【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电子振动测量系统
[0001]本专利技术涉及一种电子振动测量系统，其由振动型换能器和与其电连接的测量系统电子单元形成，特别是科里奥利质量流量测量设备或科里奥利质量流量/密度测量设备，用于测量和/或监测流动的被测物质(特别是即气体、液体或分散体)的至少一个被测变量。被测变量可以是相应被测物质的时变流动参数，例如质量流量、体积流量或流率和/或时变物质参数，例如，密度和/或粘度。这种测量系统，通常被设计为紧凑设计的在线测量设备，长期以来是已知的，并且已经在工业用途中证明其自身，特别是在自动化生产
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工程生产或过程系统的管制和监测领域中，或者在货物运输的转运站领域中，其也可能经受校准。所讨论类型的电子振动测量系统及它们的用途的示例例如描述于EP
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A317 340、EP
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A 816 807、JP
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A 8
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136311、JP
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A 9
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015015、US
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A 2003/0154804、US
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A 2005/0125167、US
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A 2006/0000293、US
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A 2006/0112774、US
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A 2006/0266129、US
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A 2007/0062308、US
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A 2007/0113678、US
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A 2007/0119264、US
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电子振动测量系统，特别是科里奥利质量流量测量设备或科里奥利质量流量/密度测量设备，用于测量和/或监测至少一个被测变量，特别是流动参数，即特别是质量流量和/或体积流量和/或流率，和/或物质参数，即特别是流体被测物质(特别是气体、液体或分散体)的密度和/或粘度，所述测量系统特别地被设计为在线测量设备和/或紧凑设计的测量设备，包括：
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换能器(10)
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具有管组件，所述管组件用于传导流动的被测物质，
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具有激励器组件，所述激励器组件用于将电功率转换成用于激励和维持所述管组件的强制机械振动的机械功率；
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以及具有传感器组件，所述传感器组件用于检测所述管组件的机械振动以及用于提供分别表示所述管组件的振动运动的振动测量信号；
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以及测量系统电子单元(20)，所述测量系统电子单元(20)特别是通过电连接线电耦合到所述换能器(10)，即，电耦合到所述换能器(10)的激励器组件和所述换能器(10)的传感器组件两者，并且特别是通过至少一个微处理器形成和/或布置在电子保护壳体中，以用于控制所述换能器以及用于评估由所述换能器提供的振动测量信号；
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其中，所述管组件具有至少一个管(111)，所述至少一个管(111)特别地是至少部分弯曲的和/或至少部分直的和/或是第一管，
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所述管从第一管端延伸到第二管端，其中管长度特别地大于100mm，并且具有管腔，所述管腔由管壁(例如金属管壁)包围，并且从所述第一管端延伸到所述第二管端，
