WO2013092104A1 - Verfahren bzw. messsystem zum ermitteln einer dichte eines fluids - Google Patents

Verfahren bzw. messsystem zum ermitteln einer dichte eines fluids Download PDF

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Coen VAN DIJK
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Definitions

  • the invention relates to a method for determining a density, p, of a vibrationally held, vibrating body which can be excited to vibrate, and to a corresponding measuring system suitable for carrying out the method.
  • measuring systems In industrial process measuring technology, to determine a density of fluid flowing in a pipeline or of a fluid stored in a vessel, measuring systems are often used in which a vibrationally supported vibration-excitable vibration body of a physical-electrical transducer with the fluid to be measured, namely with a partial volume thereof, brought into contact and in which the - contacted by fluid - vibrating body is vibrated during operation such, for example, actively by means of an acting on the vibrating body electro-mechanical vibration exciter that
  • Vibration body at least partially resonant vibrations, namely mechanical vibrations with a resonant frequency, the mechanical structure of which as well as the density of the
  • the transducer is mostly used in a container wall of the fluid in each case leading container, such as a tank, or in the course of the fluid respectively leading line, such as a pipe, and further also adapted to detect vibrations of the vibrating body and at least one
  • Vibration measurement signal having at least one signal component with a resonant frequency corresponding, thus dependent on the density of the fluid signal frequency to produce.
  • Examples of such, by means of one or more vibrating body (s) formed, and thus suitable for the measurement of density transducers or measuring systems are u.a. in EP-A 564 682, EP-A 919 793, US-A 2007/0028663, US-A 2008/0127745, US-A 2010/0083752, US-A 2010/0236323, the US Pat.
  • a transducer as a pure density meter for flowing fluids as a Coriolis mass flow / density meter and / or as a density / viscosity measuring device designed measuring system - or, for example. also formed by means of a - in a line or a container located - immersing fluid, possibly also rod-shaped or paddle-shaped and / or hollow inside, oscillating cylinder, thus, for example, also from one in addition to one
  • Level limit also be provided the density-measuring vibronic level limit switch.
  • the transducer is further connected to one of the evaluation of the at least one vibration measurement signal and the generation of corresponding electronics of the measurement system that serve the density-representing density measurement values.
  • electronics such as u.a.
  • DSP digital signal processor
  • the electronics also serves to at least one, for example, harmonic and / or clocked, drive signal for acting on the vibration body, the active exciting n managerer vibrations serving electro-mechanical vibration exciter to generate, for example, an exciting coil interacting with a permanent magnet fixed to the vibrating body or a piezoelectric element fixed to the vibrating body, wherein the driving signal is a
  • the same signal component or the driver signal can also be regulated, for example, with regard to a current intensity and / or a voltage level.
  • the electronics are usually within at least one comparatively robust, in particular impact, pressure, and / or weatherproof, electronics housing accommodated.
  • the electronics housing may for example be arranged away from the transducer and connected to this only via a flexible conduit; but it can also, as shown for example in the aforementioned US-A 57 96 01 1, directly on the transducer or the
  • Measuring transducer thus the vibration body be arranged separately housed transducer housing.
  • the vibration body be arranged separately housed transducer housing.
  • modular electronics designed to form measuring system of the type in question to use.
  • the respective electronics are usually connected via corresponding electrical lines to a superordinate electronic device, which is usually arranged remotely from the respective device and usually also spatially distributed
  • Measureasuring systems of the type in question of the type described are also usually by means of one within the higher-level data processing system
  • Programmable logic controllers or process control computers installed in a remote control room, to which the measured values generated by the respective measuring system and suitably digitized and correspondingly coded are forwarded.
  • the transmitted measured values can be further processed and visualized as corresponding measurement results, for example on monitors and / or in control signals for other trained as actuators field devices, such as solenoid valves, electric motors, etc., are converted.
  • the data processing system usually also serves to condition the measured value signal supplied by the measuring system in accordance with the requirements of downstream data transmission networks, for example suitably to digitize and If necessary, convert this into a corresponding telegram and / or evaluate it on site.
  • electrically coupled evaluation circuits are provided in such data processing systems with the respective connecting lines, which pre-process and / or further process the measured values received from the respective measuring system and, if necessary, convert them appropriately.
  • For data transmission serve in such industrial data processing systems at least in sections, esp. Serial, field buses, such as FOUNDATION FIELDBUS,
  • MeO systems can also be transmitted wirelessly to the respective data processing system by radio.
  • Measuring systems supplied measured values required evaluation circuits have such higher-level data processing systems usually also the supply of the connected measuring and / or switching devices with electrical energy serving electrical supply circuits that provide a corresponding, possibly fed directly from the connected fieldbus, supply voltage for each electronics and the it drive connected electrical lines and the respective electronics flowing electric currents.
  • a supply circuit can, for example, be associated with exactly one measuring system or corresponding electronics and together with the evaluation circuit associated with the respective measuring system-for example, combined into a corresponding fieldbus adapter-in a common, e.g. be designed as DIN rail module trained, electronics housing.
  • the vibrating body temperature & 10 in measuring systems formed by means of a vibration body for density measurement, such as the aforementioned WO-A 88/02853, WO-A 98/02725, the WO-A 94/21999 removable, in determining the density p, based on the resonant vibrations of Vibrating body or its resonant frequency f r , the vibrating body temperature & 10 , ie a temperature dependent on a temperature of the fluid to be measured, therefore changeable temperature of the vibrating body to be considered.
  • Vibratory body acting forces or to detect resulting mechanical stresses within the vibrating body and be taken into account accordingly in the calculation of the density.
  • Such mechanical deformations of the vibrating body can be detected, for example, by means of one or more strain sensors mechanically coupled to the vibrating body via its "dry" surface.
  • the measuring system has opposite sign or the measuring system has an all-pass characteristic so far.
  • the invention consists in a method for determining a density of a vibrationally held, vibratory excitable, for example, consisting of metal, vibrating body contacting fluid, the vibrating body a specific
  • Thermal conductivity for example, of more than 5 WK “1 m " 1 , thus depending therefrom, for a heat transfer from a fluid contacting the first surface of the vibrating body having a fluid temperature, namely a temperature of the first surface contacting fluid, until to a fluid non-contacting second surface effective thermal conductivity and a heat capacity is inherent, and wherein a vibration body temperature namely a temperature dependent on the fluid temperature of the vibrating body, is variable.
  • a method comprises steps of vibrating the fluid-contacted vibrating body to at least partially perform resonant vibrations, namely, mechanical vibrations having a fluid contacting the first surface of the vibrating body as well as resonant frequency dependent on the vibrating body temperature, and detecting of vibrations of the vibrating body to produce at least one
  • Vibration measurement signal having at least one signal component with a resonant frequency corresponding, thus dependent on the density of the fluid signal frequency
  • a thermally coupled to the vibrating body via the second surface temperature sensor for generating a time course of a vibration body temperature, namely, one of a temperature of the vibrating body at the first surface contacting fluid-dependent temperature of the vibrating body, representing
  • Temperaturmeßsignals wherein Temperaturmeßsignal, not least due to the thermal conductivity and the heat capacity of the vibrating body, for example, from a change in the temperature of the vibrating body on the first surface contacting fluid and / a fluid exchange resulting change in the vibration body temperature of an initial first temperature value only follows a second temperature value with a time delay, that is to say that the second temperature value corresponds only to a time delay.
  • the method according to the invention comprises a step of generating a density-representing density measured value based on the vibration-measuring signal and the temperature-measuring signal during a change in the vibration-body temperature resulting, for example, from a change in the temperature of the vibrating body at the first surface thereof. that during the generation of the density measurement value between the time course of the
  • the invention consists in a measuring system for determining a density of
  • a transducer with at least one, for example made of metal, vibrating body, which is supported vibrationally and arranged to be contacted on a first surface of such a fluid to be measured that the first surface of a fluid temperature namely, a temperature of the fluid contacting the first surface, and being vibrated to at least partially perform resonant vibrations, namely, mechanical vibrations having a resonance frequency depending on the density of the fluid, and a specific one
  • Thermal conductivity, ⁇ 10 for example, more than 5 WK “1 m “ 1 , thus depending therefrom, for a heat transfer from the first surface, to a fluid non-contacting second surface effective thermal conductivity, ⁇ 0 , and a heat capacity, C 10 , comprising at least one vibration sensor for detecting vibrations of the measuring tube and generating a vibration measuring signal having at least one signal component having a signal frequency dependent on the density of the fluid and having one with the second surface of the vibrating body thermally coupled temperature sensor for detecting a temperature dependent on the fluid temperature on the second surface of the vibrating body, and for generating a temporal course of a vibrating body temperature, namely a temperature dependent on the fluid temperature of the vibrating body, representing
  • the measuring system further comprises electronics connected to the transducer for processing the vibration measurement signal and the temperature measurement signal, and for generating a density reading representative of the density of the fluid based on both the vibration and temperature measurement signals.
  • the electronics of the measuring system according to the invention is further adapted to take into account, especially during the generation of the density measured value between the time course of the vibration body temperature and the Temperaturmeßsignal occurring, esp. Time-dependent, discrepancy, esp. Such that the same discrepancy is at least partially compensated ,
  • this further comprises a step of using the vibration measurement signal to generate a frequency measurement value representing the resonance frequency of the vibration body contacted by the fluid.
  • the method includes a step of using the temperature measurement signal to generate a temperature measurement value representative of the vibration body temperature, and a step of using both the frequency measurement value and the temperature measurement value to generate a density-representing density measurement value.
  • this further comprises a step of generating a frequency sweep sequence, namely a sequence of digital pulses determined based on the at least one vibration measurement signal at different times Frequency values, which approximates a time profile of the resonant frequency of the vibrating body.
  • Frequency sweep sequence for generating a delayed frequency sweep sequence namely a sequence of digital frequency values determined based on the frequency sweep sequence at different times, which approximates the time course of the resonant frequency of the vibrating body, such that the same delayed frequency sweep sequence a slower to a, for example, jump-shaped, change in the resonant frequency temporal course of the resonant frequency closer than the frequency sweep sequence.
  • the method further comprises a step of generating a surface temperature sweep sequence, namely a sequence of digital temperature values determined at different times based on the at least one temperature measurement signal, which is a time course of the second surface temperature Approximated vibration body.
  • this further comprises a step of generating a vibration body temperature estimation sequence, namely a sequence of digital temperature values determined based on the at least one temperature measurement signal at different times, which approximates a time profile of the vibration body temperature in that the same vibration body temperature estimation sequence more rapidly adapts a chronological progression of the vibration body temperature following a change in the temperature on the second surface of the vibration body resulting, for example, from a change in the fluid temperature, than the temperature measurement signal.
  • this further comprises a step of using a with the vibrating body via the second surface mechanically coupled strain sensor for generating a temporal course of Vibrations stresses- deformation, namely one of the vibrating body temperature and / or one on this acting force dependent deformation of the vibrating body, representing
  • the vibrating body is a measuring tube with an oscillating support and a lumen surrounded by a, in particular, made of metal, tube wall.
  • the measuring tube is adapted to be immersed in fluid, such that the fluid contacting first surface of the vibrating body from an outer surface of the tube wall and the fluid non-contacting second surface of the vibrating body from an inner surface facing the lumen the pipe wall are formed.
  • the measuring tube can also be configured to guide, for example, flowing fluid, wherein the fluid contacting the first surface of the vibrating body of a lumen facing the inner surface of the tube wall and the non-fluid contacting the second surface of the vibrating body of a
  • the vibrating body is adapted to lead fluid or to be flowed through by fluid.
  • the vibrating body is adapted to be submerged in fluid or flowed by fluid.
  • This embodiment of the invention further provides that the vibrating body has a vibrationally supported membrane, and that the fluid contacting the first surface of the vibrating body by means of a first membrane surface and the fluid non-contacting second surface formed by one of the first second membrane surface opposite the second membrane surface are.
  • the vibrating body may further comprise, for example, a paddle fixed to the first membrane surface and thus immersed in the fluid.
  • a basic idea of the invention is to provide measuring systems of the type in question with inherent but hitherto unrecognized dynamic measurement errors, such as may occur during a transitional period Métational with respect to the vibration body temperature, such as due to fluid exchange and / or due to a significant change in fluid temperature by at least partially compensating by appropriately correcting the measured resonant frequency and / or the temperature measured at the vibrating body, namely by subsequently adjusting the temporal course of the measured resonant frequency at the time course of the measured temperature which regularly follows the measured resonant frequency or by subsequently adjusting the temporal characteristic Course of the measured
  • FIG. 3 schematically in the manner of a block diagram, a measuring system according to FIG. 1 with a
  • FIG. 4 shows schematically a schematic diagram of a for a measuring system according to FIG. 1 and a
  • Measuring transducer according to Figures 2 and 3 suitable measuring arrangement, comprising a vibration body, a vibration exciter, a vibration sensor and a temperature sensor.
  • FIG. 5 shows an exploded view of a variant of a measuring transducer, especially for a measuring system according to FIGS. 1 and 2, with a vibration body formed by means of a measuring tube;
  • FIG. 6a shows, by means of a measuring transducer according to FIGS. 2, 3 and 4, time profiles of an actual density to be measured, a measured resonant frequency of the vibrating body, a temperature measured on the vibrating body and a measured density derived therefrom in a conventional manner; and by means of a transducer according to FIG. 2, 3 and 4 respectively determined temporal courses of an actual density to be measured, a corrected resonant frequency of the vibrating body or a corrected temperature of the vibrating body and a measured density derived therefrom.
  • a measuring system is illustrated by way of example, in particular suitable for use in industrial measuring and automation technology, which serves to set a density p of a flowable, thus in a conduit, such as a Pipe or a channel to be passed or in a container, such as a tank, vorhaltbaren fluid FL, for example, a liquid or a gas to measure, namely the same density temporally successively representing density measured values X p to produce.
  • the measuring system is here in each case as an in-line measuring device, namely realized in the course of a - not shown here - piping usable measuring system.
  • the measuring system may, for example, be a Coriolis mass flow / density meter measuring, in addition to the density p, a mass flow rate m of flowing fluids and / or a density / viscosity measuring device for flowing fluids, in addition to density.
  • the measuring system comprises a measuring transducer MW, which can be inserted here into the course of a pipeline (not shown) and flows through the fluid to be measured during operation.
  • the vibrating body 10 inherits a multiplicity of natural frequencies, each of which decisively depends on the material or elasticity module as well as the mechanical structure or the actual structure
  • the vibrating body 10 is, as also shown schematically in FIG. 4, adapted to be contacted during operation at least at a first surface 10+ of the fluid FL to be measured and at the same time to be actively excited to mechanical oscillations, in such a way that the vibrating body 10 contacted by fluid at least proportionally performs resonant vibrations s r , namely mechanical vibrations with a resonant frequency f r which - apart from one of the natural frequencies - also depends on the density p of the fluid contacting the first surface of the vibrating body, and thus as a measure of can serve the same density.
  • the resonant frequency f r is also known to be co-determined by a fluid temperature & FL , namely a temperature of the fluid contacting the first surface, as the natural frequencies of the vibrating body, not least because of a
  • the transducer Based on these mechanical vibrations of the vibrating body 10, the transducer also generates at least one density-dependent one, namely at least one
  • Schwingungsmeßsignal s sen si serving temperature measuring signal 6 sen s which corresponds to a time course of the vibrating body temperature & 10 , at least approximately reproduces.
  • the electronic system ME as shown schematically in FIG. 3, therefore also has a driver circuit Exc serving for driving the measuring transducer and also the at least one driver circuit Exc
  • Vibration signal s se nsi of the transducer MW processing for example by means of at least one microprocessor and / or by means of a digital signal processor (DSP) formed, measuring and evaluation circuit ⁇ which generates the density measurements using the at least one Schwingungsmeßsignals s se nsi , for example also inform digital values.
  • DSP digital signal processor
  • the density measured values generated by means of the electronics ME can be displayed, for example, on site.
  • HMI control element such as one in the electronics housing behind a window provided therein corresponding LCD, OLED or TFT display and a corresponding
  • the electronics for example, also remotely adjustable, electronics can also be designed so that they are in the operation of the meter with a superordinate electronic data processing system, such as a programmable logic controller (PLC), a personal computer and / or a workstation, via data transmission system, such as a Field bus system and / or wirelessly by radio, measuring and / or other operating data can exchange, such as current measuring and / or
  • the electronics ME can be designed so that they can be powered by an external power supply, for example via the aforementioned fieldbus system.
  • the meter is provided for coupling to a fieldbus or other communication system, can, for example, on site and / or via a communication system
  • the electronics ME therefore further comprises a communication interface COM designed for data communication according to one of the relevant industry standards.
  • the electronics ME may, for example, have such an internal power supply circuit NRG which, during operation, is provided by an external one provided in the abovementioned data processing system
  • the electronics may also be e.g. be designed so that it can be electrically connected to the external electronic data processing system by means of a, for example, configured as a 4-20 mA current loop, two-wire connection 2L and over it can be supplied with electrical energy and transmit measured values to the data processing system;
  • the meter may for example be designed as a so-called four-wire measuring device, in which the internal
  • Power supply circuit NRG of the electronics ME by means of a first pair of lines with an external power supply and the internal communication circuit COM of the electronics ME by means of a second pair of lines is connected to an external data processing circuit or an external data transmission system.
  • the electronics ME is also housed in the embodiment shown here in a corresponding, in particular impact and / or explosion-proof and / or hermetically sealed and / or modular, electronics housing 200.
  • the electronics housing 200 may
  • the pick-up housing 100 is also a neck-holding the electronics housing 200 serving Transition piece attached.
  • the transition piece may further, for example, by means of glass and / or Kunststoffverguß produced, hermetically sealed and / or pressure-resistant passage for electrical connection lines between the electrical components of the transducer MW, here, for example, the vibration exciter or
  • Vibration sensor, and the electronics ME be arranged.
  • the transducer further comprises at least one connected to the vibrating body in operative connection electro-mechanical - for example, electrodynamic, namely formed by Tauchankerspule - vibration exciter 41st
  • vibration exciter 41 is, as shown schematically in Fig. 2 and 4, respectively, from their synopsis readily apparent, on a side facing away from the first surface 10+ of the vibrating body 10 - namely not in operation contacted by the fluid to be measured - second Surface 10 # arranged and serves here in particular to convert an exciter power P exc in, eg pulsating or harmonic, namely substantially sinusoidal, excitation forces F exc fed by the driver circuit Exc of the electronics ME by means of at least one electrical drive signal Sdrv, the corresponding to the
  • Vibrating body 10 act and thus actively stimulate the desired resonant vibrations.
  • the at least one driver signal Sd rv can simultaneously also have a multiplicity of sinusoidal signal components with mutually different signal frequency, one of which has a signal frequency which is freewheeling for the measurement of the density, such as a signal component dominating at least temporarily with respect to a signal power.
  • the exciter forces F exc generated by conversion of electrical excitation power P exc fed into the vibration exciter can be adjusted accordingly in the person skilled in the art by means of the driver circuit Exc provided in the electronics ME, for example by means implemented in the driver circuit, an amplitude (current) of a current of the drive signal regulating current and / or an amplitude (voltage level) of a voltage of the drive signal voltage regulators with respect to their magnitude and, for example by means of one in the driver circuit Exc also
  • phase locked loop in terms of their current Frequency or in the case of multifrequency excitation with regard to their instantaneous frequencies, cf.
  • PLL - phase locked loop phase locked loop
  • the US-A 48 01 897 or US-B 63 1 1 136 phase locked loops for actively exciting vibrating bodies of the type in question at a momentary resonance frequency, for example, in US-A 48 01 897 described in detail.
  • Exciter energy E exc suitable known in the art per se driver circuits are used, for example, according to the above-mentioned prior art, such as the aforementioned US-A 47 77 833, US-A 48 01 897, US-A 48 79 91 1, US-A 50 09 109, US-A 50 24 104, US-A 50 50 439, US-A 58 04 741, US-A 58 69 770, US-A 60 73 495 or
  • driver circuits to the provided with transmitters of the series “PROMASS 83" electronics, as described by the applicant, for example, in conjunction with measuring the density of measuring transducers series “PROMASS E “,” PROMASS F “,” PROMASS H “,” PROMASS I “,” PROMASS P “,” PROMASS S “or” PROMASS X ".
  • the driver circuit is, for example, each designed so that resonance oscillations are controlled to a constant, thus also independent of the density p or the viscosity ⁇ of each fluid to be measured largely independent amplitude.
  • the transducer MW For detecting vibrations of the vibrating body 10, not least also actively stimulated by the at least one vibration generator 41 resonant vibrations s r , and for converting n managerer detected vibrations in the at least one Schwingungsmeßsignal s sen si, the transducer MW further at least one - here at least one Vibration generator 41 spaced - arranged on the second surface 10 # of the vibrating body 10,
  • electrodynamic, first vibration sensor 51 the vibration of the vibration body representative Schwingungsmeßsignal s se nsi, for example inform a corresponding to the vibrations electrical (alternating) voltage with a dependent of a momentary amplitude of the vibrations of the vibration body amplitude
  • the transducer also has at least one with the vibrating body over its second surface 10 # thermally coupled, for example, glued thereto, temperature sensor 61 for generating the mentioned temperature measuring signal 6 se ns-
  • Vibrating body 10 may be formed, for example, by means of a flowed through in operation by the fluid FL, housed in a transducer housing 100, held therein vibratory Erten Meßrohr having a one, esp. Made of metal, tube wall surrounded lumen and between an inlet side first Meßrohrende 10th 'and an outlet side second
  • the measuring system may also be a Coriolis mass flow / density meter measuring, in addition to density, also a mass flow of the flowing fluid FL and / or a viscosity of the fluid in addition to density
  • the measuring tube 11, hence the vibrating body formed therewith, is hereby set up to be flowed through by measuring fluid, thus to carry partial volume of the measuring fluid after it has flowed into the lumen wherein the first surface of the vibrating body contacting the fluid faces from an inner surface of the tube wall facing the lumen and contacted by the fluid and the second surface of the vibrating body does not contact the fluid
  • Vibrating body are formed by an outer surface of the pipe wall.
  • the resonance oscillations serving to measure the density may, for example, be such that the resonant oscillation
  • Vibrating body serving measuring tube over its entire useful oscillation length vibrate, for example, in a Bieschwwingungsmode in which the at least one measuring tube to the two Meßrohrenden 10 ', 10 "imaginary interconnecting, to an imaginary longitudinal axis L of the transducer substantially parallel imaginary axis of vibration Art of a cantilever cantilevered deflected, and thereby, oscillating about a static rest position, repeatedly deformed elastically.
  • the Nutz-swing length corresponds to this quasi a length of an extending within lumens imaginary middle or heavy line (imaginary
  • the transducer Connecting line through the centers of gravity of all cross-sectional areas of the measuring tube), in the case of a curved measuring tube so an extended length of the measuring tube.
  • the transducer is similar in its mechanical structure as well as its operating principle to that proposed in US-B 73 60 451 or US-B 66 66 098 or even the part of the Applicant under the type designation "PROMASS H", “PROMASS P” or “PROMASS S" for the measurement of both the density and the mass flow of fluids of commercially available transducers.
  • PROMASS H PROMASS P
  • PROMASS S for the measurement of both the density and the mass flow of fluids of commercially available transducers.
  • Measuring transducers with a measuring tube as a vibration body so even those with straight and / or more than a measuring tube for example four or, as shown in Fig. 5, two measuring tubes or even comparable in the aforementioned US-A 2010/0236338, the US-A 2010/0242623, US-A 2010/0242624, US-A 56 02 345, US-A 57 31 527, US-A 57 96 01 1, US-A 60 06 609, US -B 65 13 393, US-B 68 40 109, US-B 69 20 798 or the
  • PROMASS I PROMASS M
  • PROMASS E PROMASS F
  • the transducer can, for example, a single straight measuring tube or at least two each serving as a vibrating body, for example by means of an inlet-side flow divider and an outlet-side flow divider, if necessary
  • inlet and outlet side coupling elements mechanically coupled to each other and / or identical and / or curved and / or mutually parallel, measuring tubes for guiding fluid to be measured, which vibrate at least temporarily during operation for generating the Schwingungsmeßsignale, such as frequency equal on a
  • the resonance vibrations s r for example, as torsional vibrations or as radial vibrations about a parallel with the mentioned longitudinal axis of the transducer, possibly also coincident with imaginary
  • the connecting flanges 13, 14 can, as in the case of transducers of the type described quite customary, also be integrated into the transducer housing 100 at the end, thus forming an inlet-side transducer end 100+ or an outlet-side transducer end 100 #.
  • Invention further comprises a second vibration sensor 52 spaced from the first vibration sensor 51 in the flow direction, wherein the first vibration sensor is placed for example on the inlet side serving as a vibration body measuring tube, while the second vibration sensor downstream of the first vibration sensor is arranged on the outlet side of the measuring tube.
  • Vibration system to be measured it is also possible, for example, to use measuring systems which measure density, in which the vibrating body is arranged to be at least partially immersed in the fluid to be measured or flowed by fluid for the purpose of detecting the density.
  • the measuring system may, for example, also be a so-called fill level limit switch having at least one, for example paddable and / or hollow hollow, oscillating rod with integrated
  • Density measurement act, for example, according to the aforementioned US-B 68 45 663, therefore, the vibrating body having a vibrationally supported membrane, such that the fluid contacting the first surface of the vibrating body by means of a first membrane surface and the non-contacting fluid second surface of a the first second
  • Membrane surface opposite second membrane surface are formed or can the
  • Vibrating body further fixed to the first membrane surface, and thus in the fluid
  • the measuring system can be, for example, a Coriolis mass flow / density meter with a through a wall of a pipe pluggable, designed as a hollow body vibration body - as in the beginning mentioned EP-A 564 682 as inform of at least one side sealed, inside hollow cylinder.
  • the at least one vibration measurement signal s se nsi generated by the transducer as well as the temperature measurement signal 6 se ns are, as shown diagrammatically in FIGS.
  • the input circuit FE of the electronics is preprocessed, in particular pre-amplified, filtered and digitized, and subsequently evaluated, ie converted at least into the at least one density measured value X p or further temporally successive density measured values. this possibly also taking into account by means of the at least one driver signal in the exciter arrangement fed, and thus also converted therein electrical excitation power.
  • the measuring and evaluating circuit ⁇ based on the oscillation measuring signal s sen si, repeatedly determines a frequency measured value X f representing a resonance frequency to be used for the current density measured value X p and thus representing the resonant frequency as well as on the basis of
  • Temperaturmeßsignal 6 sen s also occasionally a temperature reading X 3 , which serves as a measure of a vibration body temperature, the current density measured value X p
  • the density measurement value X p can be determined in a manner familiar to the person skilled in the art, for example using the known approximation formula X p ⁇ + by
  • the electronics ME when used in a Coriolis mass flowmeter, the electronics ME also serves to detect, by Coriolis forces, the vibration measurement signals generated by the transducer, namely, by means of a detected between the Schwingungsmeßsignale Ssensi, s seS n2 of the first and second vibration sensor 51, 52 by Coriolis caused in the flowing fluid Phase difference recurring to determine a mass flow value X m , which represents a mass flow rate to be measured, m, of the guided through the transducer fluid.
  • the measuring and evaluation circuit as in the case of measuring systems formed by means of a vibration body, may well be used for density measurement, if appropriate also based on the applied electrical excitation power P exc and the at least one oscillation measuring signal s sen si a Viscosity ⁇ of the fluid
  • the program codes for those of the generation of measured values, not least also the density measured values, serving evaluation programs or control programs serving for the control of the transducer can e.g. be persistently stored in a non-volatile memory EEPROM of the electronics and at the start of the electronics in a, e.g. in the processor integrated, volatile data storage RAM can be loaded.
  • measured values generated during operation by the electronics ME can be loaded into such, if appropriate also the same, volatile or non-volatile data memory for a later date
  • the vibrating body 10 has both a specific heat capacity, C 0 , and a specific thermal conductivity ⁇ 10 , which usually amounts to more than 5 WK “1 m " 1 , and accordingly one dependent thereon, for a heat transfer of the fluid temperature inherently first surface 10+ of the vibrating body up to its second surface 10 # effective thermal conductivity, ⁇ 0 , thus a certain thermal inertia.
  • the vibration body temperature & 0 changes not only immediately after a, for example, by a fluid change initiated change in the fluid temperature, but as a result of the
  • the temperature measuring signal 6 se se ns one - for example, from a change in the temperature of the vibrating body on the first surface 10+ contacting fluid and / a fluid exchange resulting - change the vibrating body temperature & 10 of an initial first temperature value ⁇ 0 , ⁇ follow a second temperature value e 0 , t2 only with a time delay, namely namely the second
  • the temperature & 2 - "6 se ns at the second surface 10 # of the vibrating body 10 and therefore can take a time characteristic of the temperature signal Bsens during a transient transitional period of the aforementioned type, which approximately corresponds to that shown in Fig. 6a.
  • the resonance frequency determined on the basis of the at least one oscillation signal s iin inform from corresponding frequency measurement values X f - by way of example from or from those in FIG.
  • the density X determined for the above-described time profile of measured resonance frequency (f R -> X f ) and measured temperature (& 2 -> Xs) can be determined conventionally, namely without corresponding consideration of the dynamic transmission behavior of the temperature measuring chain ' p
  • the measuring system according to the invention is further adapted, and consequently the method of measuring the density realized therewith is such that when generating the density measured value X p based on the at least one oscillation measuring signal S ensi and the at least one temperature measuring signal 6 s sen as a - for example from one of a replacement of a previously supplied to the vibrating body fluid against the actual fluid FL following change in the fluid temperature & F i_ or the temperature of the vibrating body 10 resulting in the first surface 10+ - change the vibration body temperature & 10 a discrepancy occurring during the generation of the same density measurement value between the time course of the vibration body temperature and the temperature measurement signal
  • Err'a 6 se ns - & io is taken into account.
  • the consideration of the discrepancy may consist in that their occurrence is detected and signaled, for example, inform a message displayed on-site, and / or by storing in the data memory, possibly with a time stamp is documented.
  • the - usually gradually gradually decreasing, and thus time-dependent - discrepancy is already incorporated accordingly when determining the frequency measured value X f and / or the temperature measured value X 3 - for example by calculation the measuring and evaluation circuit ⁇ and / or by suitable conditioning of the temperature measuring signal 6 sen s by means of a respect to his
  • the aforementioned - from the thermal inertia of the determination of the vibration body temperature serving electrode, comprising the vibrating body itself and the temperature sensor contacting it, the resulting discrepancy between the temporal course of the vibrating body temperature and the temperature measuring signal can be computationally compensated by a suitable signal processing of the at least one oscillation measuring signal and the at least one temperature measuring signal, namely by a corresponding deceleration - namely, slower as the
  • a frequency sweep sequence foi is first generated by means of the measuring and evaluation circuit ⁇ , namely a sequence based on the at least one Schwingungsmeßsignal s sen si at different, for example equidistant, time points determined digital frequency values X. f1 , which approximates a time profile of the resonant frequency f r of the vibrating body, namely at least approximately corresponds to (f D1 ⁇ f r ).
  • Vibration body approximated in such a way that the same delayed frequency sweep fo2 one on one - for example, ramp-shaped or as shown in Fig. 6b, jump-shaped - Change the resonant frequency following actual time course f r (t) of the resonant frequency f r slower than the frequency sweeps f D itself (corresponding to the time course f r - »X f in Fig. 6a).
  • the delayed sample sequence frequency f D2 serves then as each current frequency f2 measured value X [n] - "X f [n].
  • Transfer function G * (z) Z (g [n]).
  • FIR finite response filter
  • parameters namely the filter coefficients w k and their number corresponding filter length N, here - regardless of the type of filter (NR or FIR filter) - be chosen, for example, so that the thus set transfer function of the digital filter dynamic Transmission behavior of the means of the vibration body and the
  • Temperature sensor formed Meßkette, namely their thermal inertia, anneals, so that therefore a time course of the delayed frequency sweep fo2 during a transient transition region of the type described above the time course of the temperature on the second surface of the vibrating body 10 and the time course of this representing Temperature signal corresponds.
  • a vibration body temperature estimation & DI namely a sequence based on the at least one
  • the vibration body temperature estimation sequence may be generated by supplying the temperature measurement signal to an analog signal filter having at least one
  • Temperaturmeßsignal differentiating high-pass characteristic thus designed as a characterized by a time constant high-pass first order or a characterized by a plurality of time constants high-pass higher order.
  • the signal filter can be formed in the simplest case, for example, by means of appropriately interconnected resistors, capacitors and / or coils, thus by means of a filter network realized only with passive electrical components or else realized as an active, namely also operational amplifier exhibiting signal filter.
  • the signal filter can be adjusted in such a way that it at least partially compensates for the mentioned thermal inertia of the measuring chain, which ultimately causes the dynamic measurement error during the transient transition region, namely taking into account also temporal changes of the Temperaturmeßsignals provides a corresponding output signal that leads the Temperaturmeßsignal or its time course, thus at least less than the Temperaturmeßsignal compared to the actual time course of the Vibrations stresses- temperature.
  • the correspondingly analog output signal can subsequently be digitized in a conventional manner, namely converted into the - digital - vibration body temperature estimation sequence.
  • the vibration body temperature estimation sequence can also be generated, for example, by first digitizing the temperature measurement signal, thus a surface temperature scan sequence, namely a sequence of digital temperature values determined at different times t m based on the at least one temperature measurement signal. which approximates a time course of the temperature on the second surface of the vibrating body is generated, and that thereafter the vibration body temperature estimation sequence is derived therefrom by the
  • the Surface temperature scanning sequence by means of an appropriately set, namely the Surface temperature scan sequence differentiating digital filter is processed to the vibration body temperature estimation sequence.
  • a digital filter for example, an FIR filter with high-pass characteristic can be used, of whose filter coefficients w k at least two filter coefficients w 1, w + different in succession from zero have different signs.
