JP2008145444A - Vibration measuring device and method for measuring viscosity of fluid led inside pipe - Google Patents

Vibration measuring device and method for measuring viscosity of fluid led inside pipe Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibration measuring device for measuring the viscosity of a fluid, led inside a pipe which is constituted, at the same time, as being suited also for the measurement of mass flow rate and the density of the fluid, and to make the accuracy of viscosity measurements improved by means of a Coriolis mass flowmeter-densitometer. <P>SOLUTION: The vibration measuring device includes a flow tube, having a lumen conducting a fluid which is clamped at an inlet end and an outlet end that can vibrate and which vibrates about a static position of rest, during operation to perform lateral deflections that cause periodic changes in the spatial position of the lumen. A sensor device forms a first sensor signal, representative of the inlet-side deflections of the flow tube, and a second sensor signal that indicates the outlet-side deflections of the flow tube; an excitation circuit forms exciting current, feeding an excitation arrangement. An evaluation circuit derives a density measured value that indicates the density of the fluid and derives a viscosity value that indicates the viscosity of the fluid, from at least one sensor signal and from the density measured value, on the basis of the excitation current. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、振動式測定装置および管路内を導かれる流体の粘度を測定する方法に関する。   The present invention relates to a vibration measuring device and a method for measuring the viscosity of a fluid guided in a pipe line.

コリオリ質量流量/密度測定装置は有利には質量流量および/または管路内を導かれる流体の密度を高精度に測定するために使用される。   The Coriolis mass flow / density measuring device is preferably used to measure the mass flow and / or the density of the fluid guided in the conduit with high accuracy.

たわみ振動型のコリオリ質量流量/密度測定装置は公知のように振動式測定装置であり、この測定装置は管路に液密、とりわけ圧力密に挿入された少なくとも1つの測定管を流体の導入のために有する。この測定管は測定動作において少なくとも1つの周波数によりマルチモードで、とりわけバイモードで静止状態を中心にして振動する。測定管はこのために電子機械的励振装置によって通常は第1のたわみ振動モードで次のように励振される。すなわちコリオリの力が流動流体に形成されるように励振される。測定管が直線状の場合、第1のたわみ振動モードとして例えば両側を固定して張架されたたわみバーの基本振動モードを使用することができる。このたわみバーは公知のようにただ1つの振動腹を有する。とりわけU字状またはΩ字状に湾曲された測定管では、第1のたわみ振動モードとして通常は、片側で張架されたバーの基本振動モードが励振される。   The flexural vibration type Coriolis mass flow rate / density measuring device is a vibration measuring device as is well known, and this measuring device is designed to introduce fluid into at least one measuring tube inserted in a liquid-tight manner, in particular pressure-tight, into a pipe line. Have for. The measuring tube vibrates around a stationary state in multimode, in particular in bimode, with at least one frequency in the measuring operation. For this purpose, the measuring tube is excited by an electromechanical excitation device, usually in the first flexural vibration mode, as follows. That is, the Coriolis force is excited so as to be formed in the flowing fluid. When the measurement tube is linear, for example, the basic vibration mode of a flexible bar stretched with both sides fixed can be used as the first flexural vibration mode. This flexure bar has a single vibrating bell as is known. In particular, in a measurement tube curved in a U shape or Ω shape, the fundamental vibration mode of a bar stretched on one side is normally excited as the first flexural vibration mode.

この種の振動式測定装置では、第1のたわみ振動モードによって流動流体に作用するコリオリの力に基づき、同時に第2の振動モードも励振される。この第2の振動モードの振幅も質量流量に依存する。   In this type of vibration type measuring apparatus, the second vibration mode is simultaneously excited based on the Coriolis force acting on the fluid fluid by the first flexural vibration mode. The amplitude of this second vibration mode also depends on the mass flow rate.

質量流量を検出するために、入口側端部での測定管の振動と出口側端部での測定管の振動とが相応のセンサ装置によって検出され、入口側振動を表す第1のセンサ信号と出口側振動を表す第2のセンサ信号に変換される。   In order to detect the mass flow rate, the vibration of the measuring tube at the inlet end and the vibration of the measuring tube at the outlet end are detected by corresponding sensor devices, and a first sensor signal representing the inlet vibration, It is converted into a second sensor signal representing the exit side vibration.

検出された両方の振動は、第1のたわみ振動モードに重畳された第2の振動モードを有する。この第2の振動モードはここでは同様のたわみ振動モードであるが、相互に位相がずれている。この位相ずれは相応に2つのセンサ信号間で測定することができ、この位相ずれがコリオリ質量流量/密度測定装置では質量流量を表す測定量として用いられる。   Both detected vibrations have a second vibration mode superimposed on the first flexural vibration mode. This second vibration mode is a similar flexural vibration mode here, but out of phase with each other. This phase shift can accordingly be measured between the two sensor signals, and this phase shift is used as a measured quantity representing the mass flow rate in the Coriolis mass flow / density measuring device.

コリオリ質量流量/密度測定装置では、共振周波数および/または第1のたわみ振動モードの振幅が通常は測定可能に流体の密度に依存する。従って測定管を常に第1のたわみ振動モードの共振周波数で励振すれば、これが流体の瞬時密度に対する尺度となる。   In a Coriolis mass flow / density measuring device, the resonance frequency and / or the amplitude of the first flexural vibration mode usually depend measurable on the density of the fluid. Therefore, if the measurement tube is always excited at the resonance frequency of the first flexural vibration mode, this is a measure for the instantaneous density of the fluid.

前記形式の振動式測定装置、とりわけコリオリ質量流量/密度測定装置はすでに従来技術に属するものであり、US−A4187721,US−A4801897,US−A4876879,US−A5648616,US−A5687100,US−A5796011,US−A6006609,およびEP−A866319にそれぞれ管路内を導かれる流体の質量流量および密度を測定するための振動式測定装置として記載されている。この振動式測定装置は、測定値検出器と測定装置電子回路とを有し、前記測定値検出器は、管路に挿入された少なくとも1つの測定管と、電子機械的励振装置と、測定管のラテラル方向偏向に応答するセンサ装置とを有し、前記測定装置電子回路は、励振回路と、評価回路とを有し、前記測定管は入口端部と出口端部に振動可能に張架されており、かつ前記測定管は動作時に、調整可能な励振周波数によって静止状態に対して相対的に振動され、前記電子機械的励振装置は、測定管を空間的に偏向させ、かつ同時に測定管をエラスティックに変形させ、前記センサ装置は、測定管の入口側偏向を表す第1のセンサ信号と、測定管の出口側偏向を表す第2のセンサ信号とを形成し、前記励振回路は、前記励振装置に供給される励振電流を形成し、前記評価回路は、第1のセンサ信号と第2のセンサ信号とを用いて流体の質量流量を表す質量流量値と、流体の密度を表す密度値とを送出する。   Vibrating measuring devices of the above-mentioned type, in particular Coriolis mass flow / density measuring devices, already belong to the prior art, and are described in US-A 4187721, US-A4801897, US-A4876879, US-A5648616, US-A5687100, US-A5796011, U.S. Pat. No. 6,006,609 and EP-A 866 319 describe a vibratory measuring device for measuring the mass flow rate and density of a fluid guided in a conduit. The vibration type measuring device includes a measurement value detector and a measurement device electronic circuit, and the measurement value detector includes at least one measurement tube inserted in a pipeline, an electromechanical excitation device, and a measurement tube. The measuring device electronic circuit has an excitation circuit and an evaluation circuit, and the measuring tube is oscillatingly stretched between the inlet end and the outlet end. And the measuring tube is vibrated relative to a stationary state by an adjustable excitation frequency in operation, the electromechanical excitation device spatially deflects the measuring tube and simultaneously The sensor device is elastically deformed to form a first sensor signal representing an inlet side deflection of the measuring tube and a second sensor signal representing an outlet side deflection of the measuring tube, and the excitation circuit includes the excitation circuit Forming the excitation current supplied to the excitation device The evaluation circuit transmits a mass flow rate value representing the mass flow rate of the fluid using the first sensor signal and a second sensor signal, and a density value representing the density of the fluid.

流動流体を表すために重要な別の物理的パラメータは粘度である。ここでは公知のように運動的と動的を区別することができる。   Another physical parameter that is important for representing a flowing fluid is viscosity. Here, it is possible to distinguish between kinematic and dynamic as is well known.

流動流体に対する粘度および密度測定振動式測定装置も従来技術に属する。例えばUS−A4524610には、管路に導かされた流体の粘度を測定するための振動式測定装置が記載されており、この振動式測定装置は測定値検出器と測定装置電子回路とを有し、
前記測定値検出器は、管路に挿入された直線状測定管と、電子機械的励振装置と、該測定管のねじれに応答するセンサ装置とを有し、前記測定装置電子回路は、励振回路と評価回路とを有し、前記測定管は、流体を案内する測定管内腔を有し、かつ入口端部と出口端部とに振動可能に張架されており、前記電子機械的励振装置は、測定管にラテラル方向偏向および/またはねじれを形成し、前記センサ装置は、測定管の平均的ねじれを表すセンサ信号を形成し、前記励振回路は、励振装置に供給される励振電流を形成し、前記評価回路は、センサ信号と励振電流を用いて、流体の粘度を表す粘度測定値を形成する。
Viscosity and density measurement for flowing fluids Vibration measuring devices also belong to the prior art. For example, U.S. Pat. No. 4,524,610 describes a vibration measuring device for measuring the viscosity of a fluid led to a conduit, which has a measurement value detector and a measuring device electronic circuit. ,
The measurement value detector includes a linear measurement tube inserted in a pipe line, an electromechanical excitation device, and a sensor device that responds to torsion of the measurement tube, and the measurement device electronic circuit is an excitation circuit. And the evaluation circuit, the measurement tube has a measurement tube lumen for guiding the fluid, and is stretched so as to vibrate between the inlet end and the outlet end, and the electromechanical excitation device includes: Forming a lateral deflection and / or torsion in the measuring tube, the sensor device forming a sensor signal representing the average torsion of the measuring tube, and the excitation circuit forming an excitation current supplied to the excitation device The evaluation circuit uses the sensor signal and the excitation current to form a viscosity measurement value representing the viscosity of the fluid.

密度/粘度測定器として用いられるこの振動式測定装置では、測定管が交互に、上に述べた第1のたわみ振動モードで密度の検出のために振動され、ねじれ振動モードで粘度の検出のために振動されるか、または同時に両方の振動モードで、しかし異なる周波数で振動される。測定管により実行されたねじれ振動に基づき、流体に剪断力が引き起こされ、この剪断力はねじれ振動に減衰的に対抗作用する。   In this vibratory measuring device used as a density / viscosity measuring device, the measuring tube is alternately vibrated for density detection in the first flexural vibration mode described above, and for viscosity detection in the torsional vibration mode. Or simultaneously in both vibration modes but at different frequencies. Based on the torsional vibration performed by the measuring tube, a shear force is induced in the fluid, which counteracts the torsional vibration in a dampening manner.

さらにWO−A9516897にはコリオリ質量流量/密度/粘度計として用いるラジアル振動型の振動式測定装置が記載されており、この測定装置は管路内を導かれる流体の粘度を測定する。この振動式測定装置は、測定値検出器と測定装置電子回路とを有し、
前記測定値検出器は、管路に挿入された直線状の測定管と、電子機械的励振装置と、測定管の軸対称変系に応答するセンサ装置とを有し、前記測定装置電子回路は、励振回路と評価回路とを有し、前記測定管は流体を案内する測定管内腔を有し、かつ入口端部と出口端部に振動可能に張架されており、前記電子機械的励振装置は、測定管に軸対称の変形および/またはラテラル方向偏向を形成し、前記センサ装置は、測定管の変形を表すセンサ信号を形成し、前記励振回路は、励振装置に供給される励振電流を形成し、前記評価回路は、センサ信号と励振電流を用いて流体の粘度を表す粘度測定値を形成する。
Further, WO-A9516897 describes a radial vibration type vibration measuring device used as a Coriolis mass flow rate / density / viscosity meter, and this measuring device measures the viscosity of a fluid guided in a pipe line. This vibration measuring device has a measurement value detector and a measuring device electronic circuit,
The measurement value detector includes a linear measurement tube inserted in a pipe line, an electromechanical excitation device, and a sensor device that responds to an axially symmetric variation of the measurement tube. The electromechanical excitation device has an excitation circuit and an evaluation circuit, the measurement tube has a measurement tube lumen for guiding a fluid, and is oscillatingly stretched between an inlet end and an outlet end. Forms an axisymmetric deformation and / or a lateral deflection in the measuring tube, the sensor device forms a sensor signal representing the deformation of the measuring tube, and the excitation circuit generates an excitation current supplied to the excitation device. And the evaluation circuit uses the sensor signal and the excitation current to form a viscosity measurement representative of the viscosity of the fluid.

