ВСТРОЕННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР, ПРИМЕНЕНИЕ ВСТРОЕННОГО ПРИБОРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА СРЕДЫ И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФАКТИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА СРЕДЫ Российский патент 2009 года по МПК G01F1/84 

Изобретение относится к встроенному измерительному прибору с измерительным преобразователем вибрационного типа, в частности кориолисову массовому расходомеру/плотномеру, для протекающей в трубопроводе, в частности двух- или более фазной среды, а также к способу вырабатывания с помощью такого измерительного преобразователя измеренного значения, представляющего физический параметр среды, например массовый расход, плотность и/или вязкость, к применению встроенного прибора для измерения физического параметра среды.

В технике измерения и автоматизации процессов для измерения физических параметров протекающей в трубопроводе среды, например массового расхода, плотности и/или вязкости, нередко используют такие встроенные измерительные приборы, в частности кориолисовы массовые расходомеры, которые с помощью вставленного в проводящий среду трубопровод измерительного преобразователя вибрационного типа, через который она протекает при работе, и присоединенной к нему измерительно-эксплуатационной схемы создают в среде реакционные силы, например соответствующие массовому расходу силы Кориолиса, соответствующие плотности силы инерции или соответствующие вязкости силы трения и т.д., и на их основе вырабатывают измерительный сигнал, представляющий соответственно массовый расход, вязкость и/или плотность среды. Подобные встроенные измерительные приборы с измерительным преобразователем вибрационного типа, а также принцип их действия известны специалисту и подробно и детально описаны, например, в WO-A 03/095950, WO-A 03/095949, WO-A 03/076880, WO-A 02/37063, WO-A 01/33174, WO-A 00/57141, WO-A 99/39164, WO-A 98/07009, WO-A 95/16897, WO-A 88/03261, US 2003/0208325, US-B 6691583, US-B 665113, US-B 6513393, US-B 6505519, US-A 6006609, US-A 5869770, US-A 5796011, US-A 5616868, US-A 5602346, US-A 5602345, US-A 5531126, US-A 5301557, US-A 5253533, US-A 5218873, US-A 5069074, US-A 4876898, US-A 4733569, US-A 4660421, US-A 4524610, US-A 4491025, US-A 4187721, EP-A 1291639, EP-A 1281938, EP-A 1001254 или EP-A 533939.

Для протекания среды измерительные преобразователи содержат, по меньшей мере, одну закрепленную, например, в трубчатой или коробчатой несущей раме измерительную трубку с прямым сегментом, который заставляют вибрировать для создания вышеназванных реакционных сил при работе с приводом от электромеханического устройства возбуждения. Для регистрации вибраций сегмента трубки, в частности, с впускной и выпускной сторон измерительные преобразователи содержат далее реагирующее на движения сегмента трубки физико-электрическое сенсорное устройство.

У кориолисовых массовых расходомеров измерение массового расхода протекающей в трубопроводе среды основано, например, на том, что среду заставляют течь через вставленную в трубопровод измерительную трубку, вибрирующую при работе латерально своей оси, в результате чего в среде создаются силы Кориолиса. Они, в свою очередь, вызывают колебания участков измерительной трубки с впускной и выпускной сторон со сдвигами по фазе по отношению друг к другу. Величина этих фазовых сдвигов служит мерой массового расхода. Колебания измерительной трубки регистрируют поэтому с помощью двух удаленных друг от друга вдоль нее датчиков колебаний вышеназванного сенсорного устройства и преобразуют в измерительные сигналы колебаний, по взаимному фазовому сдвигу которых определяют массовый расход. В приведенной публикации US-A 4187721 упомянуто далее, что с помощью таких встроенных измерительных приборов возможно измерение также моментальной плотности протекающей среды, а именно на основе частоты, по меньшей мере, одного из подаваемых сенсорным устройством измерительных сигналов колебаний. Кроме того, подходящим образом непосредственно измеряют в большинстве случаев также температуру среды, например, с помощью расположенного на измерительной трубке температурного датчика. К тому же, как известно, прямые измерительные трубки с возбужденными торсионными колебаниями вокруг оси, проходящей, в основном, параллельно продольной оси измерительной трубки или совпадающей с ней, могут вызывать в пропускаемой среде радиальные силы сдвига, в результате чего от торсионных колебаний отбирается значительное количество энергии колебаний, которое диссипируется в среде. Из-за этого происходит значительное демпфирование торсионных колебаний вибрирующей измерительной трубки, для поддержания которых к ней приходится дополнительно подводить электрическую мощность возбуждения. На основе требуемой для поддержания торсионных колебаний измерительной трубки электрической мощности возбуждения можно известным специалисту образом с помощью измерительного преобразователя, по меньшей мере, приблизительно определить также вязкость среды (см. также, в частности, US-A 4524610, US-A 5253533, US-A 6006609 или US-B 6651513). Поэтому ниже можно вполне предположить, что, даже если это определенно не описано, с помощью современных встроенных измерительных приборов с измерительным преобразователем вибрационного типа, в частности с помощью кориолисовых массовых расходомеров, можно, во всяком случае, измерить также плотность, вязкость и/или температуру среды, тем более что при измерении массового расхода их так и так следует постоянно привлекать для компенсации ошибок измерения вследствие колебаний плоскости и/или вязкости среды (см. также, в частности, US-B 6513393, US-A 6006609, US-A 5602346, WO-A 02/37063, WO-A 99/39164 или WO-А 00/36379).

При использовании встроенных измерительных приборов с измерительным преобразователем вибрационного типа оказалось, однако, как это описано, например, также в JP-A 10-281846, WO-A 03/076880, ЕР-А 1291639, US-B 6505519 или US-A 4524610, что у неоднородных сред, в частности двух- или более фазных сред, выведенные из колебаний измерительной трубки измерительные сигналы колебаний, в частности также упомянутый фазовый сдвиг, несмотря на вязкость и плотность в отдельных фазах среды, а также массовый расход практически поддерживаются постоянными и/или соответственно заодно учитываются, в значительной степени подвержены колебаниям и для измерения соответствующего физического параметра могут стать совершенно непригодными без вспомогательных мер. Такими неоднородными средами могут быть, например, жидкости, в которые, как это практически неизбежно, например, в процессах дозирования или розлива, введен имеющийся в трубопроводе газ, в частности воздух, или из которых выгазовывается растворенная среда, например углекислый газ, вызывающая пенообразование. В качестве другого примера таких неоднородных сред следует назвать также эмульсии и мокрый или насыщенный пар. В качестве причин для с измерением неоднородных сред с помощью измерительных преобразователей вибрационного типа следует в качестве примера упомянуть одностороннее отложение или осаждение изнутри на стенке измерительной трубки движущихся в жидкостях газовых пузырьков или твердых частиц и так называемый „Bubbles-эффект", при котором движущиеся в жидкости газовые пузырьки действуют в качестве обтекателей для ускоренных поперек продольной оси измерительной трубки частичных объемов жидкости.

В то время как для уменьшения сопутствующих двух- или более фазным средам ошибок измерения в WO-A 03/076880 предложено предшествующее собственно измерению расхода кондиционирование течения или среды, например в JP-A 10-281846 и US-B 6505519 описана соответственно корректировка основанного на измерительных сигналах колебаний измерения расхода, в частности измерения массового расхода, основанная, в частности, на оценке дефицитов между измеренной с высокой точностью фактической плотностью среды и полученной при работе с помощью кориолисовых массовых расходомеров кажущейся плотностью среды.

В частности, для этого предложены предварительно тренированные для этого, при необходимости также адаптивные классификаторы измерительных сигналов колебаний. Классификаторы могут быть выполнены, например, в виде карт Кохонена или нейронной сети, а корректировка может осуществляться с помощью нескольких измеренных при работе параметров, в частности массового расхода и плотности, а также других выведенных из этого признаков или же с использованием включающего в себя один или несколько периодов колебаний интервала измерительных сигналов колебаний. Использование такого классификатора дает, например, то преимущество, что по сравнению с традиционными кориолисовыми массовыми расходомерами/плотномерами измерительный преобразователь не требует никаких или требует лишь незначительных изменений, будь то в механической конструкции, устройстве возбуждения или управляющей им эксплуатационной схеме, особенно согласованных со специальным применением. Значительный недостаток таких классификаторов состоит, однако, и в том, что по сравнению с традиционными кориолисовыми массовыми расходомерами необходимы значительные изменения в области вырабатывания измеренного значения прежде всего в отношении используемых аналого-цифровых преобразователей и микропроцессоров. Как описано в US-B 6505519, для подобной обработки сигналов, например при оцифровывании измерительных сигналов колебаний, которые могут иметь частоту колебаний около 80 Гц, для достижения достаточной точности требуется частота дискретизации около 55 кГц или более. Иначе говоря, измерительные сигналы колебаний следует дискретизировать с отношением частот дискретизации гораздо более 600:1. Кроме того, хранящееся и выполненное в цифровой измерительной схеме фирменное программное обеспечение получается соответственно комплексным. Другой недостаток таких классификаторов следует усматривать в том, что они должны быть натренированы на фактически имеющиеся при работе измерительного преобразователя условия измерения, будь то монтажная ситуация, измеряемая среда и ее в большинстве случаев изменяемые свойства или другие влияющие на точность измерения факторы, и соответственно валидированы. На основе высокой комплексности взаимосвязи всех этих факторов тренинг и его валидация могут осуществляться в большинстве случаев только на месте и индивидуально для каждого измерительного преобразователя, что, в свою очередь, связано со значительными затратами при пуске измерительного преобразователя в работу. В остальном оказалось также, что подобные классификационные алгоритмы, с одной стороны, из-за высокой комплексности, а с другой стороны, вследствие того, что в большинстве случаев неявно присутствует соответствующая физико-математическая модель с технически релевантными или воспроизводимыми параметрами, классификаторы имеют очень малую прозрачность и, тем самым, нередко трудно передаются. Из-за этого у клиента вполне могут возникнуть значительные предубеждения, причем такие проблемы могут возникнуть у клиента, в частности, тогда, когда используемый классификатор представляет собой самоадаптирующуюся, например нейронную, сеть.

В качестве другой возможности решения проблемы с неоднородными средами, например в US-A 4524610, уже предлагалось встроить измерительный преобразователь так, чтобы прямая измерительная трубка проходила в основном вертикально, что в самой значительной степени препятствует наслоению таких мешающих, в частности газообразных, неоднородностей. При этом речь идет, однако, об очень специальном решении, не всегда реализуемом в технике измерения промышленных процессов. Во-первых, в этом случае трубопровод, в который должен быть встроен измерительный преобразователь, следует, при необходимости, приспособить к нему, а не наоборот, что может означать для потребителя повышенные дополнительные затраты при реализации места измерения. Во-вторых, как уже сказано, измерительные трубки могут иметь также криволинейную форму, так что даже за счет приспосабливания положения встраивания проблема не всегда может быть решена удовлетворительно. Кроме того, оказалось, что названные искажения измерительного сигнала не всегда могут быть надежно предотвращены даже при использовании вертикально встроенной прямой измерительной трубки.

Задача изобретения состоит поэтому в создании соответствующего встроенного измерительного прибора, в частности кориолисова массового расходомера, который подходил бы для очень точного измерения измеряемого физического параметра, в частности массового расхода, плотности и/или вязкости, даже неоднородных, в частности двух- или более фазных, сред, а именно, по возможности, со значением ошибки измерения менее 10% по отношению к фактическому параметру. Другая задача состоит в создании соответствующего способа вырабатывания соответствующего измеренного значения.