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以及所述管被配置成由所述被测物质至少在从所述第一管端到所述第二管端的流动方向上穿过，并且同时被允许振动，
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并且其中，所述管中固有的是分别具有相关联的共振频率(f1、f2、
…
、fx)的多个振动模式(自然振动形式)，在所述模式中，所述管能够执行分别具有一个或多个振动波腹和两个或更多个振动节点的振动运动，使得：
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在基本振动模式，即一阶振动模式(f1模式)，即特别是一阶弯曲振动模式中所述管的振动运动具有恰好一个振动波腹和两个振动节点，
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以及在谐波模式，即二阶或更高阶振动模式(f2模式、...、fx模式)，即特别是二阶或更高阶弯曲振动模式中所述管的振动运动具有两个或更多个振动波腹和三个或更多个振动节点；
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其中，所述激励器组件具有振动激励器(31)，特别是电动力学振动激励器，
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所述振动激励器(31)机械地连接到所述管；
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并且所述振动激励器(31)被配置成将具有时变电流的电功率转换成机械功率，使得在通过所述振动激励器在与所述振动激励器机械连接的所述管上形成的驱动点处，时变驱动力作用在所述管上，特别是使得所述驱动力的作用线垂直于所述管的驱动横截面区域的法线，
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其中，所述振动激励器(31)被定位和对准，使得由穿过所述驱动点的所述管的假想圆周线围绕的所述管的驱动横截面区域与特别是在完好或原始换能器的情况下确定的所述至少一个管的指定参考横截面区域之间的驱动偏移(ΔE)，即最小距离，不大于3mm(例如，小于2mm)和/或小于所述管长度的0.5％(即，特别是小于所述管长度的0.2％，即，特别
是在完好或原始换能器的情况下等于零)，其中，所述振动运动的在(偏离所述一阶振动模式的)(二阶或更高阶)振动模式中所述至少一个管的振动运动的两个振动波腹之间形成的并且特别是(标称地)位于所述管长度的一半处的振动节点位于所述参考横截面区域内，
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并且其中，所述测量系统电子单元(20)被配置成激励所述振动激励器(31)，即，通过具有时变电流的电驱动信号(e1)将电功率馈送到所述振动激励器(31)中，使得所述管以由所述驱动信号(e1)指定的一个或多个振动频率执行强制机械振动，特别是弯曲振动；
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其中，所述传感器组件具有第一振动传感器，特别是电动力学或光学第一振动传感器，
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所述第一振动传感器特别地在所述流动方向上距所述振动激励器大于10mm和/或大于所述管长度的五分之一的距离处被定位在所述管上，即特别地至少部分地机械连接到所述管，
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以及所述第一振动传感器被配置成检测所述管的振动运动以及将它们转换成表示所述振动运动的第一振动测量信号，特别是电或光学第一振动测量信号，特别是使得所述第一振动测量信号包含一个或多个正弦信号分量，所述一个或多个正弦信号分量分别具有与所述管的振动运动的振动频率相对应的频率，
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其中，所述传感器组件具有至少一个第二振动传感器，特别是电动力学或光学第二振动传感器，
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所述第二振动传感器特别地在所述流动方向上距所述振动激励器大于10mm和/或大于所述管长度的五分之一的距离处和/或在所述流动方向上距所述第一振动传感器一定距离处被定位在所述管上，即特别地至少部分地机械连接到所述管，
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以及所述第二振动传感器被配置成检测所述管的振动运动并将它们转换成表示所述振动运动的第二振动测量信号，特别是电或光学第二振动测量信号，特别是使得所述第二振动测量信号包含一个或多个正弦信号分量，所述一个或多个正弦信号分量分别具有与所述管的振动运动的振动频率相对应的频率，
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并且其中，所述测量系统电子单元被配置成接收和评估所述第一振动测量信号和第二振动测量信号，即特别是确定和输出表示所述至少一个被测变量的测量值；
