EP2147284A1 - Verfahren zum messen und/oder überwachen eines strömungsparameters und entsprechende vorrichtung - Google Patents
Verfahren zum messen und/oder überwachen eines strömungsparameters und entsprechende vorrichtungInfo
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- EP2147284A1 EP2147284A1 EP08759577A EP08759577A EP2147284A1 EP 2147284 A1 EP2147284 A1 EP 2147284A1 EP 08759577 A EP08759577 A EP 08759577A EP 08759577 A EP08759577 A EP 08759577A EP 2147284 A1 EP2147284 A1 EP 2147284A1
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Definitions
- the invention relates to a method for measuring and / or
- the invention relates to a device for measuring and / or monitoring at least one flow parameter of a medium, which medium flows through a measuring tube, which device comprises at least one transducer element, via which transducer element both the measuring tube can be excited to mechanical vibrations, as well as via which transducer element mechanical vibrations of the measuring tube can be received.
- the flow parameter is, for example, the flow rate, the flow rate or the mass flow rate of the medium.
- the medium is for example a liquid, a gas or generally a fluid which is present in one or more phases.
- Coriolis meter which has two vibration exciters and a centrally arranged vibration receiver. Aging processes or extraordinary parameters of the medium or the occurring processes can lead to changes to the vibration exciters or to the vibration receiver and thus to a loss of measuring accuracy. Furthermore, asymmetries in the vibration excitation or associated measurement uncertainties in the vibration detection can occur, which may possibly be due to aging phenomena, with or without the action of materials and time-varying. Thus, it is necessary to regularly test or check the meter.
- the document WO 2006/036139 A1 describes a Coriolis meter, which has two vibration exciters and two vibration sensors mounted parallel thereto. In order to determine specific vibration variables of the measuring tube, the two vibration exciters are operated alternately. The vibrations occurring in each case are absorbed by the vibration receiver. In this structure, therefore, a structural-conceptual separation between the vibration excitation and receiving the vibrations is provided.
- vibration converter which serve both the excitation of vibrations, as well as their detection (DE 103 51 310 A1).
- the associated electronics for controlling the converter is in a special task, i. either designed for excitement or detection.
- transducer elements which consist of piezoelectric material is described for example in the not yet published application DE 10 2005 059 070.
- the object of the invention is the measurement of a
- the invention solves the problem with a method that each of the at least two transducer elements offset in time alternately once for excitation of the measuring tube to mechanical vibrations and once to receive the mechanical vibrations of the measuring tube is used.
- the at least two transducer elements thus take over at different times alternately the task of vibration generation, such as vibration detection.
- the transducer elements are, for example, electrodynamic units or, for example, piezoelectric elements.
- An embodiment of the method according to the invention provides that the transducer element is operated offset in time or simultaneously in a test mode and in a measuring mode.
- a temporal separation between the modes ie it is either a test of the meter or especially the mechanics of the meter performed or there is a normal measurement instead.
- both modes are carried out simultaneously, ie there is a quasi overlay of the two modes.
- a separate received signal from the measuring tube for the mechanical vibrations is recorded in each case and in the case of simultaneous execution of the two modes is received in accordance with the measuring tube, a signal representing a superposition of the respective effects of the two modes.
- An embodiment of the method according to the invention includes that the transducer element in the test mode is applied with a test excitation signal and in the measurement mode with a measurement excitation signal.
- the two modes differ in this embodiment, at least in that the at least one transducer element is each acted upon by a particular excitation signal, which is accompanied, that thus also the measuring tube is each excited to a particular vibration.
- the excitation signals are preferably electrical alternating voltage signals.
- test excitation signal and the measurement excitation signal differ from one another at least with regard to their frequency. This embodiment is particularly advantageous if the test and measurement modes take place at the same time, since the measuring tube is thus excited to consider two oscillations, which subsequently also permits the separation of the signals with regard to the evaluation.
- An embodiment of the method according to the invention provides that the measuring tube is excited to mechanical vibrations by the transducer element in conjunction with an excitation control electronics, and that by the transducer element in conjunction with a different from the excitation control electronics receiving control electronics mechanical vibrations of the measuring tube are received.
- the transducer element is connected to two electronics, which each serve to implement a task of the transducer element, ie, in the case of generating vibrations, the transducer element is driven by a different electronics than in the case that the transducer element is to receive the vibrations.
- each electronics can be specifically geared to their task and that therefore the electronic sizes are suitable. It is thus advantageous that a transducer element for vibration generation and vibration detection can each be used optimally without any difficulties with respect to the control electronics.
- An embodiment of the method according to the invention comprises that by at least two transducer elements alternately the measuring tube is excited to mechanical vibrations and mechanical vibrations are received by the measuring tube, wherein each transducer element excites the measuring tube to mechanical vibrations and the other transducer element mechanical vibrations of the measuring tube receives.
- two transducer elements are provided which serve alternately the vibration excitation or detection.
- one element excites and the other element receives the vibrations and in the next step receives the first element, the second element generating the vibrations.
- This change then continues. Through this change, the properties of the vibration transducer or of the measuring tube can be monitored, determined and used appropriately for the determination of the flow parameter. This is also an example of the test mode.
- An embodiment of the method according to the invention provides that by at least three transducer elements individually or grouped alternately the measuring tube is excited to mechanical vibrations and mechanical vibrations are received by the measuring tube, wherein at least one transducer element excites the measuring tube to mechanical vibrations and at least one transducer element mechanical vibrations of the measuring tube receives.
- These tasks are then carried out in each case at least by a transducer element. For example, two elements are used to generate vibration while the third element is receiving or one element generating the vibrations and receiving two elements. For example, which of the three elements takes on which task is suitably permuted. If, for example, different measured values for the flow parameter occur in the case of this different activation, this is due to an asymmetry, the value of which can then be correspondingly calculated from the variables obtained.