Для решения этой задачи изобретение состоит во встроенном измерительном приборе, в частности кориолисовом массовом расходомере/плотномере и/или вискозиметре, для измерения, по меньшей мере, одного физического параметра, в частности массового расхода, плотности и/или вязкости, протекающей в трубопроводе, в частности двух- или более фазной среды. Встроенный измерительный прибор включает в себя для этого измерительный преобразователь вибрационного типа и электрически связанный с измерительным преобразователем электронный блок. Измерительный преобразователь содержит, по меньшей мере, одну вставленную в трубопровод, в частности в основном прямую и служащую для протекания измеряемой среды измерительную трубку, сообщенную с присоединенным трубопроводом, воздействующее на измерительную трубку устройство возбуждения для приведения в вибрацию, по меньшей мере, одной измерительной трубки и сенсорное устройство для регистрации вибраций, по меньшей мере, одной измерительной трубки, которое вырабатывает, по меньшей мере, один представляющий колебания измерительной трубки измерительный сигнал колебаний. Устройство возбуждения приводит измерительную трубку при работе, по меньшей мере, периодически и/или, по меньшей мере, частями в латеральные колебания, в частности изгибные колебания. Кроме того, устройство возбуждения приводит измерительную трубку при работе, по меньшей мере, периодически и/или, по меньшей мере, частями в чередующиеся, в частности, с латеральными колебаниями или временно наложенные на них торсионные колебания вокруг воображаемой оси, в основном совпадающей с измерительной трубкой и выполненной, в частности, в виде главной оси инерции измерительной трубки. Электронный блок измерительного прибора, по меньшей мере, периодически вырабатывает включающий устройство возбуждения ток возбуждения. Далее электронный блок измерительного прибора определяет первое промежуточное значение, которое соответствует служащей для поддержания латеральных колебаний измерительной трубки латеральной доле тока возбуждения и/или демпфированию латеральных колебаний измерительной трубки.

Кроме того, электронный блок измерительного прибора определяет второе промежуточное значение, которое соответствует служащей для поддержания торсионных колебаний измерительной трубки торсионной доле тока возбуждения и/или демпфированию торсионных колебаний измерительной трубки. Посредством, по меньшей мере, одного измерительного сигнала колебаний и/или посредством тока возбуждения, а также с использованием первого и второго промежуточных значений электронный блок измерительного прибора вырабатывает, по меньшей мере, периодически, по меньшей мере, одно измеренное значение, которое представляет, по меньшей мере, один измеряемый физический параметр, в частности массовый расход, плотности или вязкость среды.

Далее изобретение состоит в способе измерения физического параметра, в частности массового расхода, плотности или вязкости, протекающей в трубопроводе, в частности двух- или более фазной среды с помощью встроенного измерительного прибора, в частности кориолисового массового расходомера, с измерительным преобразователем вибрационного типа и электрически связанного с измерительным преобразователем электронным блоком измерительного прибора, включающем в себя следующие этапы:

- протекание измеряемой среды, по меньшей мере, через одну сообщающуюся с трубопроводом измерительную трубку измерительного преобразователя и подачу тока возбуждения в механически связанное с направляющей среду измерительной трубкой устройство возбуждения для вырабатывания механических колебаний измерительной трубки;

- создание латеральных колебаний, в частности изгибных колебаний, измерительной трубки и создание наложенных, в частности, на латеральные колебания торсионных колебаний измерительной трубки;

- регистрацию вибраций измерительной трубки и вырабатывание, по меньшей мере, одного измерительного сигнала колебаний, представляющего колебания измерительной трубки;

- определение выведенного из тока возбуждения первого промежуточного значения, которое соответствует служащей для поддержания латеральных колебаний измерительной трубки латеральной доле тока возбуждения и/или демпфированию латеральных колебаний измерительной трубки;

- определение выведенного из тока возбуждения второго промежуточного значения, которое соответствует служащей для поддержания торсионных колебаний измерительной трубки торсионной доле тока возбуждения и/или демпфированию торсионных колебаний измерительной трубки;

- использование, по меньшей мере, одного измерительного сигнала колебаний и/или тока возбуждения, а также первого и второго промежуточных значений для вырабатывания представляющего измеряемый физический параметр измеренного значения.

Согласно первому варианту выполнения прибора электронный блок измерительного прибора определяет выведенное, по меньшей мере, из одного измерительного сигнала колебаний и/или тока возбуждения начальное измеренное значение, по меньшей мере, приблизительно соответствующее, по меньшей мере, одному измеряемому параметру, а с помощью первого и второго промежуточных значений - корректировочное значение для начального измеренного значения и вырабатывает измеренное значение посредством начального измеренного и корректировочного значений.

Согласно второму варианту выполнения прибора измерительная трубка, приводимая устройством возбуждения, совершает торсионные колебания с частотой, установленной отлично от частоты изгибных колебаний, с которой измерительная трубка, приводимая устройством возбуждения, совершает латеральные колебания.

Согласно третьему варианту выполнения прибора измерительная трубка сообщается с присоединенным трубопроводом через впадающий во впускной конец впускной патрубок и через впадающий в выпускной конец выпускной патрубок, а измерительный преобразователь включает в себя фиксированный на впускном и выпускном концах измерительной трубки механически связанный также, в частности, с устройством возбуждения.

Согласно четвертому варианту выполнения прибора электронный блок измерительного прибора определяет корректировочное значение посредством сравнения первого промежуточного значения со вторым промежуточным значением и/или посредством разности, возникающей между первым и вторым промежуточными значениями.

Согласно пятому варианту выполнения прибора электронный блок измерительного прибора вырабатывает первое и/или второе промежуточное значение также с использованием, по меньшей мере, одного измерительного сигнала колебаний.

Согласно шестому варианту выполнения прибора, по меньшей мере, одно измеренное значение представляет вязкость протекающей в измерительной трубе среды, а электронный блок измерительного прибора определяет также начальное измеренное значение посредством запускающего устройство возбуждения тока возбуждения и/или доли тока возбуждения.

Согласно седьмому варианту выполнения прибора, по меньшей мере, одно измеренное значение представляет плотность протекающей в измерительной трубе среды, а электронный блок измерительного прибора определяет начальное измеренное значение с использованием, по меньшей мере, одного измерительного сигнала колебаний и/или тока возбуждения таким образом, что он соответствует измеряемой плотности и/или частоте колебаний, по меньшей мере, одного измерительного сигнала колебаний.

Согласно восьмому варианту выполнения прибора электронный блок измерительного прибора определяет с помощью первого и второго промежуточных значений, по меньшей мере, периодически измеренное значение концентрации, которое у двух- или более фазной среды в измерительной трубке представляет, в частности, относительную объемную и/или массовую долю фазы среды.

Согласно девятому варианту выполнения прибора сенсорное устройство вырабатывает, по меньшей мере, один первый измерительный сигнал колебаний, который представляет по меньшей мере, долю латеральных колебаний, в частности изгибных колебаний, измерительной трубки с впускной стороны и, по меньшей мере, один второй измерительный сигнал колебаний, который представляет по меньшей мере, долю латеральных колебаний, в частности изгибных колебаний, измерительной трубки с выпускной стороны.

Согласно десятому варианту выполнения прибора, по меньшей мере, одно измеренное значение представляет массовый расход протекающей в измерительной трубке среды, а электронный блок измерительного прибора определяет начальное измеренное значение с использованием обоих измерительных сигналов колебаний таким образом, что оно соответствует измеряемому массовому расходу и/или разности фаз между обоими измерительными сигналами колебаний.

Согласно первому варианту выполнения способа этап вырабатывания измеренного значения включает в себя следующие этапы:

- вырабатывание, по меньшей мере, приблизительно соответствующего измеряемому физическому параметру начального измеренного значения с использованием, по меньшей мере, одного измерительного сигнала колебаний и/или тока возбуждения;

- вырабатывание корректировочного значения для начального значения посредством первого и второго промежуточных значений;

- корректировку начального измеренного значения посредством корректировочного значения для вырабатывания измеренного значения.

Согласно первому варианту выполнения способа этап вырабатывания корректировочного значения для начального измеренного значения включает в себя следующие этапы:

- сравнение первого промежуточного значения со вторым промежуточным значением для определения возникающей между обоими промежуточными значениями разности;

- определение измеренного значения концентрации, которое у двух- или более фазной среды в измерительной трубке представляет, в частности, относительную объемную и/или массовую долю фазы среды с учетом возникающей между обоими промежуточными значениями разности.

Основная идея изобретения состоит в эксплуатации измерительного преобразователя в двойном режиме с целью корректировки или компенсации возможных ошибок измерения, вызванных, в частности, неоднородностями измеряемой среды, при которой измерительную трубку поочередно и/или попеременно заставляют вибрировать, по меньшей мере, в двух в основном независимых друг от друга режимах колебаний, а именно в режиме латеральных и режиме торсионных колебаний. С помощью полученных при эксплуатации в двойном режиме рабочих параметров измерительного преобразователя, в частности необходимого для поддержания латерального и торсионного колебаний тока возбуждения, частот и/или амплитуд колебаний измерительной трубки и т.д., можно очень простым образом определить очень точные и на удивление надежные корректировочные значения для собственно измеренных значений.

Изобретение основано при этом, в частности, на том факте, что на введенную в измерительный преобразователь для поддержания латеральных колебаний измерительной трубки мощность возбуждения могут в высокой степени оказать влияние неоднородности измеряемой среды, например возникшие газовые пузырьки или подхваченные твердые частицы и т.д. По сравнению с этим введенная в измерительный преобразователь для поддержания торсионных колебаний мощность возбуждения, однако, в значительно меньшей степени зависима от таких неоднородностей, так что при работе, основанной на этой мощности возбуждения, в частности основанной на фактически введенной для поддержания торсионных колебаний доли тока возбуждения, могут быть получены актуальные эталонные значения, с помощью которых может осуществляться сравнение полученных соответствующим образом для латеральных колебаний измеренных значений, например, фактически введенной для поддержания латеральных колебаний доли тока возбуждения. С помощью этого сравнения, осуществленного, например, нормирующим образом или субтрактивно, можно оценить моментальную степень неоднородностей в среде и на основе этого сделать достаточно точный вывод о совершенной при измерении ошибке. Встроенный измерительный прибор согласно изобретению поэтому особенно подходит для измерения физического параметра, в частности массового расхода, плотности и/или вязкости, протекающей в трубопроводе двух- или более фазной среды, в частности газожидкостной смеси.

Одно преимущество изобретения состоит в том, что определяемые корректировочные значения могут хорошо воспроизводиться в широком диапазоне применений, а правила определения корректировочных значений в процессе измерения могут быть сформулированы сравнительно просто. Кроме того, эти правила могут быть предварительно калиброваны со сравнительно низкими затратами. Другое преимущество изобретения следует усматривать также в том, что во встроенном измерительном приборе согласно изобретению по сравнению с традиционным измерительным прибором, описанным, в частности, в WO-A 03/095950, WO-A 03/095949 или US-A 4524610, лишь при обычно цифровом вырабатывании измеренных значений следует произвести незначительные ограниченные в основном фирменным программным обеспечением изменения, тогда как у измерительного преобразователя и при вырабатывании и предварительной обработке измерительных сигналов колебаний не требуются или требуются лишь, скорее, незначительные изменения. Так, например, даже у двух- или более фазных сред измерительные сигналы колебаний по-прежнему могут дискретизироваться с обычным отношением частот дискретизации гораздо менее 100:1, в частности около 10:1.

Изобретение и другие предпочтительные варианты более подробно поясняются с помощью примеров его осуществления, изображенных на чертеже. Одинаковые детали обозначены на всех фигурах одними и теми же ссылочными позициями; если это требуется для лучшей наглядности, на последующих фигурах уже приведенные ссылочные позиции отсутствуют.

На чертеже изображают:

- фиг.1: встраиваемый в трубопровод измерительный прибор для измерения массового расхода протекающей в трубопроводе среды;

- фиг.2: при виде сбоку в перспективе пример выполнения подходящего для измерительного прибора из фиг.1 измерительного преобразователя вибрационного типа;

- фиг.3: измерительный преобразователь из фиг.2 в разрезе при виде сбоку;

- фиг.4: измерительный преобразователь из фиг.2 в первом сечении;

- фиг.5: измерительный преобразователь из фиг.2 во втором сечении;

- фиг.6: другой пример выполнения подходящего для встроенного измерительного прибора из фиг.1 измерительного преобразователя вибрационного типа в разрезе при виде сбоку;

- фиг.7: в виде блок-схемы предпочтительное выполнение электронного блока для встроенного измерительного прибора из фиг.1;

- фиг.8, 9: в виде графика данные измерений, полученные экспериментальным путем во встроенном измерительном приборе из фиг.1.

