CN102401774A - 使用科里奥利质量流量计确定介质粘度的方法 - Google Patents

Abstract

所描述以及附图所示是利用科里奥利质量流量计确定介质粘度的方法，所述科里奥利质量流量计具有介质可以流过的至少两个测量管(1)和一个测量装置(2)，所述测量装置(2)包括至少两个促动机构(3)，通过测量管中轴线(4)定义一个测量管平面(5)，并且将促动机构(3)布置在测量管平面(5)的两侧。交替地以相反的作用方向(9)控制促动机构(3)，由此利用测量装置(2)激励(8)测量管(1)作频率为F1的反向扭振(7)，并且通过分析(10)测量装置(2)的测量值至少确定介质的粘度，即可实现一种不必对科里奥利质量流量计采取复杂结构性措施的方法。

Description

使用科里奥利质量流量计确定介质粘度的方法

技术领域

本发明涉及一种使用科里奥利质量流量计确定介质粘度的方法，所述科里奥利质量流量计具有至少两个可以流过介质的测量管和一个测量装置，所述测量装置具有至少两个促动机构(Aktuatoranordnung)，通过测量管中轴线定义一个测量管平面，将所述促动机构布置在测量管平面两侧。

背景技术

已知在现有技术条件下有许多实施方式的科里奥利质量流量计。区别就在于例如流量计的测量管数量，以及是否为弯曲形或者直形测量管。要测量质量流量时，可激励测量管形成振动，测量管的流入端和流出端在没有流量的情况下同相振动。当存在质量流量时，科里奥利加速度引起的惯性力就会在测量管的振动范围之内引起相位差，可以利用传感器机构检测该相位差，然后就可以将其作为流量测量信号进行分析。

此外现有技术US 6,006,609还公开了具有唯一一个测量管的科里奥利质量流量计，该测量管一方面可用来检测质量流量，方法是使其垂直于轴向延伸部分振动，测量管也在这里一用于测量流量一在一个振动平面内振动。但另一方面也可以使得测量管进入扭振状态，对该扭振进行分析，就能推断出测量管内流动介质的粘度。为此所需的物理方程式早已为人所知，在此不再予以赘述。扭振在任何情况下均会在流动介质中产生通过测量管壁作用于圆周方向的剪切力，这样即可吸收扭振的振动能，并且耗散在介质之中。为了使测量管维持扭振，必须给测量管提供外加激励功率。可以利用测量传感器，根据用来维持扭振的外加激励功率的大小确定介质的粘度。

但是现有技术条件下已知适合用来测量介质粘度的科里奥利质量流量计具有缺点，例如按照US 6,006,609所述，需要使用复杂的测量装置来检测扭振。

发明内容

以上述现有技术为出发点，本发明的任务在于阐述一种使用科里奥利质量流量计确定粘度的方法，由此可以不必对科里奥利质量流量计采取复杂的结构性措施。

采用以下一种方法即可解决上述任务：以相反的作用方向交替地控制(ansteuern)促动机构，从而利用测量装置激励测量管作频率为F1的反向扭振，然后分析测量装置的测量值，就能至少确定介质的粘度。

适宜将促动机构相对于测量管的纵向延伸部分居中固定在测量管上，将促动机构的第一部分固定在其中一个测量管上，并且将促动机构的第二部分固定在另一个测量管上。将促动机构固定在测量管平面两侧，从而在测量管平面的一侧将一个促动机构布置在测量管上，将另一个促动机构布置在测量管平面的另一侧。换句话说，将这些促动机构布置在测量管平面之外。这两个促动机构适宜对称于测量管平面。

通过测量管中轴线定义测量管平面，这是两个测量管所在的平面，并且通常就是用来确定质量流量的测量管主要在其中振动的平面。“主要”在这里表示也可能始终存在少许在该平面之外的振动分量，但这里并不对此加以考虑。

分别在测量管平面上方或下方以交替不同的作用方向控制促动机构，就能对相应的测量管施加扭振，从而使得测量管相对旋转反相振动。测量管反相扭振的好处在于，即使在使得测量管进入振动的过程中，科里奥利质量流量计的质心也基本上保持位置固定，因此对所检测的测量值的影响比较少，可提高测量值的质量，不需要对科里奥利质量流量计进行结构性改动。

采用所述方式控制促动机构，即可使得测量管在相应测量管圆周的对面位置上相互远离或相互靠拢，从而以非常定性的方式施加扭振，防止对测量结果有不利影响的干扰振动。仅用唯一个促动机构要么在测量管平面上方或者在下方进行激励，除了可激励测量管作旋转振动之外，也会在测量管平面中激起可能干扰对纯扭振的分析的振动分量。