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其中，所述测量系统电子单元被配置成：
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至少间歇地提供含有具有第一(AC)频率的正弦第一(有用)电流(eN1)的驱动信号(e1)，使得
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所述管以第一有用频率(即，对应于所述第一(AC)频率的(振动)频率)至少部分地，特别是主要地执行第一有用振动，即，由所述(激励的)振动激励器强制的机械振动，特别是使得所述第一有用频率偏离所述基本振动模式的共振频率f1小于所述共振频率f1的1％和/或小于1Hz，和/或所述第一有用频率偏离所述二阶振动模式的共振频率f2大于所述共振频率f2的5％和/或大于10Hz，和/或所述第一有用振动适合于在流动的被测物质中引起取决于所述质量流量的科里奥利力，
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并且所述第一振动信号和第二振动信号(s1；s2)中的每一个分别具有第一有用信号分量(s1N1；s2N1)，即具有与所述第一有用频率对应的(信号)频率的正弦信号分量，
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以及至少基于所述第一有用信号分量(s1N1；s2N1)，特别是基于它们的(信号)频率和/或基于所述第一有用信号分量(s1N1；s2N1)中的至少一个的幅度和/或基于所述第一有
用信号分量(s1N1；s2N1)中的至少一个的相位角，来确定表示所述至少一个被测变量的测量值，特别是表示所述被测物质的所述质量流量的质量流量测量值和/或表示所述被测物质的所述密度的密度测量值；
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并且其中，所述测量系统电子器件被配置成：
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至少间歇地，特别是在持续不小于1s(秒)和/或时间受限和/或循环启动的测试间隔期间，提供含有具有第二(AC)频率的正弦第二(有用)电流(eN2)的所述驱动信号(e1)，使得
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所述第二(AC)频率，特别是针对两个或更多个振动周期和/或大于10ms的周期，与所述二阶振动模式的共振频率f2偏离小于所述共振频率f2的1％，特别是小于0.1％，和/或小于1Hz，特别是小于0.1Hz，
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以及所述管至少部分地，特别是与所述第一有用振动同时地和/或固定地，即针对两个或更多个振动周期和/或大于10ms的周期，执行具有恒定的非零振动幅度的第二有用振动，即由所述(激励的)振动激励器以第二有用频率(即对应于所述第二(AC)频率的(振动)频率)强制的机械振动，由此所述第一振动信号和第二振动信号中的每一个分别具有第二有用信号分量(s1N2；s2N2)，即，具有对应于所述第二有用频率的(信号)频率的正弦信号分量，
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以及基于所述第二有用信号分量(s1N2；s2N2)中的至少一个，特别是基于其(信号)频率，和/或基于所述第二有用信号分量(s1N2)中的至少一个的(信号)幅度，和/或基于所述第二有用信号分量(s1N2)中的至少一个的相位角，
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以监测所述被测物质的质量，即，特别地，确定所述被测物质的故障是否存在，即，所述被测物质的一个或多个物质参数的不期望的变化是否存在。2.根据前述权利要求中的一项所述的测量系统，
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其中，所述测量系统电子单元被配置成用于基于所述第二有用信号分量(s1N2；s2N2)，特别是基于所述第二有用信号分量(s1N2；s2N2)和所述第一有用信号分量(s1N1；s2N1)两者来监测所述被测物质的质量，以确定是否存在所述被测物质的故障和/或存在多大程度的所述被测物质的故障，特别是由于所述被测物质的(不期望的)分离和/或由于所述被测物质的(不期望的)加载一种或多种外来物质；和/或
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其中，所述测量系统电子单元被配置成确定由于所述被测物质的故障，在所述测量值的确定中是否存在测量误差和/或存在多大程度的测量误差。3.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述第一有用频率偏离所述基本振动模式的共振频率f1小于所述共振频率f1的1％和/或小于1Hz。4.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述第一有用频率偏离所述至少一个管中固有的三阶振动模式(即，特别是三阶弯曲振动模式)的共振频率fr3小于所述共振频率fr3的1％，和/或小于1Hz，即，特别地对应于所述共振频率fr3，在所述三阶振动模式中，所述管的振动运动具有恰好三个振动波腹和两个振动节点。5.根据前述权利要求所述的测量系统，其中，在所述三阶振动模式中所述至少一个管的振动运动的第一振动节点位于所述第一管端中，并且所述三阶振动模式的第二振动节点位于所述第二管端中。6.根据前述权利要求中的一项所述的测量系统，其中，所述谐波模式对应于二阶振动模式(f2模式)，即，特别是二阶弯曲振动模式，在所述二阶振动模式中，所述管的振动运动
具有恰好两个振动波腹和三个振动节点。7.根据前述权利要求所述的测量系统，
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其中，所述振动运动的在二阶振动模式中所述至少一个管的振动运动的两个振动波腹之间形成的特别是(标称地)位于所述管长度的一半处的振动节点位于所述参考横截面区域内；
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和/或其中，所述至少一个管的垂直于在所述二阶振动模式中所述管的振动运动的振动方向的主惯性轴位于所述至少一个管的所述参考横截面区域内。8.根据前述权利要求中的一项所述的测量系统，
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其中，所述驱动偏移对应于所述管的所述驱动横截面区域的区域质心(中心点)与所述至少一个管的所述参考横截面区域的区域质心(中心点)之间的距离；和/或
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其中，所述驱动力的作用线垂直于所述管的所述驱动横截面区域的法线；和/或
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其中，所述至少一个管的两个相互正交的对称平面的相交线在所述参考横截面区域内；和/或
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其中，所述至少一个管的垂直于所述驱动力的主惯性轴在所述至少一个管的所述参考横截面区域内。9.根据前述权利要求中的一项所述的测量系统，
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其中，所述测量系统电子单元被配置成至少间歇地与所述第一(有用)电流同时提供所述驱动信号(e1)的所述第二有用电流，特别地使得所述第一(有用)电流的幅度被调整为不小于所述第二(有用)电流的幅度和/或使得所述第二(有用)电流的幅度被调整为大于所述第一(有用)电流的幅度的40％，特别地不小于所述第一(有用)电流的幅度的50％；和/或
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其中，所述测量系统电子单元被配置成根据所述第一(AC)频率来调整所述第二(AC)频率，特别是使得所述第二(AC)频率在频率设置间隔内，所述频率设置间隔的间隔上限和/或间隔下限和/或中心频率对应于所述第一(AC)频率的指定倍数，即，特别地，所述第一(AC)频率的对应于大于所述第一(AC)频率的230％和/或小于所述第一(AC)频率的300％的倍数。10.根据前述权利要求中的一项所述的测量系统，
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其中，所述测量系统电子单元具有用于调整所述第一(AC)频率的第一锁相环(PLL1)，特别是数字第一锁相环，
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并且其中，所述测量系统电子单元具有用于调整所述第二(AC)频率的第二锁相环(PLL2)，特别是数字第二锁相环。11.根据前述权利要求所述的测量系统，其中，所述测量系统电子单元被配置成通过所述第一锁相环(PLL1)的至少一个输出信号，特别是所述第一锁相环(PLL1)的环路滤波器的输出信号和/或基于所述第一(AC)频率来调整所述第二锁相环(PLL2)的捕获范围。12.根据前述权利要求中的一项所述的测量系统，
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其中，所述测量系统电子单元被配置成确定对应于所述第一有用信号分量(s1N1)中的一个的(信号)幅度(特别是所述第一有用信号分量(s1N1；s2N1)的(信号)幅度的差)的所述第一有用振动的(模态)偏转，即，特别是基于所述振动测量信号中的至少一个来确定表示所述第一有用振动的偏转的偏转值；和/或
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其中，所述测量系统电子单元被配置成确定对应于所述第二有用信号分量(s1N1)中
的一个的(信号)幅度(特别是所述第二有用信号分量(s1N1；s2N1)的(信号)幅度的差)的所述第一有用振动的(模态)偏转，即，特别地基于所述振动测量信号中的至少一个来确定表示所述第二有用振动的偏转的偏转值；和/或
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其中，所述测量系统电子单元被配置成确定对应于所述第一有用振动的(模态)偏转与所述第二有用振动的(模态)偏转的比的偏转比x1/x2，即，特别地基于所述振动测量信号中的至少一个来确定表示所述偏转比x1/x2的偏转比值。13.根据前述权利要求中的一项所述的测量系统，
