CN101203733A - 科里奥利流量计以及用于流量测量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种科里奥利流量计，其包括：至少一条测量管(3)，其在测量操作期间被激励振荡并且流量要被测量的介质流经其中；第一和第二传感器(21，23)，用于检测测量管(3)的依赖于流量的振荡并用于产生第一和第二传感器信号(S1，S2)；和两条分离的信号处理支路(37，39)。本发明还涉及一种流量测量方法。本发明的流量计或方法能够实现高测量精度，其中将参考信号(R)叠加到第一或第二传感器信号(S1，S2)上，由叠加形成的辅助信号(H)流经两条信号处理支路(37，39)，以及由在第一信号处理支路(37)输出端出现的第一信号(S_Δ)滤波得到第一处理参考信号(R1)并由在第二信号处理支路(39)输出端出现的第二信号(S_∑)滤波得到第二处理参考信号(R2)，以及基于处理参考信号(R1，R2)确定信号处理支路(37，39)的增益比(V)。

Description

科里奥利流量计以及用于流量测量的方法

技术领域

本发明涉及一种科里奥利流量计以及用于流量测量的方法。

背景技术

科里奥利流量计在工业检测技术中用于在一段管道中检测介质流量，例如液体或气体。

科里奥利流量计使用一个测量管，该测量管在测量期间安装于一段管道中，使得介质流经该测量管。测量管被引起振荡。测量管的振荡会受到流经其的液体影响。测量管和流体一起形成一个振荡系统，通常被激励到它的共振频率。其导致的测量管的振荡运动通常被置于测量管的两个振荡传感器记录。这些振荡传感器的传感器信号被信号处理器记录及处理。由处理的传感器信号确定流量。传感器信号的频率等于测量管的振荡频率。然而，它们彼此发生相移。相移是流过测量管的介质的流率的量度。

图1显示了科里奥利流量计测量变送器，例如在EP A1 1 298 421所描述。

测量变送器1置于管道中的测量操作单元中，介质流过管道，其流量将被测量。测量变送器1有一个单一的直的测量管3，通过一个连接在法兰7的端板5安装于入口，以及通过一个连接在法兰11的端板9安装于出口.法兰7，11和端板5，9被固定于支承管13上面或者里面。

下述的本发明不仅限于这种特别的含有单一的直的测量管3的测量变送器1。它还可以用于与其它已知的测量变送器相连。还将被提到有：例如在EP-A 97810559所描述的，包含悬臂质量的测量管的测量变送器，例如在EP-A 96 10 942所描述的，有一个弯曲的测量管的测量变送器，例如在US-A 4,793,191或US-A 4,127,028所描述的，有两个平行的直的或弯曲的测量管的测量变送器。

测量管3在测量操作期间被激励振荡。为产生测量管振荡，振荡激励器15在测量管3上设置于两个端板5，9间的中间。

适合的振荡激励器15如电磁马达由永磁体17和线圈19构成。线圈19被紧固在支撑管13上，永磁体17被紧固在测量管3上。测量管3在绘图平面中分布的弯曲振荡的振幅和频率可以通过线圈19中的电流控制。优选以共振产生振荡。

当介质流过测量管3时，科里奥利力在绘图平面上产生。科里奥利力导致并不是沿测量管3的所有点都是同相的。测量管3的振荡被利用第一和第二传感器21，23检测。传感器21，23优选相对于振荡激励器15对称设置。适用作传感器21，23的例如是电磁变换器，其包含紧固在支承管13上的线圈25，27和安装在测量管3上的永磁体29。测量管3的运动导致线圈25，27中的永磁体29的运动，从而在各自的线圈25，27中引起感生电压。感生电压可以通过线圈25，27引出，并且作为传感器21，23产生的第一和第二模拟传感器信号S1，S2。两个传感器信号S1，S2有同样的频率f_s并且彼此相移。传感器信号S1，S2间的相位差是流量的量度。频率f_s通常在几百赫兹的数量级。

图2通过示例显示了可能的信号处理器的形式，例如已在当今使用的科里奥利流量计。

在这种情况中，传感器信号S1，S2被模拟地预处理，然后数字化，然后流量就被数字化地确定下来。

传感器信号S1，S2通过阻抗变换器31送入到前置放大器33，35，其增益g比如说g＝1。前置放大器35将进入的第二传感器信号S2按可选的但是固定的增益g_v2放大，g_v2通常在3到10之间。前置放大器33的增益为g_v1。第一传感器信号S1经历的增益g_v1由前置放大器33微调，使得两个传感器信号S1，S2的差中涉及传感器信号S1，S2工作频率上的幅度差异的部分消失。然后，被前置放大的传感器信号S1，S2具有相同的幅度并且相位依赖于流量而不同。

下面的已描述的预处理电路是第一和第二信号处理支路37，39。第一信号处理支路37包括一个差分放大器41，其输入是经过阻抗变换和前置放大的传感器信号S1，S2。差分放大器41通常有一个两位数的增益g_Δ，例如g_Δ＝27。在输出侧，第一测量信号U_Δ对应着传感器信号S1，S2的放大差异。第一测量信号U_Δ在第一信号处理支路37中，通过模/数转换器A/D_Δ转换为数字量，在第一信号处理支路37，然后通过例如接口43输入数字信号处理器45。在这种情况中模/数转换器A/D_Δ的增益g_A/DΔ不为1。