测量管适宜仅仅在两个连接板之间扭振，这两个连接板在测量管的末端区域中将测量管相互连接并且阻止振动输出耦合(auskoppeln)到包围流量计的管路系统。若为具有两个测量管的质量流量计，则测量管在扭振激励下基本上围绕相应的测量管中轴线振动。若为具有例如四个测量管的质量流量计，则各有两个测量管共同围绕一个位于两个测量管之间的轴线振动。但是优先使用仅有两个测量管的质量流量计。

通过分析测量装置的测量值确定粘度，这一方面意味着可根据振动测量值或者衰减率确定粘度，另一方面也意味着可通过分析所需的激励功率来确定粘度。扭振频率F1例如为720Hz。

为了同时确定介质的质量流量和粘度，按照该方法的一种首选实施方式所述，通过测量装置激励两个测量管产生扭振的同时还使其在同一个测量管平面中以不同于频率F1的频率F2作平面振动。“平面振动”表示测量管在同一个平面中振动，测量管最好也在平面振动时相互反相振动。然后根据利用测量装置得到的测量值至少确定介质的质量流量和粘度。由于扭振和平面振动具有不同的频率，因此原则上也可以通过测量装置相互独立地分析这些振动，这样就能避免其中一个振动的测量值受到另一个振动的影响。

通过促动机构以共同的激励信号激励测量管同时作频率不同的扭振和平面振动。通过促动机构交替地在测量管平面的两侧使得测量管相互远离或靠拢，从而产生频率为F1的扭振。同时至少通过相互远离以共同的激励信号激励测量管在测量管平面中以频率F2作平面振动。分开检测和分析这两个频率和不同的测量结果。

按照该方法的上述实施方式的替代实施方式所述，在不同的时间通过测量装置激励测量管作频率为F1的扭振，或者使其以不同于频率F1的频率F2作平面振动。为此例如可激励测量管首先作扭振，接着可选择在扭振完全衰减之前或之后激起平面振动。由于以不同的频率激起扭振或平面振动，因此可保证分开地分析测量值来确定质量流量和粘度，相互间没有影响。可根据扭振测量值确定粘度，并且根据平面振动测量值确定质量流量。

为了保证防止振动的相互影响，频率F1和F2必须具有充分的间隔。适宜在相应的振动类型中选择测量管的固有频率作为频率F1和F2，尤其选择那些相互间具有最小频率间隔的频率。按照一种首选改进实施方式所述，扭振频率F1与平面振动频率F2之差至少为扭振频率的2％，适宜为3.5％，特别适宜为5％。通过这种频率间隔可保证测量结果尽可能不会相互影响，并且可以分开地对其进行分析，扭振的测量结果不会影响平面振动的测量结果，反之亦然。独立于频率的频率间隔适宜至少为25Hz。

已知有不同的方法可用来根据扭振测量结果确定粘度，本发明所述方法的一种改进实施方式的特征在于，根据测量装置的测量值确定两个测量管的扭振衰减系数，根据该衰减系数计算介质的粘度。介质引起的剪切力会使得扭振明显衰减，从而可在促动机构停止激振时确定衰减系数。衰减系数的倒数与介质的粘度成正比。

该方法的一种改进实施方式提供了另一种确定介质粘度的方案，即在确定了测量装置的激励功率的情况下，对所达到的扭振振幅进行分析，用于确定被测介质的粘度。由于激励功率耗散在介质之中，并且可以通过耗散激励功率的大小推断介质的粘度，因此采用该方法的这种改进实施方式还可以确定粘度，可以单独执行这种计算方法，或者辅之以通过衰减系数确定粘度。

除了可在确定了激励功率的情况下确定振幅之外，按照该方法的下一种改进实施方式所述，还可以在确定了扭振振幅的情况下对进行激振所需的激励功率予以分析，用于确定被测介质的粘度。原则上这种方法也可以分析被剪切应力耗散的能量，据此可推断管路之内流过的介质的粘度。

按照该方法的另一种特别有利于分析测量管振动的实施方式所述，测量装置包括至少四个传感器机构，分别将两个传感器机构布置在测量管平面上方和下方，并且利用两个分别位于测量管平面其中一侧的传感器机构检测扭振，利用分别位于测量管平面另一侧的传感器机构检测平面振动。适宜将相互对应的传感器机构相互对称布置。传感器机构始终位于振动平面上方，从而也可以利用传感器机构检测扭振。在测量管的纵向延伸范围内分别将两个传感器机构定位在促动机构右侧，并且分别将两个传感器机构定位在促动机构左侧，从而也适宜在测量管的纵向延伸范围内形成对称布置。