На фиг.1 в перспективе изображен встроенный измерительный прибор 1, предназначенный для регистрации физического параметра, например массового расхода m, плотности ρ и/или вязкости η, протекающей в трубопроводе (для наглядности не показан) среды и отображения в виде моментально представляющего этот параметр измеренного значения Х_х. Средой может быть практически любое текучее вещество, например жидкость, газ, пар и т.п.

Встроенный измерительный прибор 1, выполненный, например, в виде кориолисова массового расходомера/плотномера и/или вискозиметра, включает в себя измерительный преобразователь 10 вибрационного типа, через который при работе протекает измеряемая среда, и пример выполнения и варианты которого изображены на фиг.2-6, а также схематично изображенный на фиг.2 и 7 электрически соединенный с измерительным преобразователем 10 электронный блок 50. Преимущественно электронный блок 50 измерительного прибора 1 выполнен с возможностью обмена при его работе с вышестоящим блоком обработки измеренных значений, например блоком управления с программируемой памятью (SPS), персональным компьютером и/или рабочей станцией, через систему передачи данных, например систему полевых шин, данными измерений и/или другими рабочими данными. Кроме того, электронный блок 50 выполнен с возможностью питания от внешнего источника энергоснабжения, например также через систему полевых шин. В случае если вибрационный измерительный прибор предусмотрен для связи с системой полевых шин или иной системой связи, электронный блок 50, в частности, программируемый, содержит соответствующий интерфейс связи для передачи данных, например для передачи данных измерений уже упомянутому блоку управления с программируемой памятью или вышестоящей системе управления процессом. Для размещения электронного блока 50 предусмотрен корпус 200, размещенный, в частности, извне непосредственно на измерительном преобразователе 10 или около него.

Как уже сказано, встроенный измерительный прибор содержит измерительный преобразователь вибрационного типа, через который при работе протекает измеряемая среда и который служит для создания в протекающей среде таких механических реакционных сил, в частности, зависимых от массового расхода сил Кориолиса, зависимых от плотности среды сил инерции и/или зависимых от вязкости среды сил трения, которые могут быть измерены, в частности зарегистрированы датчиками, и действуют на измерительный преобразователь. На основе этих описывающих среду реакционных сил известным специалисту образом могут быть измерены массовый расход, плотность и/или вязкость среды. На фиг.3 и 4 схематично изображен пример выполнения физико-электрического преобразовательного устройства, служащего в качестве измерительного преобразователя 10 вибрационного типа. Механическая конструкция и принцип действия подобного преобразовательного устройства специалисту известны и подробно описаны, например, в US-B 6691583, WO-A 03/095949 или WO-A 03/095950.

Для протекания среды и создания упомянутых реакционных сил измерительный преобразователь включает в себя, по меньшей мере, одну в основном прямую измерительную трубку 10 задаваемого диаметра, которую при работе, по меньшей мере, периодически заставляют вибрировать и за счет этого повторно упруго деформируют. Упругая деформация ширины в свету измерительной трубки означает здесь, что пространственная форма и/или пространственное положение ширины в свету измерительной трубки 10 циклически, в частности периодически, изменяется задаваемым образом в пределах диапазона ее упругости (см. также US-A 4801897, US-A 5648616, US-А 5796011, US-A 6006609, US-B 6691583, WO-A 03//095949 и/или WO-А 03/095950. Здесь следует указать на то, что вместо описанного в данном примере измерительного преобразователя с единственной прямой измерительной трубкой служащий для реализации изобретения измерительный преобразователь может быть выбран из большого числа известных из уровня техники измерительных преобразователей вибрационного типа. В частности, пригодны, например, измерительные преобразователи вибрационного типа с двумя параллельными прямыми измерительными трубками, через которые протекает измеряемая среда, как они подробно описаны, например, в US-A 5602345.

Как показано на фиг.1, измерительный преобразователь 1 содержит окружающий измерительную трубку 10 и возможные другие его компоненты (см. также ниже), корпус 100, который защищает их от вредных влияний окружающей среды и/или демпфирует наружу возможное шумообразование измерительного преобразователя. Кроме того, корпус 100 служит также для удержания заключающего электронный блок 50 корпуса 200. Для этого корпус 100 снабжен шейкообразным переходником, на котором соответствующим образом фиксирован корпус 200 (фиг.1). Вместо изображенного здесь трубчатого коаксиального измерительной трубке корпуса 100 могут быть использованы, само собой, и корпуса других подходящих форм, например коробчатой.

Измерительная трубка 10, сообщающаяся обычным образом с впускной и выпускной сторон с подводящим и отводящим измеряемую среду трубопроводом, подвешена с возможностью колебания в жестком, в частности изгибно- и крутильно-жестком корпусе 100. Для протекания среды измерительная трубка 10 через впадающий во впускной конец 11# впускной патрубок 11 и впадающий в выпускной конец 12# выпускной патрубок 12 присоединена к трубопроводу. Измерительная трубка 10, впускной 11 и выпускной 12 патрубки ориентированы как можно более соосно друг другу и продольной оси L измерительной трубки и выполнены предпочтительным образом за одно целое, так что для их изготовления может служить, например, единственная трубчатая заготовка; в случае необходимости измерительная трубка 10 и патрубки 11, 12 могут быть изготовлены также из отдельных позднее соединенных, например сваренных, заготовок. Для изготовления измерительной трубки 10, как и впускного 11 и выпускного 12 патрубков, может применяться практически любой из обычных для таких измерительных преобразователей материалов, например железные, титановые, циркониевые и/или танталовые сплавы, пластики или керамика. В случае если измерительный преобразователь должен быть смонтирован на трубопроводе разъемно, впускной 11 и выпускной 12 патрубки предпочтительно снабжены соответственно фланцем 13 и 14; в случае необходимости впускной 11 и выпускной 12 патрубки могут быть соединены с трубопроводом также непосредственно, например, сваркой или пайкой тугоплавким припоем. Далее, как схематично показано на фиг.1, на впускном 11 и выпускном 12 патрубках фиксирован размещающий измерительную трубку 10 корпус 100 (фиг.1 и 2).

По меньшей мере, для измерения массового расхода m измерительную трубку 10 возбуждают в первом полезном режиме колебаний в качестве режима латеральных колебаний, в котором она, по меньшей мере, частично совершает колебания, в частности изгибные колебания, латерально воображаемой продольной оси L, в частности, с возможностью латерального изгибания, колеблясь в основном на естественной собственной частоте изгиба в соответствии с естественной первой формой собственных колебаний. В случае если среда протекает в присоединенном трубопроводе и, тем самым, массовый расход m отличается от нуля, вибрирующая в первом полезном режиме колебания измерительная трубка 10 создает в протекающей среде силы Кориолиса. Они, в свою очередь, действуют на измерительную трубку 10, вызывая известным специалисту образом дополнительную регистрируемую датчиками деформацию измерительной трубки 10 в основном в соответствии с естественной второй формой собственных колебаний, копланарно наложенной на первую форму собственных колебаний. Моментальное проявление деформации измерительной трубки 10 зависит при этом, в частности, в отношении ее амплитуд, также от моментального массового расхода m. В качестве второй формы собственных колебаний, так называемого режима Кориолиса, могут служить, например, как это принято у подобных измерительных преобразователей, антисимметричные формы изгибных колебаний с двумя или четырьмя пучностями. Поскольку естественные собственные частоты таких режимов латеральных колебаний измерительных трубок зависят, как известно, в особой степени также от плотности ρ среды, можно с помощью встроенного измерительного прибора дополнительно к массовому расходу m вполне измерить и плотность ρ. Дополнительно к латеральным колебаниям, по меньшей мере, одну измерительную трубку 10 для создания зависимых от вязкости сил сдвига в протекающей среде эксплуатируют, по меньшей мере, периодически в режиме торсионных колебаний. В этом режиме торсионных колебаний возбуждают торсионные колебания измерительной трубки вокруг оси, проходящей в основном параллельно продольной оси измерительной трубки или совпадающей с ней, а именно с возможностью скручивания вокруг своей продольной оси L в основном в соответствии с естественной формой торсионных колебаний (см. также US-A 4524610, US-A 5253533, US-A 6006609 или ЕР-А 1158289). Возбуждение торсионных колебаний может происходить при этом попеременно с первым полезным режимом колебаний и отдельно от него во втором полезном режиме колебаний или же, по меньшей мере, при отличающихся друг от друга частотах колебаний также одновременно с латеральными колебаниями в первом полезном режиме колебаний. Иначе говоря, измерительный преобразователь работает, по меньшей мере, периодически в двойном режиме, в котором, по меньшей мере, одну измерительную трубку 10 заставляют вибрировать поочередно и/или попеременно, по меньшей мере, в двух в основном независимых друг от друга режимах колебаний, а именно в режиме латеральных и в режиме торсионных колебаний.

Согласно одному варианту осуществления изобретения измерительную трубку 10 для создания зависимых от массового расхода сил Кориолиса в протекающей среде, по меньшей мере, периодически возбуждают с частотой f_excL латеральных колебаний, которая максимально точно соответствует самой низкой естественной собственной изгибной частоте измерительной трубки 10, так что латерально вибрирующая измерительная трубка 10, через которую, однако, не протекает среда, изгибается в основном симметрично перпендикулярной продольной оси L средней оси и имеет при этом единственную пучность колебаний. Эта самая низкая естественная собственная изгибная частота, например, у служащей в качестве измерительной трубки 10 трубки из специальной стали с условным проходом 20 мм, толщиной стенки около 1,2 мм и длиной около 350 мм, а также обычными надстроенными элементами может составлять 850-900 Гц.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, в частности, одновременно с латеральными колебаниями в полезном режиме возбуждают торсионные колебания измерительной трубки 10 с частотой f_excT, которая максимально точно совпадает с естественной собственной торсионной частотой измерительной трубки 10. Самая низкая собственная торсионная частота у прямой трубки примерно вдвое выше самой низкой собственной изгибной частоты.

Как уже сказано, колебания измерительной трубки 10, с одной стороны, демпфируются посредством отдачи энергии колебаний, в частности среде. С другой стороны, однако, у вибрирующей измерительной трубки 10 энергию колебаний можно в значительной степени отбирать также за счет возбуждения колебаний механически связанных с ней деталей, например, корпуса 100 или присоединенного трубопровода. В целях подавления или во избежание возможной отдачи энергии колебаний окружающей среде в измерительном преобразователе поэтому предусмотрен ответный вибратор 20, фиксированный на измерительной трубке 10 с впускной и выпускной сторон. Ответный вибратор 20, как схематично показано на фиг.2, выполнен предпочтительно цельным. В случае необходимости ответный вибратор 20, как описано, например, в US-A 5969265, ЕР-А 317340 или WO-A 00/14485, может быть выполнен составным или реализован посредством двух отдельных частичных ответных вибраторов, фиксированных на измерительной трубке 10 с впускной и выпускной сторон (фиг.6). Ответный вибратор 20 служит, в том числе, для динамического сбалансирования измерительного преобразователя, по меньшей мере, для заданного, наиболее часто ожидаемого или критического при работе измерительного преобразователя значения плотности среды настолько, чтобы в значительной степени компенсировать возможные созданные в вибрирующей измерительной трубке 10 поперечные силы и/или изгибающие моменты (см. также US-B 6691583). Ответный вибратор 20 служит в описанном выше случае для возбуждения также торсионных колебаний измерительной трубки 10 и, кроме того, для создания ответных торсионных моментов, в значительной степени компенсирующих торсионные моменты, создаваемые единственной скручивающейся преимущественно вокруг своей продольной оси L измерительной трубки 10, и, тем самым, в значительной степени для освобождения окружающего измерительный преобразователь пространства, в частности присоединенный трубопровод, от динамических торсионных моментов. Ответный вибратор 20, как схематично показано на фиг.2 и 3, может быть выполнен трубчатым и соединен на впускном 11# и выпускном 12# концах с измерительной трубкой 10, например, с возможностью ориентации, как показано на фиг.3, в основном, коаксиально измерительной трубке 10. В качестве материала для ответного вибратора рассматриваются практически такие же материалы, что и применяемые для измерительной трубки 10, т.е., например, специальная сталь, титановые сплавы и т.д.