コリオリ質量流量/密度/粘度計では、測定管が粘度と質量流量を検出するためにまず軸対称ラジアル振動モードで信号される。この軸対称ラジアル振動モードでは、測定管壁がエラスティックに、測定管重心線が実質的に静的静止状態に留まるように変形される。さらに測定管は少なくとも時折、二次振動モードで振動が励振され、これは流体の密度と圧力を検出するのに用いられる。二次振動モードは例えば前記第1のたわみ振動モードであっても良い。   In a Coriolis mass flow / density / viscosimeter, the measuring tube is first signaled in an axisymmetric radial vibration mode to detect viscosity and mass flow. In this axially symmetric radial vibration mode, the measurement tube wall is deformed so as to remain elastic and the measurement tube centroid remains substantially statically stationary. Furthermore, the measuring tube is excited at least occasionally in the secondary vibration mode, which is used to detect the density and pressure of the fluid. The secondary vibration mode may be, for example, the first flexural vibration mode.

WO−A9516897には、ラジアル振動型振動式測定装置を、流体の質量流量の測定と粘度の測定に使用できることが記載されている。しかし質量流量の測定に対してこの装置はこれまで専らガス状の気体に適用されている。すなわち粘度の減衰性の影響がとりわけ上記の質量流量に依存する第2の振動モードの振幅に大きく及ぼされ、すでに水よりも僅かに高い粘度においてこの第2の振動モードは実質的にセンサで検出することができなくなる。   WO-A9516897 describes that a radial vibration type vibration measuring device can be used for measurement of fluid mass flow rate and viscosity. However, for mass flow measurement, this device has been applied exclusively to gaseous gases. That is, the effect of viscosity damping is particularly large on the amplitude of the second vibration mode which depends on the mass flow rate, and this second vibration mode is substantially detected by the sensor at a viscosity already slightly higher than water. Can not do.

US−A5359881にはさらに、流動流体の粘度を測定する方法が記載されている。この方法では、質量流量を検出するためにたわみ振動型のコリオリ質量流量/密度測定装置が使用され、粘度を検出するために付加的に流動流体中の流動方向に沿った圧力差が検出される。   US-A 5,359,881 further describes a method for measuring the viscosity of a flowing fluid. In this method, a flexural vibration type Coriolis mass flow / density measuring device is used to detect the mass flow rate, and additionally, a pressure difference along the flow direction in the flowing fluid is detected to detect the viscosity. .

さらにUS−A5253533およびUS−A6006609にはたわみ振動型のコリオリ質量流量/密度検出器が記載されている。この検出器によって質量流量および/または密度に加えて流体の粘度を検出することができる。このコリオリ質量流量/密度検出器はそれぞれ直線状の測定管を有し、この測定管は測定動作時にそれぞれ第1のたわみ振動モードと同時に同様にねじれ振動モードで振動され、これにより少なくとも部分的にねじれ振動が測定管長手軸を中心に実行される。   Furthermore, US Pat. No. 5,253,533 and US Pat. No. 6,606,609 describe flexural vibration type Coriolis mass flow / density detectors. This detector can detect the viscosity of the fluid in addition to the mass flow rate and / or density. The Coriolis mass flow / density detectors each have a linear measuring tube that is vibrated in the same torsional vibration mode simultaneously with the first flexural vibration mode during the measurement operation, thereby at least partly. Torsional vibration is performed around the longitudinal axis of the measuring tube.

このようなコリオリ質量流量測定の動作時にはこれまで実質的に、一次測定値の補償のためにだけ、すなわち質量流量測定値および密度測定値の補償のためにだけ、単に励振電流の測定によって検出された粘度が付加的な粘度測定値としての出力のために不正確に検出されていた。   During the operation of such Coriolis mass flow measurement, until now it has been substantially detected only by the excitation current measurement, only for the compensation of the primary measurement, i.e. for the compensation of the mass flow measurement and the density measurement. Viscosity was detected incorrectly due to the output as an additional viscosity measurement.

本発明の課題は、管路内を導かれる流体の粘度を正確に測定するための振動式測定装置を提供することであり、この装置は同時に流体の質量流量および密度の測定にも適するように構成する。さらに本発明は、コリオリ質量流量/密度測定装置を用いた粘度測定の精度を向上させる方法を提供することを課題とする。   It is an object of the present invention to provide a vibration measuring device for accurately measuring the viscosity of a fluid guided in a conduit, which device is also suitable for measuring the mass flow rate and density of a fluid. Constitute. Furthermore, this invention makes it a subject to provide the method of improving the precision of the viscosity measurement using a Coriolis mass flow rate / density measuring apparatus.

この課題は、振動式測定装置は測定値検出器と測定装置電子回路とを有し、前記測定値検出器は管路に挿入された少なくとも1つの測定管と、該測定管に振動を形成するための励振装置と、該測定管の空間的偏向を検出するセンサ装置とを有し、前記測定装置電子回路は励振回路と評価回路とを有し、前記測定管は流体を案内する測定管内腔を有し、かつ入口側端部と出口側端部とに振動可能に張架されており、動作時に静止状態に対して振動して測定管内腔の空間位置を周期的に変化させるラテラル方向偏向を起こし、前記センサ装置は測定管の入口側ラテラル方向偏向を表す第1のセンサ信号および測定管の出口側ラテラル方向偏向を表す第2のセンサ信号を形成し、前記励振回路は前記励振装置に供給される励振電流を形成し、前記評価回路は流体密度を表す密度測定値を送出し、少なくとも1つのセンサ信号と密度測定値とにより励振電流に基づいて流体の粘度を表す粘度測定値を形成する装置により解決される。課題はまた、流体の流れる測定管に励振装置を介して測定管を静止状態に対して振動させて空間的偏向を起こすことにより流体に粘性摩擦を形成し、ここで測定管から生じた振動は少なくとも部分的にたわみ振動であり、測定管を振動させる励振装置に供給される励振電流を検出し、測定管のたわみ振動を表す少なくとも1つのセンサ信号を検出し、検出された励振電流および少なくとも1つのセンサ信号に基づいて密度測定値により粘度を表す粘度測定値を形成する方法により解決される。   The problem is that the vibration type measuring device has a measured value detector and a measuring device electronic circuit, and the measured value detector forms at least one measuring tube inserted in a pipe line and generates vibration in the measuring tube. And a sensor device for detecting a spatial deflection of the measuring tube, the measuring device electronic circuit having an exciting circuit and an evaluation circuit, the measuring tube having a measuring tube lumen for guiding fluid Lateral direction deflection that is vibrated and stretched between the inlet side end and the outlet side end and periodically changes the spatial position of the measurement tube lumen by vibrating with respect to the stationary state during operation. The sensor device generates a first sensor signal representing a lateral deflection in the inlet direction of the measurement tube and a second sensor signal representing a lateral deflection in the outlet side of the measurement tube, and the excitation circuit is connected to the excitation device. Forming the excitation current to be supplied and Circuit sends the density measurement value representing the fluid density is solved by an apparatus for forming a viscosity value representing the viscosity of the fluid based on at least one of the sensor signals and density measurements and the excitation current. Another problem is that a viscous friction is formed in the fluid by causing the measurement tube to vibrate in a stationary state by causing the measurement tube to vibrate with respect to a stationary state through an excitation device, and the vibration generated from the measurement tube is At least partially flexural vibration, detecting an excitation current supplied to an excitation device that vibrates the measuring tube, detecting at least one sensor signal representative of the bending vibration of the measuring tube, detecting the detected excitation current and at least one This is solved by a method of forming a viscosity measurement that represents the viscosity by means of a density measurement based on one sensor signal.

本発明の振動式測定装置の第1の有利な構成によれば、評価回路は第1のセンサ信号および/または第2のセンサ信号を用いて流体の運動速度に対する推定値を形成する。ここでこの流体の運動は粘性摩擦を引き起こす。   According to a first advantageous configuration of the vibratory measuring device according to the invention, the evaluation circuit uses the first sensor signal and / or the second sensor signal to form an estimate for the speed of movement of the fluid. Here, this fluid motion causes viscous friction.

本発明の振動式測定装置の第2の有利な構成によれば、評価回路は励振電流を用いて、流体中の粘性摩擦を表す摩擦測定値を形成する。   According to a second advantageous configuration of the vibration measuring device according to the invention, the evaluation circuit uses the excitation current to form a friction measurement representing the viscous friction in the fluid.

本発明の振動式測定装置の第3の有利な構成によれば、評価回路は摩擦値と推定値を用いて商値を形成し、この商値は粘性摩擦により作用される振動測定管の減衰を表す。   According to a third advantageous configuration of the vibratory measuring device according to the invention, the evaluation circuit uses the friction value and the estimated value to form a quotient value, which is the damping of the vibration measuring tube acted on by viscous friction. Represents.

本発明の振動式測定装置の第4の構成によれば、測定管内にその空間的偏向に基づいて、測定管内腔のエラスティックな変形が発生される。   According to the fourth configuration of the vibration type measurement apparatus of the present invention, an elastic deformation of the measurement tube lumen is generated in the measurement tube based on the spatial deflection.

本発明の振動式測定装置の第5の構成によれば、測定管内にその空間的偏向に基づいて、ねじれが測定管長手軸を中心に発生される。   According to the fifth configuration of the vibration type measuring apparatus of the present invention, twist is generated around the longitudinal axis of the measuring tube in the measuring tube based on the spatial deflection.

本発明の第6の構成によれば、振動式測定装置は流体の瞬時の質量流量を表す質量流量測定値を送出する。   According to the sixth configuration of the present invention, the vibratory measuring device delivers a mass flow measurement value representing the instantaneous mass flow rate of the fluid.

本発明の第7の構成によれば、振動式測定装置は流体の瞬時の密度を表す密度測定値を送出する。   According to the seventh configuration of the present invention, the vibratory measuring device delivers a density measurement value representing the instantaneous density of the fluid.

本発明の方法の有利な第1の構成によれば、粘度測定値を形成するために商値が補正値により除算される。   According to an advantageous first configuration of the method of the invention, the quotient value is divided by the correction value to form a viscosity measurement.

本発明の方法の有利な第2の構成によれば、粘度測定値を形成するために商値が2乗される。   According to an advantageous second configuration of the method of the invention, the quotient value is squared to form a viscosity measurement.

本発明の基本的技術思想は、測定された励振電流と、記載された形式の振動式測定装置、とりわけたわみ振動型コリオリ質量流量/密度測定装置の動作時に常時検出される、測定管のラテラル方向偏向、とりわけ質量流量測定のために入口側および/または出口側で検出された振動とから、粘度を導出することである。   The basic technical idea of the invention consists of the measured excitation current and the lateral direction of the measuring tube, which is always detected during operation of the described type of vibration measuring device, in particular the flexural vibration type Coriolis mass flow / density measuring device. Deriving the viscosity from the deflection, in particular the vibrations detected at the inlet and / or outlet side for mass flow measurement.

本発明の利点は、その実現のために従来のたわみ振動型のコリオリ質量流量/密度検出器を使用することができ、しかもその際にこれ自体をその機械的構造の点で変更する必要のないことである。従って本発明の方法をすでに使用されているコリオリ質量流量/密度測定装置において実現することができる。   An advantage of the present invention is that a conventional flexural vibration type Coriolis mass flow / density detector can be used for its realization, and in that case it does not need to be modified in terms of its mechanical structure. That is. Therefore, the method of the present invention can be realized in a Coriolis mass flow / density measuring apparatus that has already been used.

図1には概略的に、図示されていない管路内を導かれる流体の粘度ηの検出に用いられる振動式測定装置が示されており、流体の粘度ηを表す粘度測定値Xηが形成される。 FIG. 1 schematically shows an oscillating measuring device used to detect the viscosity η of a fluid guided through a conduit (not shown), and a viscosity measurement value X η representing the viscosity η of the fluid is formed. Is done.

さらに振動式測定装置は有利には、粘度ηのほかに流体密度ρおよび質量流量mを例えば同時に求め、相応にこれらを、密度ρを表す密度測定値Xρおよび質量流量mを表す質量流量値Xへ変換する。 Furthermore, the vibration measuring device advantageously determines, for example, simultaneously the fluid density ρ and the mass flow rate m in addition to the viscosity η, and correspondingly obtains a density measurement value X ρ representing the density ρ and a mass flow value representing the mass flow rate m. to convert to X m.

このために振動式測定装置は有利にはコリオリ質量流量/密度測定装置として構成されている。この種の質量流量mおよび/または密度ρを測定するコリオリ質量流量/密度測定装置の構造は、冒頭に言及した米国特許出願第4187721号明細書、同4876879号明細書、同5648616号明細書、同5687100号明細書、同5796011号明細書、および欧州特許出願公開第866319号明細書に記載されている。   For this purpose, the vibration measuring device is advantageously configured as a Coriolis mass flow / density measuring device. The structure of a Coriolis mass flow / density measuring device for measuring this type of mass flow m and / or density ρ is disclosed in US Pat. Nos. 4,187,721, 4,876,879, 5,648,616, referred to at the beginning, Nos. 5687100, 5796011, and European Patent Application No. 866 319.

流体を記述する前述のパラメータ、すなわち粘度η、密度ρ、および場合により質量流量mを検出するために、振動式測定装置は管路内へ流体密に(特に圧力密に)挿入される流体導通式の測定値ピックアップ10を有している。   In order to detect the aforementioned parameters describing the fluid, ie viscosity η, density ρ, and possibly mass flow m, the oscillating measuring device is fluid-tightly inserted (especially pressure-tight) into the conduit. It has a measured value pickup 10 of the formula.

さらに振動式測定装置は測定値ピックアップ10の駆動と前述の測定値の形成とに利用される測定装置電子回路50を有している。振動式測定装置が特にシリアルのフィールドバスへ結合できるように構成されている場合、測定装置電子回路50は相応のデータ通信用の通信インタフェースを有しており、これにより例えば測定データが上位のメモリプログラム制御部または上位のプロセスガイドシステムへ送信される。もちろん測定装置電子回路50は当業技術者には周知の手法で有利には相応の図示されていない電子回路ケーシングに収容することができる。   Furthermore, the vibration type measuring device has a measuring device electronic circuit 50 which is used for driving the measuring value pickup 10 and for forming the aforementioned measuring value. If the vibratory measuring device is designed to be coupled to a serial fieldbus in particular, the measuring device electronic circuit 50 has a corresponding communication interface for data communication so that, for example, measurement data can be stored in a higher-level memory. Sent to the program control unit or the upper process guide system. Of course, the measuring device electronics 50 can be accommodated in a correspondingly not shown electronics casing in a manner known to those skilled in the art.

図2、図3には測定値ピックアップ10として用いられる振動タイプの物理‐電気変換装置の実施例が示されている。この種の変換装置の構造は例えば米国特許出願第6006609号明細書に詳細に説明されている。さらに前述の変換装置として、例えば本出願人の製造しているコリオリ測定流量/密度測定装置"PROMASS I"シリーズを使用することもできる。   2 and 3 show an embodiment of a vibration type physical-electric conversion device used as the measurement value pickup 10. The structure of this type of conversion device is described in detail, for example, in US Pat. No. 6,006,609. Furthermore, for example, the Coriolis measurement flow rate / density measurement device “PROMASS I” series manufactured by the present applicant can be used as the aforementioned conversion device.

測定値ピックアップ10は直線状の入力側端部11および出力側端部12を有する測定管13を有しており、この測定管は弾性的に変形可能な所定の測定管内径13Aと所定の定格幅とを有している。測定管13はケーシング100によってカバーされた剛性の支持フレーム14内に振動可能に張架されている。測定管内径13Aの弾性変形とは、ここでは、流体を記述する応力、すなわちコリオリ力、質量慣性力、および/または剪断力を形成するために、測定値ピックアップ10の駆動中、流体を導通している測定管内径13Aの空間形状および/または空間位置を測定管13の弾性領域内で所定のようにサイクリックに(特に周期的に)変更することを意味する。これについては例えば米国特許出願第4801897号明細書、同第5648616号明細書、同第5796011号明細書、および/または同第6006609号明細書を参照されたい。測定管13の材料としては例えばチタン合金がとりわけ適している。チタン合金に代えて、他の(湾曲可能な)測定管に通常使用される材料、例えばステンレススチールまたはジルコニウムなどを使用することもできる。   The measurement value pickup 10 has a measuring tube 13 having a linear input side end 11 and an output side end 12, and this measuring tube is elastically deformable with a predetermined measuring tube inner diameter 13 A and a predetermined rating. Width. The measurement tube 13 is stretched in a rigid support frame 14 covered by the casing 100 so as to vibrate. The elastic deformation of the measuring tube inner diameter 13A here means that the fluid is conducted during the driving of the measurement pickup 10 in order to form a stress describing the fluid, ie Coriolis force, mass inertial force and / or shear force. This means that the spatial shape and / or the spatial position of the measuring tube inner diameter 13A is changed cyclically (especially periodically) as predetermined within the elastic region of the measuring tube 13. See, for example, U.S. Pat. Nos. 4,801,897, 5,648,616, 5,796,011, and / or 6,006,609. For example, a titanium alloy is particularly suitable as the material of the measuring tube 13. Instead of titanium alloys, other commonly used materials for bendable measuring tubes, such as stainless steel or zirconium, can also be used.

支持フレーム14は入力側端部11では測定管13をカバーしている入力側プレート213に固定されており、出力側端部12では同様に測定管をカバーしている出力側プレート223に固定されている。さらに支持フレーム14は第1の支持プレート24および第2の支持プレート34を有しており、これら2つの支持プレート24、34は入力側プレート213および出力側プレート223に固定されている。これらのプレートは測定管13に対してほぼ平行であり、測定管に対して間隔を置き、かつ相互に間隔を置いて配置されている。これについては図2を参照されたい。したがって2つの支持プレート24、34の相互に向かい合う側面は同様に相互に平行である。   The support frame 14 is fixed to the input side plate 213 covering the measurement tube 13 at the input side end 11, and is similarly fixed to the output side plate 223 covering the measurement tube at the output side end 12. ing. Further, the support frame 14 has a first support plate 24 and a second support plate 34, and these two support plates 24, 34 are fixed to the input side plate 213 and the output side plate 223. These plates are substantially parallel to the measuring tube 13, spaced from the measuring tube and spaced from each other. See FIG. 2 for this. The mutually facing sides of the two support plates 24, 34 are therefore also parallel to each other.

有利には長手方向スタブ25が支持プレート24、34に測定管13から間隔をおいて固定されており、これは測定管13の振動を消去する補償質量として用いられる。長手方向スタブ25は図3に示されているように、実際には振動可能な測定管13の全長に対して平行である。ただしこれは必ずしもそうでなくともよく、長手方向スタブ25はもちろん必要であればもっと短く構成することもできる。   A longitudinal stub 25 is preferably secured to the support plates 24, 34 at a distance from the measuring tube 13, which is used as a compensating mass that eliminates vibrations of the measuring tube 13. The longitudinal stub 25 is actually parallel to the entire length of the oscillating measuring tube 13, as shown in FIG. However, this is not necessarily so, and the longitudinal stub 25 can of course be made shorter if necessary.

したがって2つの支持プレート24、34、入力側プレート213、出力側プレート223、および場合により長手方向スタブ25を備えた支持フレーム14は長手方向重心線を有している。この重心線は入力側端部11および出力側端部12を仮想的に接続した測定管長手軸線13Bに対して平行に延在している。   Thus, the support frame 14 with the two support plates 24, 34, the input side plate 213, the output side plate 223, and possibly the longitudinal stub 25, has a longitudinal center of gravity line. The barycentric line extends in parallel to the measurement tube longitudinal axis 13B in which the input side end 11 and the output side end 12 are virtually connected.

図2、図3では図示のねじヘッドにより、前述の支持プレート24、34を入力側プレート213および出力側プレート223にねじ固定することが示されている。ただしこれには当業技術者の間で実施されている他の適切な固定法を適用してもよい。   2 and 3 show that the above-described support plates 24 and 34 are screwed to the input side plate 213 and the output side plate 223 by the illustrated screw head. However, other suitable fixing methods implemented by those skilled in the art may be applied to this.

図2によれば測定値ピックアップ10はさらに電気機械的励振装置16を有している。この電気機械的励振装置は測定管13を駆動時に静止位置から空間的に偏向させ、所定のように弾性変形させるために使用される。   According to FIG. 2, the measured value pickup 10 further comprises an electromechanical excitation device 16. This electromechanical excitation device is used for spatially deflecting the measuring tube 13 from a stationary position during driving and elastically deforming it in a predetermined manner.

励振装置16は、図4に示されているように、ここではT字形の剛性のレバー装置15を有しており、このレバー装置はたわみ耐性を有して測定管に固定されたブラケット154とヨーク163とを備えている。ヨーク163は測定管13から間隔を置いて設けられたブラケット154の端部に同様にたわみ耐性を有して固定されており、前述の測定管長手軸線13Bに対して横断方向に配向されている。ブラケット154として例えば測定管を孔に収容する金属のディスクが用いられる。別の適切な実施例では、代替手段としてのレバー装置15が前述の米国特許出願第6006609号明細書に示されている。   As shown in FIG. 4, the excitation device 16 includes a T-shaped rigid lever device 15, which has a bending resistance and a bracket 154 fixed to the measuring tube. And a yoke 163. The yoke 163 is fixed to the end portion of the bracket 154 spaced from the measuring tube 13 in the same manner with bending resistance, and is oriented in the transverse direction with respect to the measuring tube longitudinal axis 13B. . As the bracket 154, for example, a metal disk that accommodates the measurement tube in the hole is used. In another suitable embodiment, an alternative lever device 15 is shown in the aforementioned US Patent Application No. 6006609.

レバー装置15は有利には図2から容易にわかる通り、入力側端部11および出力側端部12のほぼ中央で測定管13に作用するように配置されており、したがって測定管13は作動中平均して最大のラテラル方向の偏向状態を有する。   The lever device 15 is preferably arranged to act on the measuring tube 13 at approximately the center of the input end 11 and the output end 12, as can be seen easily from FIG. 2, so that the measuring tube 13 is in operation. On average, it has the maximum lateral deflection state.

レバー装置15を駆動するには、図4の励振装置16は第1の励磁コイル26およびこれに対応する第1の永久磁石27と、第2の励磁コイル36およびこれに対応する第2の永久磁石37とを有しており、2つの励磁コイル26、36は測定管13の両側でヨーク163の下方の支持フレーム14に取り外し可能に固定されている。2つの励磁コイル26、36は電気的に有利には直列接続されている。ただしこれらのコイルは必要な場合にはもちろん相互に並列接続することができる。   To drive the lever device 15, the excitation device 16 of FIG. 4 includes a first excitation coil 26 and a first permanent magnet 27 corresponding thereto, a second excitation coil 36 and a second permanent coil corresponding thereto. The two exciting coils 26 and 36 are detachably fixed to the support frame 14 below the yoke 163 on both sides of the measuring tube 13. The two excitation coils 26, 36 are electrically connected in series. However, these coils can of course be connected in parallel if necessary.