- An embodiment of the method according to the invention includes that in each case alternately by one of the three transducer elements, the measuring tube is excited to mechanical vibrations, and that the mechanical vibrations of the measuring tube are received by two transducer elements.
- the generation of the oscillations is in each case undertaken by a transducer element and in each case one of the three transducer elements is alternately this selected element, i. each element takes over alternately the task of excitation of the vibrations.
- An embodiment of the method according to the invention provides that in each case alternately by two of the three transducer elements, the measuring tube is excited to mechanical vibrations, and that the mechanical vibrations of the measuring tube are received by a transducer elements. In one embodiment, each time alternately serve two other transducer elements for vibrational excitation.
- the invention solves the problem with a device which is configured such that the transducer element is connected to at least one excitation drive electronics and a receive drive electronics, wherein the excitation drive electronics and the Reception drive electronics are different from each other, wherein the excitation drive electronics causes the transducer element excites the measuring tube to mechanical vibrations, and wherein the receive drive electronics causes the transducer element receives mechanical vibrations from the measuring tube.
- the measuring device at least one transducer element, via which oscillations can both be generated and received, is connected to two independent electronics, which are each designed for a specific purpose, ie vibration generation or detection.
- the measuring device according to the invention thus makes it possible to use a transducer element optimally both for the generation of vibrations and for the reception of the vibrations.
- different measurements can thus be carried out with the measuring device according to the invention, without, for example, having to take account of problems with regard to electronic components.
- An embodiment of the device according to the invention includes that at least one test control unit is provided, which operates at least the transducer element in a test mode, and that at least one measurement control unit is provided, which operates at least the transducer element in a measurement mode.
- the at least one transducer element is thus operated by a test control unit and a measurement control unit in each case in a different mode.
- An embodiment of the device according to the invention includes that at least two transducer elements are provided, via which transducer elements both the measuring tube can be excited to mechanical vibrations, as well as via which transducer elements mechanical vibrations of the measuring tube can be received.
- An embodiment of the device according to the invention provides that at least three transducer elements are provided, via which transducer elements both the measuring tube can be excited to mechanical vibrations, as well as via which transducer elements mechanical vibrations of the measuring tube can be received.
- An embodiment of the device according to the invention includes that at least two transducer elements are each connected to an excitation drive electronics and a receive drive electronics, wherein the excitation drive electronics and the receive drive electronics are each different from each other.
- the measuring tube is contacted with two transducer elements, which in turn are each connected to two electronics, ie a total of four electronics.
- three transducer elements are provided, which are each connected individually with two different electronics.
- An embodiment of the device according to the invention provides that two transducer elements are mounted symmetrically to the third transducer element on the measuring tube. If the vibration excitation is carried out in each case by another transducer element or another group of transducer elements in this embodiment, information about the measuring tube and the transducer elements can also be obtained by the different distributions.
- An embodiment of the device includes that at least one control unit is provided, which control unit via at least one excitation control electronics and the transducer element connected thereto excites the measuring tube to mechanical vibrations and which control unit via at least one receiving control electronics and the associated transducer element receives the mechanical vibrations of the measuring tube.
- the control unit thus controls the transducer elements in such a way that they either generate or detect the oscillations, in each case the electronics which are particularly suitable for this purpose are used.
- the control unit circulates, for example, the task of vibration generation or detection by the number of available transducer elements.
- Fig. 1 a schematic representation of a first embodiment of a measuring device according to the invention
- FIG. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of a measuring device according to the invention.
- 3 is a schematic representation of the interchanging of the tasks of the transducer elements.
- an in-line measuring device designed in particular as a Coriolis mass flow rate and / or density measuring device is shown, which serves a mass flow rate of a medium flowing in a pipeline (not shown here for reasons of clarity) to capture and map in a mass flow rate currently representing this mass flow.
- the flow parameter is an example of mass flow.
- Medium can be virtually any fluid substance, for example a powder, a liquid, a gas, a vapor or the like.
- the illustrated measuring device may optionally also be used to measure a density and / or a viscosity of the medium.
- the in-line measuring device comprises a vibration-type sensor, which in operation flows through the medium to be measured.
- the meter electronics 5 is designed so that they are in the operation of the in-line Measuring device with a higher-level measured value processing unit, such as a programmable logic controller (PLC), a personal computer and / or a workstation, via data transmission system, such as a fieldbus system, measurement and / or other operating data can exchange.
- a higher-level measured value processing unit such as a programmable logic controller (PLC)
- PLC programmable logic controller
- the meter electronics 5 is designed so that it can be powered by an external power supply, for example via the aforementioned fieldbus system.
- the measuring device has a vibrating during operation at least temporarily
- Measuring tube 1 which is flowed through during operation of a medium. Due to the vibrations of the measuring tube can be Determine flow parameters of the medium. For example, the Coriolis force induced in the measuring tube by the flowing medium is used to determine the flow of the medium. Alternatively or in addition, for example, based on the oscillation frequency with which the vibrating measuring tube oscillates, the density or the viscosity can be determined.
- three transducer elements 2 are provided in the embodiment of the measuring device, which cause, for example, electrodynamically or by means of the piezoelectric effect, a conversion between the mechanical vibrations and a corresponding electrical signal.
- Two of the transducer elements 2 are arranged symmetrically to a third element 2 here.
- Each of the three transducer elements 2 is in a first variant of
- Measuring arrangement connected to an excitation control electronics 3 and a receiving control electronics 4.
- the two control electronics 3, 4 are different from each other and serve either to excite the mechanical vibrations of the measuring tube 1 (excitation control electronics 3) or to receive mechanical vibrations from the measuring tube. 1
- Each transducer element 2 has two different control electronics 3, 4, which are each used in a conversion of a task (excitation or detection) use.
