КОРИОЛИСОВЫЙ МАССОВЫЙ РАСХОДОМЕР Российский патент 2021 года по МПК G01F1/84 

Изобретение относится к кориолисовому массовому расходомеру, содержащему первичный измерительный преобразователь вибрационного типа и подключенный к нему электронный преобразователь.

В технике промышленных измерений, в частности, в связи с регулированием и контролем автоматизированных технологических процессов, для высокоточного определения массового расхода протекающей по технологическому трубопроводу среды, например жидкости, газа или дисперсии, часто используются кориолисовые массовые расходомеры, которые образованы соответственно электронным преобразователем, образованном в большинстве случаев по меньшей мере одним микропроцессором, и электрически соединенным с ним первичным измерительным преобразователем вибрационного типа, через который при работе протекает измеряемая среда. Примеры таких, выполненных, при необходимости, также в качестве плотномеров и/или вискозиметров, кориолисовых массовых расходомеров описаны, в том числе, в EP-A 816807, US-A 2002/0033043, US-A 2006/0096390, US-A 2007/0062309, US-A 2007/0119264, US-A 2008/0011101, US-A 2008/0047362, US-A 2008/0190195, US-A 2008/0250871, US-A 2010/0005887, US-A 2010/0011882, US-A 2010/0257943, US-A 2011/0161017, US-A 2011/0178738, US-A 2011/0219872, US-A 2011/0265580, US-A 2011/0271756, US-A 2012/0123705, US-A 2013/0042700, US-A 2016/0313162, US-A 2017/0261474, US-A 4491009, US-A 4756198, US-A 4777833, US-A 48 01 897, US-A 4876898, US-A 4996871, US-A 5009109, US-A 5287754, US-A 5291792, US-A 5349872, US-A 5705754, US-A 5796010, US-A 5796011, US-A 5804742, US-A 5831178, US-A 5945609, US-A 5965824, US-A 6006609, US-A 6092429, US-B 6223605, US-B 6311136, US-B 6477901, US-B 6505518, US-B 6513393, US-B 6651513, US-B 6666098, US-B 6711958, US-B 6840109, US-B 6920798, US-B 7017424, US-B 7040181, US-B 7077014, US-B 7200503, US-B 7216549, US-B 7296484, US-B 7325462, US-B 7360451, US-B 7792 646, US-B 7954388, US-B 8333120, US-B 8695436, WO-A 00/19175, WO-A 00/34748, WO-A 01/02816, WO-A 01/71291, WO-A 02/060805, WO-A 2005/093381, WO-A 2007/043996, WO-A 2008/013545, WO-A 2008/059262, WO-A 2010/099276, WO-A 2013/092104, WO-A 2014/151829, WO-A 2016/058745, WO-A 2017/069749, WO-A 2017/123214, WO-A 2017/143579, WO-A 85/05677, WO-A 88/02853, WO-A 89/00679, WO-A 94/21999, WO-A 95/03528, WO-A 95/16897, WO-A 95/29385, WO-A 98/02725, WO-A 99/40394 или в предварительно не опубликованной международной патентной заявке РСТ/ЕР2017/067826 этого же заявителя.

Первичный измерительный преобразователь каждого из описанных в этих публикациях кориолисовых массовых расходомеров содержит по меньшей мере одну, по меньшей мере, местами прямую и/или, по меньшей мере, местами изогнутую, например U-, V-, S-, Z- или Ω-образно, измерительную трубку с просветом для направления среды, окруженным стенкой трубки.

По меньшей мере одна измерительная трубка такого измерительного преобразователя предназначена для переноса среды в просвете и для одновременного совершения колебаний, в частности таким образом, чтобы она совершала полезные колебания, а именно механические колебания вокруг исходного положения с полезной частотой, которая определяется также плотностью среды и может использоваться, следовательно, в качестве меры плотности. У традиционных кориолисовых массовых расходомеров в качестве полезных колебаний служат обычно изгибные колебания на собственной резонансной частоте, например изгибные колебания, соответствующие присущей первичному измерительному преобразователю моде собственных изгибных колебаний, в которой колебания измерительной трубки являются резонансными колебаниями, имеющими ровно одну пучность. Полезные колебания, по меньшей мере, местами изогнутой измерительной трубки обычно таковы, что она колеблется вокруг воображаемой оси колебаний, виртуально соединяющей концы впускной и выпускной сторон измерительной трубки, по типу зажатой на одном конце консоли, тогда как у первичных измерительных преобразователей с прямой измерительной трубкой полезные колебания являются в большинстве случаев изгибными колебаниями в одной воображаемой плоскости. Кроме того, известно, что по меньшей мере у одной измерительной трубки, например в целях проведения периодических проверок первичного измерительного преобразователя во время работы кориолисова массового расходомера, иногда возбуждают также длительные по времени вынужденные колебания вне резонанса или иногда обеспечивают также свободные затухающие колебания по меньшей мере одной измерительной трубки, и также соответственно оценивают упомянутые колебания, например, чтобы, как описано в ЕР-А-816807, US-A 2011/0178738 или US-A 2012/0123705, как можно более своевременно обнаружить возможные повреждения по меньшей мере одной измерительной трубки, которые могут вызвать нежелательное снижение точности измерений и/или эксплуатационной надежности соответствующего кориолисова массового расходомера.

У первичных измерительных преобразователей с двумя измерительными трубками, они в большинстве случаев связаны с соответствующим технологическим трубопроводом посредством распределителя, проходящего со стороны впуска между измерительными трубками и соединительным фланцем со стороны впуска, а также посредством распределителя, проходящего со стороны выпуска между измерительными трубками и соединительным фланцем со стороны выпуска. У первичных измерительных преобразователей с одной измерительной трубкой последняя сообщается в большинстве случаев с технологическим трубопроводом через соединительную трубку со стороны впуска и через соединительную трубку со стороны выпуска. Первичные измерительные преобразователи с одной измерительной трубкой также содержат соответственно по меньшей мере один цельный или составной, например трубчатый, коробчатый или пластинчатый, встречный вибратор, который присоединен к измерительной трубке со стороны впуска, образуя первую зону присоединения, и со стороны выпуска, образуя вторую зону присоединения, и который при работе в основном неподвижен или совершает колебания навстречу измерительной трубе. Внутренняя часть первичного измерительного преобразователя, образованная измерительной трубкой и встречным вибратором, в большинстве случаев только посредством двух соединительных трубок, через которые измерительная трубка сообщается при работе с технологическим трубопроводом, удерживается в защитном корпусе первичного измерительного преобразователя, в частности таким образом, который обеспечивает колебания внутренней части относительно корпуса первичного измерительного преобразователя. У первичных измерительных преобразователей, описанных, например, в US-A 52 91 792, US-A 57 96 010, US-A 59 45 609, US-B 70 77 014, US-A 2007/0119264, WO-A 01/02 816 или WO-A 99/40 394, с одной, в основном, прямой измерительной трубкой, последняя и встречный вибратор, как это принято у обычных первичных измерительных преобразователей, ориентированы, в основном, коаксиально по отношению друг к другу за счет того, что встречный вибратор выполнен в форме, в основном, прямого полого цилиндра и расположен в первичном измерительном преобразователе так, что измерительная трубка, по меньшей мере, частично окружена встречным вибратором. В качестве материалов для таких встречных вибраторов, в частности также при применении титана, тантала или циркония для измерительной трубки, применяются в большинстве случаев сравнительно недорогие сорта стали, например конструкционная или автоматная сталь.

Для активного возбуждения или для поддержания колебаний по меньшей мере одной измерительной трубки, не в последнюю очередь также для упомянутых полезных колебаний, первичные измерительные преобразователи вибрационного типа содержат по меньшей мере один электромеханический возбудитель колебаний, который при работе дифференциально воздействует на по меньшей мере одну измерительную трубку и на имеющийся иногда встречный вибратор или на имеющуюся иногда другую измерительную трубку. Возбудитель колебаний, электрически соединенный с электронным преобразователем посредством пары электрических соединительных проводов, например в виде проволочных выводов и/или в виде проводящих дорожек гибкой печатной платы, служит, в частности, для того чтобы под управлением электрического пускового сигнала, который выработан предусмотренным в электронном преобразователе электронным блоком возбуждения и соответственно кондиционирован, а именно адаптирован, по меньшей мере, к изменяющимся колебательным свойствам по меньшей мере одной измерительной трубки, для преобразования введенной посредством этого пускового сигнала электрической мощности возбуждения в приводное усилие, действующее в образованной возбудителем колебаний точке приложения по меньшей мере на одну измерительную трубку. Электронный блок возбуждения предназначен, в частности, также для настройки пускового сигнала посредством внутреннего управления так, чтобы пусковой сигнал имел сигнальную частоту, соответствующую возбуждаемой полезной частоте, которая также может изменяться во времени. Пусковой сигнал, например при работе кориолисова массового расходомера, временно может быть также отключен, например, с целью обеспечения упомянутых затухающих колебаний по меньшей мере одной измерительной трубки или, например, как предложено в WO-А 2017143579, чтобы защитить электронный блок возбуждения от перегрузки.

Возбудители колебаний имеющихся на рынке первичных измерительных преобразователей вибрационного типа или кориолисовых массовых расходомеров выполнены обычно по типу катушки колебательного контура, работающей по электродинамическому принципу, а именно образованы посредством катушки (в случае первичных измерительных преобразователей с одной измерительной трубкой и связанным с ней встречным вибратором, катушка в большинстве случаев фиксирована на последнем) и постоянного магнита, который взаимодействует по меньшей мере с одной катушкой, служит якорем и соответственно зафиксирован на измерительной трубке. Постоянный магнит и катушка обычно ориентированы так, что они проходят, в основном, коаксиально друг другу. Кроме того, у традиционных первичных измерительных преобразователей возбудитель колебаний выполнен и расположен в большинстве случаев так, что он воздействует по меньшей мере на одну измерительную трубку, в основном, по центру. В качестве альтернативы одному, действующему, скорее, по центру измерительной трубки и непосредственно на нее возбудителю колебаний, могут использоваться, как это предложено, в том числе, в US-А 6092429, например, также два фиксированных не в центре измерительной трубки, а, скорее, со стороны впуска и выпуска возбудителя колебаний для активного возбуждения механических колебаний по меньшей мере одной измерительной трубки или, как предложено, в том числе, в US-А 6223605 или US-А 5531126, например, также системы возбуждения, образованные возбудителем колебаний, действующим между встречным возбудителем и корпусом первичного измерительного преобразователя.

Вследствие полезных колебаний по меньшей мере одной измерительной трубки в протекающей среде создаются, как известно, зависящие также от мгновенного массового расхода кориолисовы силы – не в последнюю очередь также в случае, когда полезными колебаниями по меньшей мере одной измерительной трубки являются изгибные колебания. Кориолисовы силы могут, в свою очередь, вызвать зависящие от массового расхода, накладывающиеся на полезные колебания кориолисовы колебания, таким образом, что между возникающими со стороны впуска и выпуска колебательными движениями по меньшей мере одной измерительной трубки, которая совершает полезные колебания и через которые одновременно протекает среда, можно обнаружить зависимую также от массового расхода, используемую, следовательно, в качестве меры измерения массового расхода разность времени прохождения или разность фаз. У изогнутой, по меньшей мере, местами измерительной трубки, у которой для полезных колебаний выбрана форма колебаний, при которой измерительную трубку заставляют колебаться по типу зажатой на одном конце консоли, результирующие кориолисовы колебания соответствуют, например, той моде изгибных колебаний, называемой также твист-модой, когда измерительная трубка совершает крутильные колебания вокруг воображаемой оси, ориентированной перпендикулярно упомянутой воображаемой оси колебаний, а у прямой измерительной трубки, полезные колебания которой представляют собой изгибные колебания в единственной воображаемой плоскости, кориолисовыми колебаниями являются, например, в основном, копланарные полезным колебаниям изгибные колебания.

Для регистрации колебательных движений по меньшей мере одной измерительной трубки со стороны впуска и выпуска, не в последнюю очередь также соответствующих полезным колебаниям, и для генерации по меньшей мере двух электрических колебательных измерительных сигналов, подверженных влиянию измеряемого массового расхода, первичные измерительные преобразователи рассматриваемого рода содержат также два или более датчиков колебаний, отстоящих друг от друга вдоль измерительной трубки и соединенных, например, посредством собственной пары электрических соединительных проводов с электронным преобразователем. Каждый из датчиков колебаний предназначен для преобразования колебательных движений в колебательный измерительный сигнал, отображающий эти колебательные движения и содержащий составляющую полезного сигнала, а именно (спектральную) сигнальную составляющую с сигнальной частотой, соответствующей полезной частоте, а также для подачи колебательного измерительного сигнала на электронный преобразователь, например на измерительно-управляющую электронику электронного преобразователя, образованную по меньшей мере одним микропроцессором, для дальнейшей, при необходимости, также цифровой обработки. Кроме того, по меньшей мере два датчика колебаний выполнены и расположены так, что генерированные ими колебательные измерительные сигналы не только содержат соответственно составляющую полезного сигнала, как уже упомянуто, