电子振动测量系统技术方案

测量系统包括振动型换能器(10)和测量系统电子器件(20)，该测量系统电子器件(20)电耦合到换能器(10)，以用于控制换能器和用于评估由换能器提供的振动测量信号(s1、s2)。激励器组件包括振动激励器(31)，其被设计成将具有随时间变化的电流的电功率转换成机械功率，使得由振动激励器在与振动激励器机械连接的管上形成的驱动点处，时变驱动力作用在管上，其中，振动激励器(31)被定位和设计成使得由与驱动点相交的管的假想圆周线围绕的管的驱动横截面区域与管的预定义参考横截面区域之间的驱动偏移(ΔE)，即最小距离不大于管长度的3

【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
‑
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的示例例如描述于EP
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A 317 340、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、DE
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A 10 2019 124709、US
‑
A 2005/0125167、US
‑
A 2006/0000293、US
‑
A 2006/0112774、US
‑
A2006/0266129、US A 2007/0062308、US
‑
A 2007/0113678、US
‑
A2007/0119264、US
‑
A 2007/0119265、US A 2007/0151370、US
‑
A2007/0151371、US
‑
A 2007/0186685、US
‑
A 2008/0034893、US A2008/0041168、US
‑
A 2008/0141789、US
‑
A 2010/0011882、US
‑
A2010/0050783、US A 2010/0101333、US
‑
A 2010/0139417、US
‑
A2010/0236338、US
‑
A 2010/0242623、US A 2010/0242624、US
‑
A2010/0251830、US
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A 2011/0167907、US
‑
A 2012/0123705、US A2014/0352454、US
‑
A 2016/0033314、US
‑
A 2016/0349091、US
‑
A2016/0123836、US A 2016/0138997、US
‑
A 2017/0030870、US
‑
A2017/0356777、US
‑
A 2019/0003875、US
‑
A 2020/0132529、US
‑
A 2020/0393278、US A 46 80 974、US
‑
A 47 38 144、US
‑
A 47 68 384、US
‑
A 47 77 833、US
‑
A 47 93 191、US A 48 01 897、US
‑
A 48 23 614、US
‑
A 48 31 885、US
‑
A 48 79 911、US
‑
A 50 09 109、US A 50 24 104、US
‑
A 50 27 662、US
‑
A 50 50 439、US
‑
A 52 91 792、US
‑
A 53 59 881、US
‑
A 53 98 554、US A 54 76 013、US
‑
A 55 31 126、US
‑
A 56 02 345、US
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A 56 91 485、US
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A 57 28 952、US A 57 34 112、US
‑
A 57 96 010、US
‑
A 57 96 011、US
‑
A 57 96 012、US
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A 58 04 741、US A 58 31 178、US
‑
A 58 61 561、US
‑
A 58 69 770、US
‑
A 59 26 096、US
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A 59 45 609、US A 59 79 246、US
‑
A 60 47 457、US
‑
A 60 73 495、US
‑
A 60 92 429、US
‑
A 63 11 136、US A 2010/0011882、US
‑
A 2010/0139416、US
‑
B 62 23605、US
‑
B 63 11 136、US B 63 30 832,US
‑
B 63 97 685、US
‑
B 65 13 393、US
‑
B 65 57 422、US
‑
B 66 51 513、US B 66 66 098、US
‑
B 66 91 583、US
‑
B 68 40 109、US
‑
B 68 68 740、US
‑
B 68 83 387、US B 70 17 424、US
‑
B 70 40 179、US
‑
B 70 73 396、US
‑
B 70 77 014、US
‑
B 70 80 564、US B 71 34 348、US
