PL198415B1 - Sposób wyznaczania masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa, urządzenie do wyznaczania masowego natężenia przepływu zawierające sterownik masowego natężenia przepływu i sterownik masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa - Google Patents

Abstract

1. Sposób wyznaczania masowego nat ezenia przep lywu z wykorzystaniem si ly Coriolisa, w którym mierzy si e skr ecenie rurki czujnikowej pod wp lywem si ly Coriolisa wytwarzanej przez p lyn przemieszcza- j acy poprzez rurk e, przy czym przez skr ecenie otrzymuje si e przesuni ecie fazowe sygna lu pr edko sci pomi edzy pierwszym i drugim sygna lem wej scio- wym, za s przesuni ecie wykrywa si e za pomoc a pierwszego i drugiego czujnika przemieszczenia rurki, znamienny tym, ze miesza si e pierwszy i drugi sygna l wej sciowy otrzymany z zespo lu badaj acego po lo zenie rurki i wytwarza si e pierwszy sygna l wyj- sciowy przesuni ecia fazy o 90° pierwszego sygna lu wej sciowego pochodz acy od przesuwnika fazy, a nast epnie miesza si e drugi sygna l wej sciowy otrzy- many z czujników z detekcj a fazow a z przesuni etym w fazie pierwszym sygna lem wej sciowym i wytwarza si e drugi sygna l wyj sciowy, po czym na podstawie uzyskanych danych pomiarowych oblicza si e warto sci bezwzgl edne wektora i fazy pierwszego i drugiego sygna lu wyj sciowego, a uzyskana faza wektora jest proporcjonalna do masowego nat ezenia przep lywu. PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wyznaczania masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa, urządzenie do wyznaczania masowego natężenia przepływu zawierające sterownik masowego natężenia przepływu i sterownik masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa.

Pomiar masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem działania siły Coriolisa uzyskuje się w następujący sposób. Siła Coriolisa pojawia się na skutek przemieszczenia się pewnej masy w ustalonym kierunku, a następnie zmuszania jej do zmiany kierunku z wektorową składową prostopadłą do ustalonego kierunku przepływu. Można to wyrazić następującym równaniem:

Fc = M x to (gdzie Fc (wektor siły Coriolisa) jest iloczynem wektorowym M (wektor masowego natężenia przepływu) i to (wektor prędkości kątowej).

W układzie wirującym wektor prędkości kątowej jest skierowany wzdłuż osi obrotu. Przy zastosowaniu reguły prawej dłoni palce wyznaczają kierunek obrotu, a wystawiony kciuk określa kierunek wektora prędkości kątowej. W przypadku typowego czujnika natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa rurka, przez którą ma przepływać płyn, jest wprawiana w drgania. Często rurka ta ma kształt jednej lub kilku pętli. Kształt pętli jest taki, że wektor masowego natężenia przepływu jest zwrócony w przeciwnych kierunkach w różnych częściach pętli. Pętle rurki mogą przykładowo być w kształcie litery U, prostokątne, trójkątne lub zwojowe. W szczególnym przypadku prostej rurki istnieją dwa równoczesne wektory prędkości kątowej, które są zgodne z punktami zakotwienia rurki, natomiast wektor masowego natężenia przepływu ma jeden kierunek. Wektor prędkości kątowej zmienia kierunki, ponieważ w układzie drgającym zmienia się kierunek obrotu. Na skutek tego w dowolnej chwili siła Coriolisa działa w przeciwnych kierunkach tam, gdzie wektory masowego natężenia przepływu lub wektory prędkości kątowej są zwrócone w przeciwnych kierunkach. Ponieważ wektor prędkości kątowej stale zmienia się w układzie drgającym, siła Coriolisa również ciągle zmienia się. Wynikiem jest nakładanie się dynamicznego ruchu skręcającego na ruch drgający, rurki. Wartość skręcenia jest proporcjonalna do masowego natężenia przepływu przy danej prędkości kątowej.

Pomiar masowego natężenia przepływu uzyskuje się przez mierzenie skręcenia rurki czujnikowej na skutek siły Coriolisa wytwarzanej przez ruch płynu poprzez rurkę czujnikową. Typowe znane urządzenia wykorzystują czujniki zawierające pary magnes-uzwojenie usytuowane na rurce przepływowej, gdzie oczekiwane jest największe przemieszczenie powodowane przez siłę Coriolisa. Uzwojenie i magnes montowane są na przeciwległych konstrukcjach, np. magnes jest montowany na rurce, a uzwojenie montowane jest na ściance nieruchomej obudowy. Magnes będzie poruszał się do wewnątrz i na zewnątrz uzwojenia indukując w uzwojeniu przepływ prądu elektrycznego. Natężenie tego prądu jest proporcjonalne do prędkości magnesu względem uzwojenia. Ponieważ jest to pomiar prędkości, zatem prędkość, a więc również sygnał ma maksimum wówczas, gdy rurka przepływowa przechodzi przez swój punkt spoczynku (przejście przez zero). Skręcenie wywoływane przez siłę Coriolisa powoduje przesunięcie fazy w sygnale prędkości, który jest wykrywany przez pomiar różnicy pomiędzy dwoma czujnikami prędkości w chwilach przejścia przez zero. W praktyce wymaga to dużej dokładności od obwodu pomiaru czasu. Może to ograniczać ostateczną czułość pomiaru masowego natężenia przepływu tym sposobem.

Ponadto możliwości określania natężenia przepływu za pomocą znanych urządzeń opartych na technice Coriolisa często są ograniczone do natężeń przepływu, które są większe niż potrzebne do wielu zastosowań. Istniejące urządzenia do pomiaru masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa zapewniają ponadto tylko pomiar masowego natężenia przepływu bez integralnych możliwości sterowania przepływem. Zapewnienie środków sterowania przepływem pozostawiono użytkownikowi.

Z niemieckiego opisu patentowego DE 19 605 923 znany jest miernik przepływu liniowego zawierający pojedynczą rurę przepływu 2. Posiada on parę płyt 24 i 25, które są umieszczone na obu stronach rury przepływu 2. Płyta 24 ma dodatni potencjał, podczas gdy płyta 25 ma potencjał ujemny. Rura przepływu 2 jest wykonana z tworzywa sztucznego. Rura przepływu 2 zawiera część prowadzącą 29, przy czym część prowadząca jest ukształtowana z metalicznego, przewodzącego prąd materiału. Część przewodząca 29 jest połączona z i dostarcza sygnał do wzmacniacza pomiarowego 30.

PL 198 415 B1

Angielskie zgłoszenie patentowe GB 2221302A ujawnia urządzenie do pomiaru masy przepływu cieczy i/lub gęstości, mające zasadniczo U kształtny kanał przepływu uformowany na wsporniku za pomocą techniki mikroobróbki, takiej jak litografia i proces trawienia. Wierzchołkowa pokrywa jest połączona ponad wspornikiem dla objęcia kanału, przy czym łączenie jest wykonane za pomocą elektrostatycznych lub anodowych środków wiążących. Poprzez wibrację wspornikowego elementu, podczas przepływu płynu i wyczuwanego związanego z tym ruchu, może być pomierzony przepływ masy i gęstość cieczy. Wzbudzenie i detekcja mogą być termiczne, optyczne, elektrostatyczne, piezoelektryczne lub elektromagnetyczne.

Sposób wyznaczania masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa, według wynalazku, w którym mierzy się skręcenie rurki czujnikowej pod wpływem siły Coriolisa wytwarzanej przez płyn przemieszczający poprzez rurkę, przy czym przez skręcenie otrzymuje się przesunięcie fazowe sygnału prędkości pomiędzy pierwszym i drugim sygnałem wejściowym, zaś przesunięcie wykrywa się za pomocą pierwszego i drugiego czujnika przemieszczenia rurki, charakteryzuje się tym, że miesza się pierwszy i drugi sygnał wejściowy otrzymany z zespołu badającego położenie rurki i wytwarza się pierwszy sygnał wyjściowy przesunięcia fazy o 90° pierwszego sygnału wejściowego pochodzący od przesuwnika fazy, a następnie miesza się drugi sygnał wejściowy otrzymany z czujników z detekcją fazową z przesuniętym w fazie pierwszym sygnałem wejściowym i wytwarza się drugi sygnał wyjściowy, po czym na podstawie uzyskanych danych pomiarowych oblicza się wartości bezwzględne wektora i fazy pierwszego i drugiego sygnału wyjściowego, a uzyskana faza wektora jest proporcjonalna do masowego natężenia przepływu.

Ponadto usuwa się składowe wysokoczęstotliwościowe z pierwszego i drugiego sygnału wyjściowego pochodzących od czujników z detekcją fazy, a w szczególności blokuje się fazowy zacisk zespołu sterującego z pierwszym sygnałem wejściowym wprowadzając rurkę przepływową w rezonans.

Korzystnie łączenie pierwszego i drugiego sygnału wejściowego prowadzi się poprzez wprowadzanie pierwszego i drugiego sygnału wejściowego do detektora fazy, a w szczególności łączenie pierwszego i drugiego sygnału wejściowego prowadzi się łącząc sygnał różnicy pomiędzy pierwszym a drugim sygnałem wejściowym z pierwszym sygnałem wejściowym.