- the control electronics 3, 4 are each connected to the control unit 5, which assigns the task of generating vibrations or their detection alternately at least one of the three transducer elements 2.
- the control unit 5 uses alternately via the corresponding excitation control electronics 3 in each case a transducer element 2 for vibration generation and receives from the other two Transducer elements 2 the electrical signals associated with the vibrations. From the received signals in conjunction with the position of the exciting transducer element can then make statements about the symmetry and on the nature of the transducer elements, from which, starting from the flow parameters can be determined more accurately.
- only one transducer element of the vibration detection is used.
- two transducer elements each generate the vibrations and the remaining element is used for detection.
- the task of generation or detection is met by a respective other transducer element. This permutation of the tasks is carried out in the normal measuring mode (i.e., the measuring mode and the test mode run simultaneously) or during the special test phases with the test mode.
- Each of the three transducer elements 2 is connected on the one hand to the test control unit 6 and on the other hand to the measurement control unit 7.
- one electronics 7 controls only the measurement and another electronics 6 only the tests.
- the discussed transducer element 2 is on the other hand in the
- Test control unit 6 connected to both an excitation control electronics 3, as well as a receiving control electronics 4.
- a corresponding switch unit is provided for this, which in each case establishes the connection of the transducer element 2 to one of the two control electronics 3, 4.
- the same with respect to the connections with the electronic units for controlling the transducer elements also applies to the other transducer elements involved. That In the measuring control unit 7 there is a fixed connection between control electronics: either excitation control electronics 3 or receive control electronics 4 and transducer element 2. In the test control unit 6, however, there are also different combinations, i. In one embodiment, the transducer elements are variably connected to different electronics in the test control unit 6.
- Excitation drive electronics 3, as well as receive drive electronics 4 thus allow, for example, the individual transducer elements 2 each with different tasks: either to supervise vibrational excitation or vibration detection.
- the transducer elements 2 meet by their connection to the respective electronics in the measurement control unit 7 in the measurement mode each have a permanently assigned task (generation or detection of vibrations). And due to the different connection in the test control unit 6, the transducer elements can each perform different tasks in the test mode. In the test mode, asymmetric or special phases of the mechanics of the measuring device can then be measured by this embodiment.
- Fig. 3 is shown schematically, such as the task of vibration excitation by the given in this embodiment three transducer elements 2 circulate.
- a respective transducer element 2 is responsible for the vibration excitation, this task alternately takes over a different transducer element 2.
- two transducer elements 2 are used for vibration generation, wherein the combination of these pairs is also permuted by the three available elements 2.
- the task of vibration reception is complementary to distributed to the transducer elements 2.
- the tasks or functions of the transducer elements circle - here symbolized by the arrow - thus eg in the test phase on the individual transducer elements, the functions are each exercised individually or in groups.
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen und/oder Überwachen mindestens eines Strömungsparameters eines Mediums, welches Medium ein Messrohr (1) durchströmt, wobei mit dem Messrohr (1) mindestens zwei Wandlerelemente (2) kontaktiert sind, mittels deren das Messrohr (1) zu mechanischen Schwingungen anregbar ist und mittels deren mechanische Schwingungen des Messrohres (1) empfangbar sind. Die Erfindung beinhaltet, dass jedes der mindestens zwei Wandlerelemente (2) zeitlich versetzt abwechselnd einmal zur Anregung des Messrohres (1) zu mechanischen Schwingungen und einmal zum Empfangen der mechanischen Schwingungen des Messrohres (1) verwendet wird.
Description
Beschreibung
Verfahren zum Messen und/oder Überwachen eines Strömungsparameters und entsprechende Vorrichtung
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen und/oder
Überwachen mindestens eines Strömungsparameters eines Mediums, welches Medium ein Messrohr durchströmt, wobei mit dem Messrohr mindestens zwei Wandlerelemente kontaktiert sind, mittels deren das Messrohr zu mechanischen Schwingungen anregbar ist und mittels deren mechanische Schwingungen des Messrohres empfangbar sind. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Messung und/oder Überwachung mindestens eines Strömungsparameters eines Mediums, welches Medium ein Messrohr durchströmt, welche Vorrichtung umfasst mindestens ein Wandlerelement, über welches Wandlerelement sowohl das Messrohr zu mechanischen Schwingungen anregbar ist, als auch über welches Wandlerelement mechanische Schwingungen des Messrohres empfangbar sind. Bei dem Strömungsparameter handelt es sich beispielsweise um die Durchflussgeschwindigkeit, den Durchfluss oder den Massendurchfluss des Mediums. Dabei ist das Medium beispielsweise eine Flüssigkeit, ein Gas oder allgemein ein Fluid, welches in einer oder in mehreren Phasen vorliegt.
[0002] Bekannt ist im Stand der Technik (z.B. DE 10 2005 034 749 A1) ein
Coriolismessgerät, welches zwei Schwingungserreger und einen mittig dazu angeordneten Schwingungsempfänger aufweist. Durch Alterungsprozesse oder durch außergewöhnliche Parameter des Mediums oder der auftretenden Prozesse kann es zu Änderungen an den Schwingungserregern, bzw. am Schwingungsempfänger und somit zu einem Verlust an Messgenauigkeit kommen. Weiterhin können Asymmetrien bei der Schwingungserregung bzw. damit verbundene Messunsicherheiten bei der Schwingungsdetektion auftreten, die ggf. infolge von Alterungserscheinungen, mit oder ohne Materialeinwirkung und zeitvariant sein können. Somit ist es erforderlich, das Messgerät regelmäßig zu testen bzw. zu überprüfen.