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其中，所述测量系统电子单元被配置成确定所述第一有用振动的(模态)阻尼，所述第一有用振动的(模态)阻尼对应于所述第一有用信号分量(s1N1)中的一个的(信号)幅度(特别是所述第一有用信号分量(s1N1；s2N1)的(信号)幅度的和或差)与所述第一(有用)电流(eN1)的(信号)幅度的比，即，特别地基于所述驱动信号和至少一个所述振动测量信号来确定表示所述第一有用振动的阻尼的阻尼值；和/或
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其中，所述测量系统电子单元被配置成确定所述第二有用振动的(模态)阻尼，所述第二有用振动的(模态)阻尼对应于所述第二有用信号分量(s1N2)中的一个的(信号)幅度(特别是所述第二有用信号分量(s1N2、s2N2)的(信号)幅度的和或差)与所述第二(有用)电流(eN2)的(信号)幅度的比，即，特别地基于所述驱动信号和至少一个所述振动测量信号来确定表示所述第二有用振动的阻尼的阻尼值；和/或
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其中，所述测量系统电子单元被配置成确定对应于所述第一有用振动的(模态)阻尼与所述第二有用振动的(模态)阻尼的比的阻尼比d1/d2，即，特别地基于所述驱动信号和/或至少一个所述振动测量信号来确定表示所述阻尼比d1/d2的阻尼比值。14.根据前述权利要求中的一项所述的测量系统，其中，所述测量系统电子单元被配置成基于所述驱动信号和至少一个所述振动测量信号来确定表示所述第二有用振动的(模态)阻尼的阻尼值，即，特别是将所述阻尼值中的一个或多个阻尼值与预先为其确定的参考值(阻尼参考值)进行比较。15.根据前述权利要求所述的测量系统，
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其中，所述测量系统电子单元被配置成为了监测所述被测物质的质量，将所述阻尼值中的一个或多个阻尼值与预先或通过完好的测量系统而为其确定的至少一个参考值(阻尼参考值)进行比较，并且特别地还被配置成在所述阻尼值中的一个或多个阻尼值与所述参考值偏离的情况下输出表示这一点的消息，特别地，被声明为(故障)警报的消息；和/或
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其中，所述测量系统电子单元被配置成为了监测所述被测物质的质量，基于所述阻尼值中的若干阻尼值来确定所述第二有用振动的阻尼的时间变化，即特别是变化趋势和/或变化率和/或变化速度，即特别是在所述第二有用振动的阻尼减小的情况下，确定增加的故障和/或输出表示故障的增加的消息，特别是被声明为(故障)警报的消息；和/或
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其中，所述测量系统电子单元被配置成基于多个阻尼值来确定并且特别地还输出用于所述至少一个管的所述第二有用振动的阻尼的散布度量，特别是经验方差和/或跨度，和/或为了监测所述被测物质的质量，将所述散布度量与为其指定的一个或多个参考值进行比较。16.根据前述权利要求中的一项所述的测量系统，
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其中，所述测量系统电子单元被配置成确定所述至少一个管的第一振动模式的共振
频率f1，即，特别地基于所述驱动信号和/或至少一个所述振动测量信号来确定表示共振频率f1的频率值；和/或
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其中，所述测量系统电子单元被配置成确定所述至少一个管的第二振动模式的共振频率f2，即，特别地基于所述驱动信号和/或至少一个所述振动测量信号来确定表示共振频率f2的频率值；和/或
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其中，所述测量系统电子单元被配置成确定对应于所述至少一个管的第一振动模式的共振频率f1与所述至少一个管的第二振动模式的共振频率f2的比的共振频率比f1/f2，即，特别地，基于所述驱动信号的第一和第二(AC)频率和/或基于所述振动测量信号中的至少一个的所述第一有用信号分量和第二有用信号分量(s1N1、s1N2；s2N1、s2N2)的信号频率来确定表示所述共振频率比f1/f2的频率比值。17.根据前述权利要求中的一项所述的测量系统，其中，所述测量系统电子单元被配置成基于所述驱动信号和/或至少一个所述振动测量信号来确定表示所述至少一个管的第二振动模式的共振频率f2的频率值，即，特别是将所述频率值中的一个或多个与为其指定的一个或多个参考值进行比较，和/或使用若干所述频率值来确定用于所述至少一个管的第二振动模式的共振频率f2的散布度量。18.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔，
申请(专利权)人：恩德斯豪斯流量技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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