第二信号处理支路39包括加法器47，其输入是阻抗转换的，前置放大的传感器信号S1，S2。加法器47通常的增益g_∑＝1。在输出侧，第二测量信号U_∑对应着传感器信号S1，S2的加和。第二测量信号U_∑然后在第二信号处理支路39中，通过模/数转换器A/D_∑转换为数字量，然后通过例如接口43输入数字信号处理器45。在这种情况汇中，模/数转换器A/D_∑的增益g_A/D∑也不为1。

在传感器信号S1，S2间测量的相角没有超出几十毫弧度的情况下，增加部分可以被忽略，不会产生严重错误。在这种情况中第二信号处理支路39有增益为g_∑的的放大器，例如g_∑＝2，代替加法器47，并且第二测量信号U_∑可以对应于经放大的第二传感器信号S2。图2中虚线表示不再使用传感器信号S1，S2的和。

在数字信号处理器45中，第二测量信号U_∑的大小以及第一测量信号U_Δ的实部Re(U_Δ)和虚部Im(U_Δ)被确定。第一测量信号U_Δ的实部Re(U_Δ)通过可控的放大因子g_v1控制到0。最后，流量M通过数字信号处理器45来确定。例如通过以下公式，可以计算出来：

$M=k\frac{\mathrm{Im}\left(U_{\mathrm{\Δ}}\right)g_{\mathrm{\Σ}}{g}_{\mathrm{AD\Σ}}}{\left|U_{\mathrm{\Σ}}\right|f_S{g}_{\mathrm{\Δ}}{g}_{\mathrm{AD\Δ}}}$

其中  k是比例常数，以及

f_s是传感器信号的频率

在这种情况中，第一和第二信号支路37，39的独立元件的增益g_Σ、g_ADΣ、g_Δ、g_ADΔ直接影响计算的流量M。如果假设这些增益恒定，那么就充分地暗示了要调整和保存这些常数，例如通过校准，使得在流量M的计算中，上面公式的总增益被正规化为1。

研究表明，当第一和第二信号处理支路37，39的增益之比没有变化时，就足够了。当比例变化时，比如，因为一个或者多个元件的增益例如在时间和温度上发生漂移时，将影响在确定流量M时的测量精度，这通常可以通过复杂的校准而得到减少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种科里奥利流量计，其可以实现高测量精度。

为此，本发明在于一种科里奥利流量计，其具有：

-至少一个测量管，其在操作期间被激励振荡并且由介质流过，该介质的流量要被测量；

-第一和第二传感器，用于检测测量管依赖于流量的振荡，并用于产生第一和第二传感器信号；

-参考信号发生器，其在第二传感器信号上叠加一个参考信号；

-第一信号处理支路；

--其基于第一传感器信号和在第二传感器信号上叠加参考信号所形成的辅助信号，产生并处理第一信号，该第一信号对应于第一传感器信号和辅助信号的差；

-第二信号处理支路，其基于辅助信号或基于第一传感器信号和辅助信号，产生并处理第二信号；

-两组各两个滤波器，第一组用于将处理的第一信号滤波为处理的第一参考信号以及对应于传感器信号之差的第一测量信号；第二组用于将处理的第二信号滤波为处理的第二参考信号和第二测量信号；

-用于基于第一和第二处理的参考信号，确定第一和第二信号处理支路的增益之比的装置；和

-用于基于第一和第二测量信号确定流量的装置，其考虑增益之比。

在一个实施例中，第二信号与第一传感器信号和辅助信号之和相等，或者第一和第二传感器信号之间的相角小于几十毫弧度且第二信号等于辅助信号。

在进一步的实施例中，第一信号处理支路包括一个差分放大器以及一个模/数转换器，第二信号处理支路包括一个加法器或者放大器和模/数转换器。

在进一步发展中，每个传感器包括一个线圈，参考信号发生器与第二传感器的线圈的第一端子相连，线圈的第二端子与第二信号处理支路的第一输入端相连。

根据一个实施例，阻抗变换器和前置放大器置于第一传感器的线圈的第二端子和第一信号处理支路的输入端之间，调节第一传感器信号的前置放大使得第一测量信号的实部为0，并且阻抗变换器和有预定增益的前置放大器置于第二传感器的线圈的第二端子和第二信号处理支路的输入端之间。

在进一步的发展中，加法或差分放大器置于第二信号处理支路前，第二传感器信号和参考信号应用于其输入端，并且辅助信号在其输出端是可用的。

另外，本发明在于一种科里奥利流量计，其具有：

-至少一个测量管，其在操作期间被激励振荡且由介质流过，该介质的流量要被测量；

-第一和第二传感器，用于检测测量管的依赖于流量的振荡，并用于产生第一和第二传感器信号；

-参考信号发生器，其在第一传感器信号上叠加一个参考信号；

-第一信号处理支路；

--其基于在第一传感器信号上叠加参考信号所形成的辅助信号和第二传感器信号，产生和处理第一信号，该第一信号对应于第二传感器信号和辅助信号之差；

-第二信号处理支路；

--其基于辅助信号或基于第二传感器信号和辅助信号，产生并处理第二信号；

-两组各两个滤波器，第一组用于将处理的第一信号滤波为处理的第一参考信号以及对应于传感器信号之差的第一测量信号；第二组用于将处理的第二信号滤波为处理的第二参考信号和第二测量信号；