[0003] Das Dokument WO 2006/036139 A1 beschreibt ein Coriolismessgerät,
welches zwei Schwingungserreger und zwei jeweils parallel dazu angebrachte Schwingungsempfänger aufweist. Um spezielle Schwingungsgrößen des Messrohres bestimmen zu können, werden die beiden Schwingungserreger alternierend betrieben. Die dabei auftretenden Schwingungen werden jeweils durch die Schwingungsempfänger aufgenommen. Bei diesem Aufbau ist somit eine baulich-konzeptionelle Trennung zwischen der Schwingungserregung und dem Empfangen der Schwingungen vorgesehen.
[0004] Bekannt sind im Stand der Technik weiterhin Schwingungswandler, welche sowohl der Erregung von Schwingungen, als auch deren Detektion dienen (DE 103 51 310 A1). Die zugehörige Elektronik zur Ansteuerung des Wandlers ist dabei auf eine spezielle Aufgabe, d.h. entweder auf Erregung oder Detektion hin ausgestaltet.
[0005] Die Verwendung von Wandlerelementen, die aus piezoelektrischem Material bestehen, ist beispielsweise in der noch nicht veröffentlichten Anmeldung DE 10 2005 059 070 beschrieben.
[0006] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Messung eines
Strömungsparameters dahingehend zu verbessern, dass Asymmetrien oder Alterungserscheinungen erkannt und ggf. entsprechend berücksichtigt werden.
[0007] Die Erfindung löst die Aufgabe mit einem Verfahren, dass jedes der mindestens zwei Wandlerelemente zeitlich versetzt abwechselnd einmal zur Anregung des Messrohres zu mechanischen Schwingungen und einmal zum Empfangen der mechanischen Schwingungen des Messrohres verwendet wird. Die mindestens zwei Wandlerelemente übernehmen somit zu unterschiedlichen Zeitpunkten abwechselnd die Aufgabe der Schwingungserzeugung, wie der Schwingungsdetektion. Bei den Wandlerelementen handelt es sich beispielsweise um elektrodynamische Einheiten oder beispielsweise um piezo-elektrische Elemente.
[0008] Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Wandlerelement zeitlich versetzt oder gleichzeitig in einem Test-Modus und in einem Mess-Modus betrieben wird. Im einen Fall findet
eine zeitliche Trennung zwischen den Modi statt, d.h. es wird entweder ein Test des Messgerätes bzw. speziell der Mechanik des Messgerätes durchgeführt oder es findet eine normale Messung statt. Im anderen Fall werden beide Modi simultan durchgeführt, d.h. es findet quasi eine Überlagerung der beiden Modi statt. Im Fall der zeitlich getrennten Modi wird jeweils ein eigenes Empfangssignal vom Messrohr für die mechanischen Schwingungen aufgenommen und im Fall der simultanen Ausführung der beiden Modi wird entsprechend vom Messrohr ein Signal empfangen, welches eine Überlagerung der jeweiligen Effekte der beiden Modi darstellt.
[0009] Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass das Wandlerelement in dem Test-Modus mit einem Test-Anregungssignal und in dem Mess-Modus mit einem Mess-Anregungssignal beaufschlagt wird. Die beiden Modi unterscheiden sich in dieser Ausgestaltung zumindest darin, dass das zumindest eine Wandlerelement mit jeweils einem besonderen Anregungssignal beaufschlagt wird, womit einhergeht, dass somit auch das Messrohr jeweils zu einer besonderen Schwingung angeregt wird. Bei den Anregungssignalen handelt es sich vorzugsweise um elektrische Wechselspannungssignale.
[0010] Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass sich das Test-Anregungssignal und das Mess-Anregungssignal wenigstens in Hinsicht auf ihre Frequenz voneinander unterscheiden. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn Test- und Mess-Modus zeitgleich stattfinden, da so das Messrohr zu einer Überlegung von zwei Schwingungen angeregt wird, was anschließend bzgl. der Auswertung auch die Separation der Signale erlaubt.
[0011] Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass durch das Wandlerelement in Verbindung mit einer Anregungs-Ansteuerelektronik das Messrohr zu mechanischen Schwingungen angeregt wird, und dass durch das Wandlerelement in Verbindung mit einer von der Anregungs-Ansteuerelektronik unterschiedlichen Empfangs-Ansteuerelektronik mechanische Schwingungen des Messrohres empfangen werden. In dieser
Ausgestaltung ist das Wandlerelement mit zwei Elektroniken verbunden, welche jeweils der Umsetzung einer Aufgabe des Wandlerelements dienen, d.h. im Fall der Erzeugung von Schwingungen wird das Wandlerelement von einer anderen Elektronik angesteuert als in dem Fall, dass das Wandlerelement die Schwingungen empfangen soll. Dies geht auch damit einher, dass jede Elektronik speziell auf ihre Aufgabe ausgerichtet werden kann und dass somit auch die elektronischen Größen dafür passend sind. Vorteilhaft ist somit, dass ein Wandlerelement für die Schwingungserzeugung und die Schwingungsdetektion jeweils optimal verwendet werden kann, ohne dass Schwierigkeiten bzgl. der Ansteuerelektronik zu erwarten sind.
[0012] Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass durch mindestens zwei Wandlerelemente abwechselnd das Messrohr zu mechanischen Schwingungen angeregt wird und von dem Messrohr mechanische Schwingungen empfangen werden, wobei jeweils ein Wandlerelement das Messrohr zu mechanischen Schwingungen anregt und das andere Wandlerelement mechanische Schwingungen des Messrohres empfängt. In dieser Ausgestaltung sind zwei Wandlerelemente vorgesehen, welche alternierend der Schwingungsanregung bzw. -detektion dienen. Somit regt ein Element an und das andere Element empfängt die Schwingungen und im nächsten Schritt empfängt das erste Element, wobei das zweite Element die Schwingungen erzeugt. Dieser Wechsel vollzieht sich dann weiterhin. Durch diesen Wechsel können die Eigenschaften der Schwingungswandler bzw. des Messrohres überwacht, bestimmt und passend für die Bestimmung des Strömungsparameters herangezogen werden. Dies ist somit auch ein Beispiel für den Test-Modus.