  • any mechanical deformations of the vibrating body for example due to the changing vibration body temperature and / or due to forces acting on the vibrating body , or to detect resulting mechanical stresses within the vibrating body and accordingly in the calculation of the density measured values corresponding to
  • the measuring system for generating a temporal course of Vibrorskorper deformation, namely one of the vibrating body temperature and / or a force acting thereon deformation of the vibrating body,
  • strain sensor is mechanically coupled to the vibrating body, namely on the second surface and can, for example, in the immediate vicinity of at least one
  • Temperature sensor fixed directly to the vibrating body, for example, glued be.
  • the latter can also be digitized, thus a corresponding deformation sampling sequence, namely a sequence of digital deformation measurements determined at different times based on the at least one deformation measurement signal. which approximates a temporal course of Vibrations stresses- deformation generated.

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Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. Meßsystem ist jeweils ein von Fluid (FL) kontaktierter Vibrationskörper (10) vorgesehen, der in der Weise vibrierengelassen ist, daß er zumindest anteilig mechanische Schwingungen mit einer von der Dichte des eine erste Oberfläche (10+) des Vibrationskörpers kontaktierenden Fluids wie auch von der Vibrationskörper-Temperatur abhängigen Resonanzfrequenz (Resonanzschwingungen) ausführt. Zum Erzeugen wenigstens eines Schwingungsmeßsignals, das wenigstens eine Signalkomponente mit einer der Resonanzfrequenz entsprechenden, mithin von der Dichte des Fluids abhängigen Signalfrequenz aufweist, werden mittels eines Schwingungssensors (51) Vibrationen des Vibrationskörpers erfaßt. Darüberhinaus wird ein mit einer das Fluid nicht kontaktierenden zweiten Oberfläche (10#) des Vibrationskörpers thermisch gekoppelter Temperatursensor (61) zum Erzeugen eines einen zeitlichen Verlauf einer veränderlichen Vibrationskörper-Temperatur repräsentierenden Temperaturmeßsignals verwendet. Bedingt auch durch einen Wärmeleitwert und eine Wärmekapazität des Vibrationskörpers kann das Temperaturmeßsignal einer Änderung der Vibrationskörper-Temperatur von einem anfänglichen Temperaturwert, Θ10, t1, auf einen Temperaturwert, Θ10,t2, lediglich zeitverzögert folgen. Basierend auf dem Schwingungsmeßsignal sowie dem Temperaturmeßsignal werden die Dichte repräsentierende Dichte-Meßwerte erzeugt, wobei währenddessen zwischen dem zeitlichen Verlauf der Vibrationskörper-Temperatur und dem Temperaturmeßsignal allfällig auftretende Diskrepanzen berücksichtigt bzw. zumindest teilweise kompensiert werden.

Description

Verfahren bzw. Meßsystem zum Ermitteln einer Dichte eines Fluids
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Dichte, p, eines einen schwingfähig gehalterten, zu Vibrationen anregbaren Vibrationskörper kontaktierenden Fluids sowie ein entsprechendes zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Meßsystem.
In der industriellen Prozeß-Meßtechnik werden zum Ermitteln einer Dichte von in einer Rohrleitung strömenden Fluids oder eines in einem Behälter gelagerten Fluids oftmals solche Meßsysteme verwendet, bei denen ein schwingfähig gehalterter, zu Vibrationen anregbarer Vibrationskörper eines physikalisch-elektrischen Meßwandlers mit dem zu messenden Fluid, nämlich mit einem Teilvolumen davon, in Kontakt gebracht und bei denen der - von Fluid kontaktierte - Vibrationskörpers im Betrieb derart vibrierengelassen wird, beispielsweise aktiv mittels eines auf den Vibrationskörper einwirkenden elektro-mechanischen Schwingungserregers, daß der
Vibrationskörper zumindest anteilig Resonanzschwingungen, nämlich mechanische Schwingungen mit einer Resonanzfrequenz, die von dessen mechanischen Aufbau wie auch von der Dichte des
Fluids abhängig ist, ausführt. Der Meßwandler ist dafür zumeist in eine Behälterwand des das Fluid jeweils führenden Behälters, beispielsweise einem Tank, bzw. in den Verlauf einer das Fluid jeweils führenden Leitung, beispielsweise eine Rohrleitung, eingesetzt und im weiteren auch dafür eingerichtet, Vibrationen des Vibrationskörpers zu Erfassen und wenigstens ein
Schwingungsmeßsignals, das wenigstens eine Signalkomponente mit einer der Resonanzfrequenz entsprechenden, mithin von der Dichte des Fluids abhängigen Signalfrequenz aufweist, zu erzeugen. Beispiele für derartige, mittels einem oder mehreren Vibrationskörper(n) gebildete, mithin für die Messung der Dichte geeignete Meßwandler bzw. Meßsysteme sind u.a. in der EP-A 564 682, der EP-A 919 793, der US-A 2007/0028663, der US-A 2008/0127745, der US-A 2010/0083752, der US-A 2010/0236323, der US-A 201 1/0219872, der US-A 45 24 610, der US-A 48 01 897, der US-A 50 27 662, der US-A 50 54 326, der US-A 57 96 01 1 , der US-A 59 65 824, der
US-A 60 73495, der US-A 61 38 507, der US-A 61 48 665, der US-B 60 44 694, der
US-B 63 89 891 , der US-B 66 51 513, der US-B 66 88 176, der US-B 67 1 1 942, der
US-B 68 45 663, der US-B 69 12904, der US-B 69 38 475, der US-B 70 40 179, der
US-B 71 02 528, der US-B 72 72 525, der US-B 75 49 319, der US-B 76 81 445, der US-B 78 74 199, der WO-A 00/19175, der WO-A 01/02816, der WO-A 01/29519, der WO-A 88/02853, der WO-A 93/01473, der WO-A 93/19348, der WO-A 93/21505, der
WO-A 94/21999, der WO-A 95/03528, der WO-A 95/16897, der WO-A 95/29385 oder der
WO-A 98/02725 beschrieben. Demnach der Vibrationskörper z.B. ein in den Verlauf der das Fluid führenden Leitung eingesetztes, mithin vom Fluid durchströmtes Meßrohr - etwa von einem
Meßwandler eines als reines Dichte-Meßgerät für strömende Fluide, eines als Coriolis- Massedurchfluß/-Dichte-Meßgerät und/oder eines als Dichte-/Viskositäts-Meßgerät ausgebildeten Meßsystems - oder aber z.B. auch mittels eines in das - in einer Leitung oder einem Behälter befindliche - Fluid eintauchenden, ggf. auch stab- oder paddeiförmig und/oder innen hohl ausgebildeten, Schwingzylinders gebildet, mithin z.B. auch von einem zusätzlich zu einem
Füllstandsgrenzstand auch die Dichte messenden vibronischen Füllstandsgrenzschalter bereitgestellt sein.
Der Meßwandler ist ferner mit einer der Auswertung des wenigstens einen Schwingungsmeßsignals und der Generierung entsprechender, die Dichte repräsentierender Dichte-Meßwerte dienenden Elektronik des Meßsystems verbunden. Bei modernen Meßsystemen in Rede stehenden Art sind solche Elektroniken, wie u.a. auch in der US-B 63 1 1 136 oder der US-A 60 73 495 beschrieben, zumeist mittels eines oder mehreren, ggf. auch als digitalen Signalprozessor (DSP) ausgebildeten Mikroprozessoren realisiert. Neben der Auswertung des wenigstens einen vom Meßwandler gelieferten, Schwingungen von dessen Vibrationskörper repräsentierenden Schwingungsmeßsignals dient die Elektronik auch dazu, wenigstens ein, beispielsweise harmonisches und/oder getaktetes, Treibersignal für einen auf den Vibrationskörper einwirkenden, dem aktiven Anregen nämlicher Schwingungen dienenden elektro-mechanischen Schwingungserreger, beispielsweise eine mit einem am Vibrationskörper fixierten Permanentmagneten wechselwirkende Erregerspule oder einem am Vibrationskörper fixierten Piezoelement, zu generieren, wobei das Treibersignal eine
Signalkomponente mit einer zur Resonanzfrequenz des Vibrationskörper passenden Signalfrequenz aufweist. Nämliche Signalkomponente bzw. das Treibersignal können beispielsweise auch hinsichtlich einer Stromstärke und/oder einer Spannungshöhe geregelt sein.
Bei Meßsystemen der in Rede stehenden Art ist die Elektronik zumeist innerhalb wenigstens eines vergleichsweise robusten, insb. schlag-, druck-, und/oder wetterfesten, Elektronik-Gehäuse untergebracht. Das Elektronik-Gehäuse kann beispielsweise vom Meßwandler entfernt angeordnet und mit diesem nur über eine flexible Leitung verbunden sein; es kann aber auch, wie z.B. auch in den eingangs erwähnten US-A 57 96 01 1 gezeigt, direkt am Meßwandler oder einem den
Meßwandler, mithin dessen Vibrationskörper separat einhausenden Meßwandler-Gehäuse angeordnet sein. Darüberhinaus ist aber, wie u.a. in der WO-A 01/29519 gezeigt, auch durchaus üblich, ggf. auch in zwei oder mehr separaten Gehäuse-Modulen untergebrachte, modular ausgebildeten Elektroniken zur Bildung von Meßsystem der in Rede stehenden Art zu verwenden.
Bei Meßsystemen der in Rede stehenden Art ist die jeweilige Elektronik üblicherweise über entsprechende elektrische Leitungen an ein vom jeweiligen Gerät zumeist räumlich entfernt angeordnetes und zumeist auch räumlich verteiltes übergeordneten elektronischen
Datenverarbeitungssystem elektrisch angeschlossen, an das die vom jeweiligen Meßsystem erzeugten Meßwerte mittels eines diese entsprechend tragenden Meßwertesignals zeitnah weitergegeben werden. Meßsysteme der in Rede stehenden Art der beschriebenen Art sind zudem üblicherweise mittels eines innerhalb des übergeordneten Datenverarbeitungssystems
vorgesehenen Datenübertragungsnetzwerks miteinander und/oder mit entsprechenden
elektronischen Prozeß-Steuerungen verbunden, beispielsweise vor Ort installierte
Speicherprogrammierbare Steuerungen oder in einer entfernten Leitwarte installierte Prozeß- Leitrechnern, wohin die mittels des jeweiligen Meßsystems erzeugten und in geeigneter weise digitalisierten und entsprechend codierten Meßwerte weitergesendet werden. Mittels solcher
Prozeß-Leitrechner können die übertragenen Meßwerte weiterverarbeitet und als entsprechende Meßergebnisse z.B. auf Monitoren visualisiert und/oder in Steuersignale für andere als Stellgeräte ausgebildete Feldgeräte, wie z.B. Magnet-Ventile, Elektro-Motoren etc., umgewandelt werden. Da moderne Meßanordnungen zumeist auch direkt von solchen Leitrechnern aus überwacht und gegebenenfalls gesteuert und/oder konfiguriert werden können, werden in entsprechender Weise über vorgenannte, zumeist hinsichtlich der Übertragungsphysik und/oder der Übertragungslogik hybride Datenübertragungsnetzwerke dem Meßsystem zugewiesene Betriebsdaten gleichermaßen versendet. Dementsprechend dient das Datenverarbeitungssystem üblicherweise auch dazu, das vom Meßsystem gelieferte Meßwertesignal entsprechend den Anforderungen nachgelagerter Datenübertragungsnetzwerke zu konditionieren, beispielsweise geeignet zu digitalisieren und gegebenenfalls in ein entsprechendes Telegramm umzusetzen, und/oder vor Ort auszuwerten. Dafür sind in solchen Datenverarbeitungssystemen mit den jeweiligen Verbindungsleitungen elektrisch gekoppelte Auswerteschaltungen vorgesehen, die die vom jeweiligen Meßsystem empfangenen Meßwerte vor- und/oder weiterverarbeiten sowie, falls erforderliche, geeignet konvertieren. Zur Datenübertragung dienen in solchen industriellen Datenverarbeitungssystemen zumindest abschnittsweise, insb. serielle, Feldbusse, wie z.B. FOUNDATION FIELDBUS,
RACKBUS-RS 485, PROFIBUS etc., oder beispielsweise auch Netzwerke auf Basis des
ETHERNET-Standards sowie die entsprechenden, zumeist übergreifend standardisierten
Übertragungs-Protokolle. Alternativ oder in Ergänzung können bei modernen MeOsysteme der in Rede stehenden Art Meßwerte auch drahtlos per Funk an das jeweilige Datenverarbeitungssystem übermittelt werden.
Neben den für die Verarbeitung und Konvertierung der von den jeweils angeschlossenen
Meßsystem gelieferten Meßwerte erforderlichen Auswerteschaltungen weisen solche übergeordnete Datenverarbeitungssysteme zumeist auch der Versorgung der angeschlossenen Meß- und/oder Schaltgräte mit elektrischer Energie dienende elektrische Versorgungsschaltungen auf, die eine entsprechende, ggf. direkt vom angeschlossenen Feldbus gespeiste, Versorgungsspannung für die jeweilige Elektronik bereitstellen und die daran angeschlossenen elektrische Leitungen sowie die jeweiligen Elektroniken durchfließende elektrische Ströme treiben. Eine Versorgungsschaltung kann dabei beispielsweise genau einem Meßsystem bzw. einer entsprechenden Elektronik jeweils zugeordnet und zusammen mit der dem jeweiligen Meßsystem zugeordneten Auswerteschaltung - beispielsweise zu einem entsprechenden Feldbusadapter vereint - in einem gemeinsamen, z.B. als Hutschienen-Modul ausgebildeten, Elektronik-Gehäuse untergebracht sein. Es ist aber durchaus auch üblich, Versorgungsschaltungen und Auswerteschaltungen jeweils in separaten, ggf.
voneinander räumlich entfernten Elektronik-Gehäusen unterzubringen und über externe Leitungen miteinander entsprechend zu verdrahten.
Bei mittels eines Vibrationskörpers gebildeten Meßsystemen zur Dichtemessung ist, wie u.a. den eingangs erwähnten WO-A 88/02853, WO-A 98/02725, der WO-A 94/21999 entnehmbar, bei der Ermittlung der Dichte p, basierend auf den Resonanzschwingungen des Vibrationskörpers bzw. dessen Resonanzfrequenz fr, die Vibrationskörper-Temperatur &10, also eine von einer Temperatur des zu messenden Fluids abhängige, mithin veränderliche Temperatur des Vibrationskörpers, zu berücksichtigen. Zur Ermittlung derselben wird eine lokale Temperatur &sens des Vibrationskörpers auf einer dem Fluid abgewandeten, mithin davon nicht kontaktierten "trockenen" Oberfläche des Vibrationskörpers sensorisch erfaßt, üblicherweise mittels eines darauf aufgeklebten Platin- Widerstandes eines Widerstandsthermometers oder eines auf nämliche Oberfläche aufgeklebten Thermoelements sowie einer entsprechenden Meßschaltung in der Elektronik, und hernach bei der Ermittlung entsprechend berücksichtigt, etwa gemäß den Abhängigkeiten &sens ~ &io,
fr 2 = f(&sens ~ io) bzw. fr 2 = f(1/p). Eine weitere Verbesserung der Genauigkeit, mit der die Dichte schlußendlich gemessen werden kann, kann bei Meßsystemen der in Rede stehenden Art, nicht zuletzt bei solchen mit einem an seinen beiden Enden eingespannten Meßrohr als Vibrationskörper, u.a. dadurch erreicht werden, daß, wie u.a. auch der US-A 201 1/0219872 erwähnt, ferner auch mechanische Deformierungen des in statischer Ruhelage befindlichen Vibrationskörpers, etwa infolge einer sich ändernden Vibrationskörper-Temperatur und/oder infolge von auf den
Vibrationskörper einwirkenden Kräften, bzw. daraus resultierende mechanische Spannungen innerhalb des Vibrationskörpers erfassen und entsprechend bei der Berechnung der Dichte zu berücksichtigt werden. Solche mechanischen Deformierungen des Vibrationskörpers können beispielsweise mittels eines oder mehreren mit dem Vibrationskörper über dessen "trockene" Oberfläche mechanisch gekoppelte Dehnungssensor(en) erfaßt werden.
Weiterführende Untersuchungen an Meßsystemen der in Rede stehenden Art haben allerdings ergeben, daß anhand der gemessenen Temperatur &10 und Resonanzfrequenz fr die Dichte p von Fluiden mit zeitlich über einen längeren Zeitraum von einigen Minuten oder mehr jeweils konstant bleibender Temperatur zwar sehr genau, nämlich ohne weiteres mit einem relativen Meßfehler von weniger als 0,2%, ermittelt werden kann, jedoch besonders im Falle eines Wechsels des Fluids in der Leitung die für das "neue" Fluids gemessene Dichte zunächst erheblichen von dessen tatsächlicher Dichte abweichen kann; dies - auch bei Verwendung von Dehnungssensoren - unglücklicherweise gelegentlich sogar derart, daß bei einem Fluid mit einer gegenüber dem vorherigen Fluid eigentlich verringerter Dichte zunächst eine höhere Dichte als zuvor ermittelt wird, bzw. auch umgekehrt trotz größerer Dichte für das "neue" Fluid zunächst eine kleinere Dichte ermittelt wird, mithin der Meßfehler für die Dichte im Vergleich zu deren Änderung ein
entgegengesetztes Vorzeichen aufweist bzw. das Meßsystem insoweit eine Allpaßcharakteristik aufweist.