Urządzenie do wyznaczania masowego natężenia przepływu zawierające sterownik masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa, według wynalazku, połączony z pierwszym i drugim czujnikiem pomiarowym położenia rurki czujnika natężenia przepływu, charakteryzuje się tym, że zawiera pierwszy czujnik z detekcją fazową sprzęgnięty z pierwszym i drugim czujnikiem pomiarowym położenia rurki, przy czym pierwszy czujnik z detekcją fazy ma na wyjściu sygnał stanowiący połączenie pierwszego i drugiego sygnału wejściowego czujnika pomiarowego położenia rurki, a ponadto z pierwszym i drugim czujnikiem pomiarowego położenia rurki jest sprzęgnięty pierwszy przesuwnik fazy mający na wyjściu sygnał stanowiący pierwszy sygnał wejściowy przesunięty w fazie o 90° i drugi czujnik z detekcją fazy połączony z pierwszym przesuwnikiem fazy i drugim czujnikiem pomiarowym położenia rurki, przy czym drugi czujnik z detekcją fazy ma na wyjściu sygnał stanowiący połączenie pierwszego sygnału wejściowego przesuwnika fazy i drugiego sygnału wejściowego, a ponadto z pierwszym i drugim czujnikiem z detekcją fazy jest sprzężony procesor do przyjmowania i mieszania sygnałów i do obliczania wartości bezwzględnej wektora i fazy połączonych sygnałów, przy czym faza wektora jest proporcjonalna do masowego natężenia przepływu, a ponadto urządzenie zawiera trzeci czujnik z detekcją fazy, sprzęgnięty z pierwszym czujnikiem pomiarowym położenia rurki, który ma na wyjściu sygnał stanowiący połączenie pierwszych sygnałów wejściowych oraz zawiera czwarty czujnik z detekcją fazy połączony z pierwszym przesuwnikiem fazy i pierwszym czujnikiem pomiarowym położenia rurki mający na wyjściu sygnał stanowiący połączone sygnały wejściowe, przy czym z pierwszym i trzecim czujnikiem z detekcją fazy jest połączony pierwszy wzmacniacz różnicowy połączony z procesorem oraz drugi wzmacniacz różnicowy połączony z drugim i czwartym czujnikiem z detekcją fazy oraz z procesorem.

Urządzenie zawiera ponadto pierwszy i drugi filtr dolnoprzepustowy do usuwania składowych wysokoczęstotliwościowych z mieszanych sygnałów i wyjściowych napięć prądu stałego, połączone do pierwszego i drugiego czujnika z detekcją fazy.

Korzystnie urządzenie zawiera trzeci zacisk wyjściowy zblokowany fazowo z pierwszym zaciskiem wejściowym mającym na wyjściu sygnał sinusoidalny do wprawiania w rezonans rurki przepływowej, a w szczególności zawiera zblokowany wzmacniacz połączony z czujnikiem pomiarowym.

PL 198 415 B1

Korzystnym jest gdy urządzenie zawiera ponadto pierwszy i drugi filtr dolnoprzepustowy do usuwania składowych wysoko częstotliwościowych z mieszanych sygnałów i wyjściowych napięć prądu stałego, połączone do pierwszego i drugiego wzmacniacza różnicowego.

Urządzenie ponadto zawiera drugi przesuwnik fazowy, połączony z czwartym czujnikiem z detekcją fazy, mający na wyjściu sygnał stanowiący pierwszy sygnał wejściowy przesunięty w fazie o 90°.

Sterownik masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa, według wynalazku, zawierający obudowę zespołów elektronicznych i usytuowaną w niej rurkę czujnika natężenia przepływu charakteryzuje się tym, że zawiera zespół napędowy do wprawiania w ruch rurki czujnika natężenia przepływu, usytuowany w jej pobliżu i zespół badający położenia rurki czujnika natężenia przepływu do mierzenia skręcenie rurki czujnika natężenia przepływu oraz zespół sterowania przepływu do przyjmowania płynu z rurki czujnika natężenia przepływu.

Zespół sterowania przepływu zawiera zawór mający gniazdo zaworu i tłok uszczelniający gniazdo zaworu, przy czym w tłoku uszczelniającym jest co najmniej jeden otwór, stanowiący ścieżkę przepływu płynu przez tłok, kiedy tłok jest w położeniu poza gniazdem zaworu.

Zespół sterowania przepływu zawiera pompę, korzystnie pompa jest pompą dozującą.

Zespół badający położenie rurki jest połączony z serwomotorem, przy czym serwomotor jest sprzężony z czujnikiem pomiarowym przemieszczenia rurki czujnika natężenia przepływu.

Serwomotor jest piezoelektryczny.

Korzystnie ustawienie zespołu badającego położenie rurki serwomotorem jest zależne od warunków przepływu, a w szczególności ustawienie zespołu badającego położenie rurki serwomotorem jest w trzech wymiarach.

Zespół badający położenie rurki zawiera pierwszy i drugi stos piezoelektryczny usytuowane odpowiednio na pierwszym i drugim końcu rurki czujnika natężenia przepływu, przy czym rurka czujnika natężenia przepływu drga w zależności od zjawiska piezoelektrycznego i zjawiska odwrotnego do niego.

Zespół badający położenie rurki jest zespołem do wykrywania sygnałów wejściowych pierwszego i drugiego otrzymanych z czujników pomiarowych przemieszczenia i jest połączony ze wzmacniaczem różnicowym, przy czym wzmacniacz różnicowy ma na wyjściu sygnał odpowiadający różnicy pomiędzy pierwszym i drugim sygnałem wejściowym, a ponadto ze wzmacniaczem różnicowym jest połączony pierwszy czujniki z detekcją fazową sygnału wyjściowego wzmacniacza różnicowego i pierwszego sygnału wejściowego i ma na wyjściu sygnał stanowiący połączenie sygnału wejściowego wzmacniacza różnicowego i pierwszego sygnału wejściowego, przy czym z zespołem badającym położenie rurki jest połączony przesuwnik fazy mający na wyjściu pierwszy sygnał wejściowy przesunięty w fazie o 90°, zaś z przesuwnikiem fazy i wzmacniaczem różnicowym jest połączony drugi czujnik z detekcją fazową, mający na wyjściu sygnał stanowiący połączenie pierwszego sygnału wejściowego i sygnału wzmacniacza różnicowego, zaś z pierwszymi i drugimi czujnikami z detekcją fazową jest połączony procesor do przyjmowania połączonych sygnałów i obliczania wartości bezwzględnej wektora i fazy sygnałów połączonych, przy czym faza wektora jest proporcjonalna do masowego natężenia przepływu.

Sterownik ponadto zawiera pierwszy i drugi filtr dolnoprzepustowy do usuwania składowych wysokoczęstotliwościowych z mieszanych sygnałów i napięć wyjściowych prądu stałego, sprzęgnięte z pierwszymi i drugimi czujnikami z detekcją fazy, a w szczególności sterownik zawiera trzeci zacisk wyjściowy zblokowany fazowo z pierwszym zaciskiem wejściowym do wytworzenia sinusoidalnego sygnału wyjściowego rurki przepływowej.

Korzystnym jest gdy sterownik zawiera zblokowany wzmacniacz.

Proponowane rozwiązanie ma prostą konstrukcję i jest łatwe w obsłudze.

Przedmiot wynalazku jest opisany w przykładach wykonania na podstawie rysunku, na którym fig. 1 jest schematem blokowym przedstawiającym czujnik masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa zawarty w urządzeniu według wynalazku, fig. 2A i 2B przedstawiają czujnik masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa wykorzystujący napęd elektromagnetyczny, fig. 3A i 3B przedstawiają czujnik masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa wykorzystujący napęd elektrostatyczny, fig. 4A i 4B przedstawiają czujnik masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa wykorzystujący napęd akustyczny, fig. 5A i 5B przedstawiają czujnik masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa wykorzystujący napęd piezoelektryczny, fig. 6 jest schematem zblokowanego wzmacniacza do mierzenia przesunięcia fazy indukowanego przez siłę Coriolisa mający zastosowanie w urządzeniu według wynalazku, fig. 7 jest schematem dwukanałowego wzmacniacza zblokowanego do mierzenia przesunięcia fazy indukowaPL 198 415 B1 nego przez siłę Coriolisa do urządzenia według wynalazku, fig. 8 jest wykresem ilustrującym zależność pomiędzy amplitudami sygnałów wejściowych z czujników położenia rurki czujnikowej z wykorzystaniem sposobów przetwarzania sygnału, fig. 9 jest schematem podwójnego wzmacniacza zblokowanego do mierzenia przesunięcia fazy indukowanego siłą Coriolisa w urządzeniu według wynalazku, fig. 10 jest schematem podwójnego wzmacniacza zblokowanego zawierającego regulację częstotliwości odniesienia do mierzenia przesunięcia fazy indukowanego siłą Coriolisa do urządzenia według wynalazku, fig. 11 przedstawia pierwszy przykład wykonania pojemnościowego czujnika przemieszczenia, fig. 12 przedstawia drugi przykład wykonania pojemnościowego czujnika sondy przemieszczenia, fig. 13 przedstawia trzeci przykład wykonania pojemnościowego czujnika przemieszczenia, fig. 14 jest widokiem perspektywicznym sterownika masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa według wynalazku, fig. 15 jest przekrojem sterownika masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa z fig. 14, fig. 16 jest widokiem sterownika masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa z fig. 15 w rozłożeniu na części, fig. 17A i 17B przedstawiają odpowiednio pewne aspekty gwintowanego połączenia zaworu i uszczelnionego połączenia zaworu, fig. 18 jest widokiem perspektywicznym sterownika masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa według dalszych aspektów wynalazku.

Na fig. 1 przedstawiono schemat blokowy ilustrujący koncepcyjnie czujnik masowego natężenia przepływu działający z wykorzystaniem siły Coriolisa, który stanowi element urządzenia według wynalazku. Czujnik 1 zawiera rurkę 2 czujnika natężenia przepływu z zespołem napędowym 3 wprowadzającym rurkę 2 w drgania. Czujniki 4 przemieszczenia mierzą skręcanie rurki 2 przez siłę Coriolisa.

Typowym materiałem na czujnikową rurkę 2 jest stal nierdzewna. Powodem zastosowania stali nierdzewnej jest to, że jest ona odporna na działanie chemiczne wielu substancji, również jest ona odporna na rozerwanie przez normalne ciśnienia technologiczne, jest zwykle pozbawiona zanieczyszczeń i może być jej łatwo nadawany żądany kształt rurki czujnika Coriolisa. Jednakże stal nierdzewna nie nadaje się do wszystkich zastosowań. Konieczna jest zatem, dostępność innych materiałów na rurki, zwłaszcza dla takiego zastosowania, gdzie stal nierdzewna nie jest odpowiednia. Korzystnie stosuje się krzem jako materiał alternatywny wobec stali nierdzewnej. Zaletą krzemu wobec stali nierdzewnej jest to, że rurki czujnika przepływu można wytwarzać mniejsze niż to jest osiągalne przy stali nierdzewnej. Innym zagadnieniem przy rozpatrywaniu wyboru materiału na rurkę czujnikową 2 jest wytrzymałość na powstające naprężenia lub zwiększona korozja.

Naprężenie powstaje przy podstawie zginanego ramienia, gdzie montowane są rurki. W materiałach polikrystalicznych naprężenia będą powodowały dyfuzję zanieczyszczeń zawartych w materiale i skupianie się ich na granicach ziaren pomiędzy ziarnistymi obszarami mikrokrystalicznymi. W wielu przypadkach będzie to osłabiać wiązanie pomiędzy ziarnami mikrokrystalicznymi, co powoduje, że materiał staje się łatwiej podatny na działanie chemiczne. Materiały monokrystaliczne, takie jak krzem lub szafir są mniej narażone na takie oddziaływanie. Metale, takie jak stal nierdzewna, są zwykle polikrystaliczne i dlatego są bardziej narażone na tego rodzaju działanie chemiczne w różnym stopniu. Materiały bezpostaciowe, takie jak szkło krzemionkowe i kilka tworzyw sztucznych, również są odporniejsze na działanie chemiczne spowodowane naprężeniem, ponieważ nie mają struktury ziarnistej, jak w przypadku materiałów polikrystalicznych. Materiały stosowane na rurki, które są wrażliwe na działanie chemiczne, mogą mieć swe powierzchnie zmodyfikowane lub powleczone w taki sposób, aby zmniejszyć do minimum korozję lub oddziaływanie na tych powierzchniach, jeżeli poza tym stosowanie takiego materiału jest zachęcające. Modyfikację powierzchni można przeprowadzić przez wszczepienie jonów, dyfuzję cieplną oraz reakcję chemiczną lub elektrochemiczną. Celem jest tu usunięcie, zmiana rozmieszczenia lub wprowadzenie substancji pierwiastkowych lub cząsteczkowych, które pozostawiają warstwę odporną chemicznie na powierzchni. Powlekanie powierzchni można realizować przez uaktywniane cieplnie osadzanie z pary, cieczy lub proszku uderzającego w powierzchnię przy podwyższonej temperaturze. Niższe temperatury można stosować, jeżeli substancja reaktywna chemicznie jest również pobudzana lub jonizowana przez plazmę lub silny strumień fotonów, np. z lasera. Inne materiały odporne na atak chemiczny można osadzać przez nie reaktywne fizyczne naparowywanie, np. przez naparowywanie cieplne lub wiązką elektronów, albo napylanie jonami. Jeżeli napylanie przeprowadza się wiązką jonów o dużej energii, tak że napylane substancje są chemicznie pobudzone lub zjonizowane, wówczas przebiega również reakcja chemiczna z powierzchnią, która może być pożądana dla pewnych osadzanych materiałów. Ponadto reakcje chemiczne przy powierzchni mogą być przeprowadzane przez takie przyspieszanie substancji chemicznych, że ich energia kinetyczna może być wykorzystywana do aktywacji lub wspomagania reakcji chemicznej.

PL 198 415 B1

Materiałami stosowanymi na rurkę 2 czujnika przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa są austenityczne i martenzytyczne stale nierdzewne, stopy o dużej zawartości niklu, tytanu i cyrkonu oraz ich stopów, w szczególności stopy tytanu, wanadu i glinu oraz cyrkaloj (ze względu na ich wysoką granicę plastyczności i mały moduł sprężystości), krzem, szafir, węglik krzemu, szkło krzemionkowe i tworzywa sztuczne. Materiały do powlekania rurek obejmują węglik krzemu, nikiel, chrom, diament, węgliki ogniotrwałe, ogniotrwałe azotki metali oraz ogniotrwałe tlenki metali.

Figury 2A i 2B przedstawiają czujnik 1 masowego natężenia przepływu działający na zasadzie siły Coriolisa, który jest zastosowany w urządzeniu według wynalazku. Czujnik 1 masowego natężenia przepływu działający z wykorzystaniem siły Coriolisa wykorzystuje elektromagnetyczny zespół napędowy 10, który zawiera elektromagnes 12 sterowany przez źródło sygnału (nie pokazane), które w przedstawionym przykładzie wykonania stanowi źródło sygnału sinusoidalnego. Elektromagnes 12 jest usytuowany w pobliżu niewielkiego trwałego magnesu 14 zamontowanego na rurce 16 czujnika. Rurka 16 czujnika jest dołączona do podstawy 18, która ma pierwszy i drugi otwór 19, stanowiące ścieżkę przepływu z jednego otworu 19 poprzez rurkę czujnika przepływu 16 do drugiego otworu 19. Korzystnie rurka czujnika przepływu 16 ma kształt litery U, chociaż można stosować również inne kształty, takie jak kształt trójkątny, prostokątny, zwinięty lub rurkę prostą.

Jak to przedstawiono na fig. 3A i 3B elektrostatyczny zespół napędowy 20 zawiera ładowaną płytkę 22 usytuowaną w pobliżu niewielkiej dielektrycznej płytki 24 zamontowanej na rurce czujnika przepływu 16. W przypadku gdy rurka jest wykonana z materiału dielektrycznego, ładowana płytka 22 jest usytuowana w pobliżu rurki 16, a płytkę dielektryczną 24 można wyeliminować. Ładowana płytka jest znów sterowana przez źródło sygnału (nie pokazano), takie jak źródło sygnału sinusoidalnego. Napięcie doprowadzane do ładowanej płytki 22 będzie wytwarzać pole elektryczne pomiędzy nią a dielektryczną płytką 24. Spowoduje to powstanie ładunku powierzchniowego na dielektrycznej płytce 24. Gdy biegunowość napięcia na ładowanej płytce 22 będzie gwałtownie zmieniana, uzyskane pole elektryczne pomiędzy nią a płytką dielektryczną 24 będzie na przemian przyciągać lub odpychać rurkę czujnika przepływu 16 wprawiając ją w drgania.

Figury 4A i 4B przedstawiają czujnik 1 masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa, który ma akustyczny zespół napędowy 30. Akustyczny zespół napędowy 30 zawiera niewielki głośnik 32 umieszczony blisko rurki. Fale ciśnienia wytwarzane przez głośnik 32 powodują drgania rurki czujnika przepływu 16.

Na figurach 5A, 5B i 5C przedstawiono czujnik 1 masowego natężenia przepływu z zastosowaniem siły Coriolisa. Ten czujnik 1 masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa z fig. 5A, 5B i 5C wykorzystuje piezoelektryczny zespół napędowy 40, w którym dwa piezoelektryczne stosy 42 są usytuowane po przeciwnych stronach każdego ramienia rurki czujnika przepływu 16, tworząc dwa bimorfy na każdym ramieniu, jak pokazano na fig. 5. Zjawiska piezoelektryczności i odwrotnej piezoelektryczności wykorzystywane są do napędzania i/lub wyczuwania wygięcia rurki czujnika przepływu 16.

Pomiar masowego natężenia przepływu uzyskuje się przez mierzenie skręcenia rurki czujnika przepływu 16 na skutek siły Coriolisa wytwarzanej przez płyn przemieszczający się poprzez rurkę. Korzystnie czujniki pomiarowe zawierające pary złożone z magnesu i uzwojenia umieszcza się zwykle na przepływowej rurce tam, gdzie oczekiwane jest największe przemieszczenie spowodowane siłami Coriolisa. Uzwojenie i magnes montuje się na przeciwległych elementach, np. magnes montuje się na rurce, a uzwojenie na nieruchomej ściance pakietu. Magnes będzie poruszać się w uzwojeniu do wewnątrz i na zewnątrz indukując w tym uzwojeniu prąd elektryczny. Natężenie tego prądu jest proporcjonalne do prędkości ruchu magnesu względem uzwojenia. Ponieważ jest to pomiar prędkości, zatem prędkość, a więc i sygnał, ma wartość maksymalną, gdy rurka czujnika przepływu 16 przechodzi przez swój punkt spoczynku (przejście przez zero). Skręcenie wywoływane przez siłę Coriolisa powoduje przesunięcie fazowe sygnału prędkości, które jest wykrywane przez pomiar różnicy czasów przejścia przez zero pomiędzy dwoma czujnikami pomiaru prędkości. W praktyce powoduje to postawienie dużych wymagań dotyczących dokładności obwodu pomiaru czasu. Może to ograniczyć końcową czułość pomiaru masowego natężenia przepływu tym sposobem.

Pewne aspekty przedmiotowego wynalazku zapewniają technikę pomiaru natężenia przepływu, która przewiduje mniejszą przepustowość, jest bardziej bezpośrednia i wymaga mniejszej dokładności obwodu niż konwencjonalne techniki przetwarzania sygnału w oparciu o czas. Jak pokazano na fig. 2-4, przemieszczenie drgającej rurki czujnika mierzy się za pomocą czujników pojemnościowych. Dwa pojemnościowe czujniki pomiarowe 50 przemieszczenia rurki są usytuowane w pobliżu rurki czujnika

PL 198 415 B1 przepływu 16, w miejscach symetrycznych względem kształtu rurki i mierzą skręcenie rurki czujnika przepływu na skutek działania siły Coriolisa wytwarzanej przez przepływ płynu poprzez rurkę czujnika. Korzystnie pojemnościowe czujniki pomiarowe 50 przemieszczenia są zminiaturyzowane i montowane powierzchniowo na ściance pakietu czujnika lub na korpusie czujnika wprowadzonym w pętlę rurki czujnika przepływu. Skręcenie rurki czujnika przepływu 16 na skutek działania siły Coriolisa powoduje przesunięcie fazowe pomiędzy dwoma sygnałami z pojemnościowych czujników pomiarowych 50 przemieszczenia. Ponieważ jest to pomiar przemieszczenia, sygnał jest wprost proporcjonalny do przemieszczenia. Względne przemieszczenie z każdej strony rurki jest mierzone jako przesunięcie fazowe. Obwody elektroniczne sterowania czujnika i przetwarzania sygnału przekładają względne przemieszczenie rurki na sygnał o wysokim poziomie, który jest funkcją przesunięcia fazy, wykorzystywanej do mierzenia zjawiska Coriolisa, gdy odbywa się przepływ poprzez rurkę.

Pierwszy sposób przetwarzania sygnału wykorzystuje zblokowany wzmacniacz z sygnałem odniesienia doprowadzanym przez jeden z czujników pomiarowych 50 przemieszczenia oraz z sygnałem wejściowym doprowadzanym przez drugi czujnik pomiarowy 50 przemieszczenia. Każdy czujnik pomiarowy 50 dostarcza sygnał odniesienia lub sygnał wejściowy. Wyjściowy sygnał fazowy ze zblokowanego wzmacniacza jest proporcjonalny do natężenia przepływu. Fig. 6 jest schematem działania zblokowanego wzmacniacza 52, za pomocą którego realizuje się sposób mierzenia przesunięcia fazowego wywołanego przez siłę Coriolisa według wynalazku. Sygnały poruszają się z lewej strony do prawej, jak pokazano na fig. 6. Sygnały lewego wejścia 100 i prawego wejścia 102 pochodzą z lewego i prawego czujnika pomiarowego 50 przemieszczenia. Korzystnie lewe wejście 100 jest wykorzystywane jako sygnał odniesienia. Sinusoidalne wyjście 103 jest sygnałem sterującym zblokowanym fazowo z sygnałem na lewym wejściu 100. Będzie ono sterować w rezonansie rurkę czujnika przepływu 16. Sygnał prawego wejścia 102 jest mieszany z sygnałem lewego wejścia 100 i z przesuniętym w fazie o 90° sygnałem 104 w dwóch czujnikach z detekcją fazową 106. Te czujniki z detekcja fazową 106 mnożą oba te sygnały wytwarzając składową wysokiej częstotliwości i składową stałą. Dolnoprzepustowe filtry 108 usuwają składową wysokiej częstotliwości, wytwarzając napięcie stałe na wyjściach HO, U2, odpowiednio X i Y. Wyjście X 110 nazywane jest składową w fazie, a wyjście Y 112 nazywane jest składową kwadraturową wektorowego sygnału względem sygnału odniesienia. Każda z tych składowych jest wrażliwa na fazę. Jednakże wartość wektora i składowe fazowe można rozdzielić poprzez następujące zależności:

równanie 1 Vx2 + Y² , wartość bezwzględna równanie 2 θ = arctg (Y/X),kąt przesunięcia fazowego.

Zależność pomiędzy sygnałami wyjściowymi zblokowanego wzmacniacza 52 a sygnałami wejściowymi z czujników pomiarowych 50 przemieszczenia uzyskiwana jest następująco:

Rozważmy dwa sygnały jako fale sinusoidalne o dowolnych amplitudach i dowolnej różnicy faz. Każdy sygnał można przedstawić następująco:

V| = Vod = A sin nt

Vp = B sin(nt + φ)

Na dolnym czułym fazowo detektorze 106 zachodzi następujące działanie:

X' = Vo_d*(V_p) = A sin~t* [B sin(rot + φ]

X' = 1/2 AB [cos<|>)- cos(2rot + φ)]

Sygnał ten ma składową stałoprądową i składową przemiennoprądową o podwojonej częstotliwości. Dolnoprzepustowy filtr 108 usuwa składową przemiennoprądową pozostawiając

X = 1/2ABcosφ

Na górnym czułym fazowo detektorze 106 zachodzi następująca operacja:

Y' = A cosrnt * [B sin (rot + φ )]

Mamy tu mnożnik cosinusowy, ponieważ cosrot = sin(ot + 90°).

Y' = -1/2 AB sin<)) + 1/2 AB sin (2rot + φ)

Znów mamy sygnał ze składową przemiennoprądową i stałoprądową, które przechodzą przez dolnoprzepustowy filtr 108, aby w wyniku otrzymać:

Y = -1/2 ABsin>.

Po obliczeniu wartości R i kąta przesunięcia fazy θ z równań 1 i 2 otrzymujemy:

R = 1/2AB i θ = φ

PL 198 415 B1

Obliczenia te mogą być przeprowadzane przez dowolny cyfrowy lub analogowy procesor 120. Faza wektora jest proporcjonalna do masowego natężenia przepływu. Inny sposób zgodny z przykładami realizacji wynalazku wymaga dwukanałowego zblokowanego wzmacniacza z sygnałem odniesienia i jednym sygnałem wejściowym, które są dostarczane przez jeden z czujników pomiarowych 50 przemieszczenia oraz z drugim sygnałem wejściowym dostarczanym przez drugi czujnik pomiarowy 50 przemieszczenia. Różnica pomiędzy tymi dwoma sygnałami wejściowymi jest następnie mierzona w stosunku do sygnału odniesienia. Wynikowy sygnał wyjściowy fazy ze zblokowanego wzmacniacza jest proporcjonalny do natężenia przepływu. Fig. 7 jest schematem działania dwukanałowego zblokowanego wzmacniacza 54. Sygnały biegną tu w taki sam sposób i mają takie same definicje jak na fig. 6. Lewy sygnał wejściowy 100 jest również wykorzystywany jako sygnał odniesienia. Jak poprzednio sinusoidalny sygnał wyjściowy 103 jest sygnałem sterującym zblokowanym fazowo z lewym wejściowym sygnałem 100. W tym przypadku lewy wejściowy sygnał 100 jest odejmowany od prawego wejściowego sygnału 102 i mieszany z lewym wejściowym sygnałem 100 odniesienia oraz z jego przesuniętym w fazie o 90° sygnałem 104 w dwóch czujnikach z detekcją fazową 106. Wewnętrzne funkcje są takie same jak w zblokowanym wzmacniaczu 52 z fig. 6.

Następujące wyprowadzenie można wykorzystać do wyznaczenia zależności pomiędzy sygnałami wyjściowymi ze zblokowanego wzmacniacza 54 a sygnałami wejściowymi z czujników 52 przemieszczenia. Do przeprowadzenia tych obliczeń można wykorzystać każdy odpowiedni cyfrowy lub analogowy procesor 120.

Rozważmy te dwa sygnały jako fale sinusoidalne o dowolnych amplitudach i dowolnej różnicy fazy. Każdy sygnał można przedstawić następująco:

V| = Vo_d= A sin rot

Vp = B sin(nt + φ)

Sygnał wyjściowy niskoszumowego wzmacniacza różnicowego 114 w takim przypadku będzie Vod - Vp.

Na dolnym czułym na fazę detektorze 106 przebiega następujące działanie:

X' = Vod (Vod - Vp) = A sin ryt [A sin nt - B sin(rot + φ]

X' = 1/2 A²[1-cos2~t] - 1/2 AB[cos + cos (2rot + φ)]

Sygnał ten ma składową stałoprądową i składową przemiennoprądową o podwojonej częstotliwości. Dolnoprzepustowy filtr 108 usuwa składową przemiennoprądową pozostawiając

X = 1/2 A2- 1/2 ABcos<))

Na górnym czułym fazowo detektorze przebiega następujące działanie:

Y' = A cosrot [A sinrot - B sin(rot + φ )]

Mamy mnożnik cosinusoidalny ponieważ coscot = B sin(rot + 90°)

Y' = 1/2 a2 sin2~t - 1/2 AB sin> -1/2 AB sin(2rot + φ)

Znów mamy sygnał ze składową przemiennoprądową i stałoprądową, który po przejściu przez filtr dolnoprzepustowy daje:

Y = -1/2 AB ^ηφ

Po obliczeniu wartości R i kąta fazy z równań 1 i 2 otrzymujemy:

R = 1/2 AVA2 +b2-2ABcos|> θ = arctg (B sin<>/B cosφ -A) θ nie jest już kątem fazowym, ale jest to arcus tangens, funkcja kąta fazy i amplitud lewego i prawego sygnału wejściowego. Analiza tego równania wykazuje, że θ jest silną funkcją φ. Rzeczywiście, względne amplitudy sygnałów wejściowych mogą sterować siłą tej funkcji. Można to przedstawić na wykresie z fig. 8, gdzie A i B są amplitudami odpowiednio lewego i prawego sygnału. Gdy amplitudy te są ściślej dopasowane, większa jest czułość sygnału wyjściowego θ zblokowanego wzmacniacza. Nawet przy amplitudach, które są dopasowane w granicach 2%, czułość θ wobec φ jest prawie 100 razy większa niż w standardowej konfiguracji wzmacniacza zblokowanego.

Figura 9 jest schematem działania podwójnego zblokowanego wzmacniacza 56, wykorzystywanego w urządzeniu według wynalazku. Sygnały przemieszczają się w taki sam sposób i mają takie same definicje, jak podano powyżej. Lewy sygnał wejściowy 100 jest również używany jako sygnał odniesienia. Jak poprzednio sinusoidalny sygnał wyjściowy 103 jest sygnałem sterującym zblokowanym fazowo z lewym wejściowym sygnałem 100. W tym przypadku lewy wejściowy sygnał 100 jest zmieszany ze sobą i ze swym przesuniętym w fazie o 90° sygnałem w dwóch czujnikach z detekcją fazową 106 w górnym zblokowanym wzmacniaczu 58. W dolnym zblokowanym wzmacniaczu 60 prawy wejściowy sygnał 102 jest mieszany z lewym wejściowym sygnałem 100 i z jego przesuniętym o

PL 198 415 B1

90° w fazie sygnałem w dwóch czujnikach z detekcją fazową 106. Sparowane wyjścia z czułego na fazę detektora 106 bez przesunięcia fazy i z czujnika z detekcją fazową 106 z przesunięciem fazy są różniczkowane w dwóch niskoszumowych wzmacniaczach różnicowych 114. Składowe stałoprądowe tych sygnałów są przepuszczane przez filtry dolnoprzepustowe 108, aby otrzymać zwykłe sygnały wyjściowe wzmacniacza zblokowanego. Operacje matematyczne, które mogą być realizowane przez dowolne odpowiednie cyfrowe lub analogowe procesory 120, są takie same jak w sposobie przedstawionym powyżej w nawiązaniu do fig. 7, chociaż kolejność realizacji operacji jest inna. W sposobie z fig. 7 z dwoma kanałami zblokowanymi dwa sygnały o wysokim poziomie o bardzo małych różnicach są odejmowane od siebie. Sygnał o niskim poziomie jest następnie mnożony przez sygnał o wysokim poziomie, który może wprowadzać szum w obwodach analogowych lub zaokrąglać błędy w obwodach cyfrowych. W dwukanałowej technice zblokowania z fig. 9 sygnały o wysokim poziomie są najpierw mnożone, a wynikowe sygnały, które mają bliską amplitudę, są następnie odejmowane, przez co uzyskuje się sygnał wyjściowy o niskim współczynniku szumu.

Użycie zblokowanego wzmacniacza jest najsilniej zauważane w odniesieniu do mierzenia sygnału o niskim poziomie, który jest ukryty w szumie o znacznie wyższej amplitudzie. Zblokowany wzmacniacz realizuje to przez działanie w charakterze niezwykle wąskiego filtru pasmowoprzepustowego. Sygnał i szum są mnożone przez sinusoidalny i cosinusoidalny przebieg odniesienia, a następnie przepuszczane przez filtr dolnoprzepustowy, by usunąć częstotliwość odniesienia. Wynikiem tych operacji mnożenia i filtrowania są sygnały prądu stałego, które reprezentują wektor zespolony (x + iy). Różnica fazy pomiędzy częstotliwością odniesienia a interesującym sygnałem może być określona poprzez funkcję arctg (y/x).

Jeśli chodzi o pomiar siły Coriolisa, interesująca jest różnica fazy pomiędzy dwoma sygnałami o tej samej częstotliwości. Można to zrealizować stosując podwójne wzmacniacze zblokowane, każdy sterowany taką samą częstotliwością odniesienia, jak pokazano na fig. 10. W schemacie działania pokazanym na fig. 10 wejściowe sygnały 100, 102 lewy i prawy są mnożone przez sinusoidalny i cosinusoidalny przebieg odniesienia, które są wytwarzane przez generator 144 częstotliwości odniesienia. Sygnały wejściowe 100, 102 są mieszane z sinusoidalnym i cosinusoidalnym sygnałem w czujnikach z detekcją fazową 106, następnie przechodzą przez dolnoprzepustowy filtr 148, pracujący według piątego rzędu funkcji Bessela IIR, jak opisano na podstawie fig. 6, 7 i 9. Opisany powyżej proces mnożenia-filtrowania przeprowadzany jest na wejściowych sygnałach 100, 102 lewym i prawym z wynikowym sygnałem wyjściowym X, Y różnicy faz każdego sygnału względem częstotliwości odniesienia. Różnica pomiędzy tymi dwoma sygnałami X, Y reprezentuje różnicę faz pomiędzy dwoma wejściowymi sygnałami 100, 102. W przypadku przepływu masowego ze zjawiskiem Coriolisa ta różnica faz reprezentuje wskazanie masowego natężenia przepływu 152.

Przy stosowaniu zblokowanych wzmacniaczy do mierzenia bardzo małych różnic fazy związanych z masowym przepływem ze zjawiskiem Coriolisa konieczne jest regulowanie częstotliwości odniesienia, aby była dopasowana do interesującego sygnału. Jeżeli sygnał odniesienia nie jest bardzo bliski interesującego sygnału, wówczas na wyjściach filtrów dolnoprzepustowych 148 pojawi się sygnał przemienny o bardzo małej częstotliwości. Częstotliwość zmian czujnika Coriolisa wraz z masowym natężeniem przepływu, temperaturą, gęstością i ciśnieniem dodatkowo komplikuje proces pomiarowy.

Częstotliwość odniesienia można regulować dokładnie przez przetwarzanie wektora wyjściowego z jednego z wyjściowych sygnałów 100, 102. Najpierw oblicza się pochodną wektora wyjściowego. Można tego dokonać przez obliczenie zespolonej różnicy pomiędzy dwoma kolejnymi wektorami wyjściowymi. Następnie pierwotny wektor wyjściowy obraca się o 90° i oblicza się iloczyn skalarny tego wektora i pochodnej, otrzymując w wyniku sygnał 150 błędu, który jest podawany na generator 144 częstotliwości odniesienia. Sygnał błędu 150 jest ujemny, dodatni lub zerowy, jeżeli częstotliwość odniesienia trzeba regulować odpowiednio do dołu, do góry lub pozostawić bez zmian.

Wartość regulacji częstotliwości odniesienia jest zależna od dokładności pomiaru fazy, ale ogólnie im dokładniejsza jest regulacja, tym lepsza jest dokładność określana przez obliczenie standardowej dewiacji na pewnej liczbie próbek sygnału wyjściowego. Jednakże dokładniejsza regulacja (małe zmiany skokowe) częstotliwości odniesienia będzie szkodliwa, jeżeli występują skokowe zmiany w częstotliwości sygnału, ponieważ generator 144 częstotliwości odniesienia potrzebuje zbyt długiego czasu na osiągnięcie zamierzonej częstotliwości. Jeżeli częstotliwość sygnału doznaje częstych skokowych zmian, wówczas można zastosować regulację proporcjonalno-całkująco-różniczkującą lub algorytm adaptacyjny, by regulować częstotliwość odniesienia w odpowiedniejszy sposób.

PL 198 415 B1

W alternatywnych przykładach wykonania pojemnościowe czujnik pomiarowy 50 przemieszczenia w postaci sondy można zamontować na piezoelektrycznych serwomotorach, które będą po pierwsze ustawiać pojemnościowe sondy przemieszczenia w trzech wymiarach. Ponadto, przy zastosowaniu z dwukanałowym wzmacniaczem zblokowanym lub opisanymi tu sposobami z dwukanałowym wzmacniaczem zblokowanym te serwomotory piezoelektryczne mogą dynamicznie ustawiać czułość czujnika natężenia przepływu, zapewniając przez to rozszerzony zakres działania.

Takie dynamiczne ustalanie położenia zapewnia kompensowanie zmienności wytwarzania, zwłaszcza ustawianie położenia rurki czujnika przepływu względem pojemnościowej sondy przemieszczenia. Ustawianie dynamiczne zapewnia również kompensację wymiarowych przesunięć na skutek względnej rozszerzalności cieplnej różnych części składowych. Zastosowane w połączeniu z dwukanałowym wzmacniaczem zblokowanym lub z podwójnym wzmacniaczem zblokowanym ustawianie dynamiczne umożliwia ścisłe dopasowanie dwóch sygnałów przemieszczenia, aby zapewnić regulowaną czułość na przepływ. Mała czułość byłaby używana w warunkach silnego przepływu, natomiast wysoka czułość byłaby używana w rozszerzonych warunkach słabego przepływu, przez co zwiększa się zakres dynamiczny pomiaru natężenia przepływu. Przykłady realizacji przedmiotowego wynalazku dodatkowo przedstawiają ulepszone pojemnościowe techniki pomiaru, w szczególności nowy kształt geometryczny pojemnościowej sondy przemieszczenia. Normalnie przemieszczenie przedmiotu jest mierzone jako odległość prostopadła do pojemnościowej sondy przemieszczenia. Przemieszczenie może być również mierzone jako odległość styczna do pojemnościowej sondy przemieszczenia. Jak pokazano na fig. 11, można to zrealizować przez umieszczenie dwóch płytek 130 obok siebie z równomierną szczeliną 132 pomiędzy tymi płytkami 130 i umieszczenie w pobliżu rurki czujnika przepływu 134 w płaszczyźnie stycznej do kierunku ruchu 136 (zaznaczony strzałką), jak pokazano na fig. 11. W jednym przykładzie wykonania płytki 130 będą miały taki sam potencjał, a rurka czujnika 134 będzie miała potencjał ziemi. Rurka czujnika 134 jest umieszczona bezpośrednio nad szczeliną 132 utworzoną pomiędzy płytkami 130 z oczekiwanym kierunkiem ruchu 136 prostopadłym do szczeliny, tak że cykliczny ruch czujnikowej rurki 134 będzie ustawiał rurkę 134 bliżej jednej płytki 130 niż drugiej płytki 130. Mierzy się względną pojemność pomiędzy każdą z płytek 130 a rurką czujnika 134. Gdy rurka czujnika 134 porusza się nad jedną płytką 130 lub drugą, zmienia się pole powierzchni związane z pojemnością, przez co mierzy się względną pojemność.

Alternatywna konfiguracja ma szczelinę 132 usytuowaną ukośnie względem rurki czujnika 134, jak pokazano na fig. 12. Pozwala to na mniej dokładne umieszczenie rurki czujnika 134 nad płaszczyzną płytek 130. Wadliwe ustawienie rurki czujnika 134 będzie powodować mniejsze niedopasowanie sygnału w porównaniu z równoległą szczeliną 132.

Dalszy przykład realizacji ma szczelinę 132 w kształcie piłozębnym jak pokazano na fig. 13. Jest to ulepszenie wobec ukośnej szczeliny 132, ponieważ kątowe wadliwe ustawienie rurki 134 czujnika względem szczeliny 132, niezależnie od tego czy jest ona równoległa, czy ukośna, będzie powodować różnicę prędkości zmiany pojemności pomiędzy dwiema płytkami 130. Wprowadzi to niepożądaną zmianę fazy pomiędzy dwoma sygnałami. Kształt zęba piły będzie uśredniać każde kątowe niewłaściwe ustawienie rurki czujnika 134, dając sygnały bardziej symetryczne.

Na fig. 14, 15 i 16 przedstawiono sterownik 200 masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa według wynalazku, przy słabym przepływie. Ten sterownik 200 masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa zawiera czujnik 202 natężenia przepływu i regulator 204 natężenia przepływu. Procesor wewnętrzny lub zewnętrzny w stosunku do sterownika 200 masowego natężenia przepływu otrzymuje wskazanie wartości zadanej lub wartości żądanego masowego natężenia przepływu. Wartość zadana jest porównywana z chwilowym masowym natężeniem przepływu pokazywanym przez czujnik 202 natężenia przepływu, aby wytworzyć wartość błędu. Regulator 204 natężenia przepływu zawiera zawór, który podlega manipulowaniu w celu ustawienia natężenia przepływu i zmniejszenia błędu do minimum. Realizacja określonych schematów sterowania jest przedsięwzięciem rutynowym dla fachowca korzystającego z niniejszego opisu, w związku z czym nie omówiono tu szczegółowo specyficznych właściwości takiej realizacji.

Czujnik 202 natężenia przepływu, który jest otoczony obudową 205, zawiera rurkę czujnika 206, która jest wygięta na kształt pętli, urządzenie napędowe 208 i dwa czujniki 210 usytuowane po przeciwległych stronach rurki czujnika 206, które mierzą przemieszczenie boków rurki czujnika 206.

W istniejących urządzeniach Coriolisa czujnik jest zwykle zamknięty w spawanej obudowie metalowej. Rurka czujnikowa wewnątrz obudowy ma również przymocowane do niej czujniki przemieszczenia lub prędkości z przewodami łączącymi, poprowadzonymi poprzez przepusty do obwodów elekPL 198 415 B1 tronicznych na zewnątrz obudowy. Rurka czujnikowa w takich urządzeniach jest stosunkowo duża i ma częstotliwość rezonansową około 100 Hz. W przypadku mniejszych rurek czujnikowych, jak w przykładach wykonania przedmiotowego wynalazku, częstotliwość rezonansowa jest nieco wyższa, rzędu 200 Hz lub więcej. Gdy częstotliwość rośnie, zwiększać się będzie lepkościowe tłumienie powodowane przez warunki atmosferyczne wewnątrz obudowy czujnika. Przez odpompowanie obudowy i zastosowanie wewnątrz niej materiałów kompatybilnych z próżnią, można zmniejszyć lub nawet wyeliminować lepkościowe tłumienie. W przedstawionym przykładzie wykonania rurka czujnikowa 206 jest zatem usytuowana w próżniowej obudowie 207 czujnika.

Czujnikowa rurka 206 jest skonstruowana tak, by umożliwiała sprężyste zginanie prostopadłe do linii łączącej ramiona pętli rurki. Pętla ta jest wystarczająco szeroka, by umożliwić sprężyste skręcanie wokół środkowej linii pętli. Aby mierzyć siłę Coriolisa przy słabych przepływach, trzeba zmniejszyć do minimum masę czujnikowej rurki 206. Wymiary rurki są ważne, ponieważ rurka musi być mała, a jednak zdolna do utrzymywania wewnątrz płynów pod wysokim ciśnieniem. Korzystne jest również, by czujniki 210 były poza kontaktem, ponieważ wszelki kontakt z rurką 206 lub masa obciążająca rurkę 206 może tłumić siłę Coriolisa.

Technologie czujników mogą obejmować czujniki pojemnościowe, magnetyczne, piezorezystywne i optyczne. Piezorezystywne czujniki przemieszczenia z miernikiem naprężenia stykają się z rurką, ale przy podstawie pętli, gdzie przemieszczenie jest minimalne, a naprężenie jest największe. Będzie to miało minimalny wpływ na drgania rurki. Technologie optyczne obejmują różne interferometryczne techniki pomiaru przemieszczenia w świetle laserowym i świetle białym, techniki triangulacyjne, techniki z wielokrotnym odbiciem wewnętrznym i techniki przesłaniania wiązki. Techniki magnetycznego pomiaru przemieszczenia obejmują techniki z wykorzystaniem zjawiska Halla, prądów wirowych, zmiennej reluktancji oraz techniki magnetorezystywne.

Technologię czujników pojemnościowych wykorzystuje się w przedstawionym przykładzie realizacji, ponieważ ma ona czułość wymaganą do mierzenia przemieszczenia rurki, jest bezstykowa i nie ma na nią wpływu magnetyczne urządzenie napędowe. Każdy pojemnościowy czujnik pomiarowy 210 zawiera co najmniej jedną przewodzącą płytkę 300, która jest dołączona do określonego potencjału elektrycznego i jest usytuowana przy rurce czujnika 206 natężenia przepływu tak, aby tworzyć pomiędzy nimi szczelinę. Rurka 206 czujnika natężenia przepływu jest dołączona do potencjału elektrycznego innego niż przewodząca płytka 300. Pojemność pomiędzy przewodzącą płytką 300 a rurką 206 czujnika natężenia przepływu zmienia się na skutek względnego przemieszczenia przewodzącej płytki 300 i rurki 206 czujnika natężenia przepływu, gdy ta rurka 206 drga.

W przedstawionym przykładzie wykonania przewodzące płytki obejmują pierwszą i drugą płytkę, jak opisano powyżej w nawiązaniu do fig. 11-13. W przedstawionym przykładzie wykonania zastosowano płytki piłokształtne, jak pokazano na fig. 13. Pojemnościowe czujniki pomiarowe są zmontowane w zintegrowany czujnikowy blok 301 o takich wymiarach, by pasował do wnętrza obudowy 207 czujników, wymiarowo odniesionej do tylnej ścianki obudowy 207 przez wciskane kołki 302. Przewodzące płytki 300 pojemnościowych czujników pomiarowych 210 są wykonane na wielowarstwowej płytce obwodu drukowanego tak, aby utworzyć warstwę ochronną w celu zminimalizowania pojemności pasożytniczej oraz spodnią warstwę stykową do lutowania do czujnikowego bloku 301. Ponieważ pojemnościowe czujniki 210 mają działać w próżni, w przedstawionym przykładzie wykonania zastosowane są materiały nisko odgazowujące. Standardowe materiały z włóknem szklanym nie są kompatybilne wobec próżni. Wymagane właściwości materiałów obejmują kompatybilność wobec próżni, możliwość lutowania, możliwość łączenia wielu warstw ze spojeniem słabo odgazowującym oraz małą stałą dielektryczną dla prostej konstrukcji warstwy ochronnej.

Czujnikowy blok 301 zawierający pojemnościowe czujniki może być ustawiony tak, by optymalizować odległość od rurki czujnika 206. Uzyskuje się to przez zastosowanie płytek zawiasowych poddanych obróbce elektroiskrowej. Stożkowe wkręty mocujące rozpychają szczeliny, aby spowodować liniowe i kątowe przemieszczenie czujników pojemnościowych. Ponadto pojemnościowe płytki 300 czujników pojemnościowych zawierają nakładki stykowe, które umożliwiają lutowanie drutów lub łączenia przewodami z płytką 303 obwodu drukowanego z przodu bloku czujników, by połączyć pojemnościowe czujniki 210 z hermetycznie uszczelnionym złączem elektrycznym, które sprzęga się z obwodami elektronicznymi pojemnościowego pomiaru przemieszczenia na zewnątrz obudowy 207 czujników.

Urządzenie napędowe 208 wprawia rurkę czujnika 206 przepływu w drgania gnące. W przedstawionym przykładzie wykonania urządzenie napędowe 208 złożone jest z niewielkiego magnesu

PL 198 415 B1

304 przylutowanego na rurce czujnika przepływu 206 i z niewielkiego uzwojenia elektromagnetycznego 306, by na przemian popychać i ciągnąć magnes 304. W przykładzie wykonania pokazanym na fig. 16 zastosowano magnes nie będący lantanowcem, a zwłaszcza niklowany magnes ze stopu samaru z kobaltem. Magnes ze stopu samaru z kobaltem wykazuje dobry stosunek siły magnetycznej do ciężaru. W tym przykładzie wykonania ciężar magnesu wynosi w przybliżeniu 20 mg. Magnes 304 jest usytuowany u góry pośrodku rurki czujnika pomiaru 206 tak, że bieguny magnetyczne są skierowane równolegle do korzystnego kierunku przemieszczenia rurki.

Uzwojenie 306 (nie pokazane) jest usytuowane na zewnątrz obudowy 207 czujników w sprzężeniu z płytką 209 z obwodem drukowanym. Obudowa 207 czujników jest niemagnetyczna, a więc przezroczysta dla pól magnetycznych. Uzwojenie 306 (nie pokazane) jest typu otwartego w odróżnieniu od konstrukcji toroidalnej. W tym przykładzie wykonania uzwojenie 306 (nie pokazanego) jest dostępną w handlu cewką indukcyjną dużej mocy o indukcyjności nominalnej co najmniej 1 mH. Środkowa oś uzwojenie 306 (nie pokazanego) przebiega prostopadle do powierzchni magnesu 304. Rurka czujnika przepływu 206 jest wprawiana w rezonans sygnałem z jednego z czujników pojemnościowych jako sprzężenie zwrotne obwodu sterowania uzwojenia poprzez zblokowaną fazowo pętlę. Może to być realizowane jako obwód elektryczny lub w oprogramowaniu. Rurka czujnika 206 jest przymocowana do części 212 podstawy, która tworzy wlot 214 przepływu i wylot 216 przepływu, tak że powstaje ścieżka przepływu od wlotu poprzez rurkę czujnika 206 natężenia przepływu, przez sterownik 200 przepływu i przez wylot 216 przepływu z czujnika. Sterownik 202 przepływu zawiera korpus 222 miernika z usytuowanym wewnątrz zaworowym uzwojeniem 228 i pokrywą 230 uzwojenia. Zaworowy trzon 232 i tłok 234 są usytuowane w zaworowym uzwojeniu 228, a zaworowy korpus 236 jest dołączony do korpusu 222 miernika z uszczelką 238 pomiędzy nimi. Zaworowe gniazdo 240, sprężyna 242 i dysza 244 są umieszczone wewnątrz zaworowego korpusu 236. Końcowe korpusy 224, 225 są usytuowane na każdym końcu sterownika 204 przepływu z uszczelkami 226 przewidzianymi pomiędzy korpusem 222 miernika a końcowym korpusem 224 i pomiędzy zaworowym korpusem 236 a końcowym korpusem 225. W jednym przykładzie wykonania uszczelki 226 stanowią uszczelki niklowe kształtowane galwanicznie.