Немного менее торсионно- и/или изгибно-упругий, в частности, по сравнению с измерительной трубкой 10 ответный вибратор 20 также заставляют вибрировать при работе, а именно в основном с той же частотой, однако внефазно, в частности противофазно, измерительной трубке 10. В соответствии с этим ответный вибратор 20, по меньшей мере, одной из своих собственных торсионных частот максимально точно согласован с той частотой торсионных колебаний, с которой ее заставляют преимущественно вибрировать при работе. Кроме того, ответный вибратор 20, по меньшей мере, по одной своей собственной изгибной частоте максимально также настроен, по меньшей мере, на одну частоту изгибных колебаний, с которой измерительную трубку 10 заставляют вибрировать, в частности, в полезном режиме, а при работе измерительного преобразователя возбуждают также латеральные колебания, в частности изгибные колебания, ответного вибратора 20, являющиеся в основном копланарными латеральным колебаниям измерительной трубки 10, в частности изгибным колебаниям в полезном режиме.

Согласно одному варианту осуществления изобретения для этого, как схематично показано на фиг.3, в ответном вибраторе 20 выполнены канавки 201, 202, простым образом обеспечивающие точную настройку его собственных торсионных частот, в частности снижение собственных торсионных частот за счет снижения торсионной жесткости ответного вибратора 20. Хотя канавки 201, 202 показаны на фиг.2 или 3 в основном одинаково распределенными в направлении продольной оси L, они в случае необходимости могут быть расположены также вполне неодинаково распределенными в направлении продольной оси L. Кроме того, распределение массы ответного вибратора, как схематично показано на фиг, 3, можно корректировать также посредством соответствующих закрепленных на измерительной трубке 10 балансиров 101, 102. В качестве балансиров 101, 102 могут служить, например, надетые на измерительную трубку 10 металлические кольца или фиксированные на ней металлические пластинки.

Для создания механических колебаний измерительной трубки 10 измерительный преобразователь включает в себя далее, в частности, электродинамическое устройство 40 возбуждения, связанное с измерительной трубкой. Устройство 40 возбуждения служит для преобразования введенной электронным блоком измерительного прибора электрической мощности Р_exc возбуждения, например, с помощью регулируемого тока i_exc возбуждения и/или регулируемого напряжения, в воздействующий на измерительную трубку 10, например, импульсно или гармонически, и упруго деформирующий ее момент М_ехс возбуждения и/или в латерально действующую на измерительную трубку 10 силу F_exc возбуждения. Для достижения максимально высокого кпд и максимально высокого отношения сигнал/шум мощность Р_exc возбуждения настроена максимально точно с возможностью поддержания преимущественно колебаний измерительной трубки 10 в полезном режиме, а именно максимально точно на моментальной собственной частоте измерительной трубки, через которую протекает среда. Сила F_exc возбуждения, как и момент М_ехс возбуждения, могут быть при этом, как схематично показано на фиг.4 или 6, соответственно двунаправленными или также однонаправленными и известным специалисту образом, например посредством схемы регулирования тока и/или напряжения, настроены по амплитуде, а, например, посредством фазосдвигающей петли - по частоте. В качестве устройства 40 возбуждения, как это принято у таких измерительных преобразователей вибрационного типа, может служить, например, устройство с закрепленной на ответном вибраторе 20 или изнутри на корпусе 100 цилиндрической катушкой возбуждения, через которую при работе течет соответствующий ток i_exc возбуждения, и, по меньшей мере, с одним, по меньшей мере, частично погружающимся в катушку возбуждения постоянномагнитным якорем, фиксированным на измерительной трубе 10. Далее устройство 40 возбуждения, как описано, например, в US-A 4524610 или WO-A 03/095950, может быть реализовано также посредством нескольких подвижных катушек или посредством электромагнитов.

Для детектирования колебаний измерительной трубки 10 измерительный преобразователь включает в себя далее сенсорное устройство 50, которое посредством, по меньшей мере, одного реагирующего на вибрации измерительной трубки 10 первого датчика 51 колебаний вырабатывает представляющий их первый, в частности аналоговый, измерительный сигнал s₁ колебаний. Датчик 51 колебаний может быть образован, например, постоянномагнитным якорем, который фиксирован на измерительной трубке 10 или находится во взаимодействии с удерживаемой ответным вибратором 20 или корпусом 100 сенсорной катушкой. В качестве датчика 51 колебаний особенно пригодны такие датчики, которые, будучи основаны на электродинамическом принципе, регистрируют скорость отклонений измерительной трубки 10. Могут использоваться также измеряющие ускорение электродинамические или также измеряющие путь резистивные или оптические датчики. Само собой, могут быть использованы и другие известные специалисту и пригодные для детектирования таких вибраций датчики. Сенсорное устройство 50 включает в себя далее, в частности, идентичный первому датчику 51 колебаний, второй датчик 51 колебаний, посредством которого оно вырабатывает также представляющий вибрации измерительной трубки 10 второй измерительный сигнал s₂ колебаний. Оба датчика 51, 52 колебаний расположены в этом варианте на удалении друг от друга вдоль измерительной трубки 10, в частности на одинаковом расстоянии от середины измерительной трубки 10, так что в измерительном преобразователе 1 посредством сенсорного устройства 50 локально регистрируют вибрации измерительной трубки 10 с впускной и выпускной сторон и преобразуют в соответствующие измерительные сигналы s₁, s₂ колебаний. Оба измерительных сигнала s₁, s₂ колебаний, имеющие обычно частоту, соответствующую моментальной частоте колебаний измерительной трубки 10, подают, как показано на фиг.2, к электронному блоку 50 измерительного прибора, где их известным специалисту образом предварительно обрабатывают, в частности оцифровывают, а затем подходящим образом оценивают.

Согласно одному варианту осуществления изобретения устройство 40 возбуждения, как показано на фиг.2 и 3, выполнено и расположено в измерительном преобразователе с возможностью воздействия при работе одновременно, в частности дифференцированно, на измерительную трубку 10 и ответный вибратор 20. У этого усовершенствования изобретения устройство 40 возбуждения, как показано на фиг.2, выполнено и расположено в измерительном преобразователе предпочтительным образом с возможностью воздействия при работе одновременно, в частности дифференцированно, на измерительную трубку 10 и ответный вибратор 20. В изображенном на фиг.4 примере устройство 40 возбуждения содержит для этого, по меньшей мере, одну первую катушку 41а возбуждения, через которую при работе, по меньшей мере, периодически течет ток возбуждения или часть тока возбуждения и которая фиксирована на соединенном с измерительной трубкой 10 рычаге 41с, воздействуя через него и фиксированный извне на ответном вибраторе 20 якорь 41b дифференцированно на измерительную трубку 10 и ответный вибратор 20. Это расположение имеет, в том числе, и то преимущество, что, с одной стороны, ответный вибратор 20 и, тем самым, корпус 100 малы в сечении, а катушка 41а возбуждения, тем не менее, в частности также при монтаже, легко доступна. Кроме того, другое преимущество этого выполнения устройства 40 возбуждения состоит также в том, что возможные используемые стаканы 41d катушек, тяжестью которых, в частности при условных проходах свыше 80 мм, нельзя пренебречь, также могут быть фиксированы на ответном вибраторе 20 и, тем самым, практически не оказывают никакого влияния на собственные частоты измерительной трубки 10. Здесь, однако, следует указать на то, что в случае необходимости катушка 41а возбуждения может удерживаться также ответным вибратором 20, а соответственно якорь 41b - измерительной трубкой 10.

Соответствующим образом датчики 51, 52 колебаний также могут быть выполнены и расположены в измерительном преобразователе с возможностью дифференциальной регистрации вибраций измерительной трубки 10 и ответного вибратора 20. В изображенном на фиг.5 примере сенсорное устройство 50 включает в себя фиксированную на измерительной трубке 10, расположенную здесь вне всех главных осей инерции сенсорного устройства 50 сенсорную катушку 51а. Сенсорная катушка 51а расположена как можно ближе к фиксированному на ответном вибраторе 20 якорю 51b и магнитно связана с ним с возможностью индуцирования в ней изменяемого измерительного напряжения, на которое оказывают влияние вращательные и/или латеральные изменяющие ее относительное положение и/или ее относительное расстояние относительные движения между измерительной трубкой 10 и ответным вибратором 20. За счет такого расположения сенсорной катушки 51а можно предпочтительным образом одновременно регистрировать как вышеназванные торсионные колебания, так и возбужденные изгибные колебания. В случае необходимости сенсорная катушка 51а может быть фиксирована также на ответном вибраторе 20, а соответствующим образом связанный с ней якорь 51b - на измерительной трубке 10.

Согласно другому варианту осуществления изобретения измерительная трубка 10, ответный вибратор 20 и закрепленные на них сенсорное устройство 50 и устройство 40 возбуждения согласованы между собой в отношении распределения своих масс так, что образованная подвешенная посредством впускного 11 и выпускного патрубков внутренняя часть измерительного преобразователя имеет центр MS тяжести массы, лежащий, по меньшей мере, внутри измерительной трубки 10, преимущественно, однако, как можно ближе к ее продольной оси L. К тому же внутренняя часть выполнена предпочтительным образом так, что она имеет первую главную ось T₁ инерции, совпадающую с впускным 11 и выпускным патрубками и лежащую, по меньшей мере, на отдельных отрезках внутри измерительной трубки 10. Из-за смещения центра MS тяжести массы внутренней части, в частности также из-за предписанного положения первой главной оси T₁ инерции обе принятые измерительной трубкой 10 при работе и компенсированные в значительной степени ответным вибратором 20 формы колебаний, а именно торсионные и изгибные колебания измерительной трубки 10, в самой значительной части механически развязаны друг от друга (см. также WO-A 03/095950). За счет этого обе формы колебания, т.е. латеральные и/или торсионные колебания, могут быть предпочтительным образом вполне возбуждены отдельно друг от друга. Смещение центра MS тяжести массы и первой главной оси T₁ инерции к продольной оси L измерительной трубки 10 может быть, например, значительно упрощено за счет выполнения и взаимного расположения составляющих внутреннюю часть измерительной трубки 10, ответного вибратора 20 и закрепленных на них сенсорного устройства 50 и устройства 40 возбуждения так, что распределение массы внутренней части вдоль продольной оси L измерительной трубки в основном симметрично, по меньшей мере, однако, инвариантно воображаемому повороту вокруг продольной оси L на 180° (с2-симметрия). К тому же ответный вибратор 20, выполненный здесь трубчатым, в частности, также в значительной степени аксиально-симметричным, расположен в основном коаксиально измерительной трубке 10, благодаря чему значительно упрощается достижение симметричного распределения массы внутренней части, и, тем самым, центр MS тяжести массы простым образом смещается близко к продольной оси L измерительной трубки. Кроме того, сенсорное устройство 50 и устройство 40 возбуждения в данном примере выполнены и расположены по отношению друг к другу на измерительной трубке 10 и ответном вибраторе 20 с возможностью выполнения созданного ими момента инерции массы как можно более концентричным продольной оси L измерительной трубки или, по меньшей мере, как можно более малым. Это может быть достигнуто, например, за счет того, что общий центр тяжести масс сенсорного устройства 50 и устройства 40 возбуждения лежит также как можно ближе к продольной оси L измерительной трубки и/или что общая масса сенсорного устройства 50 и устройства 40 возбуждения как можно более мала.

Согласно другому варианту осуществления изобретения с целью отдельного возбуждения торсионных и/или изгибных колебаний измерительной трубки 10 устройство 40 возбуждения выполнено и фиксировано на ней и ответном вибраторе 20 с возможностью воздействия создающего изгибные колебания усилия на измерительную трубку 10 вдоль воображаемой силовой линии, которая проходит за пределами перпендикулярной главной оси T₁ инерции второй главной оси Т₂ инерции или пересекает последнюю самое большее в одной точке. В изображенном на фиг.4 примере устройство 40 возбуждения содержит для этого катушку 41а возбуждения, через которую при работе, по меньшей мере, периодически течет ток возбуждения или часть тока возбуждения и которая фиксирована на соединенном с измерительной трубкой 10 рычаге 41с, воздействуя через него и фиксированный извне на ответном вибраторе 20 якорь 41b дифференцированно на измерительную трубку 10 и ответный вибратор 20. Это расположение имеет, в том числе, и то преимущество, что, с одной стороны, ответный вибратор 20 и, тем самым, корпус 100 малы в сечении, а катушка 41а возбуждения, тем не менее, в частности, также при монтаже легко доступна. Кроме того, другое преимущество этого выполнения устройства 40 возбуждения состоит также в том, что возможные используемые стаканы 41d катушек, тяжестью которых, в частности при условных проходах свыше 80 мм, нельзя пренебречь, также могут быть фиксированы на ответном вибраторе 20 и, тем самым, практически не оказывают никакого влияния на собственные частоты измерительной трубки 10. Здесь, однако, следует указать на то, что в случае необходимости катушка 41а возбуждения может удерживаться также ответным вибратором 20, а соответственно якорь 41b - измерительной трубкой 10.

Согласно другому варианту осуществления изобретения устройство 40 возбуждения содержит, по меньшей мере, одну расположенную вдоль диаметра измерительной трубки 10 вторую катушку 42а возбуждения, которая так же, как и катушка 41а возбуждения, связана с измерительной трубкой 10 и ответным вибратором 20. Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения устройство 40 возбуждения содержит две дополнительные, т.е. в общей сложности четыре расположенные симметрично, по меньшей мере, относительно второй главной оси Т₂ инерции катушки 43а, 44а возбуждения, смонтированные в измерительном преобразователе описанным выше образом. Действующее на измерительную трубку 10 за пределами второй главной оси Т₂ инерции усилие может быть создано посредством таких двух- или четырехкатушечных устройств простым образом, например, за счет того, что одна из катушек возбуждения, например 41а, имеет иную индуктивность, чем соответственно другие, или что через одну из катушек возбуждения, например 41a, при работе течет часть тока возбуждения, которая отличается от соответствующей части тока возбуждения соответственно других катушек возбуждения.

Согласно другому варианту осуществления изобретения сенсорное устройство 50 включает в себя, как схематично показано на фиг.5, расположенную за пределами второй главной оси Т₂ инерции фиксированную на измерительной трубке 10 сенсорную катушку 51а. Сенсорная катушка 51а расположена как можно ближе к фиксированному на ответном вибраторе 20 якорю 51b и магнитно связана с ним с возможностью индуцирования в ней изменяемого измерительного напряжения, на которое оказывают влияние вращательные и/или латеральные изменяющие ее относительное положение и/или ее относительное расстояние относительные движения между измерительной трубкой 10 и ответным вибратором 20. За счет такого расположения сенсорной катушки 51а можно предпочтительным образом одновременно регистрировать как вышеназванные торсионные колебания, так и возбужденные изгибные колебания. В случае необходимости сенсорная катушка 51а может быть фиксирована также на ответном вибраторе 20, а соответствующим образом связанный с ней якорь 51b - на измерительной трубке 10.

Здесь следует далее упомянуть, что устройство 40 возбуждения и сенсорное устройство 50 известным специалисту образом могут быть выполнены также в основном одинаковыми по своей механической конструкции; таким образом, описанные варианты механической конструкции устройства 40 возбуждения могут быть перенесены в основном также на механическую конструкцию сенсорного устройства 50 и наоборот.

Для приведения измерительной трубки 10 в вибрацию устройство 40 возбуждения и сенсорное устройство 50, как уже сказано, питают также осциллирующим, в частности многочастотно, током i_exc возбуждения устанавливаемых амплитуды и частоты f_exc возбуждения с возможностью его протекания через катушки 26, 36 возбуждения при работе и вырабатывания соответствующим образом необходимых для движения якорей 27, 37 магнитных полей. Ток i_exc возбуждения может быть, например, гармоничным, многочастотным или прямоугольным. Частота f_excL возбуждения латеральных колебаний латеральной доли i_excL тока i_exc возбуждения, необходимой для поддержания латеральных колебаний измерительной трубки 10, может быть выбрана и настроена у изображенного в примере выполнения измерительного преобразователя предпочтительным образом с возможностью осциллирования латерально вибрирующей измерительной трубки 10, в основном, в основном режиме изгибных колебаний с одной пучностью. Аналогично этому частота f_excT возбуждения торсионных колебаний торсионной доли i_excT тока i_exc возбуждения, необходимой для поддержания торсионных колебаний измерительной трубки 10, может быть выбрана и настроена с возможностью осциллирования торсионно вибрирующей измерительной трубки 10, по возможности, в основном режиме торсионных колебаний с одной пучностью. Обе названные доли i_excL и i_excT тока в зависимости от выбранного режима могут быть введены в устройство 40 возбуждения, например, периодически, т.е. действуя моментально соответственно в качестве тока i_exc возбуждения, или одновременно, т.е., дополняя друг друга в ток i_exc возбуждения.

В описанном выше случае, когда частота f_excL возбуждения латеральных колебаний и частота f_excT возбуждения торсионных колебаний, с которой измерительную трубку заставляют вибрировать при работе, настроены по-разному посредством измерительного преобразователя простым и предпочтительным образом даже при одновременно возбужденных торсионных и изгибных колебаниях, т.е. на основе фильтрации сигналов или частотного анализа может происходить сепарирование отдельных режимов колебания как в возбуждающих, так и в сенсорных сигналах. В противном случае рекомендуется чередующееся возбуждение латеральных и торсионных колебаний.

Для вырабатывания и настройки тока i_exc возбуждения или долей i_excL, i_excT тока электронный блок 50 измерительного прибора содержит соответствующую запускающую схему 53, управляемую представляющим настраиваемую частоту f_excL возбуждения латеральных колебаний установочным сигналом у_FML частоты латеральных колебаний и представляющим настраиваемую амплитуду латеральных колебаний тока i_exc возбуждения и/или латеральную долю i_excL тока установочным сигналом у_AML амплитуды латеральных колебаний, а также, по меньшей мере, периодически представляющим настраиваемую частоту f_excT возбуждения торсионных колебаний установочным сигналом у_FMT частоты торсионных колебаний и представляющим настраиваемую амплитуду торсионных колебаний тока i_exc возбуждения и/или торсионную долю i_excT тока установочным сигналом у_AMT амплитуды торсионных колебаний. Запускающая схема 53 может быть реализована, например, посредством осциллятора с управляемым напряжением и подключенным преобразователем напряжение-ток; вместо аналогового осциллятора может быть использован, например, также цифровой осциллятор с числовым управлением для настройки моментального тока i_exc возбуждения или долей i_excL, i_excT тока возбуждения.

Для вырабатывания установочного сигнала у_AML амплитуды латеральных колебаний и/или установочного сигнала у_AMT амплитуды торсионных колебаний может служить, например, интегрированная в электронный блок 50 измерительного прибора схема 51 регулирования амплитуды, которая с помощью моментальных амплитуд, по меньшей мере, одного из обоих измерительных сигналов s₁, s₂ колебаний, измеренных при моментальной частоте латеральных колебаний и/или моментальной частоте торсионных колебаний, а также с помощью соответствующих постоянных или переменных опорных значений амплитуд W_L, W_T соответственно латеральных и торсионных колебаний актуализирует установочные сигналы у_AML, у_AMT амплитуд; при необходимости могут быть привлечены также моментальные амплитуды тока i_exc возбуждения для генерирования установочного сигнала у_AML амплитуды латеральных колебаний и/или установочного сигнала у_AMT амплитуды торсионных колебаний (фиг.7). Структура и принцип действия подобных схем регулирования амплитуды специалисту также известны. В качестве примера такой схемы регулирования амплитуды следует сослаться на измерительные преобразователи серии „Promass 80", предлагаемые заявителем в сочетании с измерительными преобразователями серии „Promass I". Их схема регулирования амплитуды выполнена предпочтительно с возможностью регулирования латеральных колебаний измерительной трубки 10 до постоянной, т.е. независимой также от плотности ρ амплитуды.

Схема 52 регулирования частоты и запускающая схема 53 могут быть выполнены, например, в виде фазосдвигающей петли, которую известным специалисту образом используют для того, чтобы с помощью разности фаз, измеренной между, по меньшей мере, одним из измерительных сигналов s₁, s₂ колебаний и настраиваемым или моментально измеренным током i_exc возбуждения постоянно согласовывать с моментальными собственными частотами измерительной трубки 10 установочный сигнал у_FML частоты латеральных колебаний и/или установочный сигнал у_FMT частоты торсионных колебаний. Структура и применение таких фазосдвигающих петель для работы измерительных трубок на одной из ее механических собственных частот подробно описаны, например, в US-A 4801897. Само собой, могут быть использованы и другие известные специалисту схемы регулирования амплитуды, предложенные, например, также в US-A 4524610 или US-A 4801897. Далее в отношении использования таких схем регулирования амплитуды для измерительных преобразователей вибрационного типа следует сослаться на уже упомянутые измерительные преобразователи серии „Promass 80". Другие схемы, подходящие в качестве запускающей схемы, могут быть взяты также из US-A 5869770 или US-A 6505519.

Согласно другому варианту осуществления изобретения схема 51 регулирования амплитуды и схема 52 регулирования частоты, как схематично показано на фиг.7, реализованы посредством предусмотренного в электронном блоке 50 измерительного прибора цифрового сигнального процессора DSP и соответственно встроенных в него и отрабатываемых в нем программных кодов. Программные коды могут храниться, например, в энергонезависимом ЭСПЗУ управляющего сигнальным процессором и/или контролирующего его микрокомпьютера 55, временно или постоянно и при запуске сигнального процессора DSP загружаться, например, в интегрированное в сигнальный процессор DSP энергозависимое оперативное ЗУ электронного блока 50 измерительного прибора. Подходящими для подобных применений сигнальными процессорами являются, например, сигнальные процессоры типа TMS320VC33, предлагаемые на рынке фирмой «Тексас Инструменте Инк.». Понятно при этом, что измерительные сигналы s₁, s₂ колебаний для обработки в сигнальном процессоре DSP посредством соответствующих аналого-цифровых преобразователей A/D следует преобразовать в соответствующие цифровые сигналы (см., в частности, ЕР-А 866319). В случае необходимости выдаваемые сигнальным процессором установочные сигналы, например установочные сигналы у_AML, у_AMT амплитуд или установочные сигналы у_FML, у_FMT частот, должны быть подвергнуты соответствующим образом цифро-аналоговому преобразованию.

Как показано на фиг.7, предварительно подходящим образом кондиционированные, при необходимости, измерительные сигналы s₁, s₂ колебаний подают к измерительной схеме 21 электронного блока измерительного прибора, которая служит для вырабатывания, по меньшей мере, одного измеренного значения

Х_х с помощью, по меньшей мере, одного из измерительных сигналов s₁, s₂ колебаний и/или с помощью тока i_exc возбуждения.

Согласно одному варианту осуществления изобретения измерительная схема 21, по меньшей мере, частично выполнена в виде вычислителя расхода и служит для определения известным специалисту образом с помощью разности фаз, детектированной между измерительными сигналами s₁, s₂ колебаний, генерированными при совершающей, по меньшей мере, частично латеральные колебания измерительной трубке 10, служащего здесь в качестве измеренного значения массового расхода измеренного значения Х_х, которое как можно более точно представляет измеряемый массовый расход. В качестве измерительной схемы 21 могут служить при этом уже используемые в традиционных кориолисовых массовых расходомерах, в частности, цифровые измерительные схемы, которые с помощью измерительных сигналов s₁, s₂ колебаний определяют массовый расход (см., в частности, упомянутые выше WO-A 02/37063, WO-A 99/39164, US-A 5648616, US-A 5069074). Само собой, могут быть использованы и другие известные специалисту подходящие для кориолисовых массовых расходомеров измерительные схемы, которые измеряют и соответствующим образом оценивают разности фаз и/или времени между измерительными сигналами колебаний описанного рода.

Кроме того, измерительная схема 21 может служить также для того, чтобы на основе измеренной, например, с помощью, по меньшей мере, одного из измерительных сигналов s₁, s₂ колебаний частоты колебаний, по меньшей мере, одной измерительной трубки 10 определить используемое в качестве измеренного значения плотности измеренного значения Х_х, которое моментально представляет измеряемую плотность ρ среды или фазы среды.

Вследствие того, что прямую измерительную трубку 10, как сказано выше, при работе заставляют совершать одновременно или попеременно латеральные или торсионные колебания, измерительная схема 21 может использоваться также для того, чтобы на основе тока i_exc возбуждения, который, как известно, может служить также мерой кажущейся вязкости или же произведения вязкости на плотность протекающей в измерительной трубке 10 среды, определить используемое в качестве измеренного значения вязкости измеренное значение Х_х, моментально представляющее вязкость среды (см. также US-A 4524610 или WO-A 9516897).

Специалисту при этом вполне ясно, что встроенный измерительный прибор может определять отдельные измеренные значения Х_х для различных параметров х как в общем измерительном цикле, т.е. с одинаковой частотой актуализации, так и с разными частотами актуализации. Например, высокоточное измерение в большинстве случаев значительно изменяющегося массового расхода требует обычно очень высокой частоты актуализации, тогда как, скорее, менее изменяющаяся в большинстве случаев по сравнению с этим в течение более длительного времени вязкость среды может быть актуализирована, при необходимости, в большие промежутки времени. Кроме того, вполне можно предположить, что актуально полученные измеренные значения Х_х могут временно храниться в электронном блоке измерительного прибора для последующих применений. Предпочтительным образом измерительная схема 21 также может быть реализована посредством сигнального процессора DSP.

Как уже сказано выше, неоднородности и/или образование первых и вторых фаз в протекающей среде, например подхваченные в жидкостях газовые пузырьки и/или твердые частицы, могут привести к тому, что это измеренное значение, полученное традиционным образом с предположением однофазной и/или однородной среды, еще не будет достаточно точно совпадать с фактическим параметром х, например фактическим массовым расходом m, т.е. измеренное значение должно быть соответствующим образом скорректировано. Это предварительно полученное измеренное значение, которое представляет измеряемый физический параметр х или, по меньшей мере, соответствует ему и которое, как уже сказано, может быть, например, измеренной между измерительными сигналами s₁, s₂ колебаний разностью Δφ фаз или измеренной частотой колебаний измерительной трубки 10, называется поэтому ниже инициальное измеренное значение или также начальное измеренное значение Х′_х. Из этого начального измеренного значения Х′_x посредством обрабатывающего электронной схемы 21 выводят, наконец, достаточно точно представляющее физический параметр х измеренное значение Х_х, которое служит, например, измеренным значением массового расхода, плотности или вязкости. Ввиду очень обширного и очень подробно документированного уровня техники можно вполне исходить из того, что определение начального измеренного значения Х′_х, практически соответствующего полученному традиционным образом измеренному значению, не представляет для специалиста никаких трудностей, так что для дальнейшего пояснения изобретения начальное измеренное значение Х′_х можно принять как данное.

В уровне техники в отношении упомянутых неоднородностей в среде уже обсуждалось, что они находят свое непосредственное отражение как в измеренной между измерительными сигналами s₁, s₂ колебаний разности фаз, так и в амплитуде или частоте колебаний каждого из обоих измерительных сигналов колебаний или тока возбуждения, т.е. практически в любом из рабочих параметров, измеренных в измерительных приборах описанного рода обычно непосредственно или косвенно. Это относится, правда, в частности, как описано также в WO-A 03/076880 или US-B 6505519, к рабочим параметрам, полученным при совершающей латеральные колебания измерительной трубке; этого нельзя исключать, однако, и для этих рабочих параметров, измеряемых при совершающей торсионные колебания измерительной трубке (см., в частности, US-A 4524610).

Дальнейшие исследования со стороны изобретателей привели, однако, к тому неожиданному выводу, что моментальный ток i_exc возбуждения и, тем самым, обычно также измеренное при работе измерительного прибора демпфирование колебаний измерительной трубки 10 в значительной степени зависят от степени неоднородности двух- или более фазной среды и/или концентрации второй фазы среды, например, следовательно, от проявления, распределения и/или количества подхваченных измеряемой жидкостью газовых пузырьков и/или твердых частиц, и что для латеральных и торсионных колебаний, по меньшей мере, в обоих упомянутых выше основных режимах может быть постулирована в значительно степени воспроизводимая связь между моментально необходимыми для поддержания латеральных и торсионных колебаний долями i_excL, i_excT тока и моментальной степенью неоднородности двух- или более фазной среды или же моментальной концентрацией второй фазы среды, действующей, в частности, в качестве помехи.

Неожиданным образом далее оказалось, что несмотря на то что моментальное демпфирование латеральных колебаний и, как описано, в частности, в US-A 4524610 или ЕР-А 1291639, моментальное демпфирование торсионных колебаний в значительной мере зависят от степени неоднородности или от концентраций отдельных фаз среды, за счет одновременного или, по меньшей мере, близкого по времени определения моментальных демпфирований обоих режимов колебаний обеспечиваются на удивление постоянная и очень точно воспроизводимая корректировка промежуточного значения Х′_x и, тем самым, вырабатывание очень точного измеренного значения Х_x. Дальнейшие исследования показали, что демпфирование латеральных и торсионных колебаний очень сильно зависит от вязкости измеряемой среды. Тем не менее, для демпфирования латеральных колебаний возникает очень сильная зависимость от степени неоднородностей моментально протекающей в измерительной трубке 10 среды, тогда как в противоположность этому зависимость демпфирования торсионных колебаний от неоднородностей среды выражена гораздо слабее.

Согласно изобретению, в целях повышения точности, с которой определяют физический параметр х, например массовый расход m или плотность ρ, измерительный преобразователь эксплуатируют поэтому, по меньшей мере, периодически в упомянутом двойном режиме, в котором, по меньшей мере, одну измерительную трубку 10 поочередно и/или попеременно заставляют вибрировать в режиме латеральных колебаний и/или в режиме торсионных колебаний. Для желаемой в соответствии с этим корректировки предварительно полученного начального измеренного значения Х′_x при работе посредством электронного блока 2 измерительного прибора определяют, в частности, цифровое первое промежуточное значение X₁, в основном соответствующее демпфированию режима латеральных колебаний, и, в частности, цифровое второе промежуточное значение X₂, в основном соответствующее зависимому от среды демпфированию режима торсионных колебаний. Определение первого промежуточного значения X₁ происходит при этом в основном на основе необходимой для поддержания латеральных колебаний, в частности регулируемой, латеральной доли i_excL тока i_exc возбуждения, тогда как для определения второго промежуточного значения Х₂, в частности, учитывают необходимую для поддержания торсионных колебаний, в частности регулируемую, торсионную долю i_excT тока.

Используя оба промежуточных значения X₁, X₂, с помощью измерительной схемы 21 определяют, в частности, также цифровое корректировочное значение Х_К для промежуточного значения Х′_х. Корректировка промежуточного значения Х′_х с помощью корректировочного значения Х_К, как и вырабатывание измеренного значения Х_х, может происходить в электронном блоке измерительного прибора, например, на основе математического отношения [являющегося зашифрованной математической формулой] (1).

Согласно одному варианту осуществления изобретения корректировочное значение Х_К определяют посредством электронного блока измерительного прибора на основе математического отношения [являющегося зашифрованной математической формулой] (2), так что оно представляет собой практически меру отклонения ΔD измеренных при работе демпфирований возбужденных латеральных и торсионных колебаний. В качестве альтернативы или в дополнение к этому корректировочное значение Х_К можно определить также на основе математического отношения [являющегося зашифрованной математической формулой] (3).

В то время как в уравнении (2) корректировочное значение Х_К определяют с помощью имеющейся между промежуточными значениями X₁, X₂ разности ΔD, при реализации уравнения (3) корректировочное значение Х_К определяют с помощью сравнения промежуточного значения Х₂ с промежуточным значением X₁. В этом отношении корректировочное значение Х_К представляет собой, по меньшей мере, для двухфазной среды также меру моментальной, относительной или абсолютной концентрации первой и второй фаз среды, в частности, для газовых пузырьков в жидкости. Помимо вырабатывания собственно измеренного значения Х_х корректировочное значение Х_К может быть поэтому преобразовано предпочтительным образом, например, также в измеренное значение Х_C концентрации, которое у двух- и более фазной среды в измерительной трубке представляет, в частности, относительную, объемную и/или массовую долю фазы среды. Далее корректировочное значение Х_К может быть использовано также для того, чтобы сигнализировать о степени неоднородности среды или выведенных из этого измеренных значений, таких, например, как процентное содержание воздуха в среде или объемная, количественная или массовая доля подхваченных средой твердых частиц, например, с возможностью визуального восприятия на месте или в удаленной диспетчерской. В качестве альтернативы или дополнительно корректировочное значение Х_К может служить также для того, чтобы сигнализировать потребителю, например, исходя из сравнения с предварительно полученным предельным значением о том, что при моментальных условиях течения в измерительной трубке 10 параметр х может быть измерен лишь со значительной ненадежностью и/или большими неточностями. Далее корректировочное значение Х_К может быть использовано в этом случае также для отключения сигнального выхода, который при работе выдает измеренное значение Х_х данного параметра х.

Дальнейшие экспериментальные исследования показали, что для измерительного преобразователя согласно изображенному примеру учет моментальной частоты латеральных колебаний вибрирующей измерительной трубки может привести к дальнейшему повышению точности измеренного значения Х_х. Кроме того, за счет нормирования полученного по уравнению (2) или (3) корректировочного значения Х_К до квадратного корня моментальной частоты латеральных колебаний может быть достигнуто в основном то, что, по меньшей мере, в случае измерения жидкости, например глицерина, с образовавшимися газовыми пузырьками, например воздушными, корректировочное значение Х_К будет пропорционально газовой доле (фиг.9). Поэтому согласно одному усовершенствованию изобретения уравнение (2) может быть модифицировано с использованием представляющего моментальную частоту латеральных колебаний измеренного значения X_fexcL частоты латеральных колебаний следующим образом:

[зашифрованная математическая формула] (4)

Определение измеренного значения частоты латеральных колебаний может быть осуществлено простым образом, например, с помощью упомянутого выше установочного сигнала у_FML частоты латеральных колебаний.

При определении обоих промежуточных значений X₁, X₂ следует далее обратить внимание на то, что демпфирование колебаний измерительной трубки помимо объясняемой вязким трением внутри среды доли демпфирования, как известно, определяется также практически независимой от среды долей демпфирования. Эта доля демпфирования вызвана силами механического трения, действующими, например, в устройстве 40 возбуждения и в материале измерительной трубки 10. Иначе говоря, моментально измеренный ток i_exc возбуждения представляет совокупность сил трения и/или моментов трения в измерительном преобразователе, включая механические трения в измерительном преобразователе, а также вязкое трение в среде. При определении промежуточных значений X₁, Х₂, которые, как уже сказано, должны соответствовать главным образом объясняемым вязким трением в среде долям демпфирования колебаний измерительной трубки, независимые от среды доли механического демпфирования следует соответственно учесть, например, соответственно отделить или устранить.