[0013] Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass durch mindestens drei Wandlerelemente einzeln oder gruppiert abwechselnd das Messrohr zu mechanischen Schwingungen angeregt wird und von dem Messrohr mechanische Schwingungen empfangen werden, wobei jeweils mindestens ein Wandlerelement das Messrohr zu mechanischen Schwingungen anregt und mindestens ein Wandlerelement
mechanische Schwingungen des Messrohres empfängt. In dieser Ausgestaltung sind drei Wandlerelemente vorhanden, welche abwechselnd die Schwingungen erzeugen und empfangen. Diese Aufgaben werden dann jeweils zumindest von einem Wandlerelement vorgenommen. Beispielsweise dienen zwei Elemente der Schwingungserzeugung, während das dritte Element empfängt oder ein Element erzeugt die Schwingungen und zwei Elemente empfangen. Welches der drei Elemente welche Aufgabe übernimmt, wird beispielsweise passend permutiert. Treten bei dieser unterschiedlichen Ansteuerung beispielsweise unterschiedliche Messwerte für den Strömungsparameter auf, so ist dies auf eine Asymmetrie zurückzuführen, deren Wert sich dann auch entsprechend aus den erhaltenen Größen errechnen lässt.
[0014] Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass jeweils abwechselnd durch eines der drei Wandlerelemente das Messrohr zu mechanischen Schwingungen angeregt wird, und dass die mechanischen Schwingungen des Messrohres von zwei Wandlerelementen empfangen werden. Die Erzeugung der Schwingungen wird jeweils von einem Wandlerelement unternommen und jeweils eines der drei Wandlerelemente ist abwechselnd dieses ausgesuchte Element, d.h. jedes Element übernimmt abwechselnd die Aufgabe der Erregung der Schwingungen.
[0015] Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass jeweils abwechselnd durch jeweils zwei der drei Wandlerelemente das Messrohr zu mechanischen Schwingungen angeregt wird, und dass die mechanischen Schwingungen des Messrohres von einem Wandlerelementen empfangen werden. In einer Ausgestaltung dienen zeitlich abwechselnd jeweils zwei andere Wandlerelemente zur Schwingungsanregung.
[0016] Weiterhin löst die Erfindung die Aufgabe mit einer Vorrichtung, welche derartig ausgestaltet ist, dass das Wandlerelement mit mindestens einer Anregungs-Ansteuerelektronik und einer Empfangs-Ansteuerelektronik verbunden ist, wobei die Anregungs-Ansteuerelektronik und die
Empfangs-Ansteuerelektronik voneinander unterschiedlich sind, wobei die Anregungs-Ansteuerelektronik bewirkt, dass das Wandlerelement das Messrohr zu mechanischen Schwingungen anregt, und wobei die Empfangs-Ansteuerelektronik bewirkt, dass das Wandlerelement von dem Messrohr mechanische Schwingungen empfängt. Im erfindungsgemäßen Messgerät ist somit mindestens ein Wandlerelement, über welches sowohl Schwingungen erzeugbar, als auch empfangbar sind, mit zwei eigenständigen Elektroniken verbunden, welche jeweils für einen speziellen Zweck, d.h. Schwingungserzeugung oder -detektion, ausgestaltet sind. Das erfindungsgemäße Messgerät erlaubt somit, ein Wandlerelement optimal sowohl für die Schwingungserzeugung, als auch für das Empfangen der Schwingungen zu verwenden. Insbesondere lassen sich somit auch unterschiedliche Messungen mit dem erfindungsgemäßen Messgerät durchführen, ohne dass beispielsweise auf Problematiken in Bezug auf Elektronikkomponenten Rücksicht genommen werden muss.
[0017] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass mindestens eine Teststeuereinheit vorgesehen ist, welche mindestens das Wandlerelement in einem Test-Modus betreibt, und dass mindestens eine Messsteuereinheit vorgesehen ist, welche mindestens das Wandlerelement in einem Mess-Modus betreibt. Das mindestens eine Wandlerelement wird somit von einer Teststeuereinheit und einer Messsteuereinheit in jeweils einem unterschiedlichen Modus betrieben.
[0018] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass mindestens zwei Wandlerelemente vorgesehen sind, über welche Wandlerelemente sowohl das Messrohr zu mechanischen Schwingungen anregbar ist, als auch über welche Wandlerelemente mechanische Schwingungen des Messrohres empfangbar sind.
[0019] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass mindestens drei Wandlerelemente vorgesehen sind, über welche Wandlerelemente sowohl das Messrohr zu mechanischen Schwingungen anregbar ist, als auch über welche Wandlerelemente mechanische Schwingungen des Messrohres empfangbar sind.
[0020] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass mindestens zwei Wandlerelemente jeweils mit einer Anregungs-Ansteuerelektronik und einer Empfangs-Ansteuerelektronik verbunden sind, wobei die Anregungs-Ansteuerelektroniken und die Empfangs-Ansteuerelektroniken jeweils voneinander unterschiedlich sind. In dieser Ausgestaltung ist das Messrohr mit zwei Wandlerelementen kontaktiert, welche wiederum jeweils mit zwei Elektroniken, d.h. insgesamt vier Elektroniken verbunden sind. In einer weiteren Ausgestaltung sind drei Wandlerelemente vorgesehen, welche jeweils individuell mit zwei unterschiedlichen Elektroniken verbunden sind.
[0021] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass zwei Wandlerelemente symmetrisch zu dem dritten Wandlerelement auf dem Messrohr angebracht sind. Wird in dieser Ausgestaltung die Schwingungserregung jeweils von einem anderen Wandlerelement oder einer anderen Gruppe von Wandlerelementen vorgenommen, so lassen sich auch durch die unterschiedlichen Verteilungen Informationen über das Messrohr und die Wandlerelemente gewinnen.
[0022] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass mindestens eine Steuereinheit vorgesehen ist, welche Steuereinheit über mindestens eine Anregungs-Ansteuerelektronik und das damit verbundene Wandlerelement das Messrohr zu mechanischen Schwingungen anregt und welche Steuereinheit über mindestens eine Empfangs-Ansteuerelektronik und das damit verbundene Wandlerelement die mechanischen Schwingungen des Messrohres empfängt. Die Steuereinheit steuert somit die Wandlerelemente derartig an, dass sie entweder die Schwingungen erzeugen oder detektieren, wobei jeweils die hierfür besonders ausgezeichneten Elektroniken verwendet werden. Dabei lässt die Steuereinheit beispielsweise die Aufgabe der Schwingungserzeugung bzw. -detektion durch die Anzahl der zur Verfügung stehenden Wandlerelemente zirkulieren.
[0023] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
[0024] Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung eines
erfindungsgemäßen Messgerätes,
[0025] Fig. 2: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Messgerätes, und
[0026] Fig. 3: eine schematische Darstellung der Vertauschung der Aufgaben der Wandlerelemente.
[0027] In der Fig. 1 ist ein, insbesondere als Coriolis-Massedurchfluss- und/oder Dichte-Messgerät ausgebildetes In-Line-Messgerät dargestellt, das dazu dient, einen Massendurchfluss eines in einer - hier aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten - Rohrleitung strömenden Mediums zu erfassen und in einen diesen Massendurchfluss momentan repräsentierenden Massendurchfluss-Messwert abzubilden. Somit ist also der Strömungsparameter als Beispiel der Massendurchfluss. Medium kann praktisch jeder strömungsfähige Stoff sein, beispielsweise ein Pulver, eine Flüssigkeit, ein Gas, ein Dampf oder dergleichen. Alternativ oder in Ergänzung kann das dargestellte Messgerät ggf. auch dazu verwendet werden, eine Dichte und/oder eine Viskosität des Mediums zu messen. Das In-Line-Messgerät umfasst dafür einen im Betrieb vom zu messenden Medium durchströmten Messaufnehmer vom Vibrationstyp, d.h. ein Messrohr 1 sowie eine mit dem Messaufnehmer 1 elektrisch verbundene - hier nicht im einzelnen, sondern lediglich schematisch als Schaltungsblock dargestellte - Messgerät-Elektronik 5. In vorteilhafter Weise ist die Messgerät-Elektronik 5 so ausgelegt, dass sie im Betrieb des In-Line-Messgerät mit einer diesem übergeordneten Messwertverarbeitungseinheit, beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), einem Personalcomputer und/oder einer Workstation, via Datenübertragungssystem, beispielsweise einem Feldbussystem, Mess- und/oder andere Betriebsdaten austauschen kann. Des Weiteren ist die Messgerät-Elektronik 5 so ausgelegt, dass sie von einer externen Energieversorgung, beispielsweise auch über das vorgenannte Feldbussystem, gespeist werden kann.
[0028] Das Messgerät weist ein im Betrieb zumindest zeitweise vibrierendes
Messrohr 1 auf, welches im Betrieb von einem Medium durchströmt wird. Aufgrund der Schwingungen des Messrohres lassen sich
Strömungsparameter des Mediums ermitteln. So wird beispielsweise die im Messrohr vom strömenden Medium induzierte Corioliskraft ausgenutzt, um den Durchfluss des Mediums zu ermitteln. Alternativ oder in Ergänzung kann beispielsweise auch anhand der Schwingungsfrequenz, mit der das vibrierende Messrohr oszilliert, die Dichte oder die Viskosität ermittelt werden.
[0029] Für die Erzeugung der Schwingungen bzw. deren Detektion sind in der Ausführungsdarstellung der Messvorrichtung zusammengefasst drei Wandlerelemente 2 vorgesehen, welche beispielsweise elektrodynamisch oder mittels des Piezoeffekts eine Wandlung zwischen den mechanischen Schwingungen und einem damit korrespondierenden elektrischen Signal bewirken. Zwei der Wandlerelemente 2 sind hier symmetrisch zu einem dritten Element 2 angeordnet.
[0030] Jedes der drei Wandlerelemente 2 ist in einer ersten Variante der
Messanordnung mit einer Anregungs-Ansteuerelektronik 3 und einer Empfangs-Ansteuerelektronik 4 verbunden. Die beiden Ansteuerelektroniken 3, 4 sind unterschiedlich zueinander und dienen entweder der Erregung der mechanischen Schwingungen des Messrohres 1 (Anregungs-Ansteuerelektronik 3) oder dem Empfangen von mechanischen Schwingungen vom Messrohr 1
(Empfangs-Ansteuerelektronik 4). D.h. jedes Wandlerelement 2 verfügt über zwei unterschiedliche Ansteuerelektroniken 3, 4, welche jeweils bei einer Umsetzung einer Aufgabe (Anregung bzw. Detektion) Verwendung finden.
[0031] Die Ansteuerelektroniken 3, 4 sind jeweils mit der Steuereinheit 5 verbunden, welche die Aufgabe der Erzeugung von Schwingungen bzw. deren Detektion abwechselnd mindestens einem der drei Wandlerelementen 2 zuweist. Als Beispiel sei genannt, dass ein Wandlerelement der Erzeugung der Schwingungen dient und dass die beiden anderen Wandlerelemente die Schwingungen empfangen. Die Steuereinheit 5 verwendet dann abwechselnd über die entsprechende Anregungs-Ansteuerelektronik 3 jeweils ein Wandlerelement 2 zur Schwingungserzeugung und empfängt von den beiden anderen
Wandlerelementen 2 die den Schwingungen zugehörigen elektrischen Signale. Aus den Empfangssignalen in Verbindung mit der Position des anregenden Wandlerelements lassen sich dann Aussagen über die Symmetrie bzw. über die Beschaffenheit der Wandlerelemente tätigen, wovon ausgehend auch der Strömungsparameter genauer ermittelt werden kann.