W przykładowym wykonaniu sterownik 200 masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa zmontowany jest w następujący sposób. Korpus 222 miernika i obudowa 207 czujnika, jak również płytka 310 podstawy, środkowy słupek 312 i czujnikowa rurka 206 są zamontowane i trzymane na miejscu przez zamocowanie, które wymiarowo odnosi rurkę czujnika 206 do ścianek obudowy 207 czujnika. Pozostałe części są ustawiane za pomocą wciskanych kołków 330. Części te są następnie lutowane jako jeden zespół. Na rurce 206 czujnika lutowany jest magnes 304. Korpus 301 czujnika jest montowany w obudowie 207 za pomocą wciskanych kołków 302. Wciskane kołki 302 przechodzą przez tył obudowy 207 na około 0,5 mm. Hermetycznie szczelnie zamknięte złącze 320 jest wciśnięte w tylny otwór 322 obudowy 207. Wciskane kołki 302 korpusu czujnika i hermetycznie szczelnie zamknięte złącze 320 są spawane laserem w celu zapewnienia szczelności. Pokrywa 324 jest umieszczana na przedniej stronie obudowy 207 w środowisku próżniowym i zgrzewana wiązką elektronów na miejscu w celu zapewnienia środowiska uszczelnionego próżniowo. Pozostałe części składowe zaworu i końcowe korpusy 224, 225 są następnie łączone z korpusem 222 miernika. Mogą być używane niklowe uszczelki 226 formowane galwanicznie, albo też do celów kalibrowania mogą być stosowane elastomeryczne pierścienie uszczelniające o przekroju okrągłym, zastępowane później uszczelkami niklowymi. Obwody elektroniczne są montowane na kompletnym zespole. Na płytce 310 podstawy montowany jest pierścień uszczelniający 332 o przekroju okrągłym, a obudowa 205 jest dociskana do tego pierścienia uszczelniającego 332 o przekroju okrągłym. Zamki krzywkowe na płytce 310 podstawy są obracane w celu zamknięcia obudowy 205. Na pokrywie 336 obwodów elektronicznych montowany jest pierścień uszczelniający 334 o przekroju okrągłym. Pokrywa 336 zespołów elektronicznych umieszczana jest na złączu 336 interfejsu użytkownika. Pokrywa 336 obwodów elektronicznych jest wciskana na miejsce na obudowie 205 z oddziaływaniem na pierścień uszczelniający o przekroju okrągłym. Zmontowany sterownik 200 masowego natężenia przepływu jest następnie badany i kalibrowany.

Przykładowy sterownik 200 masowego natężenia przepływu działający z wykorzystaniem siły Coriolisa ma konstrukcję modułową, która ma kilka zalet. Jak już omówiono powyżej, obudowa zespołów elektronicznych jest skonstruowana tak, by działała na pierścienie uszczelniające o przekroju okrągłym przy korpusie przepływowym (pomiędzy dolnym końcem obudowy 205 a płytką 310 podstawy) i u góry na pokrywę oprogramowania użytkownika (pomiędzy górnym końcem obudowy 205

PL 198 415 B1 a pokrywą 336 obwodów elektronicznych). Pokrywa 336 obwodów elektronicznych jest dołączona do płytki 340 oprogramowania użytkownika wewnątrz sterownika 200 masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa, który jest również dołączony do obwodów elektronicznych pomiaru i regulacji. Pokrywa 336 obwodów elektronicznych i płytka 340 oprogramowania użytkownika razem tworzą sprzężenie z obwodami elektronicznymi użytkownika. Umożliwia to elastyczność konfigurowania oprogramowania w zależności od wymagań użytkownika bez konieczności konstruowania różnych elektronicznych obwodów pomiaru i regulacji oraz obudowy dla każdej konfiguracji użytkownika.

Figura18 ukazuje przykład wykonania z wariantem oprogramowania użytkownika mającym uszczelnienie i elektryczne przewodzenie. Przykład takiego urządzenia 400 pokazano na fig. 18. Dla porównania przykład wykonania przedstawiony na fig. 14-16 zawiera złącze 342 sprzężone z płytką 340 oprogramowania użytkownika. Jak pokazano na fig. 18, pokrywa 337 zespołów elektronicznych jest rozszerzona, aby utworzyć miejsce na dodatkowe części składowe potrzebne w określonym zastosowaniu. Inną właściwością obudowy 205 uszczelnionej za pomocą pierścieni uszczelniających o przekroju okrągłym jest to, że tworzy ona osłonę dla płynu trzeciego rzędu, przy czym rurka czujnika 206 jest osłoną dla płynu pierwszego rzędu, a obudowa 207 czujnika stanowi osłonę drugiego rzędu.

Jeżeli płyn objęty sterowaniem zawiera pęcherzyki, wówczas pierścieniowy otwór wokół tłoka w konwencjonalnym zaworze ogranicza przechodzenie pęcherzyków do wylotu zaworu. Pęcherzyki będą się gromadzić u wlotu pierścieniowego otworu, aż przepływ cieczy będzie ograniczony i sterowanie przepływem będzie uniemożliwione. Jeżeli pierścieniowy otwór jest powiększony, zwiększony odstęp tłoka od uzwojenia zaworu zmniejszy siłę pola w obwodzie elektrycznym i przez to zmniejsza skuteczną siłę, którą można osiągnąć w celu otwierania lub zamykania zaworu wbrew działaniu sił hydraulicznych wytwarzanych przez płyn. W przedstawionym sterowniku 200 masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem sił Coriolisa w tłoku 234 wykonany jest kołowy otwór 246. Ten kołowy otwór 246 jest kompatybilny z kształtem i wielkością pęcherzyków, umożliwiając im swobodniejsze przechodzenie przez zawór. Zmniejsza to do minimum możliwość ograniczania przepływu przez pęcherzyki. Otwór 246 przechodzący przez środek tłoka 234 zmniejsza do minimum wszelkie oddziaływania na obwód magnetyczny, tak że utrzymywana jest siła potrzebna do otwierania i zamykania zaworu wbrew działaniu sił hydraulicznych.

Przy konwencjonalnych istniejących zaworach tłok zaworu ma uwięzione gniazdo wykonane z pewnego odkształcalnego materiału, które przy dociśnięciu do powierzchni otworu zapewnia uszczelnienie wobec przepływu. W przypadku normalnie zamkniętego zaworu elektromagnetycznego siła wywierana na gniazdo może być wytwarzana przez sprężynę zrównoważoną tak, że działanie elektromagnesu unosi gniazdo z powierzchni otworu. W przypadku normalnie otwartego zaworu elektromagnetycznego siła wywierana na gniazdo jest wytwarzana przez działanie elektromagnesu i jest równoważona tak, że sprężyna unosi gniazdo z otworu, gdy pole magnetyczne jest usunięte. Materiał gniazda może być elastomerowy, plastyczny, albo może to być ciągliwy metal.

Zwykle odkształcenie sprężyste jest korzystniejsze od odkształcenia trwałego, bowiem uszczelka nadaje się wtedy do wielokrotnego użytku. Alternatywnie można stosować na gniazdo i powierzchnię współpracującą materiały twarde, ale z bardzo ścisłymi tolerancjami wykonania, z dokładnie dopasowanymi powierzchniami pomiędzy gniazdem a powierzchnią współpracującą. Jest to związane z dużym kosztem. Odstęp pomiędzy gniazdem a powierzchnią współpracującą jest istotny dla działania zaworu, ponieważ siła magnetyczna działająca na tłok nie zmienia się liniowo z przemieszczeniem. W przypadku normalnie otwartego zaworu normalne położenie tłoka, a zatem również gniazda względem powierzchni współpracującej wymaga optymalizowania w celu zapewnienia maksymalnej siły, gdy gniazdo jest doprowadzane do powierzchni współpracującej z równoczesnym umożliwieniem maksymalnego natężenia przepływu w położeniu otwartym. W normalnie zamkniętym zaworze siła wywierana przez gniazdo na powierzchnię współpracującą wytwarzana jest przez sprężynę. Siła sprężyny musi być wystarczająca do zamknięcia wbrew działaniu sił hydraulicznych, a jednak jak najmniejsza, aby umożliwić, by siła magnetyczna podnosiła gniazdo z powierzchni współpracującej na odległość wystarczającą do umożliwienia maksymalnego natężenia przepływu. Istniejące urządzenia mogą wykorzystywać wiele różnych środków do ustawiania odstępu pomiędzy gniazdem a powierzchnią współpracującą, łącznie z podkładkami regulacyjnymi pod powierzchnią współpracującą lub gniazdem, albo z zastosowaniem gwintowanej śruby regulacyjnej w części posiadającej otwór. Jak pokazano na fig. 17A, typowy gwintowany element regulacyjny w otworze nie zapewnia szczelności pomiędzy korpusem 250 otworu a korpusem 252 zaworu, pozostawiając nieszczelną drogę 254 pomiędzy gwintami 256. Taki gwintowany element regulacyjny wymaga uszczelnienia gwintów 256 przed wycie14

PL 198 415 B1 kaniem płynu. Uszczelnienie to zapewnia oddzielna uszczelka, taka jak np. pierścień uszczelniający o przekroju okrągłym lub inna uszczelka.

Według pewnych aspektów przedmiotowego wynalazku otwór 244 i/lub powierzchnia współpracująca są wykonane z tworzywa sztucznego, które nadaje się do obróbki skrawaniem, by otrzymać gwintowaną część z dokładnym otworem. Jak pokazano na fig. 17B, gwinty 256 są wykonane z nadmiarem przez skrawanie tak, że występuje pasowanie z wciskiem 258 pomiędzy korpusem 250 otworu a korpusem 252 zaworu, by zapewnić uszczelnienie i wyeliminować potrzebę stosowania oddzielnej uszczelki (pierścień uszczelniający o przekroju okrągłym lub inna uszczelka). Powierzchnia współpracująca otworu jest teraz członem odkształcalnym, co upraszcza konstrukcję i wytwarzanie gniazda zaworowego 240 i tłoka 234 (patrz fig. 15 i 16). W alternatywnych wykonaniach zamiast zaworu stosuje się pompę. Przykładowo można stosować pompę dozującą w celu sterowania przepływem płynu. W szczególności można stosować pompę piezoelektryczną, która zawiera wiele piezoelektrycznych części rurowych. Te piezoelektryczne części rurowe są sterowane w taki sposób, aby spowodować zwężanie się lub rozszerzanie różnych części rurowych, co umożliwia pożądane sterowanie przepływem płynu.