Dem Rechnung tragend besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zum Ermitteln einer Dichte eines Fluids mittels eines davon kontaktierten Vibrationskörpers, welches Verfahren auch unmittelbar nachdem nämliches Fluids als Ersatz für ein anderes an den Vibrationskörper herangeführt worden ist. Dies möglichst auch unter Beibehaltung herkömmlicher Vibrationskörper bzw. herkömmlicher, dem Erfassen der Vibrationskörper-Temperatur dienenden
Sensoranordnungen.
Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Ermitteln einer Dichte eines einen schwingfähig gehalterten, zu Vibrationen anregbaren, beispielsweise aus Metall bestehenden, Vibrationskörper kontaktierenden Fluids, wobei dem Vibrationskörper eine spezifischen
Wärmeleitfähigkeit beispielsweise von mehr als 5 W K"1 m"1, mithin ein davon abhängiger, für einen Wärmedurchgang von einer das Fluid berührenden ersten Oberfläche des Vibrationskörpers, die eine Fluid-Temperatur, nämlich eine Temperatur des die ersten Oberfläche kontaktierenden Fluids, aufweist, bis zu einer das Fluid nicht kontaktierenden zweiten Oberfläche wirksamer Wärmeleitwert und eine Wärmekapazität innewohnt, und wobei eine Vibrationskörper-Temperatur nämlich eine von der Fluid-Temperatur abhängigen Temperatur des Vibrationskörpers, veränderlich ist. Das
Verfahren umfaßt Schritte des Vibrierenlassens des von Fluid kontaktierten Vibrationskörpers in der Weise, daß er zumindest anteilig Resonanzschwingungen, nämlich mechanische Schwingungen mit einer von der Dichte des die erste Oberfläche des Vibrationskörpers kontaktierenden Fluids wie auch von der Vibrationskörper-Temperatur abhängigen Resonanzfrequenz ausführt, sowie des Erfassens von Vibrationen des Vibrationskörpers zum Erzeugen wenigstens eines
Schwingungsmeßsignals, das wenigstens eine Signalkomponente mit einer der Resonanzfrequenz entsprechenden, mithin von der Dichte des Fluids abhängigen Signalfrequenz aufweist, des
Verwendens eines mit dem Vibrationskörper über dessen zweite Oberfläche thermisch gekoppelten Temperatursensors zum Erzeugen eines einen zeitlichen Verlauf einer Vibrationskörper-Temperatur, nämlich einer von einer Temperatur des den Vibrationskörper an dessen erster Oberfläche kontaktierenden Fluids abhängigen Temperatur des Vibrationskörpers, repräsentierenden
Temperaturmeßsignals, wobei Temperaturmeßsignal, nicht zuletzt bedingt durch den Wärmeleitwert und die Wärmekapazität des Vibrationskörpers, einer, beispielsweise aus einer Änderung der Temperatur des den Vibrationskörper an dessen erster Oberfläche kontaktierenden Fluids und/einem Fluidaustausch resultierenden, Änderung der Vibrationskörper-Temperatur von einem anfänglichen ersten Temperaturwert auf einen zweiten Temperaturwert lediglich zeitverzögert folgt, mithin nämlichem zweiten Temperaturwert lediglich zeitverzögert entspricht. Ferner umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren einen Schritt des Erzeugens eines die Dichte repräsentierenden Dichte-Meßwerts basierend auf dem Schwingungsmeßsignal sowie dem Temperaturmeßsignal während einer, beispielsweise aus einer Änderung des Temperatur des Vibrationskörpers an dessen erster Oberfläche resultierenden, Änderung der Vibrationskörper-Temperatur, und zwar derart, daß eine während des Erzeugens des Dichte-Meßwerts zwischen dem zeitlichen Verlauf der
Vibrationskörper-Temperatur und dem Temperaturmeßsignal auftretende, insb. zeitabhängige, Diskrepanz berücksichtigt ist, beispielsweise auch zumindest teilweise kompensiert ist.
Ferner besteht die die Erfindung in einem Meßsystem zum Ermitteln einer Dichte eines,
beispielsweise in einer Rohrleitung strömenden, Fluids, welches Meßsystem einen Meßwandler mit wenigstens einem, beispielsweise aus Metall bestehenden, Vibrationskörper, der schwingfähig gehaltert und dafür eingerichtet ist, an einer ersten Oberfläche derart von zu messenden Fluid kontaktiert, daß die erste Oberfläche eine Fluid-Temperatur, nämlich eine Temperatur des die ersten Oberfläche kontaktierenden Fluids, annimmt, und derart vibrierengelassen zu werden, daß er zumindest anteilig Resonanzschwingungen, nämlich mechanische Schwingungen mit einer von der Dichte des Fluids abhängigen Resonanzfrequenz, ausführt, und der eine spezifischen
Wärmeleitfähigkeit, λ10, beispielsweise von mehr als 5 W K"1 m"1, mithin einen davon abhängigen, für einen Wärmedurchgang von der ersten Oberfläche, bis zu einer das Fluid nicht kontaktierenden zweiten Oberfläche wirksamen Wärmeleitwert, Λ 0, und eine Wärmekapazität, C10, aufweist, mit wenigstens einen Schwingungssensor zum Erfassen von Vibrationen des Meßrohrs und zum Erzeugen eines Schwingungsmeßsignals, das wenigstens eine Signalkomponente mit einer von der Dichte des Fluids abhängigen Signalfrequenz aufweist, und mit einem mit der zweiten Oberfläche des Vibrationskörpers thermisch gekoppelten Temperatursensor zum Erfassen einer von der Fluid- Temperatur abhängigen Temperatur an der zweiten Oberfläche des Vibrationskörpers, und zum Erzeugen eines einen zeitlichen Verlauf einer Vibrationskörper-Temperatur, nämlich eine von der Fluid-Temperatur abhängigen Temperatur des Vibrationskörpers, repräsentierenden
Temperaturmeßsignals umfaßt, wobei das Temperaturmeßsignal, nicht zuletzt bedingt durch den Wärmeleitwert, Λ10, und die Wärmekapazität, C 0, des Vibrationskörpers, einer, etwa aus einer Änderung der Temperatur des den Vibrationskörper an dessen erster Oberfläche kontaktierenden Fluids und/einem Fluidaustausch resultierenden, Änderung der Vibrationskörper-Temperatur von einem anfänglichen ersten Temperaturwert auf einen zweiten Temperaturwert lediglich zeitverzögert folgt, mithin nämlichem zweiten Temperaturwert lediglich zeitverzögert entspricht. Das Meßsystem umfaßt weiters eine mit dem Meßwandler elektrische verbundene Elektronik zum Verarbeiten des Schwingungsmeßsignals und des Temperaturmeßsignals sowie zum Generieren eines die Dichte des Fluids repräsentierenden Dichte-Meßwerts, basierend auf sowohl dem Schwingungs- als auch dem Temperaturmeßsignal. Die Elektronik des erfindungsgemäßen Meßsystems ist ferner dafür eingerichtet, eine während des Generierens des Dichte-Meßwerts zwischen dem zeitlichen Verlauf der Vibrationskörper-Temperatur und dem Temperaturmeßsignal auftretende, insb. zeitabhängige, Diskrepanz zu berücksichtigen, insb. derart, daß nämliche Diskrepanz zumindest teilweise kompensiert wird. Nach einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung, umfaßt dieses weiters einen Schritt des Verwendens des Schwingungsmeßsignals zum Erzeugen eines die Resonanzfrequenz des vom Fluid kontaktierten Vibrationskörpers repräsentierenden Frequenz-Meßwerts. Ferner umfaßt das Verfahren einen Schritt des Verwendens des Temperaturmeßsignals zum Erzeugen eines die Vibrationskörper-Temperatur repräsentierenden Temperatur-Meßwerts sowie einen Schritt des Verwendens sowohl des Frequenz-Meßwerts als auch des Temperatur-Meßwerts zum Erzeugen eines die Dichte repräsentierenden Dichte-Meßwerts.
Nach einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung umfaßt dieses weiters einen Schritt des Erzeugens einer Frequenz-Abtastfolge, nämlich einer Sequenz von basierend auf dem wenigstens einen Schwingungsmeßsignal zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelten digitalen Frequenzwerten, die einen zeitlichen Verlauf der Resonanzfrequenz des Vibrationskörpers approximiert. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner vorgesehen, die
Frequenz-Abtastfolge zum Erzeugen einer verzögerten Frequenz-Abtastfolge, nämlich einer Sequenz von basierend auf der Frequenz-Abtastfolge zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelten digitalen Frequenzwerten, die den zeitlichen Verlauf der Resonanzfrequenz des Vibrationskörpers approximiert, zu verwenden, derart, daß sich nämliche verzögerte Frequenz-Abtastfolge einem auf eine, beispielsweise sprungförmige, Änderung der Resonanzfrequenz folgenden zeitlichen Verlauf der Resonanzfrequenz langsamer annährt, als die Frequenz-Abtastfolge. Nach einer dritten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung umfaßt dieses weiters einen Schritt des Erzeugens einer Oberflächen-Temperatur-Abtastfolge, nämlich einer Sequenz von basierend auf dem wenigstens einen Temperaturmeßsignal zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelten digitalen Temperaturwerten, die einen zeitlichen Verlauf der Temperatur an der zweiten Oberfläche des Vibrationskörpers approximiert.
Nach einer vierten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung umfaßt dieses weiters einen Schritt des Erzeugens einer Vibrationskörper-Temperatur-Schätzfolge, nämlich einer Sequenz von basierend auf dem wenigstens einen Temperaturmeßsignal zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelten digitalen Temperaturwerten, die einen zeitlichen Verlauf der Vibrationskörper-Temperatur approximiert, derart, daß sich nämliche Vibrationskörper-Temperatur-Schätzfolge einem auf eine, beispielsweise sprungförmige und/oder aus einer Änderung der Fluid-Temperatur resultierende, Änderung der Temperatur an der zweiten Oberfläche des Vibrationskörpers folgenden zeitlichen Verlauf der Vibrationskörper-Temperatur schneller annährt, als das Temperaturmeßsignal. Nach einer fünften Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung umfaßt dieses weiters einen Schritt des Verwendens eines mit dem Vibrationskörper über dessen zweite Oberfläche mechanisch gekoppelten Dehnungssensors zum Erzeugen eines einen zeitlichen Verlauf einer Vibrationskörper- Deformierung, nämlich einer von der Vibrationskörper-Temperatur und/oder einer auf diesen einwirkenden Kraft abhängigen Deformation des Vibrationskörpers, repräsentierenden
Deformierungsmeßsignals. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner vorgesehen eine Deformierungs-Abtastfolge, nämlich eine Sequenz von basierend auf dem wenigstens einen Deformierungsmeßsignals zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelten digitalen
Deformierungsmeßwerten, die einen zeitlichen Verlauf der Vibrationskörper-Deformierung approximiert, zu erzeugen und zum Erzeugen des Dichte-Meßwerts zu verwenden.
Nach einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Vibrationskörper ein schwingfähig gehaltertes Meßrohr mit einem von einer, insb. aus Metall bestehende, Rohrwand umgebenen Lumen, ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist das Meßrohr ferner dafür eingerichtet, in Fluid eingetaucht zu werden, derart, daß die das Fluid berührenden erste Oberfläche des Vibrationskörpers von einer Außenfläche der Rohrwand und die das Fluid nicht kontaktierende zweite Oberfläche des Vibrationskörpers von einer dem Lumen zugewandten Innenfläche der Rohrwand gebildet sind. Alternativ dazu kann das Meßrohr aber auch dafür eingerichtet sein, beispielsweise strömendes, Fluid zu führen, wobei die das Fluid berührenden erste Oberfläche des Vibrationskörpers von einer dem Lumen zugewandten Innenfläche der Rohrwand und die das Fluid nicht kontaktierende zweite Oberfläche des Vibrationskörpers von einer
Außenfläche der Rohrwand gebildet sind,
Nach einer siebenten Ausgestaltung der Erfindung ist der Vibrationskörper dafür eingerichtet, Fluid zu führen bzw. von Fluid durchströmt zu werden.
Nach einer achten Ausgestaltung der Erfindung ist der Vibrationskörper dafür eingerichtet, , in Fluid eingetaucht bzw. von Fluid angeströmt zu werden. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner vorgesehen, daß der Vibrationskörper eine schwingfähig gehalterte Membran aufweist, und daß die das Fluid berührenden erste Oberfläche des Vibrationskörpers mittels einer ersten Membranfläche und die das Fluid nicht kontaktierende zweite Oberfläche von einer der ersten zweiten Membranfläche gegenüberliegenden zweiten Membranfläche gebildet sind. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung kann der Vibrationskörper weiters beispielsweise auch ein an der ersten Membranfläche fixiertes, mithin in das Fluid eintauchendes Paddel aufweisen. Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, Meßsystemen der in Rede stehenden Art innwohnende, bislang jedoch nicht erkannte dynamische Meßfehler, wie sie während eines hinsichtlich der Vibrationskörper-Temperatur insationären Übergangszeitraums - etwa infolge eines Fluidaustauschs und/oder infolge einer signifikanten Änderung der Fluidtemperatur - auftreten können, durch entsprechendes Korrigieren der gemessenen Resonanzfrequenz und/oder der am Vibrationskörper gemessene Temperatur zumindest teilweise zu kompensieren, nämlich durch nachträgliches Anpassen des zeitlichen Verlaufs der gemessenen Resonanzfrequenz an den relativ zur gemessenen Resonanzfrequenz regelmäßig nachlaufenden zeitlichen Verlauf der gemessenen Temperatur bzw. durch nachträgliches Anpassen des zeitlichen Verlaufs der gemessenen
Temperatur an den relativ zur gemessenen Temperatur vorauseilenden zeitlichen Verlauf der gemessenen Resonanzfrequenz.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen davon werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen; wenn es die Übersichtlichkeit erfordert oder es anderweitig sinnvoll erscheint, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen oder Weiterbildungen, insb. auch Kombinationen zunächst nur einzeln erläuterter Teilaspekte der Erfindung, ergeben sich ferner aus den Figuren der Zeichnung wie auch den Unteransprüchen an sich.
Im einzelnen zeigen: ein - hier als Kompakt-Meßgerät ausgebildetes - Meßsystem der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik für die Messung einer Dichte eines in einer Rohrleitung strömenden Fluids;
Fig. 3 schematisch nach Art eines Blockschaltbildes ein Meßsystem gemäß Fig. 1 mit einer
Elektronik und einem daran angeschlossenen Meßwandler; Fig. 4 schematisch eine Prinzipskizze einer für ein Meßsystem gemäß Fig. 1 bzw. einen
Meßwandler gemäß Fig. 2 und 3 geeigneten Meßanordnung, umfassend einen Vibrationskörper, einen Schwingungserreger, einen Schwingungssensor und einen Temperatursensor;
Fig. 5 in Explosionsdarstellung eine Variante eines, insb. für ein Meßsystem gemäß Fig. 1 bzw. 2 geeigneten, Meßwandlers mit einem mittels eines Meßrohrs gebildeten Vibrationskörper;
Fig. 6a mittels eines Meßwandlers gemäß Fig. 2, 3 bzw. 4 ermittelte zeitliche Verläufe einer zu messenden, tatsächlichen Dichte, einer gemessenen Resonanzfrequenz des Vibrationskörpers, einer am Vibrationskörper gemessenen Temperatur sowie einer davon auf konventionelle Weise abgeleiteten gemessenen Dichte; und mittels eines Meßwandlers gemäß Fig. 2, 3 bzw. 4 ermittelte zeitliche Verläufe einer zu messenden, tatsächlichen Dichte, einer korrigierten Resonanzfrequenz des Vibrationskörpers bzw. einer korrigierten Temperatur des Vibrationskörpers sowie einer davon abgeleiteten gemessenen Dichte.
In den Fig. 1 , 2 und 3 ist exemplarisch jeweils ein, insb. für die Verwendung in der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik geeignetes, Meßsysteme schematisch dargestellt, das dazu dient, eine Dichte p eines fließfähigen, mithin in einer Leitung, wie etwa einer Rohrleitung oder einem Gerinne, hindurchführbaren bzw. in einem Behälter, wie etwa einem Tank, vorhaltbaren Fluids FL, beispielsweise also einer Flüssigkeit bzw. einem Gas, zu messen, mithin nämliche Dichte zeitlich aufeinanderfolgend repräsentierende Dichte-Meßwerte Xp zu erzeugen. Das Meßsystem ist hier jeweils als In-Line-Meßgerät, nämlich ein in den Verlauf einer - hier nicht dargestellten - Rohrleitung einsetzbares Meßsystem realisiert. Das Meßsystem kann demnach beispielsweise ein zusätzlich zur Dichte p auch eine Massend urchflußrate m von strömenden Fluiden messendes Coriolis- Massendurchfluß/Dichte-Meßgerät und/oder ein zusätzlich zur Dichte auch eine Viskosität η messendes Dichte-/Viskositäts-Meßgerät für strömende Fluide sein. Zum Erfassen der Dichte umfaßt das Meßsystem einen - hier in den Verlauf einer (nicht dargestellten) Rohrleitung einfügbaren, im Betrieb vom zu messenden Fluid durchströmten - Meßwandler MW, der einen schwingfähig gehalterten, insb. aus Metall bestehenden,
Vibrationskörper 10 aufweist und der - wie aus der Zusammenschau der Fig. 1 , 2 und 3 ohne weiteres ersichtlich - an eine in einem Elektronik-Gehäuse 200 untergebrachte, letztlich die Dichte- Meßwerte Xp liefernde Elektronik ME elektrisch angeschlossen ist. Dem Vibrationskörper 10 wohnen naturgemäß eine Vielzahl von Eigenfrequenzen inne, von denen jede maßgeblich vom Material bzw. Elastitzitätsmodul sowie vom mechanischen Aufbau bzw. der tatsächlichen
Einbausituation des Vibrationskörpers bestimmt ist.