‑
B 72 99 699、US
‑
B 73 05 892、US
‑
B 73 60 451、US
‑
B 73 92 709、US B 74 06 878、US
‑
B 75 62 586、WO
‑
A 00/14485、WO
‑
A 01/02816、WO
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A 03/021205、WO A 2004/072588、WO
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A2005/040734、WO
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A 2005/050145、WO
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A 2006/036139、WO A2007/097760、WO
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A 2008/013545、WO
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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，
‑
特别地被设计为在线测量设备和/或紧凑设计的测量设备的测量系统被配置用以测量例如在管线和/或软管管线中流动的流体被测物质(例如气体、液体或分散体)的至少一个流动参数，即特别地，质量流量和/或体积流量和/或流率；
‑
以及所述测量系统包括：
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换能器(10)
‑‑‑
具有用于传导流动的被测物质的管组件，
‑‑‑
具有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的激励器组件，
‑‑‑
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并且用于提供分别表示所述管组件的振动运动的振动信号；
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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)电连接到所述换能器，即特别地，电连接到其激励器组件和其传感器组件两者，和/或通过电连接线，特别地通过至少一个微处理器形成和/或布置在电子保护壳体中，其中，所述测量系统电子单元(20)被配置用以至少间歇地将电驱动信号(e1)馈送到所述振动激励器中；
‑
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/或第一管，
‑‑
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，
‑‑
以及所述管被配置用以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流过，并且同时被允许振动，
‑‑
并且其中，所述管组件中固有的是分别具有相关联的(模态)阻尼(D1、D2、
…
、Dx)和由此(共)确定的相关联的共振频率(f1、f2、
…
、fx)的多个振动模式(自然振动形式)，在所述模式中，所述至少一个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(阻尼)振动运动，使得：
‑‑
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下管的振动运动恰好具有一个振动波腹和两个振动节点，
‑‑
以及所述管在谐波模式，即二阶或更高阶振动模式(f2模式、f3模式、f4模式、...、fx模式)，即特别是二阶或更高阶弯曲振动模式下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；
‑
其中，所述激励器组件具有至少一个例如单个和/或电动力学振动激励器(31)，
‑‑
所述振动激励器(31)机械地连接到所述至少一个管；
‑‑
并且所述振动激励器(31)被配置用以将具有时变电流的电功率转换成机械功率，使得通过所述振动激励器在与其机械连接的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，
‑‑
其中，所述振动激励器(31)被定位和对准，使得特别是用完整或原始换能器确定的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所述至少一个管的特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％)，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)振动模式中的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，
‑
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电第一振动传感器，
‑‑
所述第一振动传感器特别是在所述流动方向上，在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定位在管上，即，特别地至少部分地机械连接到所述管，
‑‑
