HU215043B - Berendezés fluid áram tömegáramának Coriolis-erő hatásán alapuló mérésére - Google Patents

Abstract

A találmány berendezés flűid áram tömegáramának Cőriőlis-erő hatásánalapűló mérésére, amely berendezés tartalmaz a flűid áram általátjárt, az áramlási irányra keresztirányban rezőnanciafre venciánrezgetett legalább egy csővezetéket, a legalább egy csővezetékmőzgásának megfelelő analóg jeleket előállító két rezgésérzékelőt (27,28) és az analóg jelek közötti időeltőlódást meghatárőzó elfeldőlgőzóegységet, amely jelfeldőlgőzó egységnek az analóg jeleket digitálisjelek sőrőzatává átalakító szerve és ezekből az időeltőlódást Főűrier-transzfőrmáció útján meghatárőzó számítóegysége 55) van. Aberendezésnek a rezgésérzékelők (27, 28) által előállítőtt analógjeleket digitális jelek sőrőzatává átalakító inkrementális típűsúanalóg-digitális átalakítói (50, 51) vannak, amelyek kőm arátőrt (42,43), előre-hátra számlálót (44, 45) és digitális-analóg átalakítót(46, 47) tartalmaznak, az analóg-digitális átalakítók (50, 51) előre-hátra számlálói (44, 45) közös órajel-generátőrral (48) vannakellátva, és az előre-hátra számlálók (44, 45) digitális jeleksőrőzatát adó kimenetei a számítóegységhez (55) vezérelt közbensőtárőlók (52, 53) útján vannak csatlakőztatva. ŕ

Description

A találmány tárgya berendezés fluid áram tömegáramának Coriolis-erő hatásán alapuló mérésére.

A Coriolis-erő hatásán alapuló tömegárammérő berendezések azon a fizikai jelenségen alapulnak, hogy áramló fluid közeg által átjárt csővezetéket keresztirányban rezgetve a csővezetékre Coriolis-erő hat, amelynek nagysága a rezgetés szögsebességétől és a tömegáramtól függ. A Coriolis-erő a rezgetéssel azonos frekvenciájú periodikus deformációt okoz. Ez azt eredményezi, hogy ha a csővezetéket a befogási pontokhoz viszonyítva középen rezgetjük és a csővezeték rezgőmozgását a középponthoz képest szimmetrikusan, kétoldalt érzékeljük, a rezgőmozgásokban egymáshoz képest fáziskésést (időeltolódást) találunk, amely a rezgető erő és a Coriolis-erő szuperpozíciójának eredménye és a tömegárammal arányos mértékű. A tömegárammérők jelfeldolgozó egységei a szimmetrikusan elhelyezett rezgésérzékelők jeleiből határozzák meg a tömegáramot. Felépítésük, működési elvük szorosan kapcsolódik az alkalmazott csővezeték elrendezéséhez.

A tömegárammal kapcsolatos információt a csővezeték közepéhez képest szimmetrikusan elhelyezkedő rezgésérzékelők által szolgáltatott villamos jelekben a Coriolis-erő által előidézett komponens hordozza. A jelfeldolgozó egységek vagy ezt a komponenst, vagy valamely erre visszavezethető egyéb paramétert, például a két jel közötti időeltolódást mérik.

Ilyen jelfeldolgozó egységeket ismertettek a GB 2 171200, az US 4 879 911, az EP-A2 0 275 367, a HU 200 234, a WO 88/03261, az US 4 655 089, az US 4 914 956 és az US 4 996 871 szabadalmi leírásokban.

A hivatkozott GB 2 171 200 szabadalmi leírásban ismertetett berendezés egyenes csővezetékpárból felépített csővezeték-elrendezéshez kapcsolódik. Az egyenes csővezetékek rezgetése során keletkező hosszirányú (axiális) zavaró feszültség hatását úgy küszöbölik ki, hogy kihasználják a megrezgetett csővezetékpár azon tulajdonságát, hogy az alapharmonikus és a harmadik felharmonikus jel aránya az axiális feszültségről hordoz információt. Ezért a meghajtás egy időben az alapharmonikuson és a harmadik felharmonikuson történik. A tömegáramot első közelítésben az alapharmonikus frekvencián létrejövő fáziskésésből határozzák meg, majd az így kapott eredményt a mért alapharmonikus jel és harmadik felharmonikus jel arányával korrigálják.

Időkülönbség mérésére vezeti vissza a mérési feladatot azUS4 879911 szabadalmi leírás szerinti berendezés. A sebességet érzékelő szenzorok jelét analóg úton integrálva kapják az elmozdulással arányos, úgynevezett referencia- és mérőcsatornára osztott jeleket. Ezekből nullszimmetrikus referenciafeszültségekkel való komparálások útján a jelek közötti időeltolódást különböző előjelekkel tartalmazó, úgynevezett kapuidőket kapnak. A kapuidők megfelelő előjelű összegzése adja a jelek közötti időkésleltetés értékét, amely a tömegárammal arányos.

Az EP-A2 0275 367 szabadalmi leírásban optikai érzékelőt alkalmaznak a rezgőmozgás érzékelésére, és az érzékelők analóg jeleiből impulzusokat képeznek, amely impulzusok szélessége arányos a tömegárammal. A mérést tehát lényegében az analóg jelek közötti időeltolódás mérésére vezetik vissza.

A HU 200 234 szabadalom szerinti berendezésben a rezgésérzékelő által előállított két jel különbségének abszolút értékéből véges számú periódus alatt képzett határozott integrál értékéből számítják ki a tömegáramot.

A Coriolis-erő által létrehozott deformációhoz tartozó frekvenciakomponenst hozzáadva a meghajtó jelhez, a Coriolis-erő hatása jelentősen megnő. Ezt használja ki a WO 88/03261 szabadalmi leírásban ismertetett berendezés, amelyben négy-négy független meghajtó és érzékelő elemet használnak. A bejövő összetett jelekből szinkron egyenirányítókkal választják külön a Corioliserő által előidézett jelet a meghajtó jeltől, majd ezek arányából következtetnek a tömegáramra.

Az US 4 655 089 szabadalom szerinti berendezés kapcsolt kapacitásos integrátort alkalmaz az elmozdulással arányos jel előállítására. Az így kapott jeleket egy-egy változtatható referenciájú feszültségkomparátorra vezetik, amelyek fáziskomparátort vezérelnek. A fáziskomparátor digitális számlálón keresztül digitális-analóg átalakítók kimenő feszültségeit úgy állítja be, hogy ezek, mint az említett feszültségkomparátorok referenciái, végső soron nulla (vagy állandó) késleltetést eredményezzenek a fáziskomparátor bemenetén. A beálló egyensúlyi helyzetben a digitális-analóg átalakítók vezérlő kódjainak különbsége lesz arányos a tömegárammal.

Az US 4 914 956 szabadalmi leírásban ismertetett Coriolis típusú tömegárammérőnél a tömegárammal arányos jelet úgy állítják elő, hogy két sebességérzékelő jelének különbségét és összegét képezik, a különbségijeiét integrálják, majd az integrált különbségijeiét elosztják az összegjellel.

AzUS4996871 szabadalmi leírásban olyan Coriolis típusú sűrűségmérőt ismertetnek, amelynél a tömegáramot a rezgetett csővezetékekhez erősített két sebességérzékelő jelének diszkrét Fourier-transzformáltjának valós és képzetes komponensei között fáziskülönbség mérésével határozzák meg. A sebességérzékelők analóg jeleit multiplexelik és „anti-aliasing” aluláteresztő szűrővel szűrik, majd mintavételezik és digitalizálják, hogy a diszkrét Fourier-transzformációt elvégezhessék. Az „anti-aliasing” aluláteresztő szűrő helyett mindkét bejövő sebességjelnél elhelyezhető egy-egy külön aluláteresztő szűrő a multiplexer előtt. Az ilyen aluláteresztő szűrők alkalmazása azonban mérési hibákhoz vezethet, mivel karakterisztikájuk a hőmérséklet függvényében változik, s ezáltal befolyásolja a mért jelek fázishelyzetét. Továbbá az ismertetett berendezésben a két jel mintái az időben nem esnek egybe, mivel a mintavételezés nem egyszerre történik. Ezt a fáziseltolást kompenzálni kell, ami eléggé bonyolult feladat és további mérési hibák forrása.