[0032] In einer anderen Ausgestaltung dient nur ein Wandlerelement der Schwingungsdetektion.
[0033] In einer weiteren Ausgestaltung erzeugen jeweils zwei Wandlerelemente die Schwingungen und das verbleibende Element dient der Detektion. Dabei wird beispielweise die Aufgabe der Erzeugung bzw. der Detektion durch jeweils ein anderes Wandlerelement erfüllt. Dieses Permutieren der Aufgaben erfolgt dabei im normalen Messbetrieb (d.h. Mess-Modus und Test-Modus verlaufen simultan) oder während der speziellen Testphasen mit dem Test-Modus.
[0034] In einer weiteren Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aufgaben der Wandlerelemente rollieren.
[0035] In der Fig. 2 ist eine zweite Variante der Ausgestaltung des Messgerätes schematisch dargestellt.
[0036] Jedes der drei Wandlerelemente 2 ist zum einen mit der Teststeuereinheit 6 und zum anderen mit der Messsteuereinheit 7 verbunden. Somit ist es möglich, dass eine Elektronik 7 nur die Messung und eine andere Elektronik 6 nur die Tests steuert. Gleichzeitig besteht eine Verbindung zwischen der Teststeuereinheit 6 und der Messsteuereinheit 7, so dass ein Abgleich zwischen diesen beiden Einheiten möglich ist, d.h. es wird beispielsweise koordiniert, dass beide Modi entsprechend zeitgleich oder zeitversetzt stattfinden oder dass eine entsprechende gegenseitige Beeinflussung der Messwerte beachtet wird.
[0037] Betrachtet sei hier das einlaufseitige Wandlerelement 2, welches sich somit hier in der Abbildung links befindet. Dieses Wandlerelement 2 ist mit einer Anregungs-Ansteuerelektronik 3 in der Messsteuereinheit 7 verbunden. D.h. in der Messsteuereinheit 7 sind die Elektronikeinheiten, welche die einzelnen Wandlerelemente 2 ansteuern, also entweder mit
einem Anregungssignal beaufschlagen oder ein elektrisches Empfangssignal empfangen, jeweils mit einer festen Aufgabe versehen.
[0038] Das besprochene Wandlerelement 2 ist andererseits in der
Teststeuereinheit 6 sowohl mit einer Anregungs-Ansteuerelektronik 3, als auch einer Empfangs-Ansteuerelektronik 4 verbunden. In der Teststeuereinheit 6 ist hierfür beispielsweise eine entsprechende Schaltereinheit vorgesehen, welche jeweils die Verbindung des Wandlerelements 2 zu einem der beiden Ansteuerelektroniken 3, 4 herstellt.
[0039] Entsprechendes bezüglich der Verbindungen mit den Elektronikeinheiten zur Ansteuerung der Wandlerelemente gilt auch für die anderen beteiligten Wandlerelemente. D.h. in der Messsteuereinheit 7 besteht jeweils eine feste Verbindung zwischen Ansteuerelektronik: entweder Anregungs-Ansteuerelektronik 3 oder Empfangs-Ansteuerelektronik 4 und Wandlerelement 2. In der Teststeuereinheit 6 hingegen gibt es auch unterschiedliche Kombinationen, d.h. die Wandlerelemente sind in einer Ausgestaltung in der Teststeuereinheit 6 variabel mit unterschiedlichen Elektroniken verbunden.
[0040] Die Verbindung in der Teststeuereinheit 6 sowohl mit
Anregungs-Ansteuerelektronik 3, als auch Empfangs-Ansteuerelektronik 4 erlaubt es somit beispielsweise, die einzelnen Wandlerelemente 2 jeweils mit unterschiedlichen Aufgaben: entweder Schwingungsanregung oder Schwingungsdetektion zu betreuen.
[0041] Somit erfüllen die Wandlerelemente 2 durch ihre Verbindung mit der jeweiligen Elektronik in der Messsteuereinheit 7 im Mess-Modus jeweils eine ihnen fest zugewiesene Aufgabe (Erzeugung oder Detektion von Schwingungen). Und durch die unterschiedliche Verbindung in der Teststeuereinheit 6 können die Wandlerelemente im Test-Modus jeweils unterschiedliche Aufgabe ausführen. Im Test-Modus können durch diese Ausgestaltung dann auch Asymmetrien oder besondere Phasen der Mechanik der Messvorrichtung ausgemessen werden.
[0042] In der Fig. 3 wird schematisch dargestellt, wie beispielsweise die Aufgabe der Schwingungserregung durch die in dieser Ausgestaltung gegebenen
drei Wandlerelemente 2 zirkulieren. In einer Ausgestaltung ist jeweils ein Wandlerelement 2 für die Schwingungserregung zuständig, wobei diese Aufgabe abwechselnd jeweils ein anderes Wandlerelement 2 übernimmt. In einer zweiten Ausgestaltung werden jeweils zwei Wandlerelemente 2 zur Schwingungserzeugung herangezogen, wobei die Kombination zu diesen Paaren ebenfalls durch die drei zur Verfügung stehenden Elemente 2 permutiert wird. Die Aufgabe des Schwingungsempfangs wird komplementär dazu auf die Wandlerelemente 2 verteilt. Die Aufgaben oder Funktionen der Wandlerelemente kreisen - hier symbolisiert durch den Pfeil - somit z.B. in der Testphase über die einzelnen Wandlerelemente, wobei die Funktionen jeweils einzeln oder in Gruppen ausgeübt werden.