最好利用固定装置将促动机构以及传感器机构固定在测量管上，对于传感器机构而言，一个传感器机构由两个部分构成，并且分别利用自己的固定装置将传感器机构的第一部分固定在其中一个测量管上，将传感器机构的第二部分固定在另一个测量管上，使得传感器机构的第一部分和传感器机构的第二部分可以相互作用。

按照该方法的一种首选改进实施方式所述，根据扭振测量值得出关于质量流量计维护状态的诊断信息。除了扭振诊断信息之外，例如也可以对平面振动的衰减系数进行分析诊断。例如也可定期在没有介质流过的情况下使得测量管进入扭振和/或者平面振动状态，从而可通过将当前测量值与之前的测量值进行比较的方式，或者直接根据测量值本身获得关于流量计维护状态的诊断信息。

按照该方法的最后一种实施方式所述，在激励测量管作扭振和/或者平面振动之后，使用促动机构作为用来检测测量值的传感器机构。从技术角度来看，促动机构和传感器机构相互之间通常没有多大设计区别，因为无论促动机构还是传感器机构，通常在其中一侧有一个金属芯作为机构的第一部分，并且在机构的另一侧有一个线圈，因此也可使用促动机构作为传感器机构，并且原则上也可以使用传感器机构作为促动机构。为此可首先使用促动机构作为用来产生扭振和/或者平面振动的促动机构。接着停止激振，并且利用现在跟随振动的、作为传感器机构使用的促动机构检测振动，然后分析测量值。当然也可以在连续工作过程中以手动或自动方式交替切换使用促动机构作为传感器机构，从而可定期激励测量管，但也可以按照时间检测测量值。

附图说明

具体而言，现在有若干方法可用来实施、改进本发明所述的方法。为此不仅可以参考权利要求1的从属权利要求，也可参考以下结合附图描述的首选实施例。附图所示如下：

附图1利用本方法激起扭振的科里奥利质量流量计的两个测量管，

附图2不仅可激起扭振、而且也可激起平面振动的科里奥利质量流量计的两个测量管，

附图3具有两个促动机构和两个传感器机构的科里奥利质量流量计的一种实施例，

附图4具有两个促动机构和四个传感器机构的科里奥利质量流量计的一种实施例，以及

附图5a、5b本发明所述方法的两种实施例的流程图。

具体实施方式

附图1所示为介质可以流过的科里奥利质量流量计的两个测量管1，可将该流量计用来执行一种用于确定介质粘度的方法。将测量装置2的一部分固定在测量管1上，测量装置2包括至少两个促动机构3。每个促动机构3均包括第一部分3a和第二部分3b。测量管1的测量管中轴线4定义一个测量管平面5，用于测量介质质量流量的测量管1主要在该平面中振动。使用固定装置6将促动机构3适当固定在测量管1上，使得促动机构3布置在测量管平面5的两侧，将一个促动机构3布置在测量管平面5上方，并且将一个促动机构3布置在测量管平面5下方。按照附图1所示的实施例，促动机构3相对于测量管平面5相互对称。

在执行本发明所述的方法时，交替地以相反的作用方向9控制促动机构3，利用测量装置2、这里尤其是利用促动机构3激励8测量管1作频率为F1的反向扭振7-也参见附图5a和5b。例如可适当控制附图1中上方所示的促动机构3，使得第一部分3a和第二部分3b以相反的作用方向9a相互离开，同时附图1中下方所示的促动机构3使得第一部分3a和第二部分3b以相反的作用方向9b相互靠拢，从而激励8测量管1围绕测量管中轴线4作扭振7-参见附图5a和5b。这样就能交替地控制促动机构3，产生围绕测量管1的测量管中轴线4的均匀扭振7。利用测量装置2检测测量管1的扭振7，通过分析10测量装置2的测量值至少确定介质的粘度。

附图2所示为科里奥利质量流量计的两个测量管1。利用固定装置6在测量管平面5两侧将促动机构3固定在测量管1上。通过测量装置2激励8测量管1作频率为F1的扭振7，同时激励12测量管在同一个测量管平面5中作频率为F2的平面振动11。根据利用测量装置2得到的测量值至少确定流过测量管1的介质的质量流量和粘度。

附图3所示为科里奥利质量流量计的两个测量管1。测量装置2包括两个促动机构3，利用分别将促动机构3的一部分固定在测量管1上的固定装置6，分别将一个促动机构3固定在测量管平面5上方，并且将一个促动机构3固定在测量管平面5下方。分别将两个促动机构3的两个第一部分3a或者两个第二部分3b固定在固定装置6上。本实施例所述的测量装置2还包括两个传感器机构13，这些传感器机构由传感器机构13的第一部分13a和传感器机构13的第二部分13b构成，并且利用固定装置6固定在测量管平面5上方。在本实施例中，在传感器机构13对面的测量管平面5一侧将配重14固定在固定装置6上，这些配重可在振动期间分别平衡传感器机构13的重量。利用促动机构3激励8测量管1作频率为F1的扭振7，或者还激励12测量管在同一个测量管平面5中作频率为F2的平面振动11。