A találmány megalkotásakor azt a célt tűztük ki, hogy olyan Fourier-transzformációt alkalmazó Coriolis típusú tömegárammérőt hozzunk létre, amely az ismertnél nagyobb mérési pontosságot biztosít.

HU 215 043 A

A találmány tehát berendezés fluid áram tömegáramának Coriolis-erő hatásán alapuló mérésére, amely berendezés tartalmaz a fluid áram által átjárt, az áramlási irányra keresztirányban rezonanciafrekvencián rezgetett legalább egy csővezetéket, a legalább egy csővezeték mozgásának megfelelő analóg jeleket előállító két rezgésérzékelőt és az analóg jelek közötti időeltolódást meghatározó jelfeldolgozó egységet, amely jelfeldolgozó egységnek az analóg jeleket digitális jelek sorozatává átalakító szerve és a digitális jelek sorozatából az időeltolódást Fourier-transzformáció útján meghatározó számítóegysége van. A találmány szerinti berendezést az jellemzi, hogy a rezgésérzékelők által előállított analógjeleket digitális jelek sorozatává átalakító inkrementális típusú analóg-digitális átalakítói vannak, amelyek komparátort, előre-hátra számlálót és digitális-analóg átalakítót tartalmaznak, az analóg-digitális átalakítók előre-hátra számlálói közös órajel-generátorral vannak ellátva, és az előre-hátra számlálók digitális jelek sorozatát adó kimenetei a számítóegységhez vezérelt közbenső tárolók útján vannak csatlakoztatva.

A találmány szerinti inkrementális típusú analóg-digitális átalakítók feleslegessé teszik a technika állása szerinti aluláteresztő szűrők alkalmazását, amelyek hőmérséklethibákat okoznak. Továbbá az inkrementális típusú analóg-digitális átalakítók frekvenciakarakterisztikája egyszerű módon beállítható a közös órajel-generátor frekvenciájának beállításával. A találmány szerinti berendezésnek előnye még, hogy a rezgésérzékelők által előállított mindkét analóg jel egyszerre van mintavételezve, ezáltal a minták közötti fáziskülönbségből eredő hiba is elmarad.

A találmány egy előnyös kiviteli alakjában a közbenső tárolók vezérlőjelének előállítására referencia oszcillátor van, amely sorba kapcsolt, egyik bemenetén az egyik analóg jellel megtáplált komparátort, fázisdetektort, aluláteresztő szűrőt és feszültségvezéreit oszcillátort tartalmaz, amely feszültségvezéreit oszcillátor kimenete a fázisdetektor egyik bemenetére bináris osztón keresztül van csatlakoztatva. Ezzel az elrendezéssel a közbenső tárolókat vezérlő jelek frekvenciája könnyen beállítható a rezonanciafrekvencia egész számú többszörösére, például tizenhatszorosára.

A találmány egy további előnyös kiviteli alakjánál az inkrementális típusú analóg-digitális átalakítók úgy vannak kialakítva, hogy

LSB/T_C>2 ΐϊπ U f, ahol LSB az előre-hátra számlálók digitális kimenete legkisebb helyi értékű bitjének értéke, T_c az órajel periódusideje, U az analóg-digitális átalakítók bemenetére jutó analóg jelek közül a nagyobbik effektív értéke és f az analóg jelek frekvenciája.

A találmány szerinti berendezésnek célszerűen a legalább egy csővezetéket rezgető olyan rezgető szerve van, amely a rezgésérzékelők által előállított analóg jelek összegét képező összegző áramkörhöz csatlakoztatott meghajtóáramkörhöz van csatlakoztatva.

A találmányt a továbbiakban a rajzokon szemléltetett előnyös kiviteli alakok alapján ismertetjük, ahol az

1. ábra a találmány szerinti berendezés egy lehetséges rezgő csővezeték elrendezésének axonometri kus képét és az elrendezéshez kapcsolódó jelfeldolgozó egységet mutatja, a

2. ábra az 1. ábra szerinti berendezés jelfeldolgozó egységének tömbvázlatát mutatja, és a

3. ábra a 2. ábra szerinti berendezés működését szemléltető jelalakábra, amely a rezgésérzékelők által előállított két analóg jel találmány szerinti mintavételezését szemlélteti.

A rajzokon az azonos funkciójú elemeket azonos hivatkozási számok jelölik.

Az 1. ábra a találmány szerinti berendezés egy kiviteli alakját mutatja, amelynek 10 csővezeték elrendezése és 30 jelfeldolgozó egysége van. A 10 csővezeték-elrendezés tartalmaz 11 bemenő részt, 12 kimenő részt, egy központi 13 tartótestet és két, lényegében B alakú és 15 csővezetéket. All bemenő részen 16 karima, a 12 kimenő részen 17 karima van, ezek a találmány szerinti berendezésnek a mérendő fluid áramba való beiktatására szolgálnak. All bemenő rész és a 12 kimenő rész képezik a 14 és 15 csővezetékbe- és kimeneti csatlakozását, és azok célszerűen 18 tengely mentén koaxiálisán helyezkednek el.

A 13 tartótestben van kialakítva a rajzon nem látható bemenő csatorna, amely all bemenő részhez csatlakozik, valamint a rajzon nem látható kimenő csatorna, amely a 12 kimenő részhez csatlakozik. A bemenő csatorna a 13 tartótestbe beömlő áramot lényegében két egyenlő részáramra osztja és a két részáramot a 14 és csővezetékbe irányítja. Ilyen módon a két részáram egyidejűleg és párhuzamosan halad át a 14 és 15 csővezetéken. A 13 tartótest kimenő csatornájában a két részáram egyesítésre kerül és a 12 kimenő részhez továbbítódik.

A 14 csővezetéknek bemenő 19 vége és kimenő 21 vége van, amelyek a 13 tartótesthez vannak erősítve. Hasonlóképpen a 15 csővezetéknek bemenő 20 vége és kimenő 22 vége van, amelyek szintén a 13 tartótesthez vannak rögzítve. A 13 és 14 csővezetékek a 19 és 20, illetve a 21 és 22 végek közelében elhelyezett 23 és 24 összekötőelemek útján vannak egymással összekötve.

A 14 és 15 csővezeték lényegében egyenes részei között a rajzon nem látható 25 rezgetőszerv van elhelyezve, amely 26 karral a 14 és 15 csővezetéket egymáshoz képest ellentétes fázisban rezgeti. A 14 és 15 csővezeték ívelt részén 27 és 28 rezgésérzékelők vannak elhelyezve, amelyek a 14 és 15 csővezeték egymáshoz képesti elmozdulását érzékelik. A 25 rezgető szervet, valamint a 27 és 28 rezgésérzékelőt önmagában ismert módon lehet kialakítani.

A 30 jelfeldolgozó egység a 27 és 28 rezgésérzékelő 32, illetve 33 vezetéken kapott analóg jeléből meghatározza a 14 és 15 csővezetéken áthaladó tömegáramot. A 30 jelfeldolgozó egység továbbá előállít egy meghajtójelet, amely 31 vezetéken a 25 rezgető szervhez van

HU 215 043 A vezetve. A 30 jelfeldolgozó egység a tömegáramnak megfelelő jelet 34 kimenetén állítja elő.

A találmány szerinti berendezés 10 csővezeték-elrendezése az 1. ábrán szemléltetett kiviteli alaktól eltérően is kiképezhető, akár egyetlen, akár több csővezetékkel, amelyek a tömegáramhoz képest keresztirányban vannak rezgetve.

A 2. ábra a 30 jelfeldolgozó egység egyszerűsített tömbvázlatát mutatja. A 27 és 28 rezgésérzékelők analóg UA és UB jele 32, illetve 33 vezetéken 40, illetve bemeneti fokozatra jut, amelyek a jelet körülbelül 5 V effektív értékűre erősítik. A 40 bemeneti fokozat kimenő jele 50 analóg-digitális átalakító bemenetére jut, amelynek digitális kimenete vezérelt közbenső tárolóra csatlakozik. Az 50 analóg-digitális átalakító tartalmaz bemeneti 42 komparátort, 44 előre-hátra számlálót és Uref referenciafeszültséggel megtáplált 46 digitális-analóg átalakítót. Hasonlóképpen az 51 analóg-digitális átalakító bemenetével a 41 bemeneti fokozat kimenetére, kimenetével vezérelt közbenső tárolóra csatlakozik. Az 51 analóg-digitális átalakítónak bemeneti 43 komparátora, 45 előre-hátra számlálója és Uref referenciafeszültséggel megtáplált 47 digitális-analóg átalakítója van. Az egyforma kialakítású 50 és 51 analóg-digitális átalakítók működését az 50 analóg-digitális átalakító működésének leírásával ismertetjük.

A 40 bemeneti fokozat kimenő analóg jele a komparátor „+” bemenetére jut, amely 42 komparátor a 44 előre-hátra számláló előre/hátra U/D bemenetét vezérli. A 44 előre-hátra számláló mindenkori tartalmának megfelelő analóg jel jelenik meg a 46 digitális-analóg átalakító kimenetén, amely jel a 42 komparátor bemenetére van csatlakoztatva. A 42 komparátor oly módon vezérli a 44 előre-hátra számláló előre/hátra U/D bemenetét, hogy a 46 digitális-analóg átalakító kimenő jele mindenkor egyenlő legyen a 40 bemeneti fokozattól kapott jellel. A 44 előre-hátra számláló működtetéséhez szükséges órajelet 48 órajel-generátor 49 vezérlő logikai egységen keresztül szolgáltatja. A 48 órajel-generátor órajel-frekvenciáját a 40 és 41 bemeneti fokozatok kimenő jelének nullaátmeneti meredeksége és az 50, 51 analóg-digitális átalakító digitális kimenete legkisebb bitjének (LSB) értéke alapján lehet meghatározni. Az 50 és 51 analóg-digitális átalakítók úgy vannak méretezve, hogy

LSB/T_C>2 U f, ahol LSB a 44, 45 előre-hátra számlálók digitális kimenete legkisebb helyi értékű bitjének értéke, T_c az órajel periódusideje, U az 50 és 51 analóg-digitális átalakítók bemenetére jutó analóg jelek közül a nagyobbik effektív értéke és f az analóg jelek frekvenciája, azaz a 14 és 15 csővezetékek rezonanciafrekvenciája. Előnyösen az LSB/T_C érték csak kismértékben nagyobb, mint a 2 a/2” π U f érték.

Az 50 analóg-digitábs átalakító digitális kimenőjelét az 52 tároló mintavételezi és tárolja. A mintavétel akként történik, hogy a digitális kimenő jel az 52 tárolóba annak vezérlő LD bemenetén kapott jelnek megfelelő időpontokban kerül beírásra. Ebben az áramköri elrendezésben nem szükséges analóg mintavevő és -tartó áramkör, mert a mintavételezés digitálisan történik. A mintákhoz tartozó mérési időpontok egy 6 bites 58 tárolóban vannak tárolva. Az 52 és 53 tárolók vezérlő LD bemenetét a 49 vezérlő logikai egység vezérli 60 referenciaoszcillátor és 59 bináris osztó által előállított jelek alapján, amely jelek az 58 tárolóba is beírásra kerülnek. Az 52 és 53 tárolókhoz 54 buszon keresztül 55 számítóegység van csatlakoztatva, amely 56 CRAM-mal és 57 PROM-mal van ellátva. Az 55 számítóegység kiolvassa az 52, 53 és 58 tárolók tartalmát, és elvégzi az alább ismertetendő, Fourier-transzformáción alapuló számításokat.

A digitális jelek mintavételezéséhez ütemadóként a referenciaoszcillátor szolgál, amely sorba kapcsolt, az egyik, a rajzon példaképpen a 41 bemeneti fokozat kimenetére kapcsolt bemenetű 61 komparátort, 62 fázisdetektort, 63 ellenállásból és 64 kondenzátorból álló 65 aluláteresztő szűrőt és 66 feszültségvezéreit oszcillátort tartalmaz, amely utóbbi beállító 67 potenciométerrel van ellátva. A 61 komparátor másik bemenete a közös potenciálú pontra van csatlakoztatva, ekként a komparátor nullkomparátorként működik. A 66 feszültségvezéreit oszcillátor kimenete az 59 bináris osztó bemenetére van kapcsolva, amely utóbbinak hat kimenete van, ezek közül a legnagyobb helyi értékű bit kimenete a 62 fázisdetektor másik bemenetére van csatlakoztatva.

A 60 referenciaoszcillátor kimenő frekvenciája olyan értékre van beállítva, amely az analóg UA és UB jelek frekvenciájának egész számú többszöröse. Előnyös a 60 referenciaoszcillátor frekvenciáját a mintavételi frekvencia négyszeresére beállítani, mivel ebben az esetben a jelfeldolgozáshoz szükséges vezérlőjelek is rendelkezésre állnak. A mintavételi frekvencia az analóg UA és UB jelek frekvenciájának 16-szorosa lehet. Eimek szabályozását a 61 komparátor, a 62 fázisdetektor és a 65 aluláteresztő szűrő végzi. A vezérlő áramkör legfontosabb eleme a 62 fázisdetektor, amelynek bemenete a 61 komparátor kimenetére, „+” bemenete pedig a 66 feszültségvezéreit oszcillátornak az 59 bináris osztó által 2 hatványai szerint leosztott kimenetére csatlakozik. A 62 fázisdetektor a bemenetére jutó jelek fáziskülönbségének megfelelő töltésjelet ad a 65 aluláteresztő szűrőnek, amely ennek megfelelő feszültséget állít elő és tárol a következő összehasonlításig. A 62 fázisdetektor kimenete a következő összehasonlításig nagy impedanciájú állapotban van. A 65 aluláteresztő szűrő feszültségkimenete vezérli a 66 feszültségvezéreit oszcillátort, amely az 59 bináris osztó és a 49 vezérlő logikai egység útján előállítja a mintavételi időknek megfelelő vezérlőjeleket.

A 2. ábrán látható kiviteli alaknál a 25 rezgetőszerv 68 meghajtó áramköre úgy van megtáplálva, hogy a Coriolis-erők által létrehozott, az áramlástól függő fázistolások kiküszöbölhetők. Az analóg UA jel a 40 bemeneti fokozat erősítése után 35 összegző áramkör egyik bemenetére, az analóg UB jel a 41 bemeneti fo1

HU 215 043 A kozat erősítése után a 35 összegző áramkör másik bemenetére jut. A 35 összegző áramkör kimenete táplálja meg a 68 meghajtó áramkör 36 amplitúdószabályozó egységének egyik bemenetét, amelynek másik bemenetére UrefC referenciafeszültség van kapcsolva. A 68 meghajtó áramkörben a 36 amplitúdószabályozó egység után 37 teljesítményfokozat van kapcsolva, ez állítja elő a 25 rezgetőszervet meghajtó jelet, amely a 25 rezgetőszervhez 31 vezeték útján van csatlakoztatva. A 36 amplitúdó szabályozó egység összehasonlítja a 35 összegző áramkör egyenirányított kimenő jelét az UrefC referenciafeszültséggel, és a különbségnek megfelelően vezérli a 37 teljesítményfokozatot, így negatív visszacsatolású szabályozókor révén a 40 és 41 bemeneti fokozatok kimenő feszültségének amplitúdója is stabilizálásra kerül. Az UrefC referenciafeszültség úgy van megválasztva, hogy a 46 és 47 digitális-analóg átalakítók mérési tartományát a lehető legnagyobb mértékben ki lehessen használni.

Amint az oszcillátorok elméletéből ismert, a rezonanciafrekvenciát az amplitúdó- és fázisfeltétel együtt határozza meg. A 14 és 15 csővezetéket is magában foglaló mechanikus oszcillátor berezgésének fázisfeltételét a 14 és 15 csővezetéken mindenkor átfolyó tömegáramtól függő Coriolis-erők is befolyásolnák. A 27 és 28 rezgésérzékelők által szolgáltatott analóg jelek a Coriolis-erők által okozott jelösszetevőt ellentétes fázisban tartalmazzák, így ezek a jelösszetevők a két jel összegében csak elhanyagolható mértékben vannak jelen. Azáltal, hogy a 68 meghajtó áramkört az összegjellel tápláljuk meg, a 14 és 15 csővezetékek a tömegáram értékétől függetlenül mindenkor ugyanazon a rezonanciafrekvencia értéken rezegnek. A rezonanciafrekvencián történő rezgés miatti kisebb meghajtóteljesítményigény mellett ez a megoldás a sűrűségmérés pontosságának növekedését is eredményezi, mivel a rezonanciafrekvencia értékét felhasználjuk a sűrűségérték kiszámításánál.