Claims (24)

1. Sposób wyznaczania masowegonatężenia przepłyyvu z wykorzystaniem siłyCoriollsa, w którym mierzy się skręcenie rurki czujnikowej pod wpływem siły Coriolisa wytwarzanej przez płyn przemieszczający poprzez rurkę, przy czym przez skręcenie otrzymuje się przesunięcie fazowe sygnału prędkości pomiędzy pierwszym i drugim sygnałem wejściowym, zaś przesunięcie wykrywa się za pomocą pierwszego i drugiego czujnika przemieszczenia rurki, znamienny tym, że miesza się pierwszy i drugi sygnał wejściowy otrzymany z zespołu badającego położenie rurki i wytwarza się pierwszy sygnał wyjściowy przesunięcia fazy o 90° pierwszego sygnału wejściowego pochodzący od przesuwnika fazy, a następnie miesza się drugi sygnał wejściowy otrzymany z czujników z detekcją fazową z przesuniętym w fazie pierwszym sygnałem wejściowym i wytwarza się drugi sygnał wyjściowy, po czym na podstawie uzyskanych danych pomiarowych oblicza się wartości bezwzględne wektora i fazy pierwszego i drugiego sygnału wyjściowego, a uzyskana faza wektora jest proporcjonalna do masowego natężenia przepływu.

2. Sposób według zasSrz. 1, znamienny tym, że ponadto usuwa się skkadowe wysokoczęstorllwościowe z pierwszego i drugiego sygnału wyjściowego pochodzących od czujników z detekcją fazy.

3. Sposób wedługzastmz. 1, znamiennytym, że ponadtoblokuje sśę fazowy zacisk zespoou sterującego z pierwszym sygnałem wejściowym wprowadzając rurkę przepływową w rezonans.

4. Sposób według 1, znamienny tym, że łączenie pierwszego i drugiego sygnału wej ściowego prowadzi się poprzez wprowadzanie pierwszego i drugiego sygnału wejściowego do detektora fazy.

5. Sposób według 1, znamienny tym, że łączenie pierwszego i drugiego sygnału wejściowego prowadzi się łącząc różnicę pomiędzy pierwszym a drugim sygnałem wejściowym z pierwszym sygnałem wejściowym.

6. Urządzenie do wyznaczania masowego natężenia przepływu zawierające sterownik masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa, połączony z pierwszym i drugim czujnikiem pomiarowym położenia rurki czujnika natężenia przepływu, znamienne tym, że zawiera pierwszy czujnik z detekcją fazową (106) sprzęgnięty z pierwszym i drugim czujnikiem pomiarowym (50) położenia rurki (16), przy czym pierwszy czujnik z detekcją fazy (106) ma na wyjściu sygnał stanowiący połączenie pierwszego i drugiego sygnału wejściowego (100,102) czujnika pomiarowego (50) położenia rurki (16), a ponadto z pierwszym i drugim czujnikiem (50) pomiarowego położenia rurki jest sprzęgnięty pierwszy przesuwnik fazy mający na wyjściu sygnał stanowiący pierwszy sygnał wejściowy przesunięty w fazie o 90°(103) i drugi czujnik z detekcją fazy (106) połączony z pierwszym przesuwnikiem fazy i drugim czujnikiem (50) pomiarowym położenia rurki, przy czym drugi czujnik z detekcją fazy (106) ma na wyjściu sygnał stanowiący połączenie pierwszego sygnału wejściowego przesuwnika fazy i drugiego sygnału wejściowego, a ponadto z pierwszym i drugim czujnikiem z detekcją fazy (106) jest sprzężony procesor (120) do przyjmowania i mieszania sygnałów i do obliczania wartości bezwzględnej wektora i fazy połączonych sygnałów, przy czym faza wektora jest proporcjonalna do masowego natężenia przepływu, a ponadto urządzenie zawiera trzeci czujnik z detekcją fazy (106),

PL 198 415 B1 sprzęgnięty z pierwszym czujnikiem pomiarowym (50) położenia rurki, który ma na wyjściu sygnał stanowiący połączenie pierwszych sygnałów wejściowych oraz zawiera czwarty czujnik z detekcją fazy (106) połączony z pierwszym przesuwnikiem fazy i pierwszym czujnikiem pomiarowym (50) położenia rurki mający na wyjściu sygnał stanowiący połączone sygnały wejściowe, przy czym z pierwszym i trzecim czujnikiem z detekcją fazy (106) jest połączony pierwszy wzmacniacz różnicowy (114) połączony z procesorem (120) oraz drugi wzmacniacz różnicowy (114) połączony z drugim i czwartym czujnikiem z detekcją fazy (106) oraz z procesorem (120).

7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że zawiera ponadto pierwszy i drugi fiitr dolnoprzepustowy (108) do usuwania składowych wysokoczęstotliwościowych z mieszanych sygnałów i wyjściowych napięć prądu stałego, połączone do pierwszego i drugiego czujnika z detekcją fazy (106).

8. według 6, znamienne tym, że zawiera trzeci zacisk wyjściowy zblokowany fazowo z pierwszym zaciskiem wejściowym mającym na wyjściu sygnał sinusoidalny (103) do wprawiania w rezonans rurki przepływowej (16, 206).

9. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że zawiera zblokowany wzmacniacz (52, 54, 114) połączony z czujnikiem pomiarowym (50).

10. Urządzenie według zas^z. 6, znamienne tym, że zawiera ponadto pierwszy i drugi fiitr dolnoprzepustowy (108) do usuwania składowych wysokoczęstotliwościowych z mieszanych sygnałów i wyjściowych napięć prądu stałego, połączone do pierwszego i drugiego wzmacniacza różnicowego (114).

11. Urządzenie według zas^z. 6, znamienne tym, że ponadto zawiera drugi przesuwnik fazowy, połączony z czwartym czujnikiem z detekcją fazy (106), mający na wyjściu sygnał stanowiący pierwszy sygnał wejściowy przesunięty w fazie o 90°(104).

12. Sterownik masowego natężenia przepływu z wykorzystaniem siły Coriolisa, zawierający obudowę zespołów elektronicznych i usytuowaną w niej rurkę czujnika natężenia przepływu, znamienny tym, że zawiera zespół napędowy (208) do wprawiania w ruch rurki czujnika natężenia przepływu (134), usytuowany w jej pobliżu i zespół badający położenia rurki czujnika natężenia przepływu (134) do mierzenia skręcenie rurki czujnika natężenia przepływu (134) oraz zespół sterowania przepływu do przyjmowania płynu z rurki czujnika natężenia przepływu (134).

13. Sterownik według zas^z. 12, znamienny tym, że zespół sterΌwania przepływu zawiera zawór mający gniazdo zaworu (240) i tłok (234) uszczelniający gniazdo zaworu (240), przy czym w tłoku (234) uszczelniającym jest co najmniej jeden otwór (246), stanowiący ścieżkę przepływu płynu przez tłok (234), kiedy tłok jest w położeniu poza gniazdem zaworu (240) .

14. Sterownik według zastrz.12, znamienny tym, że zespół sterowania przepływu zawiera pompę.

15. Sterownik według zastrz.14, znamienny tym, że pompa jest pompą dozującą.

16. Sterownik według zasstz.12, znamienny tym, że zespół badający położenie rurki fess połączony z serwomotorem, przy czym serwomotor jest sprzężony z czujnikiem pomiarowym (50) przemieszczenia rurki czujnika natężenia przepływu (134).

17. Sterownik według zastrz. 15, znamienny tym, że serwomotor jest piezoelektryczny.

18. Sterownik wedługzasfiz. f6, znamienny tym, że ustawienie zespołu badającegopołożenie rurki serwomotorem jest zależne od warunków przepływu.

19. Sterownik według zasfiz.16, znamienny tym, że ussawienie zespołu badającego położenie rurki serwomotorem jest w trzech wymiarach.

20. Sterownik według zastrz. 16, znamienny tym, że zespół badający położenie rurki zawiera pierwszy i drugi stos piezoelektryczny usytuowane odpowiednio na pierwszym i drugim końcu rurki (16) czujnika natężenia przepływu (134), przy czym rurka (16,106) czujnika natężenia przepływu (134) drga w zależności od zjawiska piezoelektrycznego i zjawiska odwrotnego do niego.

21. Ste równik według zass:rz. 12, znamienny tym, że zespóó badający położenie rurki jess zespołem do wykrywania sygnałów wejściowych pierwszego i drugiego (100, 102) otrzymanych z czujników pomiarowych (50) przemieszczenia i jest połączony ze wzmacniaczem różnicowym (56), przy czym wzmacniacz różnicowy (56) ma na wyjściu sygnał odpowiadający różnicy pomiędzy pierwszym i drugim sygnałem wejściowym (100, 102), a ponadto ze wzmacniaczem różnicowym (56) jest połączony pierwszy czujniki z detekcją fazową sygnału wyjściowego (106) wzmacniacza różnicowego i pierwszego sygnału wejściowego i ma na wyjściu sygnał stanowiący połączenie sygnału wejściowego wzmacniacza różnicowego (56) i pierwszego sygnału wejściowego (100), przy czym z zespołem badającym położenie rurki jest połączony przesuwnik fazy mający na wyjściu pierwszy sygnał wejściowy przesunięty w fazie o 90° (104), zaś z przesuwnikiem fazy i wzmacniaczem różnicowym (56)

PL 198 415 B1 jest połączony drugi czujnik z detekcją fazową (106), mający na wyjściu sygnał stanowiący połączenie pierwszego sygnału wejściowego (100) i sygnału wzmacniacza różnicowego, zaś z pierwszymi i drugimi czujnikami z detekcją fazową (106) jest połączony procesor (120) do przyjmowania połączonych sygnałów i obliczania wartości bezwzględnej wektora i fazy sygnałów połączonych, przy czym faza wektora jest proporcjonalna do masowego natężenia przepływu.

22. Sterownik według zastrz. 21, znamienny tym, że ponadto zawiera pierwszy i drugi fiitr dolnoprzepustowy (108) do usuwania składowych wysokoczęstotliwościowych z mieszanych sygnałów i napięć wyjściowych prądu stałego, sprzęgnięte z pierwszymi i drugimi czujnikami z detekcją fazy (106, 210).

23. Sterownik według zas^z. 21, znamienny t^r^, że ponadto zawiera zacisk wyjścOwy zblokowany fazowo z pierwszym zaciskiem wejściowym do wytworzenia sinusoidalnego sygnału wyjściowego (103) rurki przepływowej (16, 206).

24. Sterownik według zastrz. 21, znamienny tym, że zawiera zblokowany wzmacniacz (114).

Rysunki