Bezugszeichenliste
Tabelle 1
Claims
1. Verfahren zum Messen und/oder Überwachen mindestens eines Strömungsparameters eines Mediums, welches Medium ein Messrohr (1) durchströmt, wobei mit dem Messrohr (1) mindestens zwei Wandlerelemente (2) kontaktiert sind, mittels deren das Messrohr (1) zu mechanischen Schwingungen anregbar ist und mittels deren mechanische Schwingungen des Messrohres (1) empfangbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der mindestens zwei Wandlerelemente (2) zeitlich versetzt abwechselnd einmal zur Anregung des Messrohres (1) zu mechanischen
Schwingungen und einmal zum Empfangen der mechanischen Schwingungen des Messrohres (1) verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlerelement (2) zeitlich versetzt oder gleichzeitig in einem Test-Modus und in einem Mess-Modus betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlerelement (2) in dem Test-Modus mit einem Test-Anregungssignal und in dem Mess-Modus mit einem Mess-Anregungssignal beaufschlagt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Test-Anregungssignal und das Mess-Anregungssignal wenigstens in Hinsicht auf ihre Frequenz voneinander unterscheiden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Wandlerelement (2) in Verbindung mit einer Anregungs-Ansteuerelektronik (3) das Messrohr(1) zu mechanischen Schwingungen angeregt wird, und dass durch das Wandlerelement (2) in Verbindung mit einer von der Anregungs-Ansteuerelektronik (3) unterschiedlichen Empfangs-Ansteuerelektronik (4) mechanische Schwingungen des Messrohres (1) empfangen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch mindestens zwei Wandlerelemente (2) abwechselnd das Messrohr (1) zu mechanischen Schwingungen angeregt wird und von dem Messrohr (1) mechanische Schwingungen empfangen werden, wobei jeweils ein Wandlerelement (2) das Messrohr (1) zu mechanischen Schwingungen anregt und das andere Wandlerelement (2) mechanische Schwingungen des Messrohres (1) empfängt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch mindestens drei Wandlerelemente (2) einzeln oder insbesondere paarweise gruppiert abwechselnd das Messrohr (1) zu mechanischen Schwingungen angeregt wird und von dem Messrohr (1) mechanische Schwingungen empfangen werden, wobei jeweils mindestens ein Wandlerelement (2) das Messrohr (1) zu mechanischen Schwingungen anregt und mindestens ein Wandlerelement (2) mechanische Schwingungen des Messrohres (1) empfängt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils abwechselnd durch eines der drei Wandlerelemente (2) das
Messrohr (1) zu mechanischen Schwingungen angeregt wird, und dass die mechanischen Schwingungen des Messrohres (1) von zwei
Wandlerelementen (1) empfangen werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils abwechselnd durch jeweils zwei der drei Wandlerelemente (2) das Messrohr (1) zu mechanischen Schwingungen angeregt wird, und dass die mechanischen Schwingungen des Messrohres (1) von einem Wandlerelementen (1) empfangen werden.
10. Vorrichtung zur Messung und/oder Überwachung mindestens eines Strömungsparameters eines Mediums, welches Medium ein Messrohr (1) durchströmt, welche Vorrichtung umfasst mindestens ein Wandlerelement (2), über welches
Wandlerelement (2) sowohl das Messrohr (1) zu mechanischen Schwingungen anregbar ist, als auch über welches Wandlerelement (2) mechanische
Schwingungen des Messrohres (1) empfangbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlerelement (2) mit mindestens einer
Anregungs-Ansteuerelektronik (3) und einer Empfangs-Ansteuerelektronik (4) verbunden ist, wobei die Anregungs-Ansteuerelektronik (3) und die
Empfangs-Ansteuerelektronik (4) voneinander unterschiedlich sind, wobei die Anregungs-Ansteuerelektronik (3) bewirkt, dass das
Wandlerelement (2) das Messrohr (1) zu mechanischen Schwingungen anregt, und wobei die Empfangs-Ansteuerelektronik (4) bewirkt, dass das Wandlerelement
(2) von dem Messrohr (1) mechanische Schwingungen empfängt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Teststeuereinheit (6) vorgesehen ist, welche mindestens das Wandlerelement (2) in einem Test-Modus betreibt, und dass mindestens eine Messsteuereinheit (7) vorgesehen ist, welche mindestens das Wandlerelement (2) in einem Mess-Modus betreibt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Wandlerelemente (2) vorgesehen sind, über welche Wandlerelemente (2) sowohl das Messrohr (1) zu mechanischen Schwingungen anregbar ist, als auch über welche Wandlerelemente (2) mechanische Schwingungen des Messrohres (1) empfangbar sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Wandlerelemente (2) vorgesehen sind, über welche Wandlerelemente (2) sowohl das Messrohr (1) zu mechanischen Schwingungen anregbar ist, als auch über welche Wandlerelemente (2) mechanische Schwingungen des Messrohres (1) empfangbar sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Wandlerelemente (2) jeweils mit einer Anregungs-Ansteuerelektronik (3) und einer Empfangs-Ansteuerelektronik (4) verbunden sind, wobei die Anregungs-Ansteuerelektroniken (3) und die Empfangs-Ansteuerelektroniken (4) jeweils voneinander unterschiedlich sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Wandlerelemente (2) symmetrisch zu dem dritten Wandlerelement
(2) auf dem Messrohr (1 ) angebracht sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Steuereinheit (5) vorgesehen ist, welche Steuereinheit (5) über mindestens eine Anregungs-Ansteuerelektronik
(3) und das damit verbundene Wandlerelement (2) das Messrohr (1) zu mechanischen Schwingungen anregt und welche Steuereinheit (5) über mindestens eine Empfangs-Ansteuerelektronik (4) und das damit verbundene Wandlerelement (2) die mechanischen Schwingungen des Messrohres (1) empfängt.
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