-用于基于第一和第二处理的参考信号，确定第一和第二处理支路的增益之比的装置，以及

-用于基于第一和第二测量信号确定流量的装置，其考虑增益之比。

另外，本发明在于确定科里奥利流量计两个分离的信号处理支路的增益之比的方法，

-该流量计具有第一和第二传感器，用于检测测量管的依赖流量的振荡并用于产生第一和第二传感器信号；

-在其中，或者

--参考信号叠加在第二传感器信号上，

--在第一信号处理支路产生并处理第一信号，其对应于第一传感器信号和通过在第二传感器信号上叠加参考信号形成的辅助信号之间的差，以及

--在第二信号处理支路产生并处理第二信号，其对应于第一传感器信号和辅助信号的和，或者对应于辅助信号，

-或者

--参考信号叠加在第一传感器信号上，

--在第一信号处理支路产生并处理第一信号，其对应于通过在第一传感器信号上叠加参考信号形成的辅助信号与第二传感器信号的差，以及

--在第二信号处理支路产生并处理第二信号，其对应于第二传感器信号和辅助信号的和，或者对应于辅助信号，

-以及其中

--从第一和第二信号滤波得到第一和第二处理的参考信号，以及

--基于处理的参考信号确定信号处理支路的增益之比。

本发明进一步在于，一种通过本发明的科里奥利流量计确定流量的方法，其中，流量正比于第一测量信号的虚部和第二测量信号的大小的比，反比于增益比。

在进一步的发展中，多次确定增益比，并且根据该比的平均值确定流量。

在进一步的发展中，多次确定增益比。确定比的分布，并且当比是正态分布并且比的标准差小于一个预定值时，仅根据该比的平均值确定流量。

在进一步的发展中，增益比的参考值被存储在流量测量设备中。测量的增益比与参考值相对比，当偏差提升时采取补偿。

本发明的优势在于，两个信号处理支路的增益比被持久监测。信号处理支路的复杂的校正及其在设备中的实施和使用由此是不必要的。

附图说明

本发明的进一步优势可以通过附图进行详细说明，这里展示了四个实施例，图中相同的部分使用相同的参考词汇。附图显示了：

图1a科里奥利流量计的测量变送器；

图2a传统的科里奥利流量计的信号处理器；

图3a本发明的科里奥利流量计的信号处理器，其中参考信号发生器与第二传感器的线圈相连接；

图4a另一本发明的科里奥利流量计的信号处理器，其中通过差分放大器在第二传感器信号上叠加参考信号；

图5a本发明的科里奥利流量计的信号处理器，其中参考信号发生器与第一传感器的线圈相连接；以及

图6a另一本发明的科里奥利流量计的信号处理器，其中通过差分放大器在第一传感器信号上叠加参考信号。

具体实施方式

本发明在于一种科里奥利流量计，其包括测量变送器和信号处理器，测量变送器在图1中，信号处理器在图2中。图3和4显示了本发明的科里奥利流量计的信号处理器。两个信号处理器的例子与图2中的信号处理器非常相似，下面仅解释其重要的不同之处。然而，这里要注意的是，所示的测量变送器和信号处理器的形式仅是就举例而言，本发明同样用于与其它测量变送器和其它信号处理器相连。

本发明的科里奥利流量计如图1所示，包括至少一个测量管3，其在测量操作期间被激励振荡并由介质流过，该介质的流量M待测。然而，本发明不只限于一个单一的测量管。在科里奥利流量计有两个或多个测量管的情况下，它也能够完全类似地应用。所示的测量变送器包括第一和第二传感器21，23，用于检测测量管3依赖流量M的振荡，以及用于产生表征振荡的第一和第二传感器信号S1，S2。这里，很多使用多于2个传感器的情况也是类似的。于是本发明可以应用于每一可能的由两个传感器构成的传感器对，所述传感器是从现有传感器总数中选择的。

本发明的第一变型中，科里奥利流量计包括一个参考信号发生器，其在第二传感器信号S2上叠加一个参考信号R。

参考信号发生器优选为电压发生器，其在传感器信号S2上叠加一个电压。这为所述的流量计带来的优势在于，可以在恰当的情况下避免电流通过线圈27影响测量管的振荡。参考信号R优选为振荡电压，其具有预定频率f_R，这与传感器信号S1，S2的频率f_s不同。在传感器信号频率f_s为例如800Hz的情况下，参考信号的频率f_R值可以达到例如300Hz。参考信号发生器可以是模拟或者数字参考信号发生器48a，48b。图3显示了这两个变量。适当的模拟参考信号发生器48a可以是压控振荡器(VCO)。图3用虚线显示了这种选择。备选地，参考信号R可以通过数字参考信号发生器48b以数字形式产生，例如按余弦或正弦形式。数字参考信号发生器48b优选为现有的数字处理器(在这里是数字处理器45)的组成部分。如图3所示，数字参考信号R_d通过数/模转换器D/A以及根据需要的放大器A被转换成模拟参考信号R并且被叠加在传感器信号S2上。