2つの永久磁石27、37は、図2、図4に示されているように、相互に間隔を置いてヨーク163に固定されており、測定値ピックアップ10の駆動時には永久磁石27は主として励磁コイル26の磁界によって貫通され、永久磁石37は主として励磁コイル36の磁界によって貫通され、相応の電磁的な力の作用に基づいて運動する。このために励振装置16は、測定装置電子回路50の相応の励振回路50Aから送出されたユニポーラまたはバイポーラの励振電流iexcにより給電され、励磁コイル26、36は駆動時にこの電流を導通し、相応に磁界を形成して永久磁石27、37が運動する。この励振電流は同様に発振性であり、調整可能な振幅と調整可能な励振周波数fexcとを有する。励振電流iexcは例えば高調波振動、三角振動、または矩形振動として現れる。特に励振電流iexcの唯一の励振周波数fexcは、従来の形式の振動式測定装置と同様に、流体を導通する測定管13の瞬時の機械的共振周波数に相応する。 As shown in FIGS. 2 and 4, the two permanent magnets 27 and 37 are fixed to the yoke 163 at a distance from each other. When the measurement value pickup 10 is driven, the permanent magnet 27 is mainly used as an excitation coil. The permanent magnet 37 is penetrated mainly by the magnetic field of the exciting coil 36 and moves based on the action of a corresponding electromagnetic force. For this purpose, the excitation device 16 is fed by a unipolar or bipolar excitation current i exc sent from a corresponding excitation circuit 50A of the measuring device electronic circuit 50, and the excitation coils 26, 36 conduct this current when driven, correspondingly. A magnetic field is formed on the permanent magnets 27 and 37. This excitation current is likewise oscillating and has an adjustable amplitude and an adjustable excitation frequency f exc . The excitation current i exc appears as, for example, harmonic vibration, triangular vibration, or rectangular vibration. In particular, the only excitation frequency f exc of the excitation current i exc corresponds to the instantaneous mechanical resonance frequency of the measuring tube 13 that conducts the fluid, as in a conventional vibration measuring device.

励磁コイル26、36の磁界によって形成される永久磁石27、37の運動はヨーク163およびブラケット154を介して測定管13に伝達される。この永久磁石27、37の運動は、ヨーク163が唯一の励振周波数fexcによって交番的に支持プレート24または支持プレート34の方向へ静止位置から偏向されるように行われる。前述の相応の測定管長手軸線13Bに対して平行なレバー装置15の回転軸線は例えばブラケット154を通って延在している。 The movements of the permanent magnets 27 and 37 formed by the magnetic fields of the exciting coils 26 and 36 are transmitted to the measuring tube 13 through the yoke 163 and the bracket 154. This movement of the permanent magnets 27, 37 is performed so that the yoke 163 is alternately deflected from the rest position in the direction of the support plate 24 or the support plate 34 by means of the only excitation frequency f exc . The axis of rotation of the lever device 15 parallel to the corresponding measuring tube longitudinal axis 13B extends, for example, through the bracket 154.

有利には支持フレーム14はさらに支持プレート24、34に取り外し可能に接続された電磁励振装置16用の支承部材29を有しており、これは特に励磁コイル26、36、および場合により以下に述べる磁石支持装置217の個々のコンポーネントを支承するために用いられる。   Advantageously, the support frame 14 further comprises a bearing member 29 for the electromagnetic exciter 16 detachably connected to the support plates 24, 34, which in particular will be described below with the excitation coils 26, 36 and possibly below. Used to support the individual components of the magnet support device 217.

前述したように、励振装置16は測定値ピックアップ10の駆動時にこれを励振し、静止位置を中心として測定管13を機械的に振動させるために用いられる。これにより測定管は少なくともラテラル方向での偏向(ラテラル方向の発振性の偏向)を発生する。   As described above, the excitation device 16 excites the measurement value pickup 10 when it is driven, and is used to mechanically vibrate the measurement tube 13 around the stationary position. As a result, the measuring tube generates at least a lateral deflection (oscillating deflection in the lateral direction).

この実施例の測定値ピックアップ10では、このラテラル方向での偏向は同時に、入力側端部11および出力側端部12で上述のように固定に張架された測定管13の測定管内径13Aの弾性変形を発生させる。測定管内径13Aの変形はこの場合実際には測定管13の長さ全体にわたって作用する。   In the measurement value pickup 10 of this embodiment, the deflection in the lateral direction is simultaneously performed by the measurement tube inner diameter 13A of the measurement tube 13 fixedly stretched at the input side end portion 11 and the output side end portion 12 as described above. Generate elastic deformation. In this case, the deformation of the measuring tube inner diameter 13A actually acts over the entire length of the measuring tube 13.

さらに測定管13は、測定管の張架状態とレバー装置15を介して測定管13に作用するモーメントとに基づいて、ラテラル方向の偏向と同時に、少なくとも部分的にねじれ回転を強いられる。この測定管13の回転は、測定管13から間隔を置かれたブラケット端部のラテラル方向の偏向が測定管13のラテラル方向での偏向と同方向であるかまたは反対方向であるように行われる。換言すれば、測定管13のねじれ振動は前者のケースに相応する第1のねじれモードで発生するか、または後者のケースに相応する第2のねじれモードで発生する。その際、この実施例の測定値ピックアップ10では第2のねじれモードの固有周波数(例えば900Hz)は第1のモードのほぼ2倍の高さとなる。   Further, the measurement tube 13 is at least partially twisted and rotated simultaneously with the lateral deflection based on the tensioned state of the measurement tube and the moment acting on the measurement tube 13 via the lever device 15. The rotation of the measuring tube 13 is performed so that the lateral deflection of the bracket end spaced from the measuring tube 13 is the same or opposite to the lateral deflection of the measuring tube 13. . In other words, the torsional vibration of the measuring tube 13 is generated in the first torsion mode corresponding to the former case, or in the second torsion mode corresponding to the latter case. At that time, in the measurement value pickup 10 of this embodiment, the natural frequency (for example, 900 Hz) of the second torsion mode is almost twice as high as that of the first mode.

測定管13の駆動に応じてねじれ振動が第2のねじれモードのみで行われる場合には、有利には、渦流原理に基づいた磁石支持装置217が励振装置16内に組み込まれる。この装置は特に流体の瞬時密度に依存する回転軸線の位置の調整および/または安定化のために使用される。このため磁石支持装置217により測定管13がつねに第2のねじれモードで振動することが保証され、ひいてはどんな場合でも測定管13に対する外部の障害影響が他方のねじれモード(第1のモード)への自発交番を引き起こさなくなる。この種の磁石支持装置の詳細は例えば米国特許出願第6006609号明細書に詳細に説明されている。さらにこの種の磁石支持装置の使用法は、前述した測定値ピックアップの"PROMASS I"シリーズから知られる。   If the torsional vibration is performed only in the second torsional mode in response to the drive of the measuring tube 13, a magnet support device 217 based on the vortex principle is advantageously incorporated in the excitation device 16. This device is used in particular for adjusting and / or stabilizing the position of the axis of rotation depending on the instantaneous density of the fluid. For this reason, the magnet support device 217 guarantees that the measurement tube 13 always vibrates in the second torsion mode, and in any case, an external disturbance influence on the measurement tube 13 causes the other torsion mode (first mode) to enter. Does not cause spontaneous police box. Details of this type of magnet support device are described in detail, for example, in US Pat. No. 6,006,609. Furthermore, the use of this type of magnet support device is known from the "PROMASS I" series of measurement pickups described above.

有利には測定値ピックアップ10に対して、この実施例によれば、励振周波数fexcが調整され、専ら第2のねじれモードで励振が行われ、相応に第1のモードはほぼ抑圧される。ただし必要な場合には第1のねじれモードで励振を行うこともできる。 Advantageously, for the measured value pickup 10, according to this embodiment, the excitation frequency f exc is adjusted, the excitation is carried out exclusively in the second torsion mode, and the first mode is correspondingly suppressed accordingly. However, if necessary, excitation can be performed in the first torsion mode.

図1によれば測定値ピックアップ10は別のセンサ装置60を有しており、このセンサ装置は測定管13の瞬時の空間的偏向を検出し、相応のアナログ信号を形成する。センサ装置60はこのために、入力側で第1のラテラル発振を生じさせる測定管13の偏向に応答する第1のセンサ17と、出力側で第2のラテラル発振を生じさせる測定管13の偏向に応答する第2のセンサ18とを有する。2つのセンサ17、18は、図2に示されているように、測定管13に沿って相互に間隔を置いて支持フレーム14に固定に配置されている。これらのセンサは特に測定管13の中央に対して同じ距離を置き、支持フレーム14特に支持プレート24または34に固定に配置されている。   According to FIG. 1, the measurement value pickup 10 has a further sensor device 60, which detects the instantaneous spatial deflection of the measuring tube 13 and produces a corresponding analog signal. For this purpose, the sensor device 60 has a first sensor 17 responsive to the deflection of the measuring tube 13 causing the first lateral oscillation on the input side and the deflection of the measuring tube 13 causing the second lateral oscillation on the output side. And a second sensor 18 responsive to. As shown in FIG. 2, the two sensors 17 and 18 are fixedly arranged on the support frame 14 at a distance from each other along the measurement tube 13. These sensors are in particular arranged at the same distance with respect to the center of the measuring tube 13 and are fixedly arranged on the support frame 14, in particular on the support plate 24 or 34.

センサ17、18として有利には速度測定式のエレクトロダイナミックセンサが使用される。ただし同様に距離測定式、加速度測定式のエレクトロダイナミックセンサ、またはオプティカルセンサを使用することもできる。もちろん当業技術者に知られている他の偏向反応性のセンサをセンサ17、18として利用してもよい。   As the sensors 17 and 18, velocity-measuring electrodynamic sensors are preferably used. However, a distance measurement type, acceleration measurement type electrodynamic sensor, or optical sensor can also be used. Of course, other deflection responsive sensors known to those skilled in the art may be used as the sensors 17,18.

センサ17、18を介して、センサ装置60は駆動時に入力側のラテラル方向の偏向を表す第1のセンサ信号xs1と、出力側のラテラル方向の偏向を表す第2のセンサ信号xs2とを形成する。 Through the sensors 17 and 18, the sensor device 60 outputs a first sensor signal x s1 representing the lateral deflection on the input side and a second sensor signal x s2 representing the lateral deflection on the output side during driving. Form.

センサ信号xs1,xs2は、図1に示されているように、測定装置電子回路50のプログラミング可能な評価回路50Bへ供給される。この評価回路は特に、粘度測定値Xηおよび密度測定値Xρの形成に用いられる。本発明の有利な実施例によれば、評価回路50Bはさらに質量流量測定値Xを形成する。 The sensor signals x s1 , x s2 are supplied to a programmable evaluation circuit 50B of the measuring device electronics 50 as shown in FIG. This evaluation circuit is used in particular for the formation of the measured viscosity value and the measured density value . According to an advantageous embodiment of the present invention, evaluation circuit 50B is further formed mass flow measurement value X m.

2つの測定信号xs1,xs2は励振周波数fexcに相応する各1つの信号周波数を有する。 The two measurement signals x s1 and x s2 each have one signal frequency corresponding to the excitation frequency f exc .

有利にはセンサ装置60はさらに増幅器回路を有しており、この回路は2つのセンサ信号xs1,xs2を同じ振幅へ調整するために用いられる。これに適した振幅制御回路は例えば米国特許出願第5648616号明細書または欧州特許出願公開第866319号明細書に示されている。 The sensor device 60 preferably further comprises an amplifier circuit, which is used to adjust the two sensor signals x s1 and x s2 to the same amplitude. A suitable amplitude control circuit is shown, for example, in US Pat. No. 5,648,616 or EP-A-866319.

励振周波数fexcの調整は、この種の励振装置で一般に行われているように、有利には励振回路50Aの位相制御ループによって行われる。この種の位相制御ループの構造と機械的な共振周波数を調整する際の使用法とは米国特許出願第4801897号明細書に詳細に説明されている。 The adjustment of the excitation frequency f exc is preferably performed by the phase control loop of the excitation circuit 50A, as is commonly done with this type of excitation device. The structure of this type of phase control loop and its use in adjusting the mechanical resonance frequency are described in detail in US Pat. No. 4,801,897.

もちろん他の当業技術者に知られている、前述の形式の振動式測定装置の機械的共振周波数の調整用の周波数制御回路を使用してもよい。これについては米国特許出願第4524610号明細書および同4801897号明細書を参照されたい。さらに前述の形式の振動式測定装置に対するこの種の周波数制御回路の使用法は前述の"PROMASS I"シリーズに示されている。   Of course, a frequency control circuit for adjusting the mechanical resonance frequency of a vibration measuring device of the above-mentioned type, known to other persons skilled in the art, may be used. See U.S. Pat. Nos. 4,524,610 and 4,801,897 for this. Furthermore, the use of this type of frequency control circuit for a vibration measuring device of the type described above is shown in the aforementioned "PROMASS I" series.