Для определения промежуточного значения X₁ согласно одному варианту осуществления изобретения из моментально представляющего латеральную долю

i_exeL тока, в частности цифрового измеренного значения X_iexcL латерального тока вычитают соответствующее измеренное значение K_iexcL латерального холостого тока, которое представляет соответственно возникающие в режиме моментально возбужденных латеральных колебаний силы механического трения в измерительном преобразователе при опорожненной измерительной трубке 10. Таким же образом для определения промежуточного значения Х₂ из моментально представляющего торсионную долю i_excT тока, в частности цифрового измеренного значения X_iexcT торсионного тока вычитают измеренное значение К_iexcT торсионного холостого тока, которое представляет соответственно возникающие в режиме моментально возбужденных торсионных колебаний силы механического трения в измерительном преобразователе при опорожненной измерительной трубке 10.

Согласно другому варианту осуществления изобретения определение промежуточного значения X₁, как схематично показано на фиг.8 на примере определяемых экспериментальным путем для корректировки массового расхода измеренных значений Х_iexcL, Х_iexcT тока и измеренных значений K_iexcL, К_iexcT холостого тока, осуществляют с помощью возбуждающей латеральные колебания латеральной доли i_escL тока и с помощью соответствующего измеренного значения

K_iexcL латерального холостого тока, в частности на основе математического отношения [являющегося зашифрованной математической формулой] (5) и/или на основе математического отношения [являющегося зашифрованной математической формулой] (6).

В случае необходимости, в частности при значительно изменяющихся при работе и/или отклоняющихся от калиброванных опорных значений амплитудах колебаний вибрирующей измерительной трубки, латеральная доля i_escL тока может быть предварительно также нормирована до моментальной амплитуды латеральных колебаний измерительной трубки, например, с использованием измерительных сигналов s₁, s₂ колебаний.

Аналогично этому на основе математического отношения [являющегося зашифрованной математической формулой] (7) и/или на основе математического отношения [являющегося зашифрованной математической формулой] (8) можно определить также промежуточное значение Х₂.

Каждое из измеренных значений К_iexcL, К_iexcT холостого тока, как и каждый из специфических для прибора коэффициентов K_k, K′_k, K₁, К₂, K′₁ или К′₂, следует определить также во время калибровки встроенного измерительного прибора, например, при вакуумированной или пропускающей только воздух измерительной трубке, и сохранить или установить соответствующим образом в электронном блоке 50 измерительного прибора, в частности, с нормированием по измеренной при этом амплитуде колебаний. Специалисту вполне ясно, что, в случае необходимости, при калибровке следует учесть другие влияющие на измеренные значения К_iexcL, K_iexcT холостого тока физические параметры, например моментальную температуру измерительной трубки и/или среды. Для калибровки измерительного преобразователя обычно две или более различных двух- или более фазных сред с изменяющимися, однако известными параметрами течения, такими, например, как известные концентрации отдельных фаз калибровочной среды, ее плотность ρ, массовый расход m, вязкость η и/или температура, последовательно пропускают через измерительный преобразователь и измеряют соответствующие реакции измерительного преобразователя, такие, например, как моментальный ток i_exc возбуждения, моментальная частота f_excL возбуждения латеральных колебаний и/или моментальная частота f_excT возбуждения торсионных колебаний. Настроенные параметры течения и соответственно измеренные реакции измеренных рабочих параметров измерительного преобразователя соответствующим образом соотносят между собой и, тем самым, отображают по соответствующим калибровочным постоянным. Например, для определения постоянных при калибровочном измерении для двух калибровочных сред с известной поддерживаемой как можно более постоянной вязкостью и с образовавшейся различным, однако соответственно постоянным образом неоднородностью может быть получено отношение Х′_х/х и/или Х_х/х соответственно полученного промежуточного значения Х′_х и соответственно полученного измеренного значения Х_х к соответственно актуальному тогда фактическому значению измеряемого параметра при известной доле воздуха. Например, в качестве первой калибровочной среды можно использовать протекающую воду или же масло с воздушными пузырьками, а в качестве второй калибровочной среды - как можно более однородную воду или же масло. Полученные при этом калибровочные постоянные могут тогда храниться, например, в виде цифровых данных, в табличной памяти электронного блока измерительного прибора; они могут служить также в качестве аналоговых настроечных значений для соответствующих вычислительных схем. Здесь следует указать на то, что калибровка измерительных преобразователей описанного рода известна специалисту или следует, по меньшей мере, из вышеприведенных рассуждений и потому не требует дальнейшего пояснения. Предпочтительным образом для определения измеренного значения X_iexeL латерального тока и/или измеренного значения Х_iexcT торсионного тока можно использовать уже упомянутый установочный сигнал у_AML амплитуды латеральных колебаний и/или установочный сигнал у_AMT амплитуды торсионных колебаний, поскольку они достаточно точно представляют ток i_exc возбуждения или его доли i_excL, i_excT для корректировки.

Согласно другому варианту осуществления изобретения в уже многократно упомянутом случае, когда регистрируемый параметр х соответствует вязкости или текучести, а измеренное значение Х_х служит соответственно в качестве измеренного значения вязкости, также начальное измеренное значение Х′_х определяют с помощью запускающего устройство 40 возбуждения при совершающей, по меньшей мере, частично торсионные колебания измерительной трубке тока i_exc возбуждения, в частности с помощью торсионной доли i_excT тока, служащей для поддержания торсионных колебаний измерительной трубки 10. С учетом уже описанной в US-A 4524610 взаимосвязи:

в соответствии с которой торсионная доля i_excT тока, уменьшенная на упомянутое выше измеренное значение К_excT торсионного холостого тока при постоянной плотности ρ и в значительной степени однородной среде, очень хорошо коррелирует с квадратным корнем фактической вязкости η, соответствующим образом для определения начального измеренного значения Х′_х сначала внутри электронного блока измерительного прибора образуют квадратное значение ХΔ_excT ² выведенного из тока i_exc возбуждения измеренного значения Х_excT торсионного тока, уменьшенного на измеренное значение К_excT торсионного холостого тока. Ввиду того, что, как описано также в US-A 4524610, от квадрата тока поступает собственно информация о произведении плотности и вязкости, при определении начального измеренного значения Х′_х описанным выше образом следует учесть, кроме того, фактическую плотность, которую можно предварительно определить, например, также посредством встроенного измерительного прибора.

Согласно другому варианту осуществления изобретения квадрат Х² _excT измеренного значения Х_excT торсионного тока для образования начального измеренного значения Xη, кроме того, посредством простого числового деления нормируют по измеренному значению Х_sT амплитуды, которое моментально представляет обусловленную работой, при определенных условиях изменяющуюся амплитуду, по меньшей мере, одного из измерительных сигналов s₁, s₂ колебаний при совершающей торсионные колебания измерительной трубке. Оказалось далее, что для подобных вискозиметров с таким измерительным преобразователем вибрационного типа, в частности, также при отрегулированной до постоянной амплитуде колебаний и/или при одновременном возбуждении латеральных и торсионных колебаний, отношение i_exc/θ тока i_exc возбуждения к измеряемой практически косвенно скорости θ движения, вызывающей внутренние трения и, тем самым, также силы трения в среде, является более точной оценкой уже упомянутого противодействующего отклонениям измерительной трубки 10 демпфирования. Поэтому для дальнейшего повышения точности измеренного значения Х_х, в частности, однако, и для уменьшения его чувствительности до колеблющихся при определенных условиях при работе амплитуд колебаний вибрирующей измерительной трубки 10 далее предусмотрено, что для определения начального измеренного значения Х′_х измеренное значение X_iexcT торсионного тока нормируют сначала по измеренному значению X_sT амплитуды, которое достаточно точно представляет вышеназванную скорость θ. Иначе говоря, нормированное измеренное значение Х′_iexcT торсионного тока образуют по формуле:

На основе того факта, что вызывающее вязкое трение в среде движение в весьма высокой степени соответствует локально зарегистрированному посредством датчика 51 или датчика 52 движению вибрирующей измерительной трубки 10, измеренное значение X_s1 амплитуды предпочтительно посредством электронного блока 50 измерительного прибора, например посредством внутренней схемы измерения амплитуды, выводят, по меньшей мере, из одного при необходимости уже оцифрованного сигнала s₁ датчика. Здесь следует еще раз указать на то, что сигнал s₁ датчика предпочтительно пропорционален скорости, в частности, латерального движения отклонения вибрирующей измерительной трубки 10; сигнал s₁ датчика может быть также, например, пропорционален действующему на вибрирующую измерительную трубку 10 ускорению или пройденному вибрирующей измерительной трубке 10 пути. В случае если сигнал s₁ датчика в вышеупомянутом смысле пропорционален скорости, это, само собой, следует соответственно учитывать при определении начального измеренного значения.

Вышеназванные служащие для получения измеренного значения Х_х функции, символизированные уравнениями (1)-(10), могут быть, по меньшей мере, частично реализованы посредством сигнального процессора DSP или, например, упомянутого выше микрокомпьютера 5. Создание и интегрирование соответствующих алгоритмов, которые соответствуют приведенным уравнениям или имитируют принцип действия схемы 51 регулирования амплитуды и схемы 52 регулирования частоты, а также их перевод в отрабатываемые в таких сигнальных процессорах программные коды, известны специалисту и потому, во всяком случае, в рамках настоящего изобретения, не требуют более подробного пояснения. Само собой, приведенные уравнения могут быть вполне изображены полностью или частично посредством соответствующих дискретно выполненных аналоговых и/или цифровых вычислительных схем в электронном блоке 50 измерительного прибора.

Согласно одному усовершенствованию изобретения для определения моментально подходящего корректировочного значения Х_К при работе исходя из промежуточных значений X₁, Х₂ практически непосредственно определяют за счет того, что в электронном блоке измерительного прибора отображено, в частности запрограммировано, однозначное отношение между актуальными констелляциями обоих промежуточных значений X₁, X₂ и подходящим к ним корректировочным значением Х_К. Для этого электронный блок измерительного прибора содержит табличную память, в которой записан набор цифровых корректировочных значений

Х_К,i предварительно полученных, например, при калибровке кориолисова массового расходомера. К этим корректировочным значениям X_K,i измерительная схема непосредственно прибегает через адрес памяти, полученный посредством моментально действительных промежуточных значений X₁, X₂. Корректировочное значение Х_К может быть получено, например, простым образом за счет того, что комбинацию моментально полученных промежуточных значений X₁, X₂, например, вышеупомянутую разность демпфирований, сравнивают с соответствующими внесенными в табличную память заданными значениями этой комбинации, после чего считывают то корректировочное значение X_К,i, т.е. используемое обрабатывающим электронным блоком 2 для дальнейшего расчета, которое соответствует заданному значению, наиболее близкому к констелляции. В качестве табличной памяти может служить ППЗУ, т.е. FPGA (field programmable gate array - базовый матричный кристалл), СППЗУ или ЭСППЗУ. Использование такой табличной памяти имеет, в том числе, то преимущество, что корректировочное значение Х_К после вычисления промежуточных значений X₁, X₂ очень быстро предоставляется в распоряжение. К тому же внесенные в табличную память корректировочные значения Х_К,i можно с помощью немногих калибровочных измерений предварительно определить очень точно, например, на основе уравнений (2), (3) и/или (4) и с применением метода наименьших квадратичных погрешностей.

Как можно видеть из предшествующих рассуждений, корректировка начального измеренного значения Х′_х может осуществляться, с одной стороны, с использованием немногих очень легко определяемых корректировочных коэффициентов. С другой стороны, корректировка может осуществляться с использованием обоих промежуточных значений X₁, X₂ с затратами на вычисление, которые по сравнению с известными из уровня техники, скорее, комплексными способами вычислений очень малы.