在图3所示的信号处理器的情况下，参考信号R的叠加直接通过传感器23的线圈27产生。参考信号发生器48a或48b直接与线圈27的第一端子55相连。线圈25的第一端子53在地电位或在参考电位。线圈25的第二端子57通过阻抗变换器31以及前置放大器33与第一信号处理支路37的输入端相连。线圈27的第二端子59通过阻抗变换器31以及前置放大器35与第二信号处理支路37的输入端相连。

然而，也可以通过其它方法实现叠加。图4显示的实施例中，通过置于第二信号处理支路39前的加法或差分放大器实现叠加。在这种情况中，加法或差分放大器可以是插入在电路中的一个附加的元件。然而，优选地使用可控的加法或差分放大器61，其取代前置放大器35。参考信号R位于第二信号处理支路39前连接的加法或差分放大器61的第一输入端63。线圈25，27通过它们的第一端子53，55与地或参考电位相连。线圈27的第二端子59通过阻抗变换器31与第二信号处理支路39前的加法或差分放大器61的第二输入端65相连。

在所示实施例中，传感器21，23各自仅配备一个线圈25，27。类似地，自然能够使用有两个或多个线圈的传感器。参考信号R的叠加对应传感器结构以相似的方式产生。

通过将第二传感器信号S2与参考信号R叠加，可以获得辅助信号H。辅助信号H以及传感器信号S1被模拟预处理。例如与图2所述的传感器信号S1，S2的预处理一样，辅助信号H在图2中的传感器信号S2的地方被使用。

在预处理之后，在第一和第二信号处理支路37，39中进一步处理第一传感器信号S1和辅助信号H。

阻抗变换器31和前置放大器33被安装在线圈25的第二端子57和第一信号处理支路37的输入端之间。对第一传感器信号S1的前置放大增益g_v1进行控制，使第一测量信号U_Δ的实部为0。增益为g(例如g＝1)的阻抗变换器31和具有预定增益g_v2的前置放大器35被安装在线圈27的第二端子59和第二信号处理支路39的输入端之间。

出于简单起见，图3所示信号处理支路37，39与图2所示的信号处理支路37，39按相同方式构成。与图2中的信号处理相比，这里经过阻抗变换和前置放大的第一传感器信号S1和经过阻抗变换和前置放大的辅助信号H输入给信号处理支路37，39。经过阻抗变换和前置放大的辅助信号H使用于图2中的经过阻抗变换和前置放大的第二传感器信号S2的位置。

基于第一传感器信号S1和在第二传感器信号S2上叠加参考信号R而产生的辅助信号H，第一信号处理支路37生成并且处理第一信号S_Δ，其对应第一传感器信号S1与辅助信号H的差值。

对应地，基于辅助信号H或基于第一传感器信号S1和辅助信号H，第二信号处理支路39生成并且处理第二信号S_∑。在这种情况中，与图2的实施方式相似地，第二信号S_∑对应于第一传感器信号S1与辅助信号H的和，或者对应于放大了例如2倍的辅助信号H。然而，后一个变型只有在第一和第二传感器信号S1，S2之间的相角小于几十毫弧度时才可用。在图3所示实施例中，通过差分放大器41，模/数转换器A/D_Δ，加法器47或者图3未示的放大器，以及模/数转换器A/D_∑，完成信号生成和处理。当然，两个信号处理支路37，39可以包含其它元件用于信号产生和处理，为了说明基本原理，这些元件没有在这里显示。处理的第一和第二信号S_∑和S_Δ通过接口43提供。

根据本发明，提供了两组(最好是同样两组)各两个的滤波器FS_Δ，FR1；FS_∑，FR2。第一组包括滤波器FS_Δ，FR1，用于将处理的第一信号SΔ滤波为处理的第一参考信号R1和对应于传感器信号S1，S2之差的第一测量信号U_Δ。

第二组包括滤波器FS_∑，FR2，用于将处理的第二信号S_∑滤波为处理的第二参考信号R2和第二测量信号U_∑。依赖于插入第二信号处理支路39的是加法器47还是放大器，第二测量信号U_∑或者与传感器信号S1，S2的和对应，或者与放大的第二传感器信号S2相对应。

出于更清晰地解释的目的，这里滤波器FS_Δ，FR1；FS_∑，FR2以独立元件显示的。现代信号处理器单元45，例如数字信号处理器，可以显示高等级的功能且非常灵活地应用。特别地，它们非常适合采纳滤波器FS_Δ，FR1；FS_∑，FR2的功能。相应地，滤波器FS_Δ，FR1；FS_∑，FR2可以被集成到数字信号处理器45中。这在图3中以虚线显示。

在两条信号处理支路37，39中的元器件具有不同的增益，增益可以被基于其规格和调整或通过校对而预先确定，然而，这些都会诸如依时间的改变或者依温度的改变而变化。参考信号支路37，39的增益在这里意味着总增益，其通过在各信号处理支路37，39中的所有元件的共同作用而得到。这对应着信号处理支路37，39的各个元件的各个增益之积。在背景技术中已经解释过，这些增益或者第一和第二信号处理支路的增益之比实现流量的确定。每个变化都对测量精确性有负面影响。