励振電流iexcの調整には、この種の振動式測定装置で通常行われているように、相応の増幅器回路が用いられる。この増幅器回路は調整すべき励振周波数fexcを表す周波数設定信号と、調整すべき励振電流iexcの振幅を表す励振電流設定信号とによって制御される。周波数設定信号は例えば上述の周波数制御回路から送出される直流電圧であり、この直流電圧は周波数を表す振幅を有している。 For the adjustment of the excitation current i exc , a corresponding amplifier circuit is used, as is usually done with this type of vibration measuring device. This amplifier circuit is controlled by a frequency setting signal representing the excitation frequency f exc to be adjusted and an excitation current setting signal representing the amplitude of the excitation current i exc to be adjusted. The frequency setting signal is, for example, a DC voltage sent from the above-described frequency control circuit, and this DC voltage has an amplitude representing a frequency.

励振電流iexcを形成するために、励振回路50Aは相応の振幅制御回路を有しており、この回路は瞬時の振幅を介して2つのセンサ信号xs1,xs2のうち少なくとも一方を形成し、相応に一定または可変の振幅基準値Wを介して励振電流設定信号を形成する。場合によっては励振電流iexcの瞬時の振幅も励振電流設定信号の形成に利用することができる。この種の振幅制御回路は当業技術者には同様に周知である。この種の振幅制御回路の例としては、再びコリオリ質量流量測定装置の"PROMASS I"シリーズを挙げておく。この測定装置の振幅制御回路は有利には、各測定管の振動が前述の第1のたわみ振動モードで一定の振幅、すなわち密度に依存しない振幅へ制御されるように構成されている。 In order to form the excitation current i exc , the excitation circuit 50A has a corresponding amplitude control circuit which forms at least one of the two sensor signals x s1 and x s2 via the instantaneous amplitude. , to form the excitation current setting signal via the amplitude reference value W 1 of the constant or variable accordingly. In some cases, the instantaneous amplitude of the excitation current i exc can also be used to form the excitation current setting signal. This type of amplitude control circuit is likewise well known to those skilled in the art. As an example of this type of amplitude control circuit, the "PROMASS I" series of Coriolis mass flow measuring devices is cited again. The amplitude control circuit of this measuring device is advantageously configured such that the vibration of each measuring tube is controlled to a constant amplitude, i.e. an amplitude independent of density, in the first flexural vibration mode.

本発明の流体の粘度ηを求めるプロセスを以下に前述の測定値ピックアップ10の例で詳細に説明する。概念としての粘度とは流体のダイナミックな粘度も運動学的な粘度も意味していると理解されたい。なぜならこれらの粘度は振動式測定装置の駆動時に同様に測定される密度によって簡単に相互に換算できるからである。さらに粘度ηに代えてその逆数、すなわち流体の流動度を求めることもできる。   The process for determining the viscosity η of the fluid according to the present invention will be described in detail below using the example of the measurement value pickup 10 described above. Conceptual viscosity should be understood to mean both dynamic and kinematic viscosity of the fluid. This is because these viscosities can be easily converted into each other depending on the density measured in the same manner when the vibration type measuring device is driven. Further, instead of the viscosity η, the reciprocal thereof, that is, the fluidity of the fluid can be obtained.

前述のように発振する少なくとも1つの測定管を備えた振動式測定装置では、各測定管の空間的偏向が剪断力を発生させる流体の運動を引き起こす。この流体中の剪断力は流体の粘度ηによってともに求められ、摩擦損失として発振性の測定管に減衰的に作用する。   As described above, in the vibration type measurement apparatus including at least one measurement tube that oscillates, the spatial deflection of each measurement tube causes the movement of the fluid that generates a shearing force. The shearing force in the fluid is determined by the viscosity η of the fluid, and acts as a friction loss on the oscillating measuring tube in a damping manner.

励振電流iexcと実際には直接測定できない剪断力を発生させる流体運動の速度θとの比iexc/θによって偏向に反対に作用する減衰を代替評価できることがわかっている。こうした偏向の減衰はここでは流体内の粘度の摩擦に帰せられる減衰成分によりともに求められ、これを用いて粘度が求められる。相応に粘度ηを求めるために、励振電流iexcのほか前述の流体運動の速度θも検出される。 It has been found that the damping i acting on the deflection can be alternatively evaluated by the ratio i exc / θ between the excitation current i exc and the velocity of the fluid motion θ that generates shear forces that cannot actually be measured directly. Here, the attenuation of the deflection is determined together with a damping component attributed to the friction of the viscosity in the fluid, and the viscosity is determined using this. In addition to the excitation current i exc , the aforementioned fluid motion speed θ is also detected in order to determine the viscosity η accordingly.

前述の米国特許出願第4524610号明細書に記載されたプロセスでは、速度θは駆動レバーによって行われる駆動運動によって評価される。この駆動運動は相応に測定管のねじれ回転に作用する。この駆動レバーはほぼレバー装置15に相応する。   In the process described in the aforementioned U.S. Pat. No. 4,524,610, the velocity [theta] is evaluated by the drive movement performed by the drive lever. This drive movement accordingly affects the torsional rotation of the measuring tube. This drive lever substantially corresponds to the lever device 15.

粘度測定の目的で前述の形式の測定値ピックアップを介して速度θを検出するには、レバー装置15は限定された範囲でしか適していない。その理由は、1つには、前述したようにレバー装置15の回転軸線の位置が可変であり、相応してつねにアクチュアルな状態を検出しなければならないからである。もう1つにはこの種のレバー装置は前述の形式の測定値ピックアップ、特にコリオリ質量流量/密度ピックアップの個所に設けられていないことが多いからである。   For the purpose of viscosity measurement, the lever device 15 is only suitable for a limited range in order to detect the velocity θ via a measurement value pickup of the type described above. One reason is that, as described above, the position of the rotation axis of the lever device 15 is variable, and the actual state must always be detected accordingly. Another is that this type of lever device is often not provided at the location of a measurement value pickup of the type described above, in particular a Coriolis mass flow / density pickup.

本発明の基本的な着想によれば、したがって速度θを測定値ピックアップ10のレバー装置15で直接には検出せず、センサ装置60から送出されるセンサ信号xs1,xs2によって得る。 According to the basic idea of the present invention, the velocity θ is therefore not detected directly by the lever device 15 of the measurement value pickup 10 but is obtained from the sensor signals x s1 and x s2 sent from the sensor device 60.

センサ信号xs1,xs2を粘度ηの測定に使用することは、粘性摩擦を生じさせる流体運動の速度θと、少なくとも前述の形式の測定値ピックアップ10の動作領域で再現可能な測定管13の瞬時のラテラル方向の偏向とが線形に関連しているという認識に基づいている。良好な近似による仮定では
θ=K・X (1)
が成り立つ。ここでXはセンサ信号xs1,xs2から導出された速度測定値であって測定管13のラテラル方向の偏向の速度を瞬間的に表しており、Xθは流体運動の速度θの評価値であって流体中の粘性摩擦に作用し、Kは求めるべき比例係数に対するキャリブレーション測定量である。
The use of the sensor signals x s1 and x s2 for the measurement of the viscosity η means that the velocity of the fluid motion causing viscous friction θ and the measurement tube 13 reproducible at least in the operating region of the measurement value pickup 10 of the type described above. It is based on the recognition that instantaneous lateral deflection is linearly related. Assuming good approximation, X θ = K 1 · X V (1)
Holds. Here, X V is a velocity measurement value derived from the sensor signals x s1 and x s2 and instantaneously represents the lateral deflection velocity of the measuring tube 13, and X θ is an evaluation of the velocity θ of the fluid motion. A value that acts on viscous friction in the fluid, and K 1 is a calibration measure for the proportionality factor to be determined.

速度測定値Xは唯一のセンサ信号xs1またはxs2であってもよいし、2つのセンサ信号xs1,xs2、特に信号の和xs1+xs2から導出された信号値(例えば瞬時の信号振幅)であってもよい。センサ17、18が測定管13の中央に対して対称に配置され、センサ信号xs1,xs2が前述のように等しい信号振幅または等しく制御された信号振幅を有する場合、測定値ピックアップ10での信号の和xs1+xs2はこの実施例によれば測定管13の中央でのラテラル方向の偏向に比例する。 The velocity measurement X V may be the only sensor signal x s1 or x s2 or a signal value derived from the two sensor signals x s1 , x s2 , in particular the sum of the signals x s1 + x s2 (eg instantaneous Signal amplitude). If the sensors 17, 18 are arranged symmetrically with respect to the center of the measuring tube 13 and the sensor signals x s1 , x s2 have the same signal amplitude or an equally controlled signal amplitude as described above, According to this embodiment, the signal sum x s1 + x s2 is proportional to the lateral deflection at the center of the measuring tube 13.

速度θに対する評価値Xθを形成するために、評価回路50Bは図5、図6に概略的に示されているように入力段51を有しており、この段はセンサ信号xs1,xs2をディジタル処理する第1の測定回路511を備え、ここで速度測定値Xが形成される。信号振幅を測定するこの種の測定回路は例えば米国特許出願第5648616号明細書または欧州特許出願公開第866319号明細書に示されている。 To form the evaluation value X theta for the speed theta, evaluating circuit 50B is 5, it has an input stage 51, as shown schematically in FIG. 6, the stage sensor signals x s1, x A first measurement circuit 511 for digitally processing s2 is provided, where a velocity measurement value XV is formed. Such a measuring circuit for measuring the signal amplitude is shown, for example, in US Pat. No. 5,648,616 or EP-A-866319.

図6に概略的に示されているようにこの入力段51はさらに式(1)の実現に用いられる乗算器512を有している。この乗算器は、測定回路511から送出されて第1の入力側に印加される速度測定値Xと第2の入力側に印加される比例係数Kとを乗算し、出力として評価値Xθを送出する。 As schematically shown in FIG. 6, the input stage 51 further includes a multiplier 512 that is used to implement equation (1). The multiplier multiplies the proportional coefficient K 1 is applied first and the speed measurement value X V is applied to the input side is transmitted from the measurement circuit 511 to a second input of the evaluation value X as an output Send θ .

式(1)によって形成される関係は測定値ピックアップ10の実際の実現形態ごとに相応のキャリブレーション測定によって求められ、測定値電子回路50内へ組み込まれる。比例係数Kを求めるために、キャリブレーション測定において例えば測定管13の中央での回転の実際速度が求められ、同時に形成されるセンサ信号xs1,xs2に対する関係が設定される。さらに比例係数Kは一連の測定値ピックアップに対して例えば当業技術者に周知の有限要素法によって数値的に計算される。 The relationship formed by equation (1) is determined by a corresponding calibration measurement for each actual implementation of the measurement value pickup 10 and incorporated into the measurement value electronic circuit 50. To determine the proportionality factor K 1, the actual speed is determined in rotation at the center of the calibration measurement for example measuring tube 13, are set relationship to the sensor signals x s1, x s2 is formed at the same time. Furthermore, the proportionality factor K 1 is numerically calculated for a series of measurement pickups, for example by the finite element method well known to those skilled in the art.

特に測定すべき流体が非ニュートン流体である場合には、瞬時の質量流量が速度θに対して有する影響を、評価値Xθを求める際に相応に考慮しなければならない。すなわち非ニュートン流体では剪断力は質量流量mが増大するにつれて低下する。 In particular, when the fluid to be measured is a non-Newtonian fluid, the influence of the instantaneous mass flow rate on the velocity θ must be taken into account when determining the evaluation value . That is, in a non-Newtonian fluid, the shear force decreases as the mass flow rate m increases.

測定値ピックアップ10のキャリブレーションの際には通常、パラメータ、例えば密度ρ、質量流量m、粘度η、および/または温度が既知となっている2つ以上の異なる流体が順次に測定値ピックアップ10を通して流され、相応の測定値ピックアップ10の応答、例えば瞬時の励振電流iexcおよび/または瞬時の励振周波数fexcが測定される。調整されたパラメータおよびそのつど測定された測定値ピックアップ10の応答は相応に相互に関係づけられ、例えば比例係数Kが形成される。求められたキャリブレーション定数は例えばディジタルデータのかたちで評価回路50Bのテーブルメモリに格納される。これらのデータは相応の計算回路のアナログ調整値として利用される。ここで測定値ピックアップのキャリブレーションが当業技術者にはそれ自体周知であることを指摘し、詳細な説明を省略する。 When calibrating the measurement pickup 10, typically two or more different fluids with known parameters, such as density ρ, mass flow m, viscosity η, and / or temperature, are sequentially passed through the measurement pickup 10. The corresponding measured value pickup 10 response, for example the instantaneous excitation current i exc and / or the instantaneous excitation frequency f exc, is measured. Response measurements pickup 10 which is measured adjusted parameters and respective mutual implicating accordingly, for example, proportional coefficient K 1 is formed. The obtained calibration constant is stored in the table memory of the evaluation circuit 50B in the form of digital data, for example. These data are used as analog adjustment values for the corresponding calculation circuit. Here, it is pointed out that calibration of the measurement value pickup is well known to those skilled in the art, and detailed description thereof is omitted.

測定管13の振動の減衰は、粘性摩擦に帰せられる減衰成分のほか、実際には流体に依存しない減衰成分によっても求められる。この減衰成分は摩擦力に起因して生じ、例えば励振装置16および測定管13内の材料に作用する。換言すれば、測定された励振電流iexcが摩擦力および/または測定値ピックアップ10の摩擦力全体を表している。流体の粘度ηを求める際には、流体に依存しない減衰成分が相応に比Δiexc/θから消去される。したがって粘性摩擦による励振電流iexcの減衰成分に相応する励振電流成分Δiexcと速度θとの比を求めなければならない。 The vibration of the measurement tube 13 is attenuated not only by a damping component attributed to viscous friction but also by a damping component that does not actually depend on the fluid. This damping component is caused by the frictional force and acts on the material in the excitation device 16 and the measuring tube 13, for example. In other words, the measured excitation current i exc represents the friction force and / or the entire friction force of the measurement value pickup 10. When the fluid viscosity η is determined, the fluid-independent damping component is correspondingly eliminated from the ratio Δi exc / θ. Therefore, the ratio between the excitation current component Δi exc and the velocity θ corresponding to the damping component of the excitation current i exc due to viscous friction must be obtained.

励振電流成分Δiexc、ひいては粘性摩擦を表す摩擦測定値XΔiを形成するために、振動式測定装置の駆動中、入力段51によって励振電流iexcまたは瞬時の励振電流を表す励振電流測定値から相応の無負荷電流測定値Ki0が減算される。この無負荷電流測定値は励振装置16の前述の摩擦力を表す。このために入力段51は、図6に概略的に示されているように、特にはディジタル処理を行う第2の測定回路513を有しており、この測定回路は被減数入力側に印加される励振電流iexcまたは励振電流測定値から減数入力側に印加された無負荷電流測定値Ki0を減算して、出力側に摩擦測定値XΔiを送出する。 In order to form the excitation current component Δi exc , and thus the friction measurement value X Δi representing viscous friction, during the driving of the vibration measuring device, the input stage 51 determines from the excitation current i exc or the excitation current measurement value representing the instantaneous excitation current. The corresponding no-load current measurement K i0 is subtracted. This no-load current measurement represents the aforementioned frictional force of the excitation device 16. For this purpose, the input stage 51 has a second measuring circuit 513, in particular performing digital processing, as schematically shown in FIG. 6, which is applied to the reduced input side. Subtract the no-load current measurement value K i0 applied to the reduction input side from the excitation current i exc or the excitation current measurement value, and send the friction measurement value X Δi to the output side.

無負荷電流測定値Ki0は同様に振動式測定装置のキャリブレーション中、例えば測定管13の内容物排出後または空気しか導通していない期間に求め、相応に測定装置電子回路50に記憶するか、調整しなければならない。当業技術者にとっては、必要な場合に無負荷電流測定値Ki0に影響する他の物理パラメータ、例えば測定管および/または流体の瞬時の温度を無負荷電流測定値Ki0のキャリブレーションの際に考慮しなければならないことも明らかである。 Similarly, the no-load current measured value K i0 is obtained during calibration of the vibration type measuring device, for example, after the contents of the measuring tube 13 are discharged or during a period in which only air is conducted, and is stored in the measuring device electronic circuit 50 accordingly. Must be adjusted. For those skilled in the art, other physical parameters that affect the no-load current measurement K i0 when necessary, such as the instantaneous temperature of the measuring tube and / or the fluid, are calibrated during the calibration of the no-load current measurement K i0 . It is also clear that this must be taken into account.

流体中の粘性摩擦に帰せられる減衰成分Δiexc/θに相応する商の値XΔi/Xθを形成するために、評価回路50Bは図5に示されているようにさらに第1の機能ブロック52を有しており、このブロックは被除数入力側に印加される摩擦測定値XΔiを除数入力側に印加される評価値Xθによって除算するために用いられる。 In order to form a quotient value X Δi / X θ corresponding to the damping component Δi exc / θ attributed to viscous friction in the fluid, the evaluation circuit 50B further includes a first functional block as shown in FIG. This block is used to divide the measured friction value X Δi applied to the dividend input side by the evaluation value X θ applied to the divisor input side.

粘度ηを前述の形式の測定値ピックアップによって求める場合、励振電流iexcおよび速度θのほか、さらに測定管13の振動周波数および流体密度ρを考慮しなければならない。これについては米国特許出願第4524610号明細書を参照されたい。 When the viscosity η is obtained by the measurement value pickup of the above-mentioned type, in addition to the excitation current i exc and the velocity θ, the vibration frequency and fluid density ρ of the measurement tube 13 must be taken into consideration. See U.S. Pat. No. 4,524,610 for this.

このために評価回路50Bはさらに第2の機能ブロック53を有しており、このブロックは密度測定値Xρと励振周波数測定値Xとにより流体密度ρおよび励振周波数fexcに依存する相応の補正値Xρ,fを形成するために用いられる。 For this purpose, the evaluation circuit 50B further comprises a second functional block 53, which has a corresponding value depending on the fluid density ρ and the excitation frequency f exc by means of the density measurement value X ρ and the excitation frequency measurement value X f . Used to form the correction value X ρ, f .

密度測定値Xρおよび励振周波数Xは、前述の形式の振動式測定装置、特にコリオリ質量流量/密度測定装置の駆動時に通常求められる測定値である。これについては例えば米国特許出願第4187721号明細書、同第4524610号明細書、同第4876879号明細書、同第5648616号明細書、同第5687100号明細書、または欧州特許出願公開第866139号明細書を参照されたい。したがって本発明の粘度ηの検出に測定値X、Xρを使用できることは容易に理解される。 The density measurement value X ρ and the excitation frequency X f are measurement values that are normally obtained when driving the vibration type measurement device of the above-described type, particularly the Coriolis mass flow rate / density measurement device. For example, U.S. Pat. Nos. 4,187,721, 4,524,610, 4,876,879, 5,648,616, 5,687,100, or European Patent Application No. 866,139. Please refer to the book. Therefore, it is easily understood that the measured values X f and X ρ can be used for detecting the viscosity η of the present invention.

補正値Xρ,fについて、特に前述のようにねじれ振動する測定管13では、良好な近似として機能ブロック53により次式が実現される。すなわち
ρ,f=Xρ・X (2)
が成り立つ。
As for the correction value X ρ, f , the following equation is realized by the function block 53 as a good approximation, particularly in the measurement tube 13 that vibrates as described above. That is, Xρ, f = · Xf (2)
Holds.

センサ17、18として距離測定センサが用いられる場合、補正値Xρ,fを求めるために簡単な励振周波数測定値Xに代えてその2乗値X が使用される。つまり機能ブロック53には式(2)に対する乗算器のほか、更なる乗算器または2乗器が設けられる。 If the distance measuring sensor is used as the sensors 17 and 18, the correction value X [rho, its squared value X f 2 it is used in place of the simple excitation frequency measurements X f in order to obtain the f. That is, the functional block 53 is provided with a further multiplier or a squarer in addition to the multiplier for the equation (2).

商の値XΔi/Xθおよび補正値Xρ,fは、図5によれば、評価回路50Bの第3の機能ブロック54に供給され、再び商の値XΔi/Xθと補正値Xρ,fとによって粘度測定値Xηが形成される。 According to FIG. 5, the quotient value X Δi / X θ and the correction value X ρ, f are supplied to the third functional block 54 of the evaluation circuit 50B, and again the quotient value X Δi / X θ and the correction value X The measured viscosity X η is formed by ρ and f .

本発明の有利な実施例によれば、粘度ηは次式に基づいて求められる。
η=(K/Xρ,f)・(XΔi/Xθ (3)
ここでKはキャリブレーションによって求められる定数、特に測定管13の定格幅の2乗に依存する定数である。
According to an advantageous embodiment of the invention, the viscosity η is determined on the basis of the following equation:
X η = (K 2 / X ρ, f) · (X Δi / X θ) 2 (3)
Here K 2 is a constant that depends on the square of the constant determined by calibration, especially nominal width of the measuring tube 13.

式(3)によって求められる粘度測定値Xηは、粘度ηが小さいほどおよび/または流体密度ρが高いほど、より精確に実際の粘度ηに一致することがわかっている。さらに粘度ηは、本発明の実施例では、測定管13の定格幅が大きくなるにつれて精確に求めることができるようになる。 It has been found that the measured viscosity X η determined by equation (3) more accurately matches the actual viscosity η the lower the viscosity η and / or the higher the fluid density ρ. Further, in the embodiment of the present invention, the viscosity η can be accurately obtained as the rated width of the measuring tube 13 increases.

本発明の方法の別の有利な実施例によれば、精確な粘度測定値Xηの検出のために、特に5Pas(=パスカル秒)よりも粘度ηが大きい場合、および/または測定管13の定格幅が8mmよりも小さい場合には、次式に基づいて検出を行う。 According to another advantageous embodiment of the method according to the invention, in order to detect an accurate viscosity measurement X η , in particular when the viscosity η is greater than 5 Pas (= Pascal second) and / or the measuring tube 13 When the rated width is smaller than 8 mm, detection is performed based on the following equation.

Figure 2008145444
Figure 2008145444

式(4)は実際には、1つまたは複数の測定管を励振して測定管長手軸線を中心としたねじれ振動を生じさせる測定値ピックアップの汎用手段を表している。この実施例での測定値ピックアップ10に対しては、定数Kの値は例えば0.24〜0.25の範囲で存在する。式(4)は特に、前述の形式の測定値ピックアップの動作領域内で前述のようにねじれ振動を発生させる測定管では、流体中で作用する粘性依存の摩擦力が励振電流成分Δiexcに対して半径方向で測定管長手軸線へ向かって次第にその影響を低下させるという事実を考慮している。定数Kは実際には前述の逓減の2乗成分を表す係数である。励振電流成分Δiexcひいては摩擦測定値XΔiがきわめて小さな値へ向かう場合、式(4)は式(3)へ移行される。 Equation (4) actually represents a universal means of measurement value pickup that excites one or more measurement tubes to produce torsional vibration about the measurement tube longitudinal axis. For measurement pickup 10 of this embodiment, the value of the constant K 3 is present in the range of, for example, from 0.24 to 0.25. In particular, in the measurement tube that generates the torsional vibration as described above in the operating range of the measurement value pickup of the above-described type, the equation (4) indicates that the viscosity-dependent frictional force acting in the fluid is applied to the excitation current component Δi exc. This takes into account the fact that the influence is gradually reduced towards the longitudinal axis of the measuring tube in the radial direction. Constant K 3 is a coefficient actually representing a square component of the aforementioned diminishing. When the excitation current component Δi exc and thus the friction measurement value X Δi go to a very small value, the equation (4) is transferred to the equation (3).

式(3)または式(4)を実現するために、機能ブロック54は、図7、図8に示された本発明の有利な実施例によれば除算器541を有している。この除算器は商の値XΔi/Xθに対する被除数入力側と補正値Xρ,fに対する除数入力側とを備えており、これにより第1の中間値が形成される。さらに機能ブロック54は計算段542および乗算器543を有しており、計算段は第1の中間値に対する第1の入力側を備え、粘度ηに比例する第2の中間値が形成される。乗算器は第1の入力側に印加される第2の中間値を定数Kとの乗算により粘度測定値Xηへ変換する。 In order to implement equation (3) or equation (4), the functional block 54 comprises a divider 541 according to the preferred embodiment of the invention shown in FIGS. This divider has a dividend input side for the quotient value X Δi / X θ and a divisor input side for the correction values X ρ, f , thereby forming a first intermediate value. Furthermore, the functional block 54 comprises a calculation stage 542 and a multiplier 543, the calculation stage having a first input for the first intermediate value and forming a second intermediate value proportional to the viscosity η. Multiplier for converting the second intermediate value by multiplying the constant K 2 to the viscosity measured value X eta applied to the first input.