在测量管1的末端区域中将连接板15布置在两侧，这些连接板规定了测量管1的测量范围-也就是在两个内部连接板15之内-并且防止将振动输出耦合到-图中没有绘出的-科里奥利质量流量计周围的管路系统上。

附图4所示为具有一个测量装置2的科里奥利质量流量计的两个测量管1，本实施例中的测量装置包括分别位于测量管平面5上方和下方的两个促动机构3以及总计四个传感器机构13。分别利用固定装置6将传感器机构13和促动机构3固定在测量管1上，分别将传感器机构的第一部分13a或者促动机构3的第一部分3a固定在其中一个测量管1上，并且将传感器机构13的第二部分13b或者促动机构3的第二部分3b固定在另一个测量管1上。利用促动机构3激励8测量管1作频率为F1的扭振7，同时利用促动机构3激励12测量管在同一个测量管平面5中以不同于频率F1的频率F2作平面振动12。利用传感器机构13检测测量管1的振动-扭振7和平面振动11，利用附图4中所示分别布置在测量管1上方的传感器机构13检测平面振动11，并且利用附图4中所示位于测量管1下方的传感器机构13检测扭振7。通过分析10测量装置2的测量值，就能确定流动介质的粘度以及质量流量。将防止振动输出耦合到-图中没有绘出的-管路系统上的连接板15布置在测量管1的末端区域中。

附图5a所示为本方法的一种实施例的流程图。交替地以相反的作用方向9控制促动机构3，利用测量装置2尤其是利用促动机构3激励8测量管1作频率为F1的反向扭振7，通过分析10利用测量装置2检测的测量值至少确定介质的粘度。

附图5b所示为利用科里奥利质量流量计确定介质粘度的方法实施例的另一种流程图，利用测量装置2尤其是利用促动机构3激励8测量管1作频率为F1的反向扭振7，并且在激励12促动机构3产生扭振7的同时还使其作平面振动11。通过分析10利用测量装置2检测的测量值确定介质的质量流量和粘度。

Claims (10)

1.一种用于利用科里奥利质量流量计确定介质粘度的方法，所述科里奥利质量流量计具有介质可以流过的至少两个测量管(1)和一个测量装置(2)，所述测量装置(2)具有至少两个促动机构(3)，通过测量管中轴线(4)定义一个测量管平面(5)，将所述促动机构(3)布置在测量管平面(5)的两侧和测量管平面(5)之外，其特征在于，交替地以相反的作用方向(9)控制促动机构(3)，由此利用测量装置(2)激励(8)测量管(1)作频率为F1的反向扭振(7)，通过分析(10)测量装置(2)的测量值至少确定介质的粘度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在通过测量装置(2)激励(8，12)两个测量管(1)产生扭振(7)的同时，还使所述测量管在同一个测量管平面(5)中以不同于频率F1的频率F2作平面振动(11)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在不同的时间通过测量装置(2)激励(8，12)测量管(1)作频率为F1的扭振(7)，或者使所述测量管以不同于频率F1的频率F2作平面振动(11)。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，扭振(7)的频率F1与平面振动(11)的频率F2之差至少为扭振(11)的频率的2％，适宜为3.5％，特别适宜为5％。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，根据测量装置(2)的测量值确定两个测量管(1)的扭振(11)衰减系数，根据该衰减系数计算介质的粘度。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，在确定了测量装置(2)的激励功率的情况下，对所达到的扭振(7)的振幅进行分析，用于确定介质的粘度。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，在确定了扭振(7)的振幅的情况下，对激振所需的激励功率进行分析，用于确定被测介质的粘度。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的方法，其特征在于，测量装置(2)包括至少四个传感器机构(13)，分别将两个传感器机构(13)布置在测量管平面(5)的上方和下方，利用两个分别位于测量管平面(5)其中一侧的传感器机构(13)检测扭振(7)，并且利用两个分别位于测量管平面(5)另一侧的传感器机构(13)检测平面振动(11)。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的方法，其特征在于，根据扭振(7)的测量值得出关于科里奥利质量流量计维护状态的诊断信息。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的方法，其特征在于，在激励测量管(1)产生扭振(7)和/或者平面振动(11)之后，使用促动机构(3)作为用来检测测量值的传感器机构(13)。

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