根据本发明，这个问题可以通过装置49和装置51克服，装置49基于第一和第二处理的参考信号R1，R2确定第一和第二信号处理支路37，39的增益比V；装置51用于基于第一和第二测量信号U_Δ，U_∑确定流量M，并且在这种情况中，考虑增益比V。两种情况下都涉及数字信号处理器，用于确定第一和第二信号处理支路37，39的增益比V的装置49和用于确定流量M的装置51优选集成在数字信号处理器45中。

在图3所示实施例的情况下，第一信号S_Δ对应于经过阻抗变换和前置放大的第一传感器信号S1和经过阻抗变换和前置放大的辅助信号H(H＝S2+/-R)的放大的数字化的差值，即，

S_Δ＝[S1g g_v1一(S2+/-R)g g_v2]g_Δ g_A/DΔ

其中：

S1和S2第一和第二传感器信号；

R      参考信号；

g      阻抗变换器31的增益；

g_v1    第一前置放大器33的被控增益；

g_v2    第二前置放大器35的固定增益；

g_Δ    差分放大器41的增益；  和

g_A/DΔ 模/数转换器A/D_Δ的增益。

在这种情况中，辅助信号H是第二传感器信号S2和参考信号R的叠加，其例如通过相加，即H＝S2+R，或者相减即H＝S2-R来实现。两种形式的叠加是等值的。

在图3所示实施例的情况下，第二信号S_∑对应于经过阻抗变换和前置放大的第一传感器信号S1与经过阻抗变换和前置放大的辅助信号H(H＝S2+/-R)的数字化加和。

S_∑＝[S1g g_v1+(S2+/-R)g g_v2]g_∑ g_A/D∑

其中：

S1和S2第一和第二传感器信号；

R     参考信号；

g     阻抗变换器31的增益；

g_v1   第一前置放大器33的被控增益；

g_v2   第二前置放大器35的固定增益；

g_∑   加法器47的增益；和

g_A/D∑模/数转换器A/D_∑的增益。

在上述两种情况下，在第二信号支路39中没有产生第一传感器信号S1的增加，对应的上述计算第二信号S_∑的公式括号中的S1g g_v1不会出现。

为图4所示的变量，对应地应用下列公式：

S_Δ＝[S1g g_v1-(S2g+/-R)g_v2]g_Δg_A/DΔ

S_∑＝[S1g g_v1+(S2g+/-R)g_v2]g_∑g_A/D∑

因为在这个变型中参考信号R没有通过置于第二信号处理支路39前的阻抗变换器31。同样地，在这种情况中，上述两种选择，第二信号支路39中没有增加第一传感器信号S1，对应的上述计算第二信号S_∑的公式括号中的S1g g_v1不会出现。

滤波器FR1和FR2将第一和第二信号S_Δ和S_∑滤波为第一和第二处理的参考信号R1，R2，即，被各个具有参考频率f_R的元件进行滤波。于是，下面的公式用于图3所示的变量的第一处理的参考信号R1：

R1＝-/+Rg g_v2 g_Δg_A/DΔ

对应地，下面公式用于图4所示变量的计算：

R1＝-/+R g_v2 g_Δg_A/DΔ

对于图3所示变型的处理的第二参考信号R2，有：

R2＝+/-Rg g_v2 g_∑g_A/D∑

并且，对应地对于图4所示变型，有：

R2＝+/-Rg_v2 g_∑g_A/D∑

当第二信号支路39第一传感器信号S1没有增加时，处理的参考信号R1，R2也具有这种形式。

第一和第二信号处理支路37，39的增益比V可以直接从第一和第二处理的参考信号R1，R2的商的大小中计算出来。以下面的公式计算：

$V=|R1/R2|=\frac{g_{\mathrm{\Δ}}{g}_{A/D}}{g_{\mathrm{\Σ}}{g}_{A/\mathrm{D\Σ}}}$

这个比值V，或者其倒数1/V，利用装置49在信号处理器45中被确定。

滤波器FS_Δ和FS_∑将第一和第二信号S_Δ和S_∑滤波为第一和第二测量信号U_Δ和U_∑，即，被各个具有传感器频率f_s的元件滤波。于是，对于第一测量信号U_Δ有：

U_Δ＝[S1g g_v1-S2g g_v2]g_Δg_A/DΔ

以及对于第二测量信号U_∑：

U_∑＝[S1g g_v1+S2g g_v2]g_∑g_A/D∑

在上述两种情况下，在第二信号支路39上，没有产生第一传感器信号S1的增加，在上述计算第二测量信号U_∑的公式中，对应的括号中的S1g g_v1自然地也被忽略。

利用装置51确定流量M，其中确定第一测量信号U_Δ的虚部Im(U_Δ)和第二测量信号U_∑的大小|U_∑|。流量M的确定与在背景技术中描述的确定方法相似，其中取代前面提到的校正过的且被存储的信号处理支路37，39的增益常数，而使用实际的测量的增益比V。基于第一和第二测量信号U_Δ，U_∑以及实际测量的增益比，流量M通过下式确定：

$M=k\frac{\mathrm{Im}\left(U_{\mathrm{\Δ}}\right)}{\left|U_{\mathrm{\Σ}}\right|f_s}-\frac{1}{V}$

其中：

k比例常数；和

f_s传感器信号S1，S2的频率。

使用本发明的科里奥利流量计用于确定流量M的情况中，流量M与第一测量信号U_Δ的虚部Im(U_Δ)和第二测量信号大小|U_∑|之比成正比，与增益比V成反比。

图5和图6显示本发明的科里奥利流量计的信号处理器的两个进一步实施例，其例如与图1所示的测量变送器共同使用。与图3和图4所示的实施例不同在于，参考信号R不是叠加在第二传感器信号S2上，而是在第一传感器信号S1上。参考信号R产生于第一传感器21的线圈25的第一端子53上，如图5实施例所示。

图6所示信号处理器的情况下，通过置于第一信号处理支路37前的加和或差分放大器进行叠加。在这种情况中，加和或差分放大器可以是插入电路的附加元件。然而，优选地，使用可控制的加和或差分放大器67，取代前置放大器33。参考信号R在第一信号处理支路37前的差分放大器67的第一输入端69处。线圈25，27通过第一端子53，55处于地电位或参考电位。线圈25的第二端子57通过阻抗变换器31与位于第一信号处理支路37前的加和或差分放大器67的第二输入端71相连接。

图5和图6所示信号处理器的情况下，在第一信号处理支路37中，基于在第一传感器信号S1上叠加参考信号R形成的辅助信号H和基于第二传感器信号S2，产生并处理第一信号S_Δ，其对应于辅助信号和第二传感器信号S2的差。在第二信号处理支路39，基于辅助信号H和第二传感器信号S2，产生并处理第二信号S_∑，其对应于辅助信号H和第二传感器信号S2的加和。作为备选，与图3和图4的实施方式近似，也可能不使用加和的形式，取而代之的是，在第二信号处理支路39中产生并处理第二信号S_∑，其对应于辅助信号H。代替加法器47而使用放大器，以增益g_v2将辅助信号H放大。于是省略图5和图6中在前置放大器35和第二信号处理支路39间的虚线连接。

在第二信号处理支路39中，取代加和形式，只有第二传感器信号S2被放大和被处理，在这种情况下，上述备选方案是不可行的，因为在这种情况中不能以上述方式确定增益比V。

图5和图6所示实施例的情况下，与上述实施例的方式完全一致，提供优选相同的两组各两个滤波器FS_Δ，FR1；FS_∑，FR2，其第一组用于将处理的第一信号S_Δ滤波为处理的第一参考信号R1以及对应于传感器信号S1，S2之差的第一测量信号U_Δ；其第二组用于将处理的第二信号S_∑滤波为处理的第二参考信号R2和第二测量信号U_∑。同样地，这里提供了基于第一和第二处理的参考信号R1，R2确定第一和第二信号处理支路37，39增益比的装置49以及基于第一和第二测量信号U_Δ，U_∑确定流量M的装置51，并考虑增益比V。

在图5所示变型的情况下，第一信号S_Δ对应于经过阻抗变换和前置放大的辅助信号H(H＝S1+/-R)和经过阻抗变换和前置放大的第二传感器信号S2的放大的数字化的差，即：

S_Δ＝[(S1+/-R)g g_v1-S2g g_v2]g_Δg_A/DΔ

图6所示变型按下式计算：

S_Δ＝[(S1g+/-R)g_v1-S2g g_v2]g_Δg_A/DΔ

在图5所示变型的情况下，第二信号S_∑对应于经过阻抗变换和前置放大的辅助信号H(H＝S1+/-R)和经过阻抗变换和前置放大的第二传感器信号S2的数字化的和，即：

S_∑＝[(S1+/-R)g g_v1+S2g g_v2]g_∑g_A/D∑

图6所示变型按下式计算：

S_∑＝[(S1g+/-R)g_v1+S2g g_v2]g_∑g_A/D∑

在上述两种情况下，在第二信号支路39上，如果没有第二传感器信号S2的增加，在上述计算第二信号S_∑的公式中，对应的括号中的S2g g_v2被忽略。

滤波器FR1和FR2将第一和第二信号S_Δ和S_∑滤波为第一和第二处理的参考信号R1，R2，于是，下面的公式用于图5所示的变型的第一处理的参考信号R1：

R1＝+/-Rg g_v1 g_Δg_A/DΔ

并且，下面的公式用于图5所示的变型的处理的第二参考信号R2：

R2＝+/-Rg g_v1 g_∑g_A/D∑

下面的公式用于图6所示的变型：

R1＝+/-Rg_v1 g_Δg_A/DΔ和

R2＝+/-Rg_v1 g_∑g_A/D∑

第一和第二信号处理支路37、39的增益比V于是可以直接从第一和第二处理的参考信号R1，R2的商中计算出来。以下面的公式计算：

$V=R1/R2=\frac{g_{\mathrm{\Δ}}{g}_{A/\mathrm{D\Δ}}}{g_{\mathrm{\Σ}}{g}_{A/\mathrm{D\Σ}}}$

其余的，特别是流量M的确定，以在图3和图4中已经解释的方法进行计算。

除了实际的科里奥利流量测量设备，本发明还包括了确定科里奥利流量计的两个分离的信号处理支路37，39的增益比V的方法，该科里奥利流量计具有第一和第二传感器21，23，用于检测测量管3依赖于流量的振荡以及产生第一和第二传感器信号S1，S2。根据本方法，正如上面已经基于本发明的科里奥利流量计描述的，参考信号R或者叠加在第二传感器信号S2(见图3和图4)，或者叠加在第一传感器信号S1(见图5和图6)。