式(3)を実現するために、計算段542は本発明の別の実施例によれば乗算器として構成されており、このことは図7に概略的に示されている。この乗算器は除算器541の出力としての第1の中間値を計算回路542の第2の入力側に印加される商の値XΔi/Xθによって変換し、第2の中間値を得るために用いられる。 To implement equation (3), the calculation stage 542 is configured as a multiplier according to another embodiment of the present invention, which is schematically illustrated in FIG. This multiplier converts the first intermediate value as the output of the divider 541 by the quotient value X Δi / X θ applied to the second input side of the calculation circuit 542 to obtain the second intermediate value. Used for.

式(4)を実現するために、計算段542は本発明の別の実施例によれば、式(4)の根のなかの差に対する相応の開平器と、根を減算している項に対する相応の2乗器とを有している。さらに計算段542は2乗器を用いて形成される2乗値と定数K,Kおよび補正値Xρ,fとを乗算するために用いられ、これにより第2の中間値が形成される。 To implement equation (4), calculation stage 542, according to another embodiment of the present invention, for the corresponding square root for the difference in roots of equation (4) and the term subtracting the roots. And a corresponding squarer. Furthermore, the calculation stage 542 is used to multiply the square value formed using the squarer by the constants K 3 , K 4 and the correction value X ρ, f , thereby forming a second intermediate value. The

さらに上述の速度θの評価は式(1)によれば僅かではあるが流体密度ρに依存することがわかっている。これにより実際には
=K(ρ) (5)
が成り立つ。
Furthermore, it is known that the evaluation of the velocity θ described above depends slightly on the fluid density ρ according to the equation (1). As a result, K 1 = K 1 (ρ) (5)
Holds.

研究により、この実施例の測定値ピックアップ10に対して、比例係数Kは密度依存性を考慮して次式により求められる。すなわち
=K1,0/[1+K・(Xρ−ρ)] (6)
が成り立つ。ここでρ0は測定値ピックアップ10のキャリブレーションに用いられるキャリブレーション用流体の調整密度または測定密度であり、K1,0はキャリブレーション用流体を導通する測定管の比例係数であり、Kは測定管13の定格幅に依存するキャリブレーション定数である。
According to research, the proportionality coefficient K 1 is obtained by the following equation in consideration of density dependence for the measurement value pickup 10 of this embodiment. That K 1 = K 1,0 / [1 + K 5 · (X ρ -ρ 0)] (6)
Holds. Where ρ0 is the adjusted density or measuring the density of the calibration fluid used in the calibration of the measurement pickup 10, K 1, 0 is the proportionality factor of the measuring tube to conduct fluid for calibration, K 5 is The calibration constant depends on the rated width of the measuring tube 13.

式(1)に類似して比例係数K1,0について
1,0=Xρ,0/XV,0 (7)
が成り立つ。ここでXρ,0はキャリブレーション用流体を導通する測定管13の速度θを表す第1のキャリブレーション測定値であり、XV,0はセンサ信号xs1から導出された第2のキャリブレーション測定値であって、キャリブレーション用流体を導通する測定管13のラテラル方向の偏向速度を表している。
Similar to the equation (1), K 1,0 = X ρ, 0 / X V, 0 for the proportional coefficient K 1,0 (7)
Holds. Here, X ρ, 0 is a first calibration measurement value representing the velocity θ of the measurement tube 13 that conducts the calibration fluid, and X V, 0 is a second calibration derived from the sensor signal x s1 . It is a measured value, and represents the lateral deflection speed of the measuring tube 13 that conducts the calibration fluid.

式(6)は、図9に概略的に示されているように、入力段51の機能ブロック514により実現される。   Equation (6) is implemented by the function block 514 of the input stage 51, as schematically shown in FIG.

粘度測定値Xηの形成に利用される前述の機能ブロック52、53、54、514および場合により乗算器512は、当業者に周知の手法で、例えば評価回路50Bに設けられているマイクロコンピュータと相応にその内部に組み込まれて実行されるプログラムコードとにより実現される。前述の式(1)、(2)、(3)、(4)、(6)を相応の機能ブロックに変換し、式(1)、(2)、(3)、(4)、(6)の実現に用いられるマイクロコンピュータ用のプログラムコードを形成することは、当業技術者にとってはそれ自体は周知として実施されているので、ここでは詳細には説明しない。もちろんこれらの式は容易に全体またはその一部を相応に離散的に構成されたアナログおよび/またはディジタル計算回路によって評価回路50B内で表すこともできる。相応に入力段51も前述のマイクロコンピュータを介して実現可能であり、ここではセンサ信号xs1,xs2と検出された励振電流iexcをアナログディジタル変換器によって相応のディジタル信号に変換可能であることも明らかである。これについては特に欧州特許出願公開第866319号明細書を参照されたい。 Multiplier 512 by the function block 52,53,54,514 and the above-mentioned case to be utilized in the formation of viscosity measurements X eta is a well known technique to those skilled in the art, a microcomputer provided in the example evaluating circuit 50B Accordingly, it is realized by a program code that is executed by being incorporated therein. The above equations (1), (2), (3), (4), (6) are converted into corresponding functional blocks, and the equations (1), (2), (3), (4), (6) The formation of the program code for the microcomputer used for realizing the above is well-known to those skilled in the art and will not be described in detail here. Of course, these equations can easily be represented in the evaluation circuit 50B by analog and / or digital calculation circuits which are configured in a discrete manner in whole or in part. Correspondingly, the input stage 51 can also be realized via the aforementioned microcomputer, in which the sensor signals x s1 and x s2 and the detected excitation current i exc can be converted into corresponding digital signals by an analog-digital converter. It is also clear. Reference is made in particular to EP-A 866 319 in this regard.

この実施例による測定値ピックアップ10では特にねじれ回転が生じ、励振電流成分Δiexcと励振電流iexcとの比Δiexc/vは約4Pasの比較粘度に正規化される。これは90%に達する値である。すなわち測定値ピックアップ10は粘度ηに対して極めて高い感度を有する。 In particular, the measurement value pickup 10 according to this embodiment causes torsional rotation, and the ratio Δi exc / v between the excitation current component Δi exc and the excitation current i exc is normalized to a comparative viscosity of about 4 Pas. This is a value that reaches 90%. That is, the measured value pickup 10 has a very high sensitivity to the viscosity η.

また当業技術者に周知の振動タイプの他の測定値ピックアップ、例えばヘリカル形状に湾曲された測定管を有するピックアップを粘度ηの測定に使用することもできる。さらに前述したように、褶曲された測定管または湾曲された測定管を備えた振動タイプの測定値ピックアップを使用して、適切に粘度ηを測定することができる。これは例えば米国特許出願第5648616号明細書または同第5796011号明細書に記載されている。この種の測定値ピックアップは例えば比Δiexc/iexcを前述の比較粘度に関連して約70%〜80%有する。 It is also possible to use other measurement value pickups known to those skilled in the art for measuring the viscosity η, for example a pickup with a measuring tube curved in a helical shape. Further, as described above, the viscosity η can be appropriately measured by using a vibration type measurement value pickup having a curved measurement tube or a curved measurement tube. This is described, for example, in US Pat. Nos. 5,648,616 or 5,796,011. This type of measurement pickup has, for example, the ratio Δi exc / i exc in the range of about 70% to 80% in relation to the aforementioned comparative viscosity.

流体用の振動式測定装置の概略図である。It is the schematic of the vibration type measuring device for fluids. 図1の振動式測定装置の測定値ピックアップ10の1つの実施例の第1の側面を示した図である。It is the figure which showed the 1st side surface of one Example of the measurement value pick-up 10 of the vibration type measuring apparatus of FIG. 図2の測定値ピックアップの第2の側面を示した図である。It is the figure which showed the 2nd side surface of the measured value pickup of FIG. 図2の測定値ピックアップの拡大部分図である。FIG. 3 is an enlarged partial view of the measurement value pickup of FIG. 2. 図1の振動式測定装置の評価回路の素子のブロック回路の形式を示す概略図である。It is the schematic which shows the format of the block circuit of the element of the evaluation circuit of the vibration type measuring apparatus of FIG. 図5の評価回路の実施例の概略的なブロック回路図である。FIG. 6 is a schematic block circuit diagram of an embodiment of the evaluation circuit of FIG. 5. 図5の評価回路の実施例の概略的なブロック回路図である。FIG. 6 is a schematic block circuit diagram of an embodiment of the evaluation circuit of FIG. 5. 図5の評価回路の実施例の概略的なブロック回路図である。FIG. 6 is a schematic block circuit diagram of an embodiment of the evaluation circuit of FIG. 5. 図5の評価回路の実施例の概略的なブロック回路図である。FIG. 6 is a schematic block circuit diagram of an embodiment of the evaluation circuit of FIG. 5.

符号の説明Explanation of symbols

50 測定装置電子回路、 10 測定値ピックアップ、 13 測定管、 14 支持フレーム、 16 励振装置、 17,18 センサ、 100 ケーシング   50 measuring device electronic circuit, 10 measured value pickup, 13 measuring tube, 14 support frame, 16 excitation device, 17, 18 sensor, 100 casing

Claims (28)

