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      用于運(yùn)行諧振測(cè)量系統(tǒng)的方法與流程

      文檔序號(hào):12014596閱讀:237來(lái)源:國(guó)知局
      用于運(yùn)行諧振測(cè)量系統(tǒng)的方法與流程
      本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備的方法,其中科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備具有至少一個(gè)可由介質(zhì)流過(guò)的測(cè)量管、至少一個(gè)振動(dòng)發(fā)生器、至少一個(gè)第一振動(dòng)接收器、至少一個(gè)第二振動(dòng)接收器和至少一個(gè)控制和分析單元,其中從控制和分析單元經(jīng)由至少一個(gè)激勵(lì)通道可以向振動(dòng)發(fā)生器輸送激勵(lì)信號(hào),其中從第一振動(dòng)接收器經(jīng)由至少一個(gè)第一測(cè)量通道可以向控制和分析單元輸送第一感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào),并且從第二振動(dòng)接收器經(jīng)由至少一個(gè)第二測(cè)量通道可以向控制和分析單元輸送第二感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)。此外本發(fā)明還涉及一種科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備,其中前述方法在該科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備上運(yùn)行。

      背景技術(shù):
      科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備(Coriolis-Massedurchflussmessger?t)特別是在工業(yè)過(guò)程測(cè)量技術(shù)中在應(yīng)當(dāng)以高精度確定質(zhì)量流的地方使用??评飱W利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備的作用方式基于,被介質(zhì)流過(guò)的至少一個(gè)測(cè)量管由振動(dòng)發(fā)生器激勵(lì)到振動(dòng),其中有質(zhì)量的介質(zhì)由于由兩個(gè)正交速度—流的速度和測(cè)量管的速度—所引起的科里奧利慣性力而反作用于測(cè)量管的壁。介質(zhì)對(duì)測(cè)量管的這種反作用導(dǎo)致測(cè)量管振動(dòng)與測(cè)量管的未被流過(guò)的振動(dòng)狀態(tài)相比的變化。通過(guò)檢測(cè)被流過(guò)的測(cè)量管的振動(dòng)的這些特點(diǎn)—兩個(gè)測(cè)量管區(qū)域的偏轉(zhuǎn)之間的相位差以及從而時(shí)間差,所述兩個(gè)測(cè)量管區(qū)域在測(cè)量管的未被流過(guò)的狀態(tài)中同相地振動(dòng),可以高精度地確定流過(guò)測(cè)量管的質(zhì)量流量。在均質(zhì)介質(zhì)的情況下,利用高品質(zhì)的科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備可以獲得測(cè)量值的大約0.04%的精度,因此科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備通常也用在有檢定義務(wù)的業(yè)務(wù)中(imeichpflichtigenVerkehr)。僅當(dāng)科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備的狀態(tài)被精確檢測(cè)并且影響測(cè)量結(jié)果的參量在計(jì)算質(zhì)量流量時(shí)被考慮時(shí),才能遵守高的精度要求。為此經(jīng)由測(cè)量通道檢測(cè)攜帶信息的信號(hào),也就是激勵(lì)信號(hào)(電流和/或電壓)和感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)—也就是測(cè)量管的偏轉(zhuǎn)。例如測(cè)量管的顯著位置處的溫度和機(jī)械應(yīng)力的其它公知影響參量也可以經(jīng)由測(cè)量通道檢測(cè),并且通過(guò)用于運(yùn)行科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備的方法被用作確定質(zhì)量流量的基礎(chǔ)。這種方法通常基于科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備的數(shù)學(xué)模型,其內(nèi)部模型參數(shù)在測(cè)量運(yùn)行期間被確定,從而可以在正在進(jìn)行的運(yùn)行中對(duì)質(zhì)量流量測(cè)量進(jìn)行校正(例如Schr?der,T.,Kolahi,K.,R?ck,H.:“NeuartigeRegelungeinesCoriolis-Massedurchflussmessers”,TechnischesMessen71,2004,259-268頁(yè))??评飱W利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備不僅適用于確定質(zhì)量流量,所述科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備而更(vielmehr)可以還例如用于確定介質(zhì)的粘度和流體密度,正如它們也適用于檢測(cè)診斷參數(shù)、例如檢測(cè)多相流或檢測(cè)沉積物一樣。就這些參量來(lái)說(shuō),也存在對(duì)盡可能準(zhǔn)確和特別是持久準(zhǔn)確地檢測(cè)測(cè)量值的強(qiáng)烈興趣。對(duì)所確保的準(zhǔn)確測(cè)量的愿望尤其還通過(guò)安全技術(shù)的考量而激發(fā),以例如達(dá)到特定的安全要求級(jí)別—安全完整性等級(jí)(SIL(Safety-IntegrityLevel))。