在第一种情况下，在第一信号处理支路37中，生成并处理第一信号S_Δ，其对应于第一传感器信号S1和辅助信号H的差。在第二信号处理支路39中，生成并处理第二信号S_∑，其对应于第一传感器信号S1和辅助信号H的加和。

在第二种情况下，在第一信号处理支路37中，生成并处理第一信号S_Δ，其对应于第二传感器信号S2和辅助信号H的差。在第二信号处理支路39中，生成并处理第二信号S_∑，其对应于第二传感器信号S2和辅助信号H的加和。

第一和第二处理的参考信号R1，R2由第一和第二信号S_Δ，S_∑滤波产生。然后，基于处理的参考信号R1，R2，如上所述确定信号处理支路37，39的增益比。

信号处理支路37，39的独立元件的增益通常改变非常慢，因为老化现象和温度变化对比流量变化来讲，其变化是非常慢的。

对应地，增益比V被确定的精确度可以通过多次确定增益比并计算其平均值以及以该平均值代替单一测量而得到提高。对应地，基于比值V的平均值来确定流量M。

频率处于参考信号R的频率f_R的范围内的扰动会降低测量增益比V的精确度。这种缺点可以通过多次确定增益比V和确定比值V的分布来避免。当比值V是正态分布且比值V的标准方差小于预定数值的时候，各个比值V或其平均值通常认为是可靠的。对应地，当比值V是正态分布且比值V的标准方差小于预定数值的时候，优选仅基于测量的比值V或其平均值确定流量M。

只要测量的比例或其平均值由于上述条件例如在短时扰动之后被证明是不可靠的，那么这时候如前面所提及的，优选地对于这一时间段可以退回到更早的固有的校正和存储的信号处理支路37，39的增益常数，或者使用后来被确定可靠的比值V。继续跟踪实际测量的增益比值V，当其变得可靠时，则再度使用。

在上述实施例中，测量的增益比V或其平均值直接用于确定流量M。接下来，实际测量的比值或其平均值最好被有规律地持续存储。其优点是在流量计M重新启动的时候，可以用最后被存储的比值V，而不必等待整个系统起振。

备选地，参考值V_R自然可以用于存储流量检测装置中的增益比，其与测量的增益比V相比较。如果在测量的比值V与参考值V_R的偏差增加，则进行补偿，并且如果需要，调整存储的参考值V_R。

附图标记

1.   测量变送器

3    测量管

5    端板

7    法兰

9    端板

11   法兰

13   支承管

15   振荡激励器

17   永磁体

19   线圈

21   传感器

23  传感器

25  线圈

27  线圈

29  永磁体

31  阻抗变换器

33  前置放大器

35  前置放大器

37  第一信号处理支路

39  第二信号处理支路

41  差分放大器

43  接口

45  数字信号处理器

47  加法器

48a 模拟参考信号发生器

48b 数字参考信号发生器

49  用于确定比率的装置

51  用于确定流量的装置

53  第一端子

55  第一端子

57  第二端子

59  第二端子

61  加法或差分放大器

63  第一输入端

65  第二输入端

67  加法或差分放大器

69  第一输入端

71  第二输入端

Claims (12)

1.科里奥利流量计，包括：

-至少一个测量管(3)，其在测量操作期间被激励振荡，并且流量待测的介质流过该测量管；

-第一和第二传感器(21，23)，用于检测测量管(3)的依赖流量的振荡以及产生第一和第二传感器信号(S1，S2)；

-参考信号发生器(48a，48b)，其在第二传感器信号(S2)上叠加参考信号(R)；

-第一信号处理支路(37)，

--其基于第一传感器信号(S1)和在第二传感器信号(S2)上叠加参考信号(R)所形成的辅助信号(H)，产生并处理第一信号(S_Δ)，该第一信号(S_Δ)对应于第一传感器信号(S1)和辅助信号(H)的差；

-第二信号处理支路(39)，其基于辅助信号(H)或基于第一传感器信号(S1)和辅助信号(H)，产生并处理第二信号(S_∑)；

-两组各两个滤波器(FS_Δ，FR1；FS_∑，FR2)，其中第一组用于将处理的第一信号(S_Δ)滤波为处理的第一参考信号(R1)以及对应于传感器信号(S1，S2)之差的第一测量信号(U_Δ)，其中第二组用于将处理的第二信号(S_∑)滤波为处理的第二参考信号(R2)和第二测量信号(U_∑)；