A következőkben a találmány szerinti berendezés jelfeldolgozásánál alkalmazott Fourier-transzformációt ismertetjük. A 3. ábrán látható U feszültség t idő koordináta-rendszerben az analóg UA jelnek megfelelő jel 38 hivatkozási számmal, az analóg UB jelnek megfelelő jel pedig 39 hivatkozási számmal van jelölve.

A 14 és 15 csővezetékek rezgetésekor a 27 és 28 rezgésérzékelők ugyanolyan frekvenciájú periodikus feszültséget állítanak elő. A mérési feladat abban áll, hogy az UA és UB jelek közötti időeltolódást nagy pontossággal kell meghatározni. Az UA és UB jeleknek megfelelő 38 és 39 jeleket Fourier-sorba fejtjük. A Fourier-sorok tetszőleges hosszúságúak lehetnek, azonban annak következtében, hogy a Coriolis-erők frekvenciája megegyezik a rezgetés frekvenciájával, elegendő, ha csak az alapharmonikus frekvenciához tartozó Fourier-komponenseket használjuk.

UA(ro t) = a01+al cos(ro t)+bl sin(ro t) (1)

UB(ro t) = a02+a2 cos(ro t)+b2 sin(ro t) (2) ahol

UA, UB a 27 és 28 rezgésérzékelőkből kapott feszültség alapharmonikusának Fourier-sora, aOl, a02 egyenáramú összetevők, al, a2 a koszinuszos tagok Fourier-együtthatói, bl, b2 a szinuszos tagok Fourier-együtthatói,

2π ω = — a rezgetés alapharmonikus körfrekvenciája,

T az alapharmonikus frekvenciához tartozó periódusidő.

A 27 és 28 rezgésérzékelőkjeiének egyenfeszültségű összetevője számunkra nem hordoz információt, ezért annak számítását nem kell elvégeznünk. Az (1) és (2) egyenleteket át lehet írni a következő alakba:

UA(ro t) = CA sin(o) t + φΑ) (3)

UB(ö) t) = CB · sin(o) t + φΒ) (4) ahol

CA = YaU+bU; CB = Ya2² + b2² (5)

CA, CB az UA és UB jelek csúcsértéke tg<pA= tg<pB =(6) φΑ, φΒ az UA és UB jelek fázisa.

A (6) egyenletből ol oO <pA = arctg—; <pB = arctg—. (7)

A tömegáram meghatározásához a 27 és 28 rezgésérzékelő UA és UB jelei közötti őt időeltolódás hordozza a szükséges információt. Ez a őt időeltolódás a két jel δφ fáziskülönbségéből és a T periódusidőből az alábbiak szerint határozható meg:

δφ δφ = φΑ-φΒ ^{δΤ = Τ} 2π (⁸) ahol δφ az UA és UB jelek közötti fáziskülönbség, őt az UA és UB jelek közötti időeltolódás,

T az UA és UB jelek periódusideje.

Az ismertetett módszer alkalmazásánál meg kell határozni a (6) egyenletekben szereplő al, bl, a2 és b2 Fourier-együtthatókat, ezt közelítő harmonikus analízis segítségével lehet elvégezni. Ehhez a periodikus függvényt 2 n egyenlő részre kell felosztani. A számítástechnikában a kettes számrendszer miatt inkább a 2 hatványai szerinti felosztás a célszerű. Az osztásszám megválasztásánál figyelembe kell venni, hogy kevés rész esetén a kapott eredmények felbontása durva lesz. A sor részekre történő felbontásának a mérési eredmények számításához szükséges idő szab korlátot. Ezek alapján a periódusidő 16 részre történő felosztása kielégítő megoldás. A Fourier-együtthatókat a legkisebb négyzetek módszerének alkalmazásával lehet meghatározni. Nem részletezve a levezetést, a keresett Fourieregyütthatók számítási egyenletei 16 részre történő bontás esetén az alábbiak:

