 B1 er indrettet til at frembringe et signal, der varierer kontinuert med strømrørets bevægelse.

11. Massestrømsmåler af Coriolistypen ifølge krav 10, kendetegnet ved, at signalet frembragt 5 af modtageorganerne varierer proportionalt med den distance lysstrålen gennemløber fra udsendelsesorganet til modtageorganet.

12. Massestrømsmåler af Coriolistypen ifølge krav 10, kendetegnet ved, at signalet frembragt 10 af modtageorganet varierer proportionalt med hensyn til forskydningen mellem udsendelsesorganet og modtageorganet .

13. Massestrømsmåler af Coriolistypen ifølge krav 4-7, kendetegnet ved, at følerne yderligere 15 omfatter en spole og en magnet, således at den relative bevægelse mellem spolen og magneten frembringer et signal, der er lineært proportionalt med hastigheden af bevægelsen af spolen i forhold til magneten.

14. Massestrømsmåler af Coriolistypen til be-20 stemmelse af massestrømmen af et fluidum i et leder, hvilket apparat omfatter organer til periodisk oscillering af strømrøret på tværs af strømmen i dette, føleorganer til føling af bevægelsen af strømrøret 25 på diskrete, indbyrdes adskilte steder på modsatte sider af det oscillerende organ, og til frembringelse af periodiske signaler, der er repræsentative for bevægelsen af strømrøret ved nævnte steder, og organer til bestemmelse af massestrømmen fra følersignalerne, 30 kendetegnet ved, at det omfatter a) subtraktionsorganer (162, 164) til bestemmelse af den absolutte værdi af forskellen mellem amplituderne af de periodiske signaler, b) et spænding-til-frekvens konverteringsorgan 35 (166) og et tælleorgan indrettet til at bestemme 37 DK 171657 B1 integralet over en oscillationscyklus af den absolutte værdi af forskellen bestemt ved hjælp af subtraktionsorganerne , og c) en processor til fra integralet at frembringe 5 et signal repræsentativt for massestrømmen.

15. Massestrømsmåler af Coriolistypen omfattende et strømrør til modtagelse og afgivelse af en fluidumstrøm, et organ til oscillering af strømrøret på tværs af 10 retningen af strømmen i dette, følere placeret på eller stødende op til strømrøret på modsatte sider af oscilleringsorganet, hvilke sensorer frembringer signaler repræsentative for bevægelsen af strømrøret, og 15 organer til fra følersignalet at frembringe et signal repræsentativt for massestrømmen gennem strømrøret, kendetegnet ved, at det signalfrem-bringende organ omfatter organer (204, 206) indrettet til at sample signa-20 lerne i flere diskrete og tilstødende intervaller, organer (210, 202) indrettet til at bestemme amplitudeforskellen mellem nævnte samlede signaler, for at bestemme for hvert af nævnte intervaller produktet af den absolutte værdi af den øjeblikkelige amplitude-25 forskel og varigheden af intervallet, og for at bestemme summen af produkterne af hvert interval over en oscillationscyklus, og et behandlingsorgan til fra summen at frembringe et signal, der er repræsentativt for massestrømmen.

16. Fremgangsmåde til bestemmelse af massestrømmen af et fluidum, der strømmer inde i en massestrømsmåler af Coriolistypen af den art, der omfatter et strømrør, der oscilleres periodisk på tværs af retningen af strømmen i røret, følere placeret på eller stødende op 35 til strømrøret på modsatte sider af positionen for 38 DK 171657 B1 oscillationen, hvilke følere frembringer signaler repræsentative for bevægelsen af strømrøret, og et organ til fra følersignalerne at frembringe et signal repræsentativt for massestrømmen gennem strømrøret, k e n -5 detegnet ved, at den omfatter trinnene a) at der fra følerne modtages periodiske signaler repræsentative for bevægelsen af strømrøret, b) at den øjeblikkelige amplitudeforskel mellem de modtagne signaler bestemmes under mindst én cyklus af 10 de periodiske signaler, c) at de absolutte værdier af amplitudeforskellene integreres eller summeres over en oscillationscyklus af de periodiske signaler, og d) at der derfra frembringes et massestrømssignal 15 ved benyttelse af den integrerede eller summerede total af de absolutte amplitudeforskelle.

17. Fremgangsmåde ifølge krav 16,kendetegne t ved, at den summerede amplitudeforskel påføres en skalafaktor.

18. Fremgangsmåde ifølge krav 16,kendeteg- n e t ved, at den øjeblikkelige amplitudeforskel digitaliseres.

19. Fremgangsmåde ifølge krav 16,kendeteg-n e t ved, at amplitudeforskellen bestemmes i diskrete 25 tidspunkter over signalernes periode.