      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
      因此本發(fā)明的任務(wù)是說(shuō)明用于運(yùn)行科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備的方法以及相應(yīng)的科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備,其允許以提高的精度和尤其是可靠地對(duì)相關(guān)的測(cè)量參量或診斷參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。解決前面引出的并且展示的任務(wù)的根據(jù)本發(fā)明的用于運(yùn)行科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備的方法的特征首先在于,控制和分析單元至少間接地從經(jīng)由測(cè)量通道傳輸?shù)某跫?jí)測(cè)量信號(hào)中以比例方式(ratiometrisch)計(jì)算至少一個(gè)推導(dǎo)出的次級(jí)參量,其中感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)交替地經(jīng)由不同的測(cè)量通道被輸送給控制和分析單元,并且從經(jīng)由不同的測(cè)量通道獲得的、所傳輸?shù)某跫?jí)測(cè)量信號(hào)的不同值中計(jì)算所傳輸?shù)某跫?jí)測(cè)量信號(hào)的補(bǔ)償值,以及所述補(bǔ)償值被用作計(jì)算推導(dǎo)出的次級(jí)參量的基礎(chǔ)。根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)認(rèn)識(shí)到,為了實(shí)現(xiàn)高的測(cè)量精度不僅與科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備的構(gòu)造元件直接關(guān)聯(lián)的參量是令人感興趣的,而且以測(cè)量技術(shù)要接收的并且感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)的檢測(cè)和處理以及其按照信號(hào)的傳輸而更是有大的意義。僅當(dāng)在確定質(zhì)量流量的情況下由質(zhì)量流決定的相移不被由測(cè)量通道導(dǎo)致的相移覆蓋和影響時(shí),才能達(dá)到開(kāi)頭描述的高精度。這例如可以意味著,通過(guò)測(cè)量通道決定的相移不允許大于例如0.5μrad。但是通過(guò)常規(guī)的途徑,例如0.5μrad的測(cè)量通道的穩(wěn)定性只能通過(guò)用于嚴(yán)格遵守參考條件(Referenzbedingen)的非常明顯的構(gòu)造上的和費(fèi)用多的耗費(fèi)以及于是也只能在很小的時(shí)間—在秒范圍內(nèi)—得到保證,這顯然是令人不滿意的。本發(fā)明方法的目的在于,感興趣的—也就是用于計(jì)算推導(dǎo)出的次級(jí)參量所需要的—初級(jí)測(cè)量信號(hào)交替地經(jīng)由不同的測(cè)量通道傳導(dǎo)并且輸送給控制和分析單元,使得例如感興趣的第一初級(jí)測(cè)量信號(hào)有時(shí)經(jīng)由第一測(cè)量通道傳導(dǎo),并且有時(shí)經(jīng)由第二測(cè)量通道傳導(dǎo),并且此外第二感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)有時(shí)經(jīng)由第二測(cè)量通道傳導(dǎo)和有時(shí)經(jīng)由第一測(cè)量通道傳導(dǎo)。這導(dǎo)致,不同測(cè)量通道的傳輸行為同樣地作用于不同的感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)并且在所傳輸?shù)某跫?jí)測(cè)量信號(hào)的在測(cè)量通道的輸出端處獲得的值中表現(xiàn)出來(lái)。然后這些在經(jīng)過(guò)不同的測(cè)量通道之后獲得的、所傳輸?shù)某跫?jí)測(cè)量信號(hào)的值被用于計(jì)算在所傳輸?shù)某跫?jí)測(cè)量信號(hào)的不同值之間建立數(shù)值補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償值。然后利用如此所獲得的補(bǔ)償值計(jì)算推導(dǎo)出的次級(jí)參量。感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)例如可以是振動(dòng)接收器(Schwingungsaufnehmer)的速度信號(hào),其中第一振動(dòng)接收器被設(shè)置在測(cè)量管的入口側(cè)的區(qū)域中,而第二振動(dòng)接收器被設(shè)置在測(cè)量管的出口側(cè)的區(qū)域中。如果推導(dǎo)出的次級(jí)參量—典型的是質(zhì)量流量—以比例方式從所傳輸?shù)某跫?jí)測(cè)量信號(hào)或從所傳輸?shù)某跫?jí)測(cè)量信號(hào)的補(bǔ)償值中被計(jì)算,也就是通過(guò)形成補(bǔ)償值方式的數(shù)學(xué)表達(dá)式的比例,則得出涉及減小測(cè)量誤差的特別有利的效果,其中補(bǔ)償值由于其計(jì)算而具有相同的干擾疊加。在確定質(zhì)量流量的情況下,質(zhì)量流量例如可以以比例方式通過(guò)形成一方面初級(jí)測(cè)量信號(hào)之差與另一方面初級(jí)測(cè)量信號(hào)之和的商來(lái)計(jì)算;這將在下面在附圖描述的范圍內(nèi)按方程式來(lái)詳細(xì)闡述。在本方法的優(yōu)選構(gòu)型中,通過(guò)由經(jīng)由不同測(cè)量通道獲得的、所傳輸?shù)某跫?jí)測(cè)量信號(hào)的不同值來(lái)形成平均值,尤其是通過(guò)形成算術(shù)平均值,計(jì)算所傳輸?shù)某跫?jí)測(cè)量信號(hào)的補(bǔ)償值。在本發(fā)明方法的另一構(gòu)型中,感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)交替地經(jīng)由不同的測(cè)量通道被輸送給控制和分析單元,從而不同的測(cè)量通道交錯(cuò)地從事于不同的感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)的傳輸。在本方法的替換構(gòu)型中,每一個(gè)感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)同時(shí)經(jīng)由不同的測(cè)量通道傳輸至控制和分析單元,從而存在同時(shí)經(jīng)由不同的測(cè)量通道傳輸和獲得的、分別一個(gè)所傳輸?shù)某跫?jí)測(cè)量信號(hào)的值,并且可以由在一定程度上同時(shí)獲得的、所傳輸?shù)某跫?jí)測(cè)量信號(hào)的這些值來(lái)計(jì)算補(bǔ)償值。優(yōu)選地,在其期間特定的初級(jí)測(cè)量信號(hào)經(jīng)由測(cè)量通道傳輸?shù)臏y(cè)量周期一直持續(xù)到測(cè)量通道的傳輸行為的瞬態(tài)被衰減為止。由此引起所獲得的、所傳輸?shù)某跫?jí)測(cè)量信號(hào)的不同值的偏差很?。╳enigstreuen),也就是尤其是當(dāng)所傳輸?shù)某跫?jí)測(cè)量信號(hào)的不同值在時(shí)間上依次獲得時(shí)偏差很小。其它誤差可以通過(guò)以下方式避免,即在切換測(cè)量通道之后第一測(cè)量值被丟棄,由此自動(dòng)對(duì)不期望的瞬態(tài)過(guò)程不予考慮。本發(fā)明方法的以下構(gòu)型已被證明是完全特別有利的:其中用至少一個(gè)已知的參考信號(hào)來(lái)直接對(duì)至少一個(gè)測(cè)量通道加載,檢測(cè)所加載的測(cè)量通道的測(cè)量通道響應(yīng)信號(hào),并且其中借助已知的參考信號(hào)和借助所檢測(cè)的測(cè)量通道響應(yīng)信號(hào)確定該測(cè)量通道的傳遞函數(shù)。由于該測(cè)量通道的所識(shí)別的傳輸行為隨后可以被用于進(jìn)一步校正測(cè)量通道的傳輸行為,因此這是有利的。如果也就是說(shuō)參考信號(hào)是已知的,則由此意味著參考信號(hào)在其原始產(chǎn)生的位置處是已知的,也就是例如在控制和分析單元—例如DSP—中是已知的,在該控制和分析單元處生成該參考信號(hào)并且因此在那里允許被看做是精確已知的。作為參考信號(hào),在一種優(yōu)選構(gòu)型中簡(jiǎn)單地使用針對(duì)測(cè)量管的激勵(lì)信號(hào)。本發(fā)明方法的另一特別有利的補(bǔ)充在于,用至少一個(gè)已知的參考信號(hào)直接對(duì)至少一個(gè)激勵(lì)通道加載,檢測(cè)所加載的激勵(lì)通道的響應(yīng)信號(hào)并且借助該已知的參考信號(hào)和借助所檢測(cè)的激勵(lì)通道響應(yīng)信號(hào)識(shí)別激勵(lì)通道的傳遞函數(shù)。在此也可以考慮將關(guān)于所識(shí)別的激勵(lì)通道的傳輸行為的知識(shí)用于校正測(cè)量值。已知的參考信號(hào)由控制和分析單元輸出并且在進(jìn)一步的流程中通過(guò)后置部件的傳輸行為改變,總的來(lái)說(shuō)也就是通過(guò)所使用的激勵(lì)通道和所使用的測(cè)量通道的傳輸行為改變。于是通道的平衡實(shí)際上根據(jù)所使用的參考通道進(jìn)行。利用測(cè)量通道的所識(shí)別的傳遞函數(shù)或/和利用激勵(lì)通道的所識(shí)別的傳遞函數(shù),優(yōu)選——在計(jì)算上——校正測(cè)量通道的實(shí)際傳輸行為或/和激勵(lì)通道的實(shí)際傳輸行為。優(yōu)選地,該校正在頻域中進(jìn)行,也就是其方式是將相應(yīng)的由控制和分析單元接收的所傳輸?shù)男盘?hào)分解為正交分量,針對(duì)當(dāng)前的激勵(lì)頻率將測(cè)量通道或激勵(lì)通道的所識(shí)別的傳遞函數(shù)的頻率特性(Frequenzgang)求逆(invertieren),并且計(jì)算得出的求逆的相位的正弦和余弦函數(shù),并且借助求逆的振幅特性計(jì)算兩個(gè)校正因子,利用所述校正因子對(duì)所測(cè)量的正交分量進(jìn)行校正。前面引出的任務(wù)還在具有至少一個(gè)可由介質(zhì)流過(guò)的測(cè)量管、至少一個(gè)振動(dòng)發(fā)生器、至少一個(gè)第一振動(dòng)接收器、至少一個(gè)第二振動(dòng)接收器和具有至少一個(gè)控制和分析單元的科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備方面通過(guò)以下方式解決,即設(shè)置具有n+r個(gè)輸入端和m個(gè)輸出端的復(fù)用裝置,該復(fù)用裝置的n個(gè)輸入端可以被加載n個(gè)初級(jí)信號(hào),該復(fù)用裝置的r個(gè)輸入端可以被加載r個(gè)參考信號(hào),其中m>1,n>1和r>1成立,并且該復(fù)用裝置的m個(gè)輸出端直接或間接地經(jīng)由濾波器裝置與控制和分析單元的輸入端連接,從而經(jīng)由該復(fù)用裝置實(shí)現(xiàn)至少兩個(gè)可切換的測(cè)量通道,其中控制和分析單元被完全具體地設(shè)立為使得在運(yùn)行中執(zhí)行前面描述的方法。該布置使得可以將n個(gè)初級(jí)測(cè)量信號(hào)和r個(gè)參考信號(hào)交替地切換到復(fù)用裝置的m個(gè)輸出端上,其中一個(gè)初級(jí)測(cè)量信號(hào)或一個(gè)參考信號(hào)可以被同時(shí)接通到復(fù)用裝置的不同輸出端上,從而該初級(jí)測(cè)量信號(hào)或該參考信號(hào)經(jīng)由多于一個(gè)的測(cè)量通道傳輸。在此,經(jīng)由不同測(cè)量通道傳輸?shù)南嗤跫?jí)測(cè)量信號(hào)經(jīng)受所參與的測(cè)量通道的相同的不可避免的干擾,也就是例如測(cè)量通道的并聯(lián)型(Gleichtakt-)以及串聯(lián)型干擾(Gegentaktst?rung)。通過(guò)用于運(yùn)行科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備的本發(fā)明方法的其它步驟—所獲得的、所傳輸?shù)某跫?jí)測(cè)量信號(hào)的不同值的平均值形成以及不同初級(jí)測(cè)量信號(hào)的平均值的相減,可以與測(cè)量通道的干擾無(wú)關(guān)地確定所尋找的推導(dǎo)出的次級(jí)參量,特別地是質(zhì)量流。測(cè)量通道和驅(qū)動(dòng)通道的復(fù)用使得既可以將測(cè)量通道和激勵(lì)通道相互平衡又可以無(wú)干擾地確定次級(jí)參量。通道的平衡應(yīng)當(dāng)理解為,如此影響這些通道,使得這些通道具有相同的傳輸行為,也就是導(dǎo)致相同的測(cè)量值,而與從絕對(duì)上來(lái)看是否存在(由于該平衡而相同的)測(cè)量誤差無(wú)關(guān)。如果補(bǔ)償值的確定基于從不同的相平衡的測(cè)量通道獲得的值的差形成和/或商形成,則這些測(cè)量誤差無(wú)論如何都不再起作用。優(yōu)選地,前面所描述的方法與具有至少三個(gè)測(cè)量通道的科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備相關(guān)聯(lián)地被使用。于是總是有兩個(gè)測(cè)量通道可供實(shí)際的測(cè)量使用,而分別剩下的測(cè)量通道可以被識(shí)別。這樣獲得的冗余尤其是還有利于滿足SIL安全要求級(jí)別。附圖說(shuō)明具體地現(xiàn)在存在構(gòu)成和改進(jìn)用于運(yùn)行科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備的本發(fā)明方法以及本發(fā)明科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備的不同可能性。為此參見(jiàn)置于權(quán)利要求1和11之后的權(quán)利要求并且參見(jiàn)結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述。在附圖中:圖1示出本發(fā)明科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備的示意圖以闡述用于運(yùn)行科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備的本發(fā)明方法,圖2示出本發(fā)明科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備的另一示意圖,圖3示出所識(shí)別的測(cè)量通道的振幅特性和相位特性、校正環(huán)節(jié)的頻率特性和測(cè)量通道的經(jīng)過(guò)校正的頻率特性,以及圖4示出用于闡述測(cè)量通道在頻域中的傳輸行為的校正的框圖。具體實(shí)施方式在圖1和2中首先完全示意性地示出科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備1,其具有可由介質(zhì)流過(guò)的測(cè)量管(未示出)和兩個(gè)振動(dòng)發(fā)生器2a,2b以及第一振動(dòng)接收器3a和第二振動(dòng)接收器3b(圖1)。振動(dòng)發(fā)生器2a,2b例如通過(guò)具有永久磁鐵的可通電線圈形成,從而在對(duì)線圈加載電流時(shí)對(duì)測(cè)量管施加力。此外科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備1具有控制和分析單元4,其中通過(guò)控制和分析單元4產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào),這些激勵(lì)信號(hào)分別經(jīng)由激勵(lì)通道Cha1,Cha2輸送給相應(yīng)的振動(dòng)發(fā)生器2a,2b。控制和分析單元4此外還經(jīng)由第一測(cè)量通道Ch1從第一振動(dòng)接收器3a接收第一感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào),并且此外控制和分析單元4經(jīng)由至少一個(gè)第二測(cè)量通道Ch2從第二振動(dòng)接收器3b接收第二感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)。感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)在此是由振動(dòng)接收器3a,3b檢測(cè)的測(cè)量管運(yùn)動(dòng)的速度信號(hào)。在圖1中所示的科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備1的部件當(dāng)前這樣運(yùn)行,使得控制和分析單元4間接地從經(jīng)由測(cè)量通道Ch1,Ch2傳輸?shù)某跫?jí)測(cè)量信號(hào)以比例方式計(jì)算質(zhì)量流量形式的推導(dǎo)出的次級(jí)參量,其中感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)交替地經(jīng)由不同的測(cè)量通道Ch1,Ch2被輸送給控制和分析單元4。然后從經(jīng)由不同的測(cè)量通道Ch1,Ch2獲得的、所傳輸?shù)某跫?jí)測(cè)量信號(hào)的不同值和計(jì)算所傳輸?shù)某跫?jí)測(cè)量信號(hào)的補(bǔ)償值。在此表示經(jīng)由測(cè)量通道Chn獲得和測(cè)量的、感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)的值。于是所計(jì)算的補(bǔ)償值被用作用于計(jì)算推導(dǎo)出的次級(jí)參量,當(dāng)前是質(zhì)量流量的基礎(chǔ)??刂坪头治鰡卧?在當(dāng)前情況下是數(shù)字信號(hào)處理器(DSP),其中不同的、處理信號(hào)的功能單元被集成在一個(gè)組件中。顯然還可以選擇分立的、根據(jù)硬件的結(jié)構(gòu),在本發(fā)明的情況下這并不重要。測(cè)量通道Ch1,Ch2的短期、中期和/或長(zhǎng)期變化的傳輸行為對(duì)于測(cè)量精度的問(wèn)題在根據(jù)方程式觀察測(cè)量路段的情況下變得明顯。測(cè)量通道的傳輸行為變化的原因例如可能在于溫度依賴性,通過(guò)所采用的部件的老化過(guò)程或者通過(guò)傳輸行為的頻率依賴性引起。在圖1所示的實(shí)施例中,測(cè)量管在位置a和b處的速度經(jīng)由兩個(gè)電磁傳感器形式的振動(dòng)接收器3a,3b檢測(cè),并且借助測(cè)量通道Ch1和Ch2利用傳遞函數(shù)和來(lái)測(cè)量。振動(dòng)接收器3a,3b將所檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)—感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)—變形為相應(yīng)的電壓。因此針對(duì)測(cè)量路段的確定方程式如下所示:方程式1在此:表示速度傳感器形式的振動(dòng)接收器3a,3b在測(cè)量管位置a和b處的傳遞函數(shù),表示測(cè)量通道Ch1和Ch2的傳遞函數(shù),表示測(cè)量管在位置a和b處的復(fù)速度,表示振動(dòng)接收器3a,3b的復(fù)電壓,表示測(cè)量管的經(jīng)由測(cè)量通道測(cè)量的速度Va,Vb的復(fù)值,表示激勵(lì)的角頻率。在當(dāng)前的情況下,以與測(cè)量管的第一本質(zhì)形式的固有諧振角頻率相應(yīng)的頻率激勵(lì)測(cè)量管。于是在對(duì)測(cè)量管通電的情況下,自動(dòng)以第二本質(zhì)形式出現(xiàn)測(cè)量管的振動(dòng),其中測(cè)量管的入口側(cè)振動(dòng)和出口側(cè)振動(dòng)依據(jù)質(zhì)量流量而相互有相移,并且在入口側(cè)和出口側(cè)所檢測(cè)的振動(dòng)之間的相移或時(shí)間延遲是用于質(zhì)量流量的直接度量。測(cè)量管的入口側(cè)和出口側(cè)振動(dòng)之間的相位差在復(fù)速度的情況下可以表示為這些復(fù)值參量的差??偟膩?lái)說(shuō),在當(dāng)前的情況下通過(guò)以下關(guān)聯(lián)以比例方式來(lái)計(jì)算質(zhì)量流:方程式2在此是測(cè)量管振動(dòng)的第一本質(zhì)形式的速度,并且是測(cè)量管振動(dòng)的第二本質(zhì)形式的速度。該計(jì)算因此是比例方式的,因?yàn)楦信d趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)之差除以感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)之和,感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)在經(jīng)由測(cè)量通道Ch1,Ch2傳輸時(shí)遭受相同的影響。完全具體地,用于確定質(zhì)量流量的函數(shù)可以如下來(lái)實(shí)現(xiàn),但是在細(xì)節(jié)上它并不重要:其中第一本質(zhì)形式的速度,第二本質(zhì)形式的速度,實(shí)部和虛部,正常模式中的科里奧利系數(shù),測(cè)量管的第二本質(zhì)形式的傳遞函數(shù),以及測(cè)量管半部的與速度成比例的耦合的系數(shù)。隨后為了提高一目了然性忽略復(fù)自變量jω。首先進(jìn)行的觀察針對(duì)以下情況敘述測(cè)量,即兩個(gè)速度信號(hào)中的每一個(gè)經(jīng)由兩個(gè)無(wú)關(guān)的測(cè)量通道中的總是同一個(gè)來(lái)確定,如這也由現(xiàn)有技術(shù)已知;接著首先本發(fā)明所基于的問(wèn)題變得明顯。