Der Vibrationskörper 10 ist, wie auch in Fig. 4 schematisch dargestellt, dafür eingerichtet ist, im Betrieb zumindest an einer ersten Oberfläche 10+ vom zu messenden Fluid FL kontaktiert und gleichzeitig aktiv zu mechanischen Schwingungen angeregt zu werden, und zwar in der Weise, daß der von Fluid kontaktierte Vibrationskörper 10 zumindest anteilig Resonanzschwingungen sr, nämlich mechanische Schwingungen mit einer Resonanzfrequenz fr ausführt, die - außer von einer der Eigenfrequenzen - auch von der Dichte p des die erste Oberfläche des Vibrationskörpers kontaktierenden Fluids abhängig ist, mithin als Maß für nämliche Dichte dienen kann.
Darüberhinaus ist die Resonanzfrequenz fr bekanntermaßen zudem auch insoweit von einer Fluid- Temperatur &FL, nämlich einer Temperatur des die ersten Oberfläche kontaktierenden Fluids, mitbestimmt, als die Eigenfrequenzen des Vibrationskörpers, nicht zuletzt wegen einer
Temperaturabhängigkeit eines Elastizitätsmoduls des Vibrationskörpers wie auch einer temperaturabhängigen Volumenausdehnung, maßgeblich auch von einer Vibrationskörper- Temperatur θ·ιο, nämlich einer von der Fluid-Temperatur &Fi_ abhängigen, insb. mittleren,
Temperatur des Vibrationskörpers, beeinflußt ist.
Basierend auf diesen mechanischen Schwingungen des Vibrationskörpers 10 generiert der Meßwandler ferner wenigstens ein von der Dichte abhängiges, nämlich zumindest eine
Signalkomponente mit einer der Resonanzfrequenz fr entsprechenden Signalfrequenz
aufweisendes, mithin Vibrationen des Vibrationskörpers 10 repräsentierendes Schwingungsmeßsignal ssensi sowie wenigstens ein der Kompensation des Einflusses der
Vibrationskörper-Temperatur & 0 auf die Resonanzfrequenz fr, mithin auf das
Schwingungsmeßsignal ssensi dienendes Temperaturmeßsignal 6sens, das einen zeitlichen Verlauf der Vibrationskörper-Temperatur &10 entspricht, jedenfalls näherungsweise wiedergibt.
Die Elektronik ME weist, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, daher ferner eine dem Ansteuern des Meßwandlers dienende Treiber-Schaltung Exc sowie eine das wenigstens eine
Schwingungsmeßsignal ssensi des Meßwandlers MW verarbeitende, beispielsweise mittels wenigstens eines Mikroprozessors und/oder mittels eines digitalen Signalprozessors (DSP) gebildete, Meß- und Auswerte-Schaltung μθ auf, die unter Verwendung des wenigstens eine Schwingungsmeßsignals ssensi die Dichte-Meßwerte erzeugt, beispielsweise auch inform von Digitalwerten.
Die mittels der Elektronik ME generierten Dichte- Meßwerte können beispielsweise vor Ort angezeigt werden. Zum Visualisieren von Meßgerät intern erzeugten Meßwerten und/oder gegebenenfalls Meßgerät intern generierten Systemstatusmeldungen, wie etwa einer
Fehlermeldung oder einem Alarm, vor Ort kann das Meßgerät, wie auch Fig. 3 angedeutet, beispielsweise ein mit der Elektronik kommunizierendes, ggf. auch portables, Anzeige- und
Bedienelement HMI aufweisen, wie etwa ein im Elektronikgehäuse hinter einem darin entsprechend vorgesehenen Fenster plaziertes LCD-, OLED- oder TFT-Display sowie eine entsprechende
Eingabetastatur und/oder ein Touchscreen. In vorteilhafter Weise kann die, beispielsweise auch fernparametrierbare, Elektronik ferner so ausgelegt sein, daß sie im Betrieb des Meßgeräts mit einem diesem übergeordneten elektronischen Datenverarbeitungssystem, beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), einem Personalcomputer und/oder einer Workstation, via Datenübertragungssystem, beispielsweise einem Feldbussystem und/oder drahtlos per Funk, Meß- und/oder andere Betriebsdaten austauschen kann, wie etwa aktuelle Meß- und/oder
Systemdiagnosewerte oder der Steuerung des Meßgeräts dienende Einstellwerte. Des weiteren kann die Elektronik ME so ausgelegt sein, daß sie von einer externen Energieversorgung, beispielsweise auch über das vorgenannte Feldbussystem, gespeist werden kann. Für den Fall, daß das Meßgerät für eine Ankopplung an ein Feldbus- oder ein anderes Kommunikationssystem vorgesehen ist, kann die, beispielsweise auch vor Ort und/oder via Kommunikationssystem
(re-)programmierbare, Elektronik ME zu dem eine entsprechende Kommunikations-Schnittstelle für eine Datenkommunikation aufweisen, z.B. zum Senden von Meß- und/oder Betriebsdaten, mithin die wenigstens eine Meßgröße repräsentierenden Meßwerte, an die bereits erwähnte
speicherprogrammierbare Steuerung oder ein übergeordnetes Prozeßleitsystem und/oder zum Empfangen von Einstelldaten für das Meßgerät. Nicht zuletzt für den Fall, daß das Meßgerät für eine Ankopplung an ein Feldbus- oder ein anderes Kommunikationssystem vorgesehen ist, weist die Elektronik ME daher ferner eine für eine Datenkommunikation gemäß einem der einschlägigen Industriestandards ausgebildete Kommunikations-Schnittstelle COM auf. Darüberhinaus kann die Elektronik ME beispielsweise eine solche interne Energieversorgungsschaltung NRG aufweisen, die im Betrieb von einer im vorgenannten Datenverarbeitungssystem vorgesehen externen
Energieversorgung über das vorgenannte Feldbussystem gespeist wird. Hierbei kann die Elektronik ferner z.B. so ausgebildet sein, daß sie mittels einer, beispielsweise als 4-20 mA-Stromschleife konfigurierten, Zweidraht-Verbindung 2L mit dem externer elektronischen Datenverarbeitungssystem elektrisch verbindbar ist und darüber mit elektrischer Energie versorgt werden sowie Meßwerte zum Datenverarbeitungssystem übertragen kann; das Meßgerät kann aber beispielsweise auch als sogenanntes Vierleiter-Meßgerät ausgebildet sein, bei dem die interne
Energieversorgungsschaltung NRG der Elektronik ME mittels einem ersten Paars Leitungen mit einer externen Energieversorgung und die interne Kommunikationsschaltung COM der Elektronik ME mittels eines zweiten Paars Leitungen mit einer externen Datenverarbeitungsschaltung oder einem externen Datenübertragungssystem verbunden ist.
Die Elektronik ME ist ferner im hier gezeigten Ausführungsbeispiel in einem entsprechenden, insb. schlag- und/oder auch explosionsfest und/oder hermetisch dicht ausgebildeten und/oder modular aufgebauten, Elektronikgehäuse 200 untergebracht. Das Elektronik-Gehäuse 200 kann
beispielsweise vom Meßwandler entfernt angeordnet oder, wie in Fig. 1 gezeigt, unter Bildung eines einzigen Kompaktgeräts direkt am Meßwandler MW, beispielsweise von außen am Aufnehmer- Gehäuse 100 fixiert sein. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist daher am Aufnehmer- Gehäuse 100 ferner ein dem Haltern des Elektronik-Gehäuses 200 dienendes halsartiges Übergangsstücks angebracht. Innerhalb des Übergangsstücks kann ferner eine, beispielsweise mittels Glas- und/oder Kunststoffverguß hergestellte, hermetisch dichte und/oder druckfeste Durchführung für elektrische Verbindungsleitungen zwischen elektrischen Komponenten des Meßwandlers MW, hier beispielsweise also dem Schwingungserreger bzw. dem
Schwingungssensor, und der Elektronik ME angeordnet sein.
Zum aktiven Anregen von Vibrationen des Vibrationskörpers, insb. auch den für die Messung der Dichte benötigten Resonanzschwingungen, umfaßt der Meßwandler ferner wenigstens einen mit dem Vibrationskörper in Wirkverbindung stehenden elektro-mechanischen - beispielsweise elektrodynamischen, nämlich mittels Tauchankerspule gebildeten - Schwingungserreger 41.
Nämlicher Schwingungserreger 41 ist, wie auch in Fig. 2 bzw. 4 schematisch dargestellt bzw. aus deren Zusammenschau ohne weiteres ersichtlich, auf einer von der ersten Oberfläche 10+ des Vibrationskörpers 10 abgewandten - nämlich auch im Betrieb nicht vom zu messenden Fluid kontaktierten - zweiten Oberfläche 10# angeordnet und dient hierbei im besonderen dazu, eine von der Treiber-Schaltung Exc der Elektronik ME mittels wenigstens eines elektrischen Treibersignals Sdrv eingespeiste elektrische Erregerleistung Pexc in, z.B. pulsierende oder harmonische, nämlich im wesentlichen sinusförmige, Erregerkräfte Fexc zu konvertieren, die entsprechend auf den
Vibrationskörper 10 wirken und somit die gewünschten Resonanzschwingungen aktiv anregen. Beispielsweise kann das wenigstens eine Treibersignal Sdrv gleichzeitig auch eine Vielzahl von sinusförmigen Signalkomponenten mit voneinander verschiedener Signalfrequenz aufweisen, von denen eine - etwa eine zumindest zeitweise hinsichtlich einer Signalleistung dominierende - Signalkomponente eine der für die Messung der Dichte benötigte Resonanzfrequenz freisprechende Signalfrequenz aufweist. Die - durch Konvertierung von in den Schwingungserreger eingespeister elektrischer Erregerleistung Pexc generierten - Erregerkräfte Fexc können dabei in dem Fachmann an und für sich bekannter Weise, mittels der in der Elektronik ME vorgesehenen Treiberschaltung Exc entsprechend eingestellt werden, etwa mittels in der Treiberschaltung implementierten, eine Amplitude (Stromstärke) eines Stromes des Treibersignals regelnder Strom- und/oder eine Amplitude (Spannungshöhe) einer Spannung des Treibersignals Spannungs-Reglern hinsichtlich ihres Betrags und, z.B. mittels einer in der Treiberschaltung Exc gleichfalls
vorgesehenen Phasen-Regelschleife (PLL - phase locked loop), hinsichtlich ihrer momentanen Frequenz oder im Falle multifrequenter Anregung hinsichtlich ihrer momentanen Frequenzen, vgl. hierzu beispielsweise auch die US-A 48 01 897 oder die US-B 63 1 1 136. Der Aufbau und die Verwendung vorgenannter Phasenregel-Schleifen zum aktiven Anregen von Vibrationskörpern der in Rede stehenden Art auf einer momentanen Resonanzfrequenz ist z.B. in der US-A 48 01 897 ausführlich beschrieben. Selbstverständlich können auch andere für das Einstellen der
Erregerenergie Eexc geeignete, dem Fachmann an und für sich bekannte Treiberschaltungen verwendet werden, beispielsweise auch gemäß der dem eingangs erwähnten Stand der Technik, etwa den eingangs erwähnten US-A 47 77 833, US-A 48 01 897, US-A 48 79 91 1 , US-A 50 09 109, US-A 50 24 104, US-A 50 50 439, US-A 58 04 741 , US-A 58 69 770, US-A 60 73 495 bzw.
US-A 63 1 1 136. Ferner sei hinsichtlich einer Verwendung solcher Treiberschaltungen auf die mit Meßumformern der Serie "PROMASS 83" bereitgestellte Elektroniken verwiesen, wie sie von der Anmelderin beispielsweise in Verbindung mit auch der Messung der Dichte dienenden Meßwandlern der Serien "PROMASS E", "PROMASS F", "PROMASS H", "PROMASS I", "PROMASS P", "PROMASS S" bzw. "PROMASS X" angeboten werden. Deren Treiberschaltung ist beispielsweise jeweils so ausgeführt, daß Resonanzschwingungen auf eine konstante, mithin auch von der Dichte p bzw. auch der Viskosität η des jeweils zu messenden Fluids weitgehend unabhängige Amplitude geregelt werden.
Zum Erfassen von Vibrationen des Vibrationskörpers 10, nicht zuletzt auch den mittels des wenigstens eine Schwingungserregers 41 aktiv angeregten Resonanzschwingungen sr, sowie zum Wandeln nämlicher erfaßter Vibrationen in das wenigstens eine Schwingungsmeßsignal ssensi weist der Meßwandler MW ferner wenigstens einen - hier vom wenigstens einen Schwingungserreger 41 beabstandet - auf der zweiten Oberfläche 10# des Vibrationskörper 10 angeordneten,
beispielsweise elektrodynamischen, ersten Schwingungssensor 51 , der das Vibrationen des Vibrationskörpers repräsentierende Schwingungsmeßsignal ssensi , beispielsweise inform einer mit den Schwingungen korrespondierende elektrischen (Wechsel-)Spannung mit einer von einer momentanen Amplitude der Schwingungen des Vibrationskörpers abhängigen Amplitude
(Spannungshöhe) und einer der der Resonanzfrequenz fr entsprechenden Frequenz, letztlich liefert. Darüberhinaus weist der Meßwandler zudem wenigstens einen mit dem Vibrationskörper über dessen zweite Oberfläche 10# thermisch gekoppelten, beispielsweise darauf aufgeklebten, Temperatursensor 61 zum Erzeugen des erwähnten Temperaturmeßsignals 6sens-
Wie bereits erwähnt und auch in den Fig. 2 bzw. 5 schematisch dargestellt kann der
Vibrationskörper 10 beispielsweise mittels eines im Betrieb vom Fluid FL durchströmtes, in einem Meßwandler-Gehäuse 100 untergebrachten, darin schwingfähig gehalterten Meßrohr gebildet sein, das ein von einer, insb. aus Metall bestehende, Rohrwand umgebenen Lumen aufweist und sich zwischen einem einlaßseitigen ersten Meßrohrende 10' und einem auslaßseitigen zweiten
Meßrohrende 10" mit einer Nutz-Schwinglänge erstreckt. Das Meßsystem kann demnach beispielsweise auch als ein zusätzlich zur Dichte auch einen Massendurchfluß des strömenden Fluids FL messendes Coriolis-Massendurchfluß-/Dichte-Meßgerät und/oder als ein zusätzlich zur Dichte auch eine Viskosität des Fluids messendes Viskositäts-/Dichte-Meßgerät ausgebildet sein. Das Meßrohr 1 1 , mithin der damit gebildete Vibrationskörper, ist hierbei dafür eingerichtet, das von messendem Fluid durchströmt zu werden, mithin Teilvolumen des messenden Fluids zu führen, nachdem es in das Lumen einströmengelassen worden ist, wobei die das Fluid berührenden erste Oberfläche des Vibrationskörpers von einer dem Lumen zugewandten vom Fluid kontaktierten Innenfläche der Rohrwand und die das Fluid nicht kontaktierende zweite Oberfläche des
Vibrationskörpers von einer Außenfläche der Rohrwand gebildet sind. Die dem Messen der Dichte dienenden Resonanzschwingungen können hierbei beispielsweise derart sein, daß das als
Vibrationskörper dienende Meßrohr über seine gesamte Nutz-Schwinglänge vibrieren gelassen, beispielsweise in einem Biegeschwingungsmode, in dem das wenigstens eine Meßrohr um eine die beiden Meßrohrenden 10', 10" imaginär miteinander verbindende, zu einer gedachten Längsachse L des Meßwandlers im wesentlichen parallele gedachte Schwingungsachse nach Art eines einseitig eingespannten Auslegers ausgelenkt, und dabei, um eine statische Ruhelage oszillierend, wiederholt elastisch verformt wird. Die Nutz-Schwing länge entspricht hierbei quasi einer Länge einer innerhalb von Lumen verlaufende gedachte Mittel- oder auch Schwerelinie (gedachte
Verbindungslinie durch die Schwerpunkte aller Querschnittsflächen des Meßrohrs), im Falle eines gekrümmten Meßrohrs also einer gestreckten Länge des Meßrohrs. Der Meßwandler ähnelt in seinem mechanischen Aufbau wie auch seinem Wirkprinzip dem in den US-B 73 60 451 oder der US-B 66 66 098 vorgeschlagenen bzw. auch den seitens der Anmelderin unter der Typbezeichnung "PROMASS H", "PROMASS P" oder "PROMASS S" für die Messung von sowohl Dichte als auch Massendurchfluß strömender Fluide käuflich angebotenen Meßwandlern. Zur Realisierung der Erfindung können aber auch andere Meßwandler mit Vibrationskörper dienen, im Falle von
Meßwandlern mit einem Meßrohr als Vibrationskörper also auch solche mit geradem und/oder mehr als einem Meßrohr, beispielsweise also vier oder, wie in Fig. 5 gezeigt, zwei Meßrohren oder auch solche vergleichbar in den eingangs erwähnten der US-A 2010/0236338, der US-A 2010/0242623, der US-A 2010/0242624, der US-A 56 02 345, der US-A 57 31 527, der US-A 57 96 01 1 , der US-A 60 06 609, der US-B 65 13 393, der US-B 68 40 109, der US-B 69 20 798 oder der
US-B 70 17 424, gezeigten oder beispielsweise auch den seitens der Anmelderin unter der
Typbezeichnung "PROMASS I", "PROMASS M", "PROMASS E", "PROMASS F" bzw.
"PROMASS X" für die Messung von Massendurchfluß als auch Dichte strömender Fluide käuflich angebotenen Meßwandlern. Demnach kann der Meßwandler beispielsweise auch ein einziges gerades Meßrohr oder wenigstens zwei jeweils als ein Vibrationskörper dienende, beispielsweise mittels eines einlaßseitigen Strömungsteilers und eines auslaßseitigen Strömungsteilers, ggf.
zusätzlich auch noch mittels ein- und auslaßseitiger Koppelelemente, miteinander mechanisch gekoppelte und/oder einander baugleiche und/oder gekrümmte und/oder zueinander parallele, Meßrohre zum Führen von zu messendem Fluid aufweisen, die im Betrieb zum Erzeugen des Schwingungsmeßsignale zumindest zeitweise vibrieren, etwa frequenzgleich auf einer
gemeinsamen Schwingfrequenz, jedoch zueinander gegengleich. Nicht zuletzt für den Fall, daß der Vibrationskörper mittels eines geraden Meßrohrs gebildet ist, können die Resonanzschwingungen sr beispielsweise auch als Torsionsschwingungen oder auch als Radialschwingungen um eine mit der erwähnten Längsachse des Meßwandlers parallele, ggf. auch damit koinzidente gedachte
Schwingungsachse ausgebildet sein. Für den für einen solchen Meßwandler mit als Vibrationskörper dienendem Meßrohr typischen Fall, daß nämlicher Meßwandler MW lösbar mit der - beispielsweise als metallische Rohrleitung ausgebildeten - Prozeßleitung zu montieren ist, sind, wie in Fig. 1 , 2 bzw. 5 angedeutet bzw. aus deren Zusammenschau ohne weiteres ersichtlich, einlaßseitig (100+) des Meßwandlers einer erster Anschlußflansch 13 für den Anschluß an ein Fluid dem Meßwandler zuführendes Leitungssegment der Prozeßleitung und auslaßseitig (100#) ein zweiter Anschlußflansch 14 für ein Fluid vom Meßwandler abführendes Leitungssegment der Prozeßleitung vorgesehen. Die Anschlußflansche 13, 14 können dabei, wie bei Meßwandlern der beschriebenen Art durchaus üblich auch endseitig in das Meßwandlergehäuse 100 integriert sein, mithin ein einlaßseitiges Meßwandlerende 100+ bzw. ein auslaßseitiges Meßwandlerende 100# bilden. Im Falle seiner Verwendung in einem Coriolis- Massedurchfluß-Meßgerät weist der Meßwandler gemäß einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung ferner einen vom ersten Schwingungssensor 51 in Strömungsrichtung beabstandeten zweiten Schwingungssensor 52 auf, wobei der erste Schwingungssensor beispielsweise einlaßseitig am als Vibrationskörper dienenden Meßrohr plaziert ist, während der zweite Schwingungssensor stromabwärts des ersten Schwingungssensor auslaßseitig am Meßrohr angeordnet ist.
Anstelle eines Meßwandlers mit einem als Vibrationskörper dienenden Meßrohr bzw. eines damit gebildeten, beispielsweise also als Coriolis-Massendurchfluß-/Dichte-Meßgerät realisierbaren, Meßsystems kann die Dichte aber auch mittels eines anderen, als Vibrationskörper dienenden, mithin in Kontakt mit dem zu messenden Fluid verbringbarem elektro-mechanischem
Schwingungssystem gemessen werden. Zur Realisierung der Erfindung können beispielsweise auch solche Dichte messenden Meßsysteme dienen, bei denen der Vibrationskörper dafür eingerichtet ist, zwecks des Erfassens der Dichte zumindest teilweise in das zu messende Fluid eingetaucht bzw. von Fluid angeströmt zu werden. Demnach kann es sich bei dem Meßsystem beispielsweise also auch um einen wenigstens einen, beispielsweise paddeiförmig und/oder innen hohlen, Schwingstab aufweisenden sogenannten Füllstandsgrenzschalter mit integrierter
Dichtemessung handeln, beispielsweise also gemäß der eingangs erwähnten US-B 68 45 663, mithin kann der Vibrationskörper eine schwingfähig gehalterte Membran aufweisen, derart daß die das Fluid berührenden erste Oberfläche des Vibrationskörpers mittels einer ersten Membranfläche und die das Fluid nicht kontaktierende zweite Oberfläche von einer der ersten zweiten
Membranfläche gegenüberliegenden zweiten Membranfläche gebildet sind bzw. kann der
Vibrationskörper weiters ein an der ersten Membranfläche fixiertes, mithin in das Fluid
eintauchendes Paddel aufweisen. Ferner kann Meßsystem beispielsweise ein Coriolis- Massendurchfluß-/Dichte-Meßgerät mit einem durch eine Wand einer Rohrleitung hindurch steckbaren, als Hohlkörper ausgebildeten Vibrationskörper sein - etwa gemäß der eingangs erwähnten EP-A 564 682 als inform eines mindestens einseitig verschlossenen, innen hohlen Zylinder.
Das wenigstens eine vom Meßwandler generierte Schwingungsmeßsignal ssensi wie auch das Temperaturmeßsignal 6sens sind, wie in Fig. 2 und 3 schematisch dargestellt bzw. aus deren
Zusammenschau ohne weiters ersichtlich, der Elektronik ME zugeführt, um daselbst mittels einer der darin vorgesehenen eigentlichen Meß- und Auswerteschaltung μθ vorgeschalteten
Eingangsschaltung FE der Elektronik zunächst vorverarbeitet, insb. vorverstärkt, gefiltert und digitalisiert, zu werden und hernach ausgewertet, nämlich zumindest in den wenigstens einen Dichte-Meßwert Xp bzw. weitere zeitlich aufeinanderfolgende Dichte-Meßwerte gewandelt zu werden; dies ggf. auch unter Berücksichtung mittels des wenigstens einen Treibersignals in die Erregeranordnung eingespeister, mithin auch darin umgesetzter elektrischer Erregerleistung. Nicht zuletzt zwecks Generierung des Dichte-Meßwert Xp ermittelt die Meß- und Auswerteschaltung μθ basierend auf dem Schwingungsmeßsignal ssensi wiederkehrend einen als Maß für eine dem aktuellen Dichte-Meßwert Xp zugrundezulegende Resonanzfrequenz dienenden, mithin nämliche Resonanzfrequenz repräsentierenden Frequenz-Meßwert Xf sowie anhand des
Temperaturmeßsignal 6sens gelegentlich auch einen Temperatur-Meßwert X3, der als ein Maß für die eine Vibrationskörper-Temperatur dient, die die dem aktuellen Dichte-Meßwert Xp
zugrundezulegende Eigenfrequenz bestimmt, mithin nämliche Vibrationskörper-Temperatur repräsentiert. Unter Verwendung des Frequenz-Meßwerts Xf und des Temperatur-Meßwerts X3 kann der Dichte-Meßwert Xp auf die dem Fachmann an und für sich geläufige Weise ermittelt werden, etwa in Anwendung der bekannten Nährungsformel Xp ~ + ... , mithin durch
Figure imgf000023_0001
Dividieren des Temperatur-Meßwerts X3 durch einen quadrierten Frequenz-Meßwert Xf.
Im Falle einer Verwendung in einem Coriolis-Massedurchfluß-Meßgerät dient die Elektronik ME ferner auch dazu, unter Verwendung der vom Meßwandler generierten Schwingungsmeßsignalen, nämlich anhand einer zwischen den Schwingungsmeßsignalen Ssensi , sseSn2 des ersten und zweiten Schwingungssensors 51 , 52 detektierten, durch Corioliskräfte im strömenden Fluid verursachten Phasendifferenz wiederkehrend einen Massendurchfluß-Meßwert Xm zu ermitteln, der eine zu messenden Massendurchflußrate, m, des durch den Meßwandler geführten Fluids repräsentiert. Alternativ oder in Ergänzung dazu kann die Meß- und Auswerteschaltung, wie bei mittels eines Vibrationskörper gebildeten Meßsystemen zur Dichte Messung durchaus üblich, ggf. auch dazu verwendet werden, basierend auf der eingespeisten elektrischer Erregerleistung Pexc sowie dem wenigstens einen Schwingungsmeßsignal ssensi einen eine Viskosität η des Fluids
repräsentierenden Viskositäts-Meßwert Χη zu ermitteln, vgl. hierzu auch die eingangs erwähnten US-B 72 84 449, US-B 70 17 424, US-B 69 10 366, US-B 68 40 109, US-A 55 76 500 oder
US-B 66 51 513.
Die Programm-Codes für solche der Generierung von Meßwerten, nicht zuletzt auch den Dichte- Meßwerten, dienende Auswerteprogramme bzw. für der Ansteuerung des Meßwandlers dienende Regelungsprogramme können z.B. in einem nicht-flüchtigen Datenspeicher EEPROM der Elektronik persistent gespeichert sein und beim Aufstarten der Elektronik in einen, z.B. im Prozessor integrierten, flüchtigen Datenspeicher RAM geladen werden. Gleichermaßen können mittels der Elektronik ME im Betrieb generierte Meßwerte in einen solchen, ggf. auch denselben, flüchtigen bzw. in einen solchen nicht-flüchtigen Datenspeicher geladen und für eine spätere
Weiterverarbeitung entsprechend vorgehalten werden. Wie bereits erwähnt, können auf Resonanzschwingungen eines Vibrationskörpers basierende Verfahren zur Ermittlung der Dichte von Fluiden gelegentlich erhebliche Meßungenauigkeiten aufweisen, dies im besonderen auch während eines auf einen Wechsel des Fluids FL unmittelbar folgenden, mithin instationären Übergangszeitraum während dem das Meßsystem von einem vor dem Austauschen des Fluids eingenommenen stationären Zustand in einen durch das nunmehr neue Fluid mitbestimmten geänderten Zustand wechselt. Weiterführende Untersuchungen an
Meßsystemen der in Rede stehenden Art haben ergeben, daß solche Meßungenauigkeiten teilweise dadurch erklärt werden können, daß ein solcher Fluidaustausch zum einen regelmäßig auch mit einer signifikanten Änderung der für die Messung wirksamen Fluid-Temperatur &FL einhergehen können, zum anderen aber gerade diese Änderung der Fluid-Temperatur bzw. die Auswirkung davon auf das gesamte Meßsystem in der eigentlich nur für stationäre Verhältnisse geltenden Abhängigkeiten fr 2 = f(1/p) bzw. fr 2 = f(iho), &sens ~ bislang als vernachlässigbar angesehen bzw. völlig übersehen, jedenfalls aber nicht ausreichend berücksichtigt worden ist. Der Vibrationskörper 10 weist nämlich sowohl eine bestimmte Wärmekapazität, C 0, als auch eine - üblicherweise mehr als 5 W K"1 m"1 betragende - spezifische Wärmeleitfähigkeit λ10 und dementsprechend einen davon abhängigen, für einen Wärmedurchgang von der naturgemäß die Fluid-Temperatur aufweisenden ersten Oberfläche 10+ des Vibrationskörpers bis zu dessen zweiten Oberfläche 10# wirksamen Wärmeleitwert, Λ 0, mithin eine gewisse thermische Trägheit auf. Somit ändert sich also die Vibrationskörper-Temperatur & 0 nicht nur unmittelbar nach einer, beispielsweise also durch einen Fluidwechsel initiierten, Änderung der Fluid-Temperatur, sondern infolge seiner von der
Wärmekapazität, C10 und dem Wärmeleitwert, Λ 0, abhängigen thermischen Trägheit auch noch über einen gewissen, im Vergleich zu einem für die Ermittlung eines Dichte-Meßwerts Xp erforderlichen Meßzyklus viel längeren Zeitraum nachlaufend. Damit einhergehend weicht aber auch die vom Temperatursensor 61 eigentlich erfaßte Temperatur &2 -» 6sens an der zweiten Oberfläche 10# des Vibrationskörpers 10 während des Übergangszeitraum stets von der für die Schwingungseigenschaften eigentlich effektiven Vibrationskörper-Temperatur &10 ab, und zwar in sich zeitlich ändernder Höhe. Allein schon deswegen kann also das Temperaturmeßsignal 6sens einer - beispielsweise also aus einer Änderung der Temperatur des den Vibrationskörper an dessen erster Oberfläche 10+ kontaktierenden Fluids und/einem Fluidaustausch resultierenden - Änderung der Vibrationskörper-Temperatur &10 von einem anfänglichen ersten Temperaturwert Θ 0,Η auf einen zweiten Temperaturwert e 0,t2 lediglich zeitverzögert folgen, mithin nämlichem zweiten
Temperaturwert lediglich zeitverzögert entsprechen, jedoch ohne daß dies bzw. ein daraus resultierender dynamischer Meßfehler bei der Ermittlung der Dichte bislang entsprechend berücksichtigt worden ist. Beispielsweise kann also die Temperatur &2 -» 6sens an der zweiten Oberfläche 10# des Vibrationskörpers 10, mithin kann das Temperatursignal Bsens während eines instationären Übergangszeitraums der vorgenannten Art einen zeitlichen Verlauf nehmen, der näherungsweise dem in der Fig. 6a gezeigten entspricht.
Als eine weitere Ursache für Meßungenauigkeiten der vorgenannten Art ist zu dem auch einem dem Temperatursensor selbst innewohnende thermische Trägheit erkannt worden, die die den herkömmlichen Meßsystemen der in Rede stehenden Art immanenten dynamischen Meßfehler noch weiter erhöht.
Im Ergebnis solcher sich während des hinsichtlich der Vibrationskörper-Temperatur bzw. deren zeitlichen Verlauf instationären Übergangszeitraums ständig ändernden - bei der Ermittlung bislang jedoch nicht korrekt bzw. überhaupt nicht berücksichtigten - Vibrationskörper-Temperatur &10 ändern sich in entsprechender Weise zwangläufig aber auch die Schwingungseigenschaften des
Vibrationskörpers 10, so daß also eine mit dem Fluidwechsel einhergehende Änderung der Resonanzfrequenz fr im Ergebnis nicht - wie bisher - allein auf die entsprechende Änderung der Dichte, sondern zudem auch auf eine thermisch bedingte Änderung der dem Vibrationskörper 10 innewohnenden, die Resonanzfrequenz fr mitbestimmenden Eigenfrequenz zurückzuführen ist. Ferner bedeutet dies, daß während des hinsichtlich der Vibrationskörper-Temperatur & 0 instationären Übergangszeitraums die anhand des wenigstens einen Schwingungssignal ssensi inform von entsprechenden Frequenz-Meßwerten Xf ermittelte Resonanzfrequenz - von der bzw. von denen in Fig. 6a exemplarisch ein entsprechender, nämlichen Übergangszeitraums mit enthaltender zeitlicher Verlauf gezeigt ist - der tatsächlichen Resonanzfrequenz fr zwar sehr genau entsprechen kann, dennoch aber davon abgeleitete Dichte-Meßwerte X'p - von denen ebenfalls ein entsprechender zeitlicher Verlauf in Fig. 6a gezeigt ist - zwischenzeitlich in erheblichem Maße von der momentanen Dichte p abweichen können, weil die zu deren Ermittlung jeweils herangezogene Temperatur &2 -» &sens an der zweiten Oberfläche 10# des Vibrationskörpers 10, mithin die davon jeweils abgeleiteten Temperatur-Meßwerte X3 die eigentlich erforderliche Vibrationskörper- Temperatur θ·ιο bzw. einen zeitlichen Verlauf davon, wie auch aus der Fig. 6a ohne weiters ersichtlich, lediglich näherungsweise wiedergeben. Im Ergebnis dessen kann also die für den vorbeschriebenen zeitlichen Verlauf von gemessener Resonanzfrequenz (fR -» Xf) und gemessener Temperatur (&2 -» Xs) auf herkömmliche Weise, nämlich ohne entsprechende Berücksichtigung des dynamischen Übertragungsverhaltens der Temperatur-Meßkette ermittelte Dichte X'p
näherungsweise dem in der Fig. 6a gezeigten Verlauf entsprechen, wobei deutlich erkennbar zwischenzeitlich nicht nur eine in erheblichem Maße fehlerbehaftete Dichte ermittelt wird, sondern zunächst, nämlich unmittelbar nach vollzogenem Fluidaustausch, leider sogar eine zunehmende Dichte suggeriert wird, obwohl letztere gegenüber dem ursprünglichen tatsächlich aber kleiner geworden ist - etwa infolge der Verwendung eines lediglich wärmer gewordenen, qualitativ aber gleich belassenen Fluids. Dem Rechnung tragend ist das erfindungsgemäße Meßsystem daher ferner dafür eingerichtet, mithin ist das damit realisierte Verfahren zur Messung der Dichte ferner so ausgestaltet, daß beim Erzeugen des Dichte-Meßwerts Xp, basierend auf dem wenigstens einen Schwingungsmeßsignal sSensi sowie dem wenigstens einen Temperaturmeßsignal 6sens, während einer - beispielsweise also aus einer auf einen Ersatz eines zuvor dem Vibrationskörper zugeführten Fluids gegen das aktuelle Fluid FL folgenden Änderung der Fluid-Temperatur &Fi_ bzw. der Temperatur des Vibrationskörpers 10 an dessen erster Oberfläche 10+ resultierenden - Änderung der Vibrationskörper-Temperatur &10 eine während des Erzeugens des nämlichen Dichte-Meßwerts zwischen dem zeitlichen Verlauf der Vibrationskörper-Temperatur und dem Temperaturmeßsignal auftretende Diskrepanz
Err'a = 6sens - &io berücksichtigt ist. Im einfachsten Fall kann das Berücksichtigen der Diskrepanz darin bestehen, daß deren Auftreten detektiert und signalisiert wird, beispielsweise inform einer vor Ort angezeigten Meldung, und/oder durch Abspeichern im Datenspeicher, ggf. mit Zeitstempel, dokumentiert wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die - üblicherweise nach und nach geringer werdende, mithin zeitabhängige - Diskrepanz schon bei Ermittlung des Frequenz-Meßwerts Xf und/oder des Temperatur-Meßwerts X3 entsprechend einfließen gelassen wird - beispielsweise rechnerisch mittels der Meß- und Auswerte-Schaltung μθ und/oder durch geeignete Konditionierung des Temperaturmeßsignal 6sens mittels eines hinsichtlich seines
Übertragungsverhaltens entsprechend getrimmten Signalfilters -, und zwar derart, daß die thermische Trägheit des Vibrationskörpers und/oder des Temperatursensors, mithin nämliche Diskrepanz bei der Ermittlung Dichte-Meßwerts zumindest teilweise kompensiert sind.
Grundsätzlich existieren im wesentlichen nunmehr zumindest drei Ansätze, die vorgenannte - aus der thermischen Trägheit der der Ermittlung der Vibrationskörper-Temperatur dienenden Meßkette, umfassend den Vibrationskörper selbst sowie den diesen kontaktierenden Temperatursensor, resultierende - Diskrepanz zwischen dem zeitlichen Verlauf der Vibrationskörper-Temperatur und dem Temperaturmeßsignal durch eine geeignete signaltechnische Verarbeitung des wenigstens einen Schwingungsmeßsignals sowie des wenigstens einen Temperaturmeßsignals rechnerisch zu kompensieren, nämlich durch ein entsprechendes Verzögern - nämlich langsamer als die
Resonanzfrequenz selbst gegen einen stationären Endwert Strebenlassen - eines anhand des Schwingungsmeßsignals signalverarbeitungstechnisch ermittelbaren zeitlichen Verlaufs der Resonanzfrequenz des Vibrationskörpers (Fig. 6b), oder durch ein entsprechendes Beschleunigen - nämlich schneller als die an der zweiten Oberfläche 10# des Vibrationskörpers 10 erfaßte
Temperatur gegen einen stationären Endwert Strebenlassen - eines anhand des
Temperaturmeßsignals signalverarbeitungstechnisch ermittelbaren zeitlichen Verlaufs der
Temperatur an der zweiten Oberfläche des Vibrationskörpers 10 (Fig. 6c) oder durch eine entsprechende Kombination aus nämlichem signalverarbeitungstechnischen Verzögern des zeitlichen Verlaufs der Resonanzfrequenz und nämlichen signalverarbeitungstechnischen
Beschleunigen des zeitlichen Verlaufs der Temperatur an der zweiten Oberfläche des
Vibrationskörpers.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird daher mittels der Meß- und Auswerte- Schaltung μθ zunächst eine Frequenz-Abtastfolge foi erzeugt, nämlich eine Sequenz von basierend auf dem wenigstens einen Schwingungsmeßsignal ssensi zu verschiedenen, beispielsweise zeitlich äquidistanten, Zeitpunkten ermittelten digitalen Frequenzwerten Xf1, die einen zeitlichen Verlauf der Resonanzfrequenz fr des Vibrationskörpers approximiert, nämlich zumindest näherungsweise entspricht (fD1 ~ fr). Ferner ist gemäß einer diese Ausgestaltung weiterbildenden Variante der Erfindung vorgesehen, die Frequenz-Abtastfolge foi zum Erzeugen einer verzögerten Frequenz- Abtastfolge fo2 zu verwenden, nämlich einer Sequenz von basierend auf der Frequenz-Abtastfolge foi zu verschiedenen, beispielsweise zeitlich äquidistanten, Zeitpunkten tn = n · Ts, mithin mit einer, insb. konstanten, Taktrate, fs = 1 / (tn+1 - tn) = 1 / Ts, ermittelten digitalen Frequenzwerten Xf2, die - wie in Fig. 6b schematisch dargestellt - den zeitlichen Verlauf der Resonanzfrequenz fr des
Vibrationskörpers in der Weise approximiert, daß sich nämliche verzögerte Frequenz-Abtastfolge fo2 einem auf eine - beispielsweise rampenförmige oder auch, wie in Fig. 6b gezeigt, sprungförmige - Änderung der Resonanzfrequenz folgenden tatsächlichen zeitlichen Verlauf fr(t) der Resonanzfrequenz fr langsamer annährt, als die Frequenz-Abtastfolge fD selbst (entspricht dem zeitlichen Verlauf fr -» Xf in Fig. 6a). Ein jeweils aktuell, nämlich zum Zeitpunkt tn ermittelter Frequenzwert Xf2[n] der verzögerte Frequenz-Abtastfolge fD2 dient hier jeweils dann auch als aktueller Frequenz-Meßwert Xf2[n] -» Xf[n]. Im Ergebnis dessen, weicht also ein während eines zumindest hinsichtlich der Vibrationskörper-Temperatur instationären Übergangszeitraums - beispielsweise infolge eines Fluidtauschs oder einer Änderung der Fluidtemperatur - aktuell ermittelter digitaler Frequenz-Meßwert Xf[n] stets von der tatsächlich bzw. momentan erfaßten Resonanzfrequenz fr im Zeitpunkt tn um einen bestimmten, gegen Ende des Übergangszeitraums immer geringer werdenden Differenzbetrag Errf = Xf[n] - fr ab, um schlußendlich nach dem
Wiedererreichen eines durch die momentane Fluidtemperatur und die momenetane Dichte bestimmten neuen stationären Zustand des Meßsystems wieder der tatsächliche
Resonanzfrequenz fr genau zu entsprechen.
Zur Generierung der verzögerten Frequenz-Abtastfolge fo2, mithin zur Generierung der daraus abgeleiteten Frequenz-Meßwerte Xf[n] kann demnach ein, beispielsweise als ein IIR-Filter
(infinite response filter) oder auch eine FIR-Filter (finite response filter) ausgebildetes, digitales Filter dienen, das eine einem Tiefpaß erster oder auch höherer Ordnung entsprechende
Übertragungsfunktion G*(z) = Z(g[n]) aufweist. Im Falle der Verwendung eines FIR-Filter (finite response filter) als digitales Filter ist die Übertragungsfunktion bekanntlich durch die simple
N N N
Rechenvorschrift G* (z) = Z(g[n]) = ^wk - z~k = ^wk - e~^Ts = ^wk . e"^tn+1"tn^ definiert, wobei im k=0 k=0 k=0
Falle eines als ein einem reinen Tiefpaß entsprechenden Interpolator ausgebildeten digitalen Filters sämtliche der Filterkoeffizienten wk positives Vorzeichen aufweisen. Demnach werden als im Fall eines FIR-Filters zwecks Generierung der verzögerten Frequenz-Abtastfolge fD2, mithin zwecks Ermittlung eines jeweils aktuellen Frequenz-Meßwerts Xf[n], zeitlich aufeinanderfolgende
Frequenzwerte der Frequenz-Abtastfolge fD gemäß der die vorgenannte Übertragungsfunktion, mithin das digitale Filter im Abtastbereich repräsentierenden Rechenvorschrift N
Xf [n] - Xf2[n] = ^wk - Xf1 [N - k] gewichtet aufsummiert. Die die Übertragungsfunktion
k=0
definierenden Parameter, nämlich die Filterkoeffizienten wk sowie eine deren Anzahl entsprechende Filterlänge N, können hierbei - unabhängig von der Art des Filters (NR- bzw. FIR-Filter) - beispielsweise so gewählt sein, daß die damit eingestellte Übertragungsfunktion des digitalen Filters das dynamische Übertragungsverhalten der mittels des Vibrationskörper und des
Temperatursensors gebildeten Meßkette, nämlich deren thermische Trägheit, annährt, so daß also ein zeitlicher Verlauf der verzögerten Frequenz-Abtastfolge fo2 während eines instationären Übergangsbereich der vorbeschriebenen Art dem zeitlichen Verlauf der Temperatur an der zweiten Oberfläche des Vibrationskörpers 10 bzw. dem zeitlichen Verlauf des diese repräsentierenden Temperatursignals entspricht.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung wird, nicht zuletzt zwecks Ermittlung des Temperatur- Meßwerts X3, mittels der Meß- und Auswerte-Schaltung μθ eine Vibrationskörper-Temperatur- Schätzfolge &DI , nämlich einer Sequenz von basierend auf dem wenigstens einen
Temperaturmeßsignal zu verschiedenen, beispielsweise zeitlich äquidistanten,
Zeitpunkten tm = m · Ts2, mithin mit einer, insb. konstanten, Taktrate fs2 = 1 / (tm+ - tm) = 1 / Ts2 ermittelten digitalen Temperaturwerten X31, die einen zeitlichen Verlauf der Vibrationskörper- Temperatur approximiert, derart, daß sich nämliche Vibrationskörper-Temperatur-Schätzfolge - wie in Fig. 6c schematisiert dargestellt bzw. auch aus einer Zusammenschau der Fig. 6a und 6c ersichtlich - einem auf eine - etwa sprungförmige und/oder aus einer Änderung der
Fluid-Temperatur resultierende - Änderung der Temperatur an der zweiten Oberfläche des
Vibrationskörpers folgenden zeitlichen Verlauf der Vibrationskörper-Temperatur schneller annährt, als das Temperaturmeßsignal 6sens- Ein jeweils aktuell, nämlich zum Zeitpunkt tm ermittelter Temperaturwert X3 [m] der Vibrationskörper-Temperatur-Schätzfolge &DI dient hier jeweils dann auch als aktueller Temperatur-Meßwert X3i[m] -» X3[m]. Im Ergebnis dessen weicht also ein während eines instationären Übergangszeitraums der in Rede stehenden Art aktuell ermittelter digitaler Temperatur-Meßwert X3i[m] von der eigentlichen Vibrationskörper-Temperatur & 0 im Zeitpunkt tm um einen Differenzbetrag Err3 = X3i[m] - & 0 ab, der zumindest kleiner als eine der zu berücksichtigenden momentanen Diskrepanz Err'3 entsprechende momentane Abweichung zwischen dem vom Temperatursensor momentan gelieferten Temperaturmeßsignal 6sens und der momentanen Vibrationskörper-Temperatur & 0, idealerweise aber so klein wie möglich ist.
Die Vibrationskörper-Temperatur-Schätzfolge kann beispielsweise generiert werden, indem das Temperaturmeßsignal einem analogen Signalfilter zugeführt wird, das zumindest einen
Signalübertragungspfad mit einer hinsichtlich einer Übertragungsfunktion eine das
Temperaturmeßsignal differenzierende Hochpaß-Charakteristik aufweist, mithin als ein durch eine Zeitkonstante charakterisiertes Hochpaß erster Ordnung oder eine durch mehrere Zeitkonstanten charakterisiertes Hochpaß höherer Ordnung ausgelegt ist. Das Signalfilter kann im einfachsten Fall beispielsweise mittels entsprechend verschalteten Widerständen, Kondensatoren und/oder Spulen, mithin mittels eines lediglich mit passiven elektrischen Bauelementen realisierten Filternetzwerk gebildet oder aber auch als aktives, nämlich zudem auch Operationsverstärker aufweisendes Signalfilter realisiert sein. Durch geeignetes Trimmen der das Signalfilter hinsichtlich seiner Übertragungsfunktion definierenden Bauelemente kann das Signalfilter hierbei so eingestellt werden, daß es die erwähnte thermische Trägheit der Meßkette, die den dynamischen Meßfehler während des instationären Übergangsbereichs letztlich verursacht, zumindest teilweise kompensiert, nämlich unter Berücksichtigung auch zeitlicher Änderungen des Temperaturmeßsignals ein entsprechendes Ausgangssignal liefert, das dem Temperaturmeßsignal bzw. dessen zeitlichem Verlauf vorauseilt, mithin gegenüber dem tatsächlichen zeitlichen Verlauf der Vibrationskörper- Temperatur zumindest weniger nachläuft als das Temperaturmeßsignal. Das dementsprechend gleichermaßen analoge Ausgangssignal kann hernach in herkömmlicher Weise digitalisiert, nämlich in die - digitale - Vibrationskörper-Temperatur-Schätzfolge gewandelt werden. Selbstverständlich kann die Vibrationskörper-Temperatur-Schätzfolge z.B. aber auch dadurch generiert werden, daß das Temperaturmeßsignal zunächst digitalisiert, mithin eine Oberflächen-Temperatur-Abtastfolge, &D2, nämlich eine Sequenz von basierend auf dem wenigstens einen Temperaturmeßsignal zu verschiedenen Zeitpunkten tm ermittelten digitalen Temperaturwerten, die einen zeitlichen Verlauf der Temperatur an der zweiten Oberfläche des Vibrationskörpers approximiert, erzeugt wird, und daß hernach die Vibrationskörper-Temperatur-Schätzfolge davon abgeleitet wird, indem die
Oberflächen-Temperatur-Abtastfolge mittels eines entsprechend eingestellten, nämlich die Oberflächen-Temperatur-Abtastfolge differenzierenden digitalen Filters zur Vibrationskörper- Temperatur-Schätzfolge verarbeitet wird. Als digitales Filter kann beispielsweise ein FIR-Filter mit Hochpaßcharakteristik dienen, von dessen Filterkoeffizienten wk also wenigstens zwei aufeinander folgend von Null verschiedene Filterkoeffizienten w,, wi+ unterschiedliche Vorzeichen aufweisen.
Zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit der mittels des erfindungsgemäßen Meßsystems ermittelten Dichte-Meßwerte kann es ferner von Vorteil sein, zusätzlich zur Vibrationskörper- Temperatur auch allfällige mechanische Deformierungen Vibrationskörpers, etwa infolge der sich ändernden Vibrationskörper-Temperatur und/oder infolge von auf den Vibrationskörper einwirkenden Kräften, bzw. daraus resultierende mechanische Spannungen innerhalb des Vibrationskörpers zu erfassen und entsprechend bei der Berechnung der Dichte-Meßwerte entsprechend zu
berücksichtigen. Daher weist das Meßsystem gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung einen - hier nicht dargestellten - Dehnungssensor zum Erzeugen eines einen zeitlichen Verlauf einer Vibrationskorper-Deformierung, nämlich einer von der Vibrationskörper-Temperatur und/oder einer auf diesen einwirkenden Kraft abhängigen Deformation des Vibrationskörpers,
repräsentierenden Deformierungsmeßsignals auf. Der, beispielsweise als Dehnmeßstreifen ausgebildete, Dehnungssensor ist mit dem Vibrationskörper, nämlich über dessen zweite Oberfläche mechanisch gekoppelt und kann beispielsweise in unmittelbarer Nähe des wenigstens eine
Temperatursensors direkt am Vibrationskörper fixiert, beispielsweise aufgeklebt, sein. Basierend auf dem wenigstens einen Deformierungsmeßsignals kann zwecks einer Berücksichtigung der erfaßten Dehnung bei der Generierung des wenigstens einen Dichte-Meßwerts dieses ebenfalls digitalisiert, mithin eine entsprechende Deformierungs-Abtastfolge, nämlich einer Sequenz von basierend auf dem wenigstens einen Deformierungsmeßsignals zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelten digitalen Deformierungsmeßwerten, die einen zeitlichen Verlauf der Vibrationskörper- Deformierung approximiert, generiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ermitteln einer Dichte, p, eines einen schwingfähig gehalterten, zu Vibrationen anregbaren, insb. aus Metall bestehenden, Vibrationskörper (10) kontaktierenden Fluids (FL), - wobei dem Vibrationskörper eine spezifischen Wärmeleitfähigkeit, λ10, insb. von mehr als
5 W K"1 m"1, mithin ein davon abhängiger, für einen Wärmedurchgang von einer das Fluid berührenden ersten Oberfläche (10+) des Vibrationskörpers, die eine Fluid-Temperatur, &FL, nämlich eine Temperatur des die ersten Oberfläche kontaktierenden Fluids (FL), aufweist, bis zu einer das Fluid nicht kontaktierenden zweiten Oberfläche (10#) wirksamer Wärmeleitwert, Λ 0, und eine Wärmekapazität, C10, innewohnt, und
- wobei eine Vibrationskörper-Temperatur, & 0, nämlich eine von der Fluid-Temperatur, &FL, abhängigen Temperatur des Vibrationskörpers, veränderlich ist, welches Verfahren umfaßt:
- Vibrierenlassen des von Fluid kontaktierten Vibrationskörpers in der Weise, daß er zumindest anteilig Resonanzschwingungen, sr, nämlich mechanische Schwingungen mit einer von der Dichte des die erste Oberfläche des Vibrationskörpers kontaktierenden Fluids wie auch von der
Vibrationskörper-Temperatur, & 0, abhängigen Resonanzfrequenz, fr, ausführt;
- Erfassen von Vibrationen des Vibrationskörpers zum Erzeugen wenigstens eines
Schwingungsmeßsignals, ssensi , das wenigstens eine Signalkomponente mit einer der
Resonanzfrequenz entsprechenden, mithin von der Dichte des Fluids abhängigen Signalfrequenz aufweist;
- Verwenden eines mit dem Vibrationskörper über dessen zweite Oberfläche thermisch gekoppelten Temperatursensors (61 ) zum Erzeugen eines einen zeitlichen Verlauf einer Vibrationskörper- Temperatur, nämlich einer von einer Temperatur des den Vibrationskörper an dessen erster Oberfläche kontaktierenden Fluids abhängigen Temperatur des Vibrationskörpers,
repräsentierenden Temperaturmeßsignals, 6sens, - das, insb. bedingt durch den Wärmeleitwert, Λ10, und die Wärmekapazität, C 0, des
Vibrationskörpers, einer, insb. aus einer Änderung der Temperatur des den Vibrationskörper an dessen erster Oberfläche kontaktierenden Fluids und/einem Fluidaustausch resultierenden, Änderung der Vibrationskörper-Temperatur von einem anfänglichen ersten Temperaturwert, Θ-io.ti , auf einen zweiten Temperaturwert, e 0,t2, lediglich zeitverzögert folgt,
mithin nämlichem zweiten Temperaturwert, e 0,t2, lediglich zeitverzögert entspricht; und
- Erzeugen eines die Dichte repräsentierenden Dichte-Meßwerts, Xp, basierend auf dem
Schwingungsmeßsignal sowie dem Temperaturmeßsignal während einer, insb. aus einer Änderung des Temperatur des Vibrationskörpers an dessen erster Oberfläche resultierenden, Änderung der Vibrationskörper-Temperatur, derart, daß eine während des Erzeugens des Dichte-Meßwerts zwischen dem zeitlichen Verlauf der Vibrationskörper-Temperatur und dem Temperaturmeßsignal auftretende, insb. zeitabhängige, Diskrepanz, Err'3, berücksichtigt ist, insb. derart, daß nämliche Diskrepanz, Err'3, zumindest teilweise kompensiert ist.
2. Vefahren nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend:
- Verwenden des Schwingungsmeßsignals zum Erzeugen eines die Resonanzfrequenz des vom Fluid kontaktierten Vibrationskörpers repräsentierenden Frequenz-Meßwerts, Xf ;
- Verwenden des Temperaturmeßsignals zum Erzeugen eines die Vibrationskörper-Temperatur repräsentierenden Temperatur-Meßwerts, X3 ; und
- Verwenden sowohl des Frequenz-Meßwerts, Xf, als auch des Temperatur-Meßwerts, X3, zum Erzeugen des Dichte-Meßwerts.
3. Vefahren nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend:
Erzeugen einer Frequenz-Abtastfolge, fD , nämlich einer Sequenz von basierend auf dem wenigstens einen Schwingungsmeßsignal zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelten digitalen Frequenzwerten, die einen zeitlichen Verlauf der Resonanzfrequenz des Vibrationskörpers approximiert.
4. Vefahren nach dem Anspruch 2 und 3, weiters umfassend:
Verwenden der Frequenz-Abtastfolge zum Erzeugen des Frequenz-Meßwerts.
5. Vefahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, weiters umfassend:
Verwenden der Frequenz-Abtastfolge zum Erzeugen einer verzögerten Frequenz-Abtastfolge, fD2, nämlich einer Sequenz von basierend auf der Frequenz-Abtastfolge zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelten digitalen Frequenzwerten, die den zeitlichen Verlauf der Resonanzfrequenz des
Vibrationskörpers approximiert, derart, daß sich nämliche verzögerte Frequenz-Abtastfolge einem auf eine, insb. sprungförmigen, Änderung der Resonanzfrequenz folgenden zeitlichen Verlauf der Resonanzfrequenz langsamer annährt, als die Frequenz-Abtastfolge.
6. Vefahren nach dem Anspruch 5, weiters umfassend:
Verwenden der verzögerten Frequenz-Abtastfolge zum Erzeugen des Frequenz-Meßwerts.
7. Vefahren nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend:
Erzeugen einer Oberflächen-Temperatur-Abtastfolge, &D2, nämlich einer Sequenz von basierend auf dem wenigstens einen Temperaturmeßsignal zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelten digitalen Temperaturwerten, die einen zeitlichen Verlauf der Temperatur an der zweiten Oberfläche des Vibrationskörpers approximiert.
8. Vefahren nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend:
Erzeugen einer Vibrationskörper-Temperatur-Schätzfolge, θοι , nämlich einer Sequenz von basierend auf dem wenigstens einen Temperaturmeßsignal zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelten digitalen Temperaturwerten, die einen zeitlichen Verlauf der Vibrationskörper-Temperatur approximiert, derart, daß sich nämliche Vibrationskörper-Temperatur-Schätzfolge einem auf eine, insb. sprungformige und/oder aus einer Änderung der Fluid-Temperatur resultierende, Änderung der Temperatur an der zweiten Oberfläche des Vibrationskörpers folgenden zeitlichen Verlauf der Vibrationskörper-Temperatur schneller annährt, als das Temperaturmeßsignal.
9. Vefahren nach Anspruch 7 und 8, weiters umfassend: Verwenden der Oberflächen-Temperatur-Abtastfolge zum Erzeugen der Vibrationskörper- Temperatur-Schätzfolge, derart, daß sich diese einem auf eine, insb. sprungformigen und/oder aus einer Änderung der Fluid-Temperatur resultierenden, Änderung der Temperatur an der zweiten Oberfläche des Vibrationskörpers folgenden zeitlichen Verlauf der Vibrationskörper-Temperatur schneller annährt, als die Oberflächen-Temperatur-Abtastfolge.
10. Vefahren nach dem Anspruch 8 oder 9, weiters umfassend:
Verwenden der Vibrationskörper-Temperatur-Schätzfolge zum Erzeugen des Temperatur-Meßwerts.
1 1. Vefahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, weiters umfassend:
Verwenden der Oberflächen-Temperatur-Abtastfolge zum Erzeugen des Temperatur-Meßwerts.
12. Vefahren nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , weiters umfassend:
Verwenden sowohl der Oberflächen-Temperatur-Abtastfolge als auch der Vibrationskörper- Temperatur-Schätzfolge zum Erzeugen des Temperatur-Meßwerts.
13. Vefahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, weiters umfassend:
Verwenden eines die Oberflächen-Temperatur-Abtastfolge differenzierenden, insb. als Hochpaß erster oder höherer Ordnung ausgelegten und/oder als FIR-Filter ausgebildetes, digitalen Filters zum Erzeugen der Vibrationskörper-Temperatur-Schätzfolge.
14. Vefahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, weiters umfassend:
Verwenden eines das Temperaturmeßsignal differenzierenden, insb. als Hochpaß erster oder höherer Ordnung ausgelegten und/oder aktiven, Filters zum Erzeugen der Vibrationskörper- Temperatur-Schätzfolge.
15. Vefahren nach einem der Ansprüche 5 bis 14, weiters umfassend:
Verwenden eines die Frequenz-Abtastfolge integrierenden, insb. als Tiefpaß erster oder höherer Ordnung ausgelegten und/oder als FIR-Filter ausgebildetes, digitalen Filters zum Erzeugen der verzögerten Frequenz-Abtastfolge.
16. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend:
Verwenden eines mit dem Vibrationskörper über dessen zweite Oberfläche mechanisch gekoppelten Dehnungssensors zum Erzeugen eines einen zeitlichen Verlauf einer Vibrationskörper- Deformierung, nämlich einer von der Vibrationskörper-Temperatur und/oder einer auf diesen einwirkenden Kraft abhängigen Deformation des Vibrationskörpers, repräsentierenden
Deformierungsmeßsignals.
17. Verfahren nach Anspruch 16, weiters umfassend:
- Erzeugen einer Deformierungs-Abtastfolge, nämlich einer Sequenz von basierend auf dem wenigstens einen Deformierungsmeßsignals zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelten digitalen Deformierungsmeßwerten, die einen zeitlichen Verlauf der Vibrationskörper-Deformierung approximiert; und
- Verwenden Deformierungs-Abtastfolge zum Erzeugen des Dichte-Meßwerts.
18. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Vibrationskörper ein schwingfähig gehaltertes Meßrohr mit einem von einer, insb. aus Metall bestehende, Rohrwand umgebenen Lumen, ist.
19. Verfahren nach dem Anspruch 18,
- wobei das Meßrohr dafür eingerichtet ist, in Fluid eingetaucht zu werden, und
- wobei die das Fluid berührenden erste Oberfläche des Vibrationskörpers von einer Außenfläche der Rohrwand und die das Fluid nicht kontaktierende zweite Oberfläche des Vibrationskörpers von einer dem Lumen zugewandten Innenfläche der Rohrwand gebildet sind.
20. Verfahren nach dem Anspruch 18,
- wobei das Meßrohr dafür eingerichtet ist, insb. strömendes, Fluid zu führen, und
- wobei die das Fluid berührenden erste Oberfläche des Vibrationskörpers von einer dem Lumen zugewandten Innenfläche der Rohrwand und die das Fluid nicht kontaktierende zweite Oberfläche des Vibrationskörpers von einer Außenfläche der Rohrwand gebildet sind,
welches Verfahren weiters umfaßt: Einströmenlassen des Fluids in das Lumen, so daß das Fluid die Innenfläche der Rohrwand kontaktiert.
21. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, weiters umfassend:
Strömenlassen des Fluids in das Lumen, so daß das Fluid die Innenfläche der Rohrwand kontaktiert.
22. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Vibrationskörper dafür eingerichtet ist, Fluid zu führen bzw. von Fluid durchströmt zu werden.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei der Vibrationskörper dafür eingerichtet ist, in Fluid eingetaucht bzw. von Fluid angeströmt zu werden.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23,
- wobei der Vibrationskörper eine schwingfähig gehalterte Membran aufweist, und
- wobei die das Fluid berührenden erste Oberfläche des Vibrationskörpers mittels einer ersten
Membranfläche und die das Fluid nicht kontaktierende zweite Oberfläche von einer der ersten zweiten Membranfläche gegenüberliegenden zweiten Membranfläche gebildet sind.
25. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Vibrationskörper weiters ein an der ersten Membranfläche fixiertes, mithin in das Fluid eintauchendes Paddel aufweist.
26. Meßsystem zum Ermitteln einer Dichte eines, insb. in einer Rohrleitung strömenden, Fluids, insb. zum Ermitteln nämlicher Dichte gemäß einem Verfahren nach einem der vorherigen
Ansprüche, welches Meßsystem umfaßt:
- einen Meßwandler (MW)
- mit wenigstens einem, insb. aus Metall bestehenden, Vibrationskörper (10),
- wobei der Vibrationskörper schwingfähig gehaltert und dafür eingerichtet ist, an einer ersten Oberfläche (10+) derart von zu messenden Fluid (FL) kontaktiert zu werden, daß die erste Oberfläche eine Fluid-Temperatur, &FL, nämlich eine Temperatur des die ersten Oberfläche kontaktierenden Fluids, annimmt, und derart vibrierengelassen zu werden, daß er zumindest anteilig Resonanzschwingungen, sr, nämlich mechanische Schwingungen mit einer von der Dichte des Fluids abhängigen Resonanzfrequenz, fr, ausführt, und
— wobei der Vibrationskörper eine spezifischen Wärmeleitfähigkeit, λ10, insb. von mehr als
5 W K"1 m"1, mithin einen davon abhängigen, für einen Wärmedurchgang von der ersten
Oberfläche, bis zu einer das Fluid nicht kontaktierenden zweiten Oberfläche (10#) wirksamen
Wärmeleitwert, Λ 0, und eine Wärmekapazität, C10, aufweist,
mit wenigstens einen Schwingungssensor (51 ) zum Erfassen von Vibrationen des
Vibrationskörpers und zum Erzeugen eines Schwingungsmeßsignals, das wenigstens eine Signalkomponente mit einer von der Dichte des Fluids abhängigen Signalfrequenz aufweist, und — mit einem mit der zweiten Oberfläche des Vibrationskörpers thermisch gekoppelten
Temperatursensor (61 ) zum Erfassen einer von der Fluid-Temperatur abhängigen Temperatur an der zweiten Oberfläche des Vibrationskörpers, und zum Erzeugen eines einen zeitlichen Verlauf einer Vibrationskörper-Temperatur, nämlich eine von der Fluid-Temperatur abhängigen Temperatur des Vibrationskörpers, repräsentierenden Temperaturmeßsignals,
— das, insb. bedingt durch den Wärmeleitwert, Λ10, und die Wärmekapazität, C 0, des
Vibrationskörpers, einer, insb. aus einer Änderung der Temperatur des den Vibrationskörper an dessen erster Oberfläche kontaktierenden Fluids und/einem Fluidaustausch resultierenden, Änderung der Vibrationskörper-Temperatur von einem anfänglichen ersten Temperaturwert, Θ-ΙΟ,Η , auf einen zweiten Temperaturwert, e 0,t2, lediglich zeitverzögert folgt,
— mithin nämlichem zweiten Temperaturwert lediglich zeitverzögert entspricht; sowie
- eine mit dem Meßwandler elektrische verbundene Elektronik (ME) zum Verarbeiten des
Schwingungsmeßsignals und des Temperaturmeßsignals sowie zum Generieren eines die Dichte des Fluids repräsentierenden Dichte-Meßwerts, Xp, basierend auf sowohl dem Schwingungs- als auch dem Temperaturmeßsignal, wobei die Elektronik dafür eingerichtet ist, eine während des Generierens des Dichte-Meßwerts zwischen dem zeitlichen Verlauf der Vibrationskörper- Temperatur und dem Temperaturmeßsignal auftretende, insb. zeitabhängige, Diskrepanz, Err'3, zu berücksichtigen, insb. derart, daß nämliche Diskrepanz zumindest teilweise kompensiert wird.
27. Meßsystem nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Vibrationskörper ein schwingfähig gehaltertes Meßrohr mit einem von einer, insb. aus Metall bestehende, Rohrwand umgebenen Lumen, ist.
28. Meßsystem nach dem vorherigen Anspruch,
- wobei das Meßrohr dafür eingerichtet ist, in Fluid eingetaucht zu werden, und
- wobei die das Fluid berührenden erste Oberfläche des Vibrationskörpers von einer Außenfläche der Rohrwand und die das Fluid nicht kontaktierende zweite Oberfläche des Vibrationskörpers von einer dem Lumen zugewandten Innenfläche der Rohrwand gebildet sind.
29. Meßsystem nach Anspruch 27,
- wobei das Meßrohr dafür eingerichtet ist, insb. strömendes, Fluid zu führen, und
- wobei die das Fluid berührenden erste Oberfläche des Vibrationskörpers von einer dem Lumen zugewandten Innenfläche der Rohrwand und die das Fluid nicht kontaktierende zweite Oberfläche des Vibrationskörpers von einer Außenfläche der Rohrwand gebildet sind,
30. Meßsystem nach einem der Ansprüche 26 bis 29, wobei der Vibrationskörper dafür eingerichtet ist, Fluid zu führen bzw. von Fluid durchströmt zu werden.
31. Meßsystem nach einem der Ansprüche 26 bis 29, wobei der Vibrationskörper dafür eingerichtet ist, in Fluid eingetaucht bzw. von Fluid angeströmt zu werden.
32. Meßsystem nach dem vorherigen Anspruch,
- wobei der Vibrationskörper eine schwingfähig gehalterte Membran aufweist, und
- wobei die das Fluid berührenden erste Oberfläche des Vibrationskörpers mittels einer ersten Membranfläche und die das Fluid nicht kontaktierende zweite Oberfläche von einer der ersten zweiten Membranfläche gegenüberliegenden zweiten Membranfläche gebildet sind.
33. Meßsystem nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Vibrationskörper weiters ein an der ersten Membranfläche fixiertes, mithin in das Fluid eintauchendes Paddel aufweist.
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