-基于第一和第二处理的参考信号(R1，R2)确定第一和第二处理支路(37，39)的增益比(V)的装置(49)；和

-用于基于第一和第二测量信号(U_Δ，U_∑)确定流量(M)的装置(51)，其考虑增益比(V)。

2.根据权利要求1所述的科里奥利流量计，其中：

-第二信号(S_∑)等于第一传感器信号(S1)和辅助信号(H)的和，或

-第一和第二传感器信号(S1，S2)之间的相角小于几十个毫弧度，以及第二信号(S_∑)等于辅助信号(H)。

3.根据权利要求1所述的科里奥利流量计，其中：

-第一信号处理支路(37)具有差分放大器(41)和模/数转换器(A/D_Δ)，和

-第二信号处理支路(39)具有加法器(47)或放大器和模/数转换器(A/D_∑)。

4.根据权利要求1所述的科里奥利流量计，其中：

-传感器(21，23)各自包括一个线圈(25，27)，

-参考信号发生器(48a，48b)与第二传感器(23)的线圈(27)的第一端子(55)相连，和

-这个线圈(27)的第二端子(59)与第二信号处理支路(39)的输入端相连。

5.根据权利要求1所述的科里奥利流量计，其中：

-在第一传感器(21)的线圈(25)的第二端子(57)和第一信号处理支路(37)输入端之间设置阻抗变换器(31)和前置放大器置(33)，并且调整第一传感器信号(S1)的前置放大，使得第一测量信号的实部(Re(U_Δ))消，和

-在第二传感器(23)的线圈(27)的第二端子(59)和第二信号处理支路(39)的输入端之间设置阻抗变换器(31)和有预定增益的前置放大器(35)。

6.根据权利要求1所述的科里奥利流量计，其中：

-在第二信号处理支路(39)前连接加法或差分放大器(61)，

-第二传感器信号(S2)和参考信号(R)施加于加法或差分放大器的输入端(64，65)，并且辅助信号(H)在其输出端是可用的。

7.科里奥利流量计，包括：

-至少一个测量管(3)，其在操作期间被激励振荡并且由流量待测的介质流过；

-第一和第二传感器(21，23)，用于检测测量管(3)的依赖于流量的振荡，并用于产生第一和第二传感器信号(S1，S2)；

-参考信号发生器(48a，48b)，其在第一传感器信号(S1)上叠加一个参考信号(R)；

-第一信号处理支路(37)，

--其基于在第一传感器信号(S1)上叠加的参考信号(R)所形成的辅助信号(H)和第二传感器信号(S2)，产生和处理第一信号(S_Δ)，该第一信号对应于第二传感器信号(S2)和辅助信号(H)的差；

-第二信号处理支路(39)，

--其基于辅助信号(H)或基于第二传感器信号(S2)和辅助信号(H)，产生并处理第二信号(S_∑)；

-两组各两个滤波器(FS_Δ，FR1；FS_∑，FR2)，其中第一组用于将处理的第一信号(S_Δ)滤波为处理的第一参考信号(R1)以及对应于传感器信号(S1，S2)之差的第一测量信号(U_Δ)，其中第二组用于将处理的第二信号(S_∑)滤波为处理的第二参考信号(R2)和第二测量信号(U_∑)；

-装置(49)，其基于第一和第二处理的参考信号(R1，R2)，确定第一和第二信号处理支路(37，39)的增益比(V)；和

-装置(51)，其用于基于第一和第二测量信号(U_Δ，U_∑)确定流量(M)，其考虑增益比(V)。

8.用于确定科里奥利流量计两个分离的信号处理支路(37，39)的增益比(V)的方法，

-该流量计具有第一和第二传感器(21，23)，用于检测测量管(3)的依赖于流量的振荡并用于产生第一和第二传感器信号(S1，S2)；

其中，或者

-参考信号(R)叠加在第二传感器信号(S2)上，

-在第一信号处理支路(37)产生并处理第一信号(S_Δ)，其对应于第一传感器信号(S1)和在第二传感器信号(S2)上叠加参考信号(R)所形成的辅助信号(H)的差，

-在第二信号处理支路(39)产生并处理第二信号(S_∑)，其对应于第一传感器信号(S1)与辅助信号(H)的和，或者对应于辅助信号(H)；

或者

-参考信号(R)叠加在第一传感器信号(S1)上，

-在第一信号处理支路(37)产生并处理第一信号(S_Δ)，其对应于在第一传感器信号(S1)上叠加参考信号(R)所形成的辅助信号(H)与第二传感器信号(S2)的差，和

-在第二信号处理支路(39)产生并处理第二信号(S_∑)，其对应于第二传感器信号(S2)与辅助信号(H)的和，或者对应于辅助信号(H)；并且其中，

-由第一和第二信号(S_Δ，S_∑)滤波得到第一和第二处理的参考信号(R1，R2)；和

-基于处理的参考信号(R1，R2)确定信号处理支路(37，39)的增益比(V)。

9.用于确定根据权利要求1-8之一所述的科里奥利流量计的流量(M)的方法，其中流量(M)正比于第一测量信号(U_Δ)的虚部(Im(U_Δ))于第二测量信号(U_∑)的大小的比，反比于增益比(V)。

10.根据权利要求9中所述的方法，其中

-多次确定增益比(V)，并且

-基于该增益比(V)的平均值确定流量(M)。

11.根据权利要求9中所述的方法，其中

-多次确定增益比(V)，

-确定增益比(V)的分布，并且

-当增益比(V)是正态分布并且增益比(V)的标准差小于一个预定值时，仅基于该增益比(V)的平均值确定流量(M)。

12.根据权利要求9中所述的方法，其

-增益比(V)的参考值(V_R)被存储在流量测量设备中，

-测量的增益比(V)与参考值(V_R)相对比，并且

-当其产生偏差时，实施补偿。

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