首先在方程式2中感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)—在測(cè)量管的位置a和b處的實(shí)際測(cè)量管速度—被所測(cè)量的參量所代替,這導(dǎo)致:方程式3簡(jiǎn)化地、但是不限制一般性地假定,兩個(gè)速度傳感器3a,3b的傳遞函數(shù)是相同的,也就是這些傳遞函數(shù)相互平衡,這可以通過(guò)選擇性地選擇振動(dòng)接收器(線圈和磁鐵)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由此成立的是:方程式4此外,當(dāng)兩個(gè)測(cè)量通道Ch1,Ch2的傳輸行為彼此相差時(shí)成立的是:通過(guò)使用方程式4中的該關(guān)聯(lián),導(dǎo)致:方程式5由于測(cè)量通道的傳遞函數(shù)的偏差小于測(cè)量通道的傳遞函數(shù)的相同部分,因此成立的是:方程式6由此可以用下式來(lái)近似描述方程式5:方程式7從上述觀察中得出,測(cè)量的精度直接取決于測(cè)量通道的傳輸行為的相對(duì)偏差,其中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)成立的是:從而開(kāi)頭所提到的所希望的精度不能容易地實(shí)現(xiàn)。這個(gè)問(wèn)題通過(guò)本發(fā)明的和下面描述的方法解決。基本思想首先在于,經(jīng)由無(wú)關(guān)的測(cè)量通道Ch1,Ch2檢測(cè)感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)。在圖1中所示的實(shí)施例中,為了抑制測(cè)量通道Ch1,Ch2對(duì)測(cè)量的影響交錯(cuò)地經(jīng)由兩個(gè)測(cè)量通道Ch1,Ch2來(lái)測(cè)量感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào),從而在預(yù)定義的時(shí)間內(nèi)速度信號(hào)經(jīng)由測(cè)量通道Ch1測(cè)量,并接著經(jīng)由測(cè)量通道Ch2測(cè)量。完全一樣地對(duì)待速度信號(hào),其中優(yōu)選針對(duì)兩個(gè)測(cè)量通道Ch1,Ch2的測(cè)量持續(xù)時(shí)間被選擇得相同。然后考慮這樣獲得的不同的值用于計(jì)算補(bǔ)償值當(dāng)前也就是通過(guò)形成算術(shù)平均值來(lái)計(jì)算。于是對(duì)于第一感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào),也就是速度信號(hào),測(cè)量方程式(方程式8)如下:方程式8相應(yīng)的適用于第二感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào),也就是速度信號(hào)方程式9:方程式9如果現(xiàn)在利用這些補(bǔ)償值根據(jù)方程式2計(jì)算質(zhì)量流,則得到:在若干變形之后最后導(dǎo)致:如果又認(rèn)為兩個(gè)振動(dòng)接收器3a,3b的傳遞函數(shù)通過(guò)選擇性地選擇傳感器元件(線圈和磁鐵)來(lái)得到相互平衡,也就是相同,則得出:方程式10由于簡(jiǎn)化的該可能性,在所示出的實(shí)施例中第一振動(dòng)接收器3a和第二振動(dòng)接收器3b這樣來(lái)實(shí)施,即它們具有相同的機(jī)械和電傳輸行為,從而所述平衡通過(guò)選擇就已經(jīng)引起。由以下關(guān)聯(lián):方程式11方程式12和方程式13由方程式10得出:方程式14由于測(cè)量通道Ch1,Ch2的傳遞函數(shù)的共同部分大于測(cè)量通道的傳遞函數(shù)的偏差,因此成立的是:因此在考慮該關(guān)聯(lián)的條件下,由方程式14得到:方程式15針對(duì)感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)交錯(cuò)地使用測(cè)量通道的結(jié)果(方程式15)與嚴(yán)格使用僅僅一個(gè)測(cè)量通道的結(jié)果之比較表明,通過(guò)相偏差的測(cè)量通道傳遞函數(shù)引起的誤差被顯著減小,也就是被減小倍(reduziertistumdenFaktor)。當(dāng)速度信號(hào)在兩個(gè)交錯(cuò)的測(cè)量周期1和2期間的變化相同或者這些變化根本就非常小時(shí),也就是如果成立,則導(dǎo)致完全與測(cè)量通道的傳輸行為無(wú)關(guān)的質(zhì)量流量測(cè)量:方程式16從而基于測(cè)量參量的質(zhì)量流量實(shí)際上與在使用未受測(cè)量通道影響的和感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)的情況下確定的質(zhì)量流量相應(yīng);于是成立的是:測(cè)量通道的切換在圖1中以及也在圖2中通過(guò)復(fù)用裝置10來(lái)實(shí)現(xiàn),該復(fù)用裝置允許經(jīng)由不同的測(cè)量通道Ch1,Ch2來(lái)引導(dǎo)感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)。在根據(jù)圖1的實(shí)施例中,復(fù)用裝置10由多個(gè)單獨(dú)的復(fù)用器10a,10b,10c,10d組成。測(cè)量周期在圖1和2中所示的利用復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)情況下通過(guò)相應(yīng)的復(fù)用器循環(huán)給定,并且在當(dāng)前情況下在毫秒范圍內(nèi)選擇。由此保證等待復(fù)用器通道的起振時(shí)間并且測(cè)量不由于復(fù)用器通道的動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)特性而失真。等待時(shí)間在當(dāng)前情況下通過(guò)以下方式來(lái)實(shí)現(xiàn),即直接在切換之后不考慮預(yù)定數(shù)量的采樣的測(cè)量值。由方程式15得知,如果速度信號(hào)形式的感興趣的初級(jí)測(cè)量信號(hào)在兩個(gè)交錯(cuò)的測(cè)量周期期間的動(dòng)態(tài)性由過(guò)程決定地是大的(參見(jiàn)確定方程式15中的第二項(xiàng)),則可能形成測(cè)量安全性。為了也能對(duì)付這樣的動(dòng)態(tài)變化,此外還規(guī)定識(shí)別測(cè)量通道Ch1,Ch2的傳遞函數(shù),也即其方式是直接用至少一個(gè)已知的參考信號(hào)來(lái)對(duì)測(cè)量通道Ch1,Ch2加載,和檢測(cè)所加載的測(cè)量通道Ch1,CH2的測(cè)量通道響應(yīng)信號(hào),并且借助已知的參考信號(hào)和借助所檢測(cè)的測(cè)量通道響應(yīng)信號(hào)識(shí)別測(cè)量通道的傳遞函數(shù)。于是,測(cè)量通道Ch1,Ch2的傳遞函數(shù)的識(shí)別使得可以對(duì)測(cè)量通道的實(shí)際傳輸行為進(jìn)行校正。在所示的實(shí)施例中,同樣地對(duì)待激勵(lì)通道的傳遞函數(shù)。因此參考信號(hào)是已知的,因?yàn)樗鼈冇煽刂坪头治鰡卧?生成和輸出。作為參考信號(hào)例如可以使用該當(dāng)前的驅(qū)動(dòng)信號(hào)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào),其實(shí)際上具有保持相同的頻率和振幅。當(dāng)事先存在關(guān)于通道傳輸行為的足夠知識(shí)時(shí),由此獲得的信息對(duì)于識(shí)別來(lái)說(shuō)可能是足夠的。測(cè)量通道Ch1,Ch2的傳輸行為以及激勵(lì)通道Cha1,Cha2的傳遞函數(shù)的識(shí)別當(dāng)前通過(guò)利用正弦形參考信號(hào)在改變頻率和振幅的條件下激勵(lì)測(cè)量通道或激勵(lì)通道來(lái)進(jìn)行,從而測(cè)量通道Ch1,Ch2和激勵(lì)通道Cha1,Cha2的頻率特性可以被確定。下面以測(cè)量通道Ch1為例闡述測(cè)量通道的識(shí)別和校正。在識(shí)別的情況下,基于下面以頻率f作為參數(shù)的測(cè)量通道Ch1的傳遞函數(shù):在此參照?qǐng)D1測(cè)量通道Ch1的傳遞函數(shù)由復(fù)用器10a、測(cè)量放大器11a和A/D轉(zhuǎn)換器12a的子傳遞函數(shù)組成。是在D/A轉(zhuǎn)換器13a的輸出端處的參考電壓并且假定為已知的,從而在絕對(duì)識(shí)別驅(qū)動(dòng)通道和測(cè)量通道的情況下維持D/A轉(zhuǎn)換器的傳遞函數(shù)的不確定性,但是在驅(qū)動(dòng)通道和測(cè)量通道相互平衡的情況下所述不確定性變得失效。在圖3a中示出測(cè)量通道Ch1的所測(cè)量的振幅特性、校正器振幅特性和經(jīng)校正的振幅特性,并且在圖3b中示出測(cè)量通道Ch1的所測(cè)量的相位特性、校正器相位特性和經(jīng)校正的相位特性??梢匀菀椎乜闯?,通過(guò)所進(jìn)行的校正,測(cè)量通道Ch1的傳輸行為實(shí)際上已被中性化,該測(cè)量通道既不導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)的數(shù)值上的變化也不導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)的相位變化。該校正在所示的實(shí)施例中在頻域中執(zhí)行并且在圖4中借助方框簡(jiǎn)圖示意性地說(shuō)明。在框中,測(cè)量通道Chx的振幅特性被存放為解析函數(shù),當(dāng)前作為頻率的三階多項(xiàng)式。在其它實(shí)施例中,測(cè)量通道CH1的振幅特性被作為表格來(lái)存儲(chǔ)。在框中,相應(yīng)地存放測(cè)量通道Chx的相位特性。在接下來(lái)的框中,對(duì)于當(dāng)前的激勵(lì)頻率的頻率特性求逆,并且形成由該求逆得出的相位的余弦和正弦函數(shù)。由此借助求逆的振幅特性計(jì)算兩個(gè)校正因子,分別一個(gè)針對(duì)實(shí)部并且一個(gè)針對(duì)虛部,并且利用這些校正因子對(duì)測(cè)量通道Chx的當(dāng)前測(cè)量的實(shí)部和當(dāng)前測(cè)量的虛部進(jìn)行校正。該校正或平衡可以相應(yīng)地針對(duì)所有激勵(lì)通道和測(cè)量通道來(lái)執(zhí)行。在當(dāng)前的情況下通過(guò)以下多項(xiàng)式來(lái)描述振幅特性:。經(jīng)校正的振幅在特定頻率f的情況下由所測(cè)量的振幅與之商得出。此外在當(dāng)前的情況下通過(guò)以下多項(xiàng)式來(lái)描述相位特性:其中經(jīng)校正的相位由所測(cè)量的相位與之差得出。下面示范性地針對(duì)激勵(lì)通道Cha2闡述激勵(lì)通道Cha1,Cha2的識(shí)別和校正或平衡。激勵(lì)通道Cha2由以下傳遞函數(shù)組成(圖1):D/A轉(zhuǎn)換器13a的傳遞函數(shù),功率放大器14的傳遞函數(shù),驅(qū)動(dòng)線圈2a的傳遞函數(shù),用于驅(qū)動(dòng)電流的測(cè)量電阻15的傳遞函數(shù),以及用于測(cè)量驅(qū)動(dòng)線圈上的電壓的分壓器16的傳遞函數(shù)。假定通過(guò)驅(qū)動(dòng)線圈2a的電流經(jīng)由精密電阻15上的電壓降來(lái)測(cè)量,從而傳遞函數(shù)可以被描述為P環(huán)節(jié),該P(yáng)環(huán)節(jié)的比例因子是已知的。這意味著:。此外假定,驅(qū)動(dòng)線圈2a—振動(dòng)發(fā)生器2a—上的電壓經(jīng)由精密分壓器16來(lái)測(cè)量,該精密分壓器16的傳遞函數(shù)同樣具有P行為并且其放大因子是已知的。因此成立的是:。由此激勵(lì)通道Gha2的識(shí)別簡(jiǎn)化成傳遞函數(shù)和的識(shí)別。為了確定這些傳遞函數(shù),根據(jù)圖1可以列出以下關(guān)系:復(fù)參量是在D/A轉(zhuǎn)換器13a的輸入端處的、經(jīng)由DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)形式的控制和分析單元4生成的已知值,并且復(fù)參量是在控制和分析單元4的測(cè)量輸入端處的、測(cè)量并由此已知的復(fù)值。在上述方程式的若干變形之后得到下式,其中自變量f出于一目了然性原因又被忽略:由此功率放大器14的傳遞函數(shù)以及驅(qū)動(dòng)線圈形式的振動(dòng)發(fā)生器2a的傳遞函數(shù)可以得到確定。激勵(lì)通道Cha1,Cha2的識(shí)別當(dāng)前既可以在實(shí)際測(cè)量運(yùn)行之前又可以在質(zhì)量流量設(shè)備1的使用期間執(zhí)行。在此,激勵(lì)通道Cha1,Cha2的傳遞函數(shù)的識(shí)別和校正在測(cè)量運(yùn)行之前執(zhí)行。于是在運(yùn)行中相應(yīng)地僅測(cè)量和校正在離散頻率的情況下激勵(lì)通道Cha1,Cha2的傳遞函數(shù)的變化。在其它實(shí)現(xiàn)的情況下,在離散頻率的情況下測(cè)量激勵(lì)通道在測(cè)量運(yùn)行期間的變化并且識(shí)別例如驅(qū)動(dòng)線圈2a,2b的電阻的預(yù)定參數(shù)。然后將它們與預(yù)定極限值進(jìn)行比較,并且在超出或低于極限值的情況下引入預(yù)定的措施。屬于這些措施例如有激勵(lì)通道Cha1,Cha2的重新識(shí)別和校正和/或誤差通知。激勵(lì)通道Cha1,Cha2的頻率特性的檢測(cè)以及傳輸行為的校正或其平衡根據(jù)在測(cè)量通道Ch1,Ch2情況下闡述的做法進(jìn)行。激勵(lì)通道Cha1,Cha2的識(shí)別可以用不同的頻率來(lái)進(jìn)行,這些頻率也不與激勵(lì)頻率一致。激勵(lì)通道Cha1,Cha2的識(shí)別用于對(duì)激勵(lì)通道Cha1,Cha2的影響進(jìn)行補(bǔ)償。由此一方面可以與激勵(lì)通道Cha1,Cha2的特性無(wú)關(guān)地確定測(cè)量管的參數(shù),并且另一方面可以準(zhǔn)確地駛近優(yōu)選的工作點(diǎn)并保持所述優(yōu)選的工作點(diǎn)。工作點(diǎn)的精確調(diào)整例如對(duì)于用科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備執(zhí)行的密度測(cè)量的精度和對(duì)于在流量測(cè)量時(shí)獲得良好的信噪比是有利的。最后在圖2中示意性地示出用于執(zhí)行上述方法的另一科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備1,其中科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備1又具有可由介質(zhì)流過(guò)的測(cè)量管、振動(dòng)發(fā)生器、第一振動(dòng)接收器、第二振動(dòng)接收器和控制和分析單元4,以及有(n+r)個(gè)輸入端和m個(gè)輸出端的復(fù)用裝置10,其中可以用n個(gè)初級(jí)信號(hào)對(duì)復(fù)用裝置10的n個(gè)輸入端加載,和可以用r個(gè)參考信號(hào)對(duì)復(fù)用裝置10的r個(gè)輸入端加載,其中m>1,n>1和r>1成立,并且其中復(fù)用裝置的m個(gè)輸出端直接或間接經(jīng)由濾波器裝置20與控制和分析單元4的輸入端連接,以及其中控制和分析單元4完全具體地被設(shè)立和編程為使得在運(yùn)行中執(zhí)行前面闡述的方法。復(fù)用裝置10的使用允許實(shí)現(xiàn)多個(gè)(未在圖2中詳細(xì)示出,但是在圖1中已經(jīng)示出和闡述的)測(cè)量通道(Ch1,Ch2,Chn),這些測(cè)量通道由于復(fù)用裝置10的功能而可以被切換。在根據(jù)圖1的科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量設(shè)備1中,復(fù)用裝置1由多個(gè)單獨(dú)的復(fù)用器10a,10b,10c,10d實(shí)現(xiàn),從而為了一方面實(shí)現(xiàn)測(cè)量通道Ch1,Ch2,Chn和為了實(shí)現(xiàn)激勵(lì)通道Cha1,Cha2,Chan而設(shè)置單獨(dú)的復(fù)用器,這使得可以在不同強(qiáng)烈的和不同有噪聲(verrauscht)的信號(hào)之間實(shí)現(xiàn)干凈的分離。
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