并且所述第一振动传感器被配置用以检测所述至少一个管的振动运动并且将它们转换成表示所述振动运动的第一振动信号，特别是电或光学第一振动信号，特别是使得所述第一振动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电第二振动传感器，
‑‑
所述第二振动传感器特别是在所述流动方向上，在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的距离处定位在管上，即特别地，至少部分地机械连接到所述管，
‑‑
以及所述第二振动传感器被配置用以检测所述至少一个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信号，特别是电或光学第二振动信号，特别是使得所述第二振动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；
‑
其中，所述测量系统电子单元(20)被配置用以将所述电驱动信号(e1)馈送到所述振动激励器(31)中；
‑‑
至少间歇地利用具有第一(AC)频率(f
eN1
)和第一(电流)幅度(特别是指定和/或可变幅度)的正弦第一(有用)电流分量(eN1)来激发第一有用振动，即由(激励的)振动激励器强制的并且具有第一有用频率(fN1)(即对应于所述第一(AC)频率的(振动)频率)的所述至少一个管的机械振动，使得
‑‑‑
所述第一(AC)频率(f
eN1
)与奇数阶振动模式(即，特别地，所述基本振动模式(f1模式))的共振频率(f
2n+1
)偏离小于所述共振频率(f
2n+1
)的1％和/或小于1Hz，即，特别地，对应于所述奇数阶振动模式的共振频率(f1)，和/或使得第二有用振动适于在流过所述至少一个管的具有非零质量流量的被测物质中引起科里奥利力，其中，所述共振频率(f
2n+1
)对应于或取决于所述奇数阶振动模式的相关联的第一模态阻尼(D1)，
‑‑‑
并且通过所述第一和第二振动传感器生成的所述第一或第二振动信号各自具有第一有用信号分量(s1N1；s2N1)，即，具有对应于所述第一有用频率(fN1)的(信号)频率的正弦信号分量，即，特别地，也在每种情况下具有取决于流过所述至少一个管的被测物质的质量流量的相位角，
‑‑
并且特别是与所述第一(有用)电流分量(eN1)同时地，至少间歇地利用具有第二(AC)频率(f
eN2
)和第二(电流)幅度(特别是指定和/或可变幅度)的正弦第二(有用)电流分
量(eN2)，来生成第二有用振动，即由(激励的)振动激励器强制的并具有第二有用频率(fN2)(即对应于所述第二(AC)频率的(振动)频率)的所述管的机械振动，使得
‑‑‑
所述第二(AC)频率(f
eN2
)与偶数阶振动模式(即，特别是所述二阶振动模式(f2模式))的共振频率(f
2n+2
)偏离小于所述共振频率(f
2n+2
)的1％，特别是小于0.1％和/或小于1Hz，特别是小于0.1Hz，即，特别是对应于所述偶数阶振动模式的共振频率(f
2n+2
)，其中，所述共振频率(f
2n+2
)对应于或取决于所述偶数阶振动模式的相关联的第二模态阻尼(D2)，
‑‑‑
并且通过所述第一和所述第二振动传感器生成的所述第一或第二振动信号各自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(fN2)的(信号)频率的正弦信号分量，
‑
并且其中，所述测量系统电子单元(20)被配置用以基于所述第一有用信号分量(s1N1；s2N1)，特别是基于所述第一振动信号(s1)的所述第一有用信号分量(s1N1)的相位角与所述第二振动信号(s2)的所述第一有用信号分量(s2N1)的相位角之间的差，并且基于所述第二有用信号分量(s1N2；s2N2)和/或所述第二(有用)电流分量(eN2)中的至少一个来确定表示所述被测物质的至少一个流动参数的测量值，即，特别地，表示所述被测物质的质量流量的质量流量测量值。2.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述第一有用频率与所述基本振动模式(f1模式)(即，特别地一阶弯曲振动模式)的共振频率f1偏离小于所述共振频率f1的1％和/或小于1Hz。3.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述第一有用频率与所述至少一个管中固有的三阶振动模式(f3模式)(即，特别是三阶弯曲振动模式)的共振频率f3偏离小于所述共振频率f3的1％和/或小于1Hz，即，特别地对应于所述共振频率f3，在所述三阶振动模式中，所述管的振动运动正好具有三个振动波腹和四个振动节点。4.根据前一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，并且在所述三阶振动模式中所述至少一个管的振动运动的第二振动节点位于所述第二管端中。5.根据前述权利要求中的任一项所述的测量系统，其中，所述第二有用频率与所述至少一个管中固有的二阶振动模式(f2模式)(即，特别地二阶弯曲振动模式)的共振频率f2偏离小于所述共振频率f2的1％和/或小于1Hz，即，特别地，对应于所述共振频率f2，在所述振动模式中，所述管的振动运动正好具有两个振动波腹和三个振动节点。6.根据前一权利要求所述的测量系统，
‑
其中，在所述二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，并且在所述二阶振动模式中所述至少一个管的振动运动的第二振动节点位于所述第二管端中；和/或
‑
其中，所述振动运动的在所述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；
‑
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。7.根据前述权利要求中的任一项所述的测量系统，
‑
其中，所述驱动偏移(ΔE)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
‑
其中，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；和/或
‑
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；和/或
‑
其中，所述驱动偏移(ΔE)由所述激励器组件的生产中的制造公差产生，即，特别地，由所述振动激励器在所述至少一个管上的定位的公差和/或由所述管组件在换能器保护壳体内的定位的公差产生；和/或
‑
其中，所述驱动偏移(ΔE)由所述管组件的生产(即，特别是所述至少一个管的制造)的制造公差产生。8.根据前述权利要求中的任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用以至少间歇地与所述第一(有用)电流分量同时提供所述驱动信号(e1)的第二有用电流，特别地使得所述第一(有用)电流分量的幅度被调整为不小于所述第二(有用)电流分量的幅度和/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)电流分量的幅度的40％，特别地不小于所述第一(有用)电流分量的幅度的50％；和/或
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其中，所述测量系统电子单元被配置用以根据所述第一(AC)频率来调整所述第二(AC)频率，特别地使得所述第二(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，对应于所述第一(AC)频率的大于所述第一(AC)频率的230％和/或小于所述第一(AC)频率的300％的倍数。9.根据前述权利要求中的任一项所述的测量系统，
‑
其中，所述测量系统电子单元(20)被配置用以将所述驱动信号的所述第一和第二(有用)电流特别是在不小于所述第一(有用)电流分量的两个振动周期和/或大于10ms的时间间隔内同时馈送到所述振动激励器中；和/或
‑
其中，所述测量系统电子单元(20)被配置用以在馈送所述第一(有用)电流分量期间接通所述第二(有用)电流分量，即，特别地，在不小于所述第一(有用)电流分量的两个振动周期和/或大于1s的时间间隔之后再次断开所述第二(有用)电流分量。10.根据前述权利要求中的任一项所述的测量系统，
‑
其中，所述测量系统电子单元具有用于调整所述第一(AC)频率的第一锁相环路，特别是数字第一锁相环路，
‑
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)频率的第二锁相环路，特别是数字第二锁相环路。11.根据前一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用以通过所述第一锁相环路的至少一个输出信号，特别是所述第一锁相环路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路的捕获范围。12.根据前述权利要求中的任一项所述的测量系统，其中，所述测量系统还包括支撑框
架(100)，特别是金属支撑框架和/或被设计为换能器保护壳体的支撑框架，其中，所述支撑框架和所述管组件彼此紧固，特别是以可拆卸的方式紧固，并且其中，所述激励器组件(即，特别是所述至少一个振动激励器)和/或所述传感器组件(即，特别是所述第一和第二振动传感器)被部分地附接到所述支撑框架。13.根据前述权利要求中的任一项所述的测量系统，其中，所述测量系统还包括用于所述测量系统电子单元(20)的电子保护壳体(200)，所述电子保护壳体特别地紧固到所述换能器的支撑框架或换能器保护壳体和/或是金属的。14.根据前述权利要求中的任一项所述的测量系统，其中，除了所述振动激励器之外，所述换能器不具有机械地连接到所述至少一个管(111)的任何另外的振动激励器。15.根据前述权利要求中的任一项所述的测量系统，
‑
其中，所述测量系统电子单元被配置用以基于所述第一和第二振动信号中的至少一个的所述第一有用信号分量(s1N1；s2N1)和/或所述驱动信号的所述第一(有用)电流分量(eN1)来确定至少一个第一质量值，特别是数字第一质量值，其中，所述第一质量值表示所述第一模态阻尼(D1)的量度，即，特别是所述第一有用振动的质量(1/D1)或所述第一有用振动的阻尼比，或者取决于所述第一模态阻尼(D1)，以及
‑
其中，所述测量系统电子单元被配置用以基于所述第一和第二振动信号中的至少一个的所述第二有用信号分量(s1N2；s2N2)和/或所述驱动信号的第二(有用)电流分量(eN1)来确定至少一个第二质量值，特别是数字第二质量值，其中，所述第二质量值表示所述第二模态阻尼(D2)的量度，即，特别是所述第二有用振动的质量(1/D2)或所述第二有用振动的阻尼比，或者取决于所述第二模态阻尼(D2)。16.根据前述权利要求中的任一项所述的测量系统，
‑
其中，所述测量系统电子单元被配置用以基于测量相位差(即，所述第一振动信号(s1)的所述第一有用信号分量(s1N1)的相位角与所述第二振动信号(s2)的所述第一有用信号分量(s2N1)的相位角之间的差)来确定至少临时地表示所述被测物质的所述至少一个流动参数的测量值，即，特别地，至少临...

【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：