管路内を導かれる流体の粘度を測定するための振動式測定装置において、
該振動式測定装置は測定値検出器(10)と測定装置電子回路(50)とを有し、
前記測定値検出器(10)は管路に挿入された少なくとも1つの測定管(13)と、該測定管(13)に振動を形成するための励振装置(16)と、該測定管(13)の空間的偏向を検出するセンサ装置(60)とを有し、
前記測定装置電子回路(50)は励振回路(50A)と評価回路(50B)とを有し、
前記測定管(13)は流体を案内する測定管内腔(13A)を有し、かつ入口側端部と出口側端部とに振動可能に張架されており、動作時に静止状態に対して振動して測定管内腔(13A)の空間位置を周期的に変化させるラテラル方向偏向を起こし、
前記センサ装置(60)は測定管(13)の入口側ラテラル方向偏向を表す第1のセンサ信号(xs1)および測定管(13)の出口側ラテラル方向偏向を表す第2のセンサ信号(xs2)を形成し、
前記励振回路(50A)は前記励振装置(16)に供給される励振電流(iexc)を形成し、
前記評価回路(50B)は流体密度を表す密度測定値(Xρ)を送出し、少なくとも1つのセンサ信号(xs1,xs2)と密度測定値(Xρ)とにより励振電流(iexc)に基づいて流体の粘度を表す粘度測定値(Xη)を形成する
ことを特徴とする振動式測定装置。
In a vibration measuring device for measuring the viscosity of a fluid guided in a pipe line,
The vibration measurement device has a measurement value detector (10) and a measurement device electronic circuit (50),
The measurement value detector (10) includes at least one measurement tube (13) inserted in a pipe, an excitation device (16) for generating vibration in the measurement tube (13), and the measurement tube (13). Sensor device (60) for detecting the spatial deflection of
The measuring device electronic circuit (50) has an excitation circuit (50A) and an evaluation circuit (50B),
The measurement tube (13) has a measurement tube lumen (13A) for guiding a fluid, and is stretched to be able to vibrate at an inlet side end and an outlet side end, and vibrates with respect to a stationary state during operation. Causing lateral deflection that periodically changes the spatial position of the measurement tube lumen (13A),
The sensor device (60) includes a first sensor signal (x s1 ) representing the inlet side lateral deflection of the measuring tube (13) and a second sensor signal (x representing the outlet side lateral deflection of the measuring tube (13). s2 ),
The excitation circuit (50A) forms an excitation current (i exc ) supplied to the excitation device (16),
The evaluation circuit (50B) sends a density measurement value (X ρ ) representing the fluid density, and an excitation current (i exc ) is generated from at least one sensor signal (x s1 , x s2 ) and the density measurement value (X ρ ). A vibration type measuring device that forms a viscosity measurement value (X η ) representing the viscosity of a fluid based on
評価回路(50B)から流体の瞬時質量流量を表す質量流量測定値(X)が送出される、請求項1記載の振動式測定装置。 Mass flow measurement value from the evaluation circuit (50B) representing the instantaneous mass flow rate of the fluid (X m) is sent, the vibration-type measuring device according to claim 1. 評価回路(50B)は質量流量測定値(X)を用いて粘度測定値(Xη)を形成する、請求項2記載の振動式測定装置。 The vibration type measuring device according to claim 2, wherein the evaluation circuit (50B) forms the viscosity measurement value (X η ) using the mass flow rate measurement value (X m ). 評価回路(50B)は測定管(13)を振動させる励振周波数(fexc)を表す励振周波数測定値(X)を送出し、さらに該励振周波数測定値(X)および密度測定値(Xρ)に基づいて求められた補正値(Xρ,f)を用いて粘度測定値(Xη)を形成する、請求項1から3までのいずれか1項記載の振動式測定装置。 The evaluation circuit (50B) sends an excitation frequency measurement value (X f ) representing an excitation frequency (f exc ) that vibrates the measurement tube (13), and the excitation frequency measurement value (X f ) and density measurement value (X The vibration type measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the viscosity measurement value (X η ) is formed using a correction value (X ρ, f ) obtained based on ρ ). 評価回路(50B)は少なくとも1つのセンサ信号(xs1,xs2)を用いて流体の粘性摩擦に作用する運動の速度に対する推定値(Xθ)を形成する、請求項1から4までのいずれか1項記載の振動式測定装置。 The evaluation circuit (50B) uses at least one sensor signal (x s1 , x s2 ) to form an estimate (X θ ) for the speed of motion acting on the viscous friction of the fluid. The vibration type measuring apparatus according to claim 1. 評価回路(50B)は少なくとも1つのセンサ信号(xs1,xs2)から導出された信号振幅に基づいて粘度測定値(Xη)を形成する、請求項1から5までのいずれか1項記載の振動式測定装置。 The evaluation circuit (50B) forms a viscosity measurement (X η ) based on a signal amplitude derived from at least one sensor signal (x s1 , x s2 ). Vibration type measuring device. 評価回路(50B)は少なくとも1つのセンサ信号(xs1,xs2)および励振電流(iexc)を用いて粘性摩擦に作用する測定管(13)の振動の減衰量を求め、さらに求められた減衰量に基づいて流体の粘性を表す粘度測定値(Xη)を形成する、請求項1から6までのいずれか1項記載の振動式測定装置。 The evaluation circuit (50B) obtains the attenuation amount of the vibration of the measuring tube (13) acting on the viscous friction by using at least one sensor signal (x s1 , x s2 ) and the excitation current (i exc ). The vibration type measuring apparatus according to claim 1, wherein a viscosity measurement value (X η ) representing the viscosity of the fluid is formed based on the amount of attenuation. 評価回路(50B)は励振電流(iexc)を用いて流体の粘性摩擦を表す摩擦測定値(XΔi)を形成する、請求項1から7までのいずれか1項記載の振動式測定装置。 The vibration type measuring apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the evaluation circuit (50B) uses the excitation current (i exc ) to form a friction measurement value (X Δi ) representing the viscous friction of the fluid. 評価回路(50B)は励振電流(iexc)を用いて流体の粘性摩擦を表す摩擦測定値(XΔi)を形成し、さらに摩擦測定値(XΔi)と推定値(Xθ)とを用いて商値(XΔi/Xθ)を形成し、該商値は粘性摩擦により生じる振動測定管(13)の減衰量を表す、請求項8記載の振動式測定装置。 The evaluation circuit (50B) uses the excitation current (i exc ) to form a friction measurement value (X Δi ) representing the viscous friction of the fluid, and further uses the friction measurement value (X Δi ) and the estimated value (X θ ). The vibration-type measuring device according to claim 8, wherein a quotient value (X Δi / X θ ) is formed, and the quotient value represents a damping amount of the vibration measuring tube (13) caused by viscous friction. 静止状態に対してラテラルに振動する測定管(13)内には測定管内腔(13A)のエラスティックな変形が形成される、請求項1から9までのいずれか1項記載の振動式測定装置。   10. The vibration type measuring device according to claim 1, wherein an elastic deformation of the measurement tube lumen (13A) is formed in the measurement tube (13) that vibrates laterally with respect to a stationary state. . 振動する測定管(13)内にねじれが測定管長手軸(13B)を中心にして形成される、請求項1から10までのいずれか1項記載の振動式測定装置。   11. The vibration type measuring device according to claim 1, wherein a torsion is formed in the vibrating measurement tube (13) around the longitudinal axis (13 </ b> B) of the measurement tube. 測定管(13)の流体に粘性摩擦を形成するために動作時に測定管軸線(13B)を中心として部分的にねじれ振動モードが形成される、請求項1から11までのいずれか1項記載の振動式測定装置。   12. A torsional vibration mode is formed in part around the measuring tube axis (13B) during operation in order to form viscous friction in the fluid of the measuring tube (13). Vibration measuring device. センサ装置(60)は測定管(13)の入口側のラテラルの偏向に応答する第1のセンサ(17)を有しており、該センサが少なくとも1つの信号を送出する、請求項1から12までのいずれか1項記載の振動式測定装置。   Sensor device (60) comprises a first sensor (17) responsive to lateral deflection of the inlet side of the measuring tube (13), said sensor delivering at least one signal. The vibration type measuring apparatus according to any one of the above. センサ装置(60)は測定管(13)の出口側のラテラルの偏向に応答する第2のセンサ(18)を有しており、該センサが少なくとも1つの信号を送出する、請求項1から13までのいずれか1項記載の振動式測定装置。   14. The sensor device (60) comprises a second sensor (18) responsive to lateral deflection on the outlet side of the measuring tube (13), said sensor delivering at least one signal. The vibration type measuring apparatus according to any one of the above. 測定管(13)は直線状に構成されている、請求項1から14までのいずれか1項記載の振動式測定装置。   The vibration type measuring device according to any one of claims 1 to 14, wherein the measuring tube (13) is configured in a straight line. 測定管(13)は屈曲されている、請求項1から15までのいずれか1項記載の振動式測定装置。   16. The vibration type measuring device according to claim 1, wherein the measuring tube (13) is bent. 評価回路(50B)は流体の瞬時質量流量を表す質量流量測定値(X)を送出する、請求項1から16までのいずれか1項記載の振動式測定装置。 Evaluating circuit (50B) sends mass flow measurement value representative of the instantaneous mass flow rate of the fluid (X m), the vibration-type measuring device according to any one of claims 1 to 16. 流体のコリオリ質量流量を表す質量流量測定値(X)および流体の密度を表す密度測定値(Xρ)を送出するたわみ振動型のコリオリ質量流量/密度測定装置を用いて、管路を流れる流体の粘度を測定する方法において、
流体の流れる測定管(13)に励振装置(16)を介して測定管を静止状態に対して振動させて空間的偏向を起こすことにより流体に粘性摩擦を形成し、ここで測定管(13)から生じた振動は少なくとも部分的にたわみ振動であり、
測定管(13)を振動させる励振装置(16)に供給される励振電流(iexc)を検出し、
測定管(13)のたわみ振動を表す少なくとも1つのセンサ信号(xs1,xs2)を検出し、
検出された励振電流(iexc)および少なくとも1つのセンサ信号(xs1,xs2)に基づいて密度測定値(Xρ)により粘度を表す粘度測定値(Xη)を形成する
ことを特徴とする管路を流れる流体の粘度を測定する方法。
Flow through the pipeline using a flexural vibration type Coriolis mass flow / density measuring device that sends a mass flow measurement (X m ) representing the Coriolis mass flow of the fluid and a density measurement (X ρ ) representing the density of the fluid. In a method for measuring the viscosity of a fluid,
Viscous friction is formed in the fluid by causing the measurement tube (13) through which the fluid flows to vibrate by causing the measurement tube to oscillate with respect to a stationary state via the excitation device (16). The vibration generated from is at least partially a flexural vibration,
Detecting an excitation current (i exc ) supplied to an excitation device (16) for vibrating the measurement tube (13);
Detecting at least one sensor signal (x s1 , x s2 ) representing the flexural vibration of the measuring tube (13);
Forming a viscosity measurement value (X η ) representing the viscosity with a density measurement value (X ρ ) based on the detected excitation current (i exc ) and at least one sensor signal (x s1 , x s2 ). A method for measuring the viscosity of a fluid flowing through a pipeline.
測定管をラテラル方向に偏向させて測定管内腔(13A)をエラスティックに変形させる、請求項18記載の方法。   19. The method according to claim 18, wherein the measuring tube is deflected laterally to deform the measuring tube lumen (13A) elastically. 粘度測定値(Xη)を形成するために、少なくとも1つのセンサ信号(xs1,xs2)から粘性摩擦に作用する流体の運動速度を表す推定値(Xθ)を導出する、請求項18または19記載の方法。 19. Estimating (X θ ) representing the velocity of motion of the fluid acting on viscous friction from at least one sensor signal (x s1 , x s2 ) to form a viscosity measurement (X η ). Or the method of 19. 粘度測定値(Xη)を形成するために、励振電流(iexc)から粘性摩擦を表す摩擦測定値(XΔi)を導出する、請求項18から20までのいずれか1項記載の方法。 21. A method according to any one of claims 18 to 20, wherein a friction measurement (X [ Delta] i ) representing viscous friction is derived from the excitation current ( iexc ) to form a viscosity measurement (X [ eta] ). 粘度測定値(Xη)を形成するために、摩擦測定値(XΔi)を推定値(Xθ)で除算して商値(XΔi/Xθ)を形成する、請求項21記載の方法。 The method of claim 21, wherein the friction measurement (X Δi ) is divided by the estimate (X θ ) to form a quotient value (X Δi / X θ ) to form a viscosity measurement (X η ). . 粘度測定値(Xη)を形成するために、測定管(13)を励振周波数(fexc)で振動させ、励振周波数を表す励振周波数測定値(X)を形成する、請求項18から22までのいずれか1項記載の方法。 The measurement tube (13) is vibrated at an excitation frequency (f exc ) to form a viscosity measurement (X η ) to form an excitation frequency measurement (X f ) representing the excitation frequency. The method according to any one of the above. 粘度測定値(Xη)を形成するために、密度測定値(Xρ)および励振周波数測定値(X)により流体の密度と励振周波数とに依存する補正値(Xρ,f)を形成する、請求項23記載の方法。 In order to form a viscosity measurement (X η ), a correction value (X ρ, f ) that depends on the density of the fluid and the excitation frequency is formed from the density measurement (X ρ ) and the excitation frequency measurement (X f ). 24. The method of claim 23. 商値(XΔi/xθ)および補正値(Xρ,f)から粘度測定値(Xη)を形成する、請求項24記載の方法。 25. The method according to claim 24, wherein a viscosity measurement (X [ eta] ) is formed from the quotient value (X [Delta] i / x [ theta] ) and the correction value (X [ rho], f ). 商値(XΔi/Xθ)を補正値(Xρ,f)で除算して粘度測定値(Xη)を形成する、請求項25記載の方法。 26. The method of claim 25, wherein the quotient value (X [Delta] i / X [ theta] ) is divided by a correction value (X [ rho], f ) to form a viscosity measurement (X [ eta] ). 少なくとも1つのセンサ信号(xs1,xs2)および励振電流(iexc)を用いて粘性摩擦に作用する測定管(13)の振動の減衰量を求め、さらに求められた減衰量に基づいて流体の粘性を表す粘度測定値(Xη)を形成する、請求項18から26までのいずれか1項記載の方法。 Using at least one sensor signal (x s1 , x s2 ) and the excitation current (i exc ), the amount of vibration attenuation of the measuring tube (13) acting on the viscous friction is obtained, and the fluid is further calculated based on the obtained amount of attenuation. 27. A method according to any one of claims 18 to 26, wherein a viscosity measurement value (X [ eta] ) representing the viscosity of is formed. 少なくとも1つのセンサ信号(xs1,xs2)から導出された振動する測定管(13)のラテラルの偏向を表す信号値、例えば信号振幅に基づいて粘度測定値(Xη)を形成する、請求項18から27までのいずれか1項記載の方法。 Forming a viscosity measurement (X η ) based on a signal value, eg a signal amplitude, representing a lateral deflection of the oscillating measuring tube (13) derived from the at least one sensor signal (x s1 , x s2 ) 28. The method according to any one of items 18 to 27.
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