Другое преимущество изобретения следует далее усматривать в том, что, по меньшей мере, некоторые из описанных выше корректировочных коэффициентов сами вполне могут быть выведены из определенных посредством традиционных кориолисовых массовых расходомеров параметров течения, в частности измеренной плотности и/или измеренного здесь первоначально массового расхода, и/или из обычно непосредственно измеренных при работе кориолисовых массовых расходомеров рабочих параметров, в частности измеренных амплитуд колебаний, частот колебаний и/или тока возбуждения, и могут вырабатываться, тем самым, практически без заметного повышения затрат на схемы и измерительную технику.

Изобретение относится к встроенному измерительному прибору с измерительным преобразователем вибрационного типа. Встроенный измерительный прибор, в частности кориолисов массовый расходомер/плотномер и/или вискозиметр, для измерения, по меньшей мере, одного физического параметра х, протекающей в трубопроводе, в частности, двух- и более фазной среды, содержащий измерительный преобразователь (1) вибрационного типа и электрически связанный с измерительным преобразователем электронный блок (2), причем измерительный преобразователь (1) содержит: по меньшей мере, одну вставленную в трубопровод, в частности в основном прямую, и служащую для протекания измеряемой среды измерительную трубку (10), сообщенную с присоединенным трубопроводом, воздействующее на измерительную трубку (10) устройство (40) возбуждения для, по меньшей мере, одной измерительной трубки (10), которое выполнено с возможностью приведения измерительной трубки (10) в состояние вибрации, которое переводит измерительную трубку (10) при работе, по меньшей мере, периодически и/или, по меньшей мере, частично в латеральные колебания, в частности изгибные колебания, и которое переводит измерительную трубку (10) при работе, по меньшей мере, периодически и/или, по меньшей мере, частично, в частности чередующиеся с латеральными колебаниями или временно наложенные на них торсионные колебания вокруг воображаемой, по существу, соосной с измерительной трубкой (10) выполненной, в частности, в виде главной оси инерции измерительной трубки (10) продольной оси последней, а также сенсорное устройство (50) для регистрации вибраций. Технический результат направлен на очень точное измерение измеряемого физического параметра: массового расхода, плотности, вязкости. Способ реализуется вышеуказанным устройством. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Встроенный измерительный прибор, в частности кориолисов массовый расходомер/плотномер и/или вискозиметр, для измерения, по меньшей мере, одного физического параметра х, протекающей в трубопроводе, в частности, двух- и более фазной среды, содержащий измерительный преобразователь (1) вибрационного типа и электрически связанный с измерительным преобразователем электронный блок (2), причем измерительный преобразователь (1) содержит: по меньшей мере, одну, вставленную в трубопровод, в частности, в основном прямую, и служащую для протекания измеряемой среды измерительную трубку (10), сообщенную с присоединенным трубопроводом, воздействующее на измерительную трубку (10) устройство (40) возбуждения для, по меньшей мере, одной измерительной трубки (10), которое выполнено с возможностью приведения измерительной трубки (10) в состояние вибрации, которое переводит измерительную трубу (10) при работе, по меньшей мере, периодически и/или, по меньшей мере, частично в латеральные колебания, в частности изгибные колебания, и которое переводит измерительную трубу (10) при работе, по меньшей мере, периодически и/или, по меньшей мере, частично, в частности чередующиеся с латеральными колебаниями или временно наложенные на них, торсионные колебания около воображаемой, по существу, соосной с измерительной трубой (10), выполненной, в частности, в виде главной оси инерции измерительной трубки (10), продольной оси последней, а также сенсорное устройство (50) для регистрации вибраций, по меньшей мере, одной измерительной трубки (10), выполненное с возможностью вырабатывания представляющего колебания измерительной трубки (10) измерительного сигнала (s₁, s₂), причем электронный блок (2) измерительного прибора выполнен с возможностью вырабатывания, по меньшей мере, периодически запускающего устройство (40) возбуждения тока (i_exc) возбуждения, причем электронный блок (2) измерительного прибора выполнен с возможностью определения первого промежуточного значения
(X₁), которое соответствует служащей для поддержания латеральных колебаний измерительной трубки (10) латеральной доле (i_excL) тока (i_exc) возбуждения и/или демпфированию латеральных колебаний измерительной трубки (10), а также второго промежуточного значения (Х₂), которое соответствует служащей для поддержания торсионных колебаний измерительной трубки (10) торсионной доле (i_excT) тока (i_exc) возбуждения и/или демпфированию торсионных колебаний измерительной трубки (10), и причем электронный блок (2) измерительного прибора выполнен с возможностью вырабатывания посредством, по меньшей мере, одного измерительного сигнала (s₁, s₂) колебаний и/или посредством тока (i_exc) возбуждения, а также с использованием первого и второго промежуточных значений (Х₁, Х₂), по меньшей мере, периодически, по меньшей мере, одного измеренного значения (Х_х).

2. Прибор по п.1, характеризующийся тем, что электронный блок (2) выполнен с возможностью определения выведенного, по меньшей мере, из одного измерительного сигнала (s₁, s₂) колебаний и/или из тока (i_exc) возбуждения начального измеренного значения (Х′_х), которое, по меньшей мере, приблизительно соответствует, по меньшей мере, одному измеряемому параметру, а с помощью первого и второго промежуточных значений (Х₁, Х₂) - корректировочного значения (Х_K) для начального измеренного значения (Х′_х), при этом электронный блок (2) выполнен с возможностью вырабатывания измеренного значения (Х_x) посредством начального измеренного значения (Х′_х) и корректировочного значения (Х_K).

3. Прибор по п.1 или 2, характеризующийся тем, что измерительная трубка (10), приводимая устройством (40) возбуждения, выполнена с возможностью совершения торсионных колебаний с частотой, настроенной отлично от частоты изгибных колебаний, с которой измерительная трубка (10), приводимая устройством (40) возбуждения, выполнена с возможностью совершения латеральных колебаний.

4. Прибор по п.1 или 2, характеризующийся тем, что измерительная трубка (10) сообщена с присоединенным трубопроводом через впадающий во впускной конец (11#) впускной патрубок (11) и через впадающий в выпускной конец (12#) впускной патрубок (12), при этом измерительный преобразователь содержит фиксированный на впускном (11#) и выпускном (12#) концах измерительной трубки (10), в частности, также механически связанный с устройством возбуждения, ответный вибратор (20), выполненный с возможностью вибрации при работе, по меньшей мере, периодически, в частности, противофазно измерительной трубке (10).

5. Прибор по п.4, характеризующийся тем, что электронный блок (2) выполнен с возможностью определения корректировочного значения (Х_K) посредством сравнения первого промежуточного значения (Х₁) со вторым промежуточным значением (Х₂) и/или с помощью разности, возникающей между первым (X₁) и вторым (X₂) промежуточными значениями.

6. Прибор по п.1 или 2, характеризующийся тем, что электронный блок (2) выполнен с возможностью вырабатывания первого и/или второго промежуточного значения (Х₁, Х₂) также с использованием, по меньшей мере, одного измерительного сигнала (s₁, s₂) колебаний.

7. Прибор по 2, характеризующийся тем, что, по меньшей мере, одно измеренное значение (Х_х) представляет вязкость η протекающей в измерительной трубке (10) среды.

8. Прибор по п.2, характеризующийся тем, что, по меньшей мере, одно измеренное значение (Х_х) представляет плотность ρ протекающей в измерительной трубке (10) среды.

9. Прибор по п.1 или 2, характеризующийся тем, что электронный блок (2) выполнен с возможностью определения с помощью первого (X₁) и второго (Х₂) промежуточных значений, по меньшей мере, периодически измеренного значения (Х_С) концентрации, которое у двух- или более фазной среды в измерительной трубке (10) представляет, в частности, относительную, объемную и/или массовую долю фазы среды.

10. Прибор по п.1 или 2, характеризующийся тем, что сенсорное устройство (50) выполнено с возможностью вырабатывания, по меньшей мере, одного первого измерительного сигнала (s₁) колебаний, представляющего, по меньшей мере, частично латеральные колебания, в частности изгибные колебания, измерительной трубки (10) с впускной стороны, и, по меньшей мере, одного второго измерительного сигнала (s₂) колебаний, представляющего, по меньшей мере, частично латеральные колебания, в частности изгибные колебания, измерительной трубки (10) с выпускной стороны.

11. Прибор по п.10, характеризующийся тем, что, по меньшей мере, одно измеренное значение (Х_х) представляет массовый расход m протекающей в измерительной трубке (10) среды.

12. Применение встроенного прибора для измерения физического параметра по любому из предыдущих пунктов, в частности, массового расхода, плотности и/или вязкости, протекающей в трубопроводе двух- или более фазной среды, в частности газожидкостной смеси.

13. Способ измерения физического параметра, в частности, массового расхода, плотности и/или вязкости, протекающей в трубопроводе, в частности, двух- или более фазной среды с помощью встроенного прибора, содержащего измерительный преобразователь (1) вибрационного типа, в частности кориолисова массового расходомера, и электрически связанный с измерительным преобразователем (1) электронный блок (2), включающий в себя следующие этапы: протекание измеряемой среды через, по меньшей мере, одну сообщенную с трубопроводом измерительную трубку (10) измерительного преобразователя (1), подачу тока (i_exc) возбуждения в механически связанное с направляющей среду измерительной трубкой (10) устройство (40) возбуждения механических колебаний измерительной трубки (10), возбуждение латеральных колебаний, в частности изгибных колебаний измерительной трубки (10), и наложенных, в частности, на латеральные колебания, торсионных колебаний измерительной трубки (10), регистрацию вибраций измерительной трубки (10), вырабатывание, по меньшей мере, одного представляющего колебания измерительной трубки (10) измерительного сигнала (s₁, s₂) колебаний, определение выведенного из тока (i_exc) возбуждения первого промежуточного значения (Xi), соответствующего служащей для поддержания латеральных колебаний измерительной трубки (10) латеральной доле (i_excL) тока (i_exc) возбуждения, определение выведенного из тока (i_exc) возбуждения второго промежуточного значения (Х₂), соответствующего служащей для поддержания торсионных колебаний измерительной трубки (10) торсионной доле (i_excT) тока (i_exc) возбуждения и/или демпфированию торсионных колебаний измерительной трубки (10), и использование, по меньшей мере, одного измерительного сигнала (s₁, s₂) колебаний и/или тока (i_exc) возбуждения, а также первого (X₁) и второго (Х₂) промежуточных значений для вырабатывания измеренного значения (Х_х), представляющего измеряемый физический параметр х.

14. Способ по п.13, характеризующийся тем, что этап вырабатывания измеренного значения (Х_х) включает в себя следующие этапы: вырабатывание, по меньшей мере, приблизительно соответствующего измеряемому физическому параметру х начального измеренного значения (Х′_х) с использованием, по меньшей мере, одного измерительного сигнала (s₁, s₂) колебаний и/или тока (i_exc) возбуждения, вырабатывание корректировочного значения (Х_K) для начального измеренного значения (Х′_х) посредством первого (X₁) и второго (Х₂) промежуточных значений, а также корректировку начального измеренного значения (Х′_х) посредством корректировочного значения (Х_K) для вырабатывания измеренного значения (Х_x).

15. Способ по п.14, характеризующийся тем, что этап вырабатывания корректировочного значения (Х_K) для начального измеренного значения (Х′_х) включает в себя следующие этапы: сравнение первого промежуточного значения (X₁) со вторым промежуточным значением (Х₂) для определения возникающей между обоими промежуточными значениями (Х₁, Х₂) разности и определение измеренного значения (Х_C) концентрации, которое у двух- или более фазной среды в измерительной трубе представляет, в частности, относительную, объемную и/или массовую долю фазы среды, с учетом возникающей между обоими промежуточными значениями
(Х₁, Х₂) разности.