HU 215 043 A al= —X UAi cos(2 π —) 16 16 /-ο bl=-j7X UAi sin(2 π —) 16 16 / = 0 a2 = -^X UBi cos(2 π ~)

16 /-o b2=TT-X UBi sin(2 π ~) 16 16 / = 0 (9) (10) (11) (12) ahol

UAi, UBi az UA és UB jelek i-edik időpontban mért értéke.

A számításokhoz meg kell mérni egyenlő időközönként mindkét UA, UB jel feszültségét. Az egyenlő időközök előállítására szolgál a 60 referenciaoszcillátor, amelyik pontosan 16-szoros frekvencián működik az UA, UB jelek frekvenciájához képest. A 60 referenciaoszcillátor Tref = T/16 periódusideje adja a mintavételezés időpontját mindkét UA, UB jelnél. A Fourieregyütthatókat a (9)-(12) egyenletek szerint lehet meghatározni.

Claims (3)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Berendezés fluid áram tömegáramának Corioliserő hatásán alapuló mérésére, amely berendezés tartalmaz a fluid áram által átjárt, az áramlási irányra keresztirányban rezonanciafrekvencián rezgetett legalább egy csővezetéket, a legalább egy csővezeték mozgásának megfelelő analóg jeleket előállító két rezgésérzékelőt és az analóg jelek közötti időeltolódást meghatározó jelfeldolgozó egységet, amely jelfeldolgozó egységnek az analóg jeleket digitális jelek sorozatává átalakító szerve és a digitális jelek sorozatából az időeltolódást Fouriertranszformáció útján meghatározó számítóegysége van, azzal jellemezve, hogy a rezgésérzékelők (27, 28) által előállított analóg jeleket digitális jelek sorozatává átalakító inkrementális típusú analóg-digitális átalakítói (50,

   5 51) vannak, amelyek komparátort (42, 43), előre-hátra számlálót (44, 45) és digitális-analóg átalakítót (46, 47) tartalmaznak, az analóg-digitális átalakítók (50, 51) előre-hátra számlálói (44,45) közös órajel-generátorral (48) vannak ellátva, és az előre-hátra számlálók (44,45) digi10 tális jelek sorozatát adó kimenetei a számítóegységhez (55) vezérelt közbenső tárolók (52, 53) útján vannak csatlakoztatva. (Elsőbbsége: 1992. 04. 24.)
2. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a közbenső tárolók (52, 53) vezérlőjelének

   15 előállítására referenciaoszcillátora (60) van, amely sorba kapcsolt, egyik bemenetén az egyik analóg jellel megtáplált nullkomparátort (61), fázisdetektort (62), aluláteresztő szűrőt (65) és feszültségvezéreit oszcillátort (66) tartalmaz, amely feszültségvezéreit oszcillátor

   20 (66) kimenete a fázisdetektor (62) egyik bemenetére bináris osztón (59) keresztül van csatlakoztatva. (Elsőbbsége: 1992. 04. 24.)
3. 3. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az inkrementális típusú analóg-digitális át25 alakítók (50, 51) úgy vannak kialakítva, hogy LSB/T_C>2 ]2π U f, ahol LSB az előre-hátra számlálók (44, 45) digitális

   30 kimenete legkisebb helyi értékű bitjének értéke, T_c az órajel periódusideje, U az analóg-digitális átalakítók (50, 51) bemenetére jutó analóg jelek közül a nagyobbik effektív értéke és f az analóg jelek frekvenciája. (Elsőbbsége: 1998. 01. 19.)

   35 4. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a legalább egy csővezetéket (14, 15) rezgető olyan rezgetőszerve (25) van, amely a rezgésérzékelők (27, 28) által előállított analóg jelek összegét képező összegző áramkörhöz (35) csatlakoztatott meghajtó40 áramkörhöz (68) van csatlakoztatva. (Elsőbbsége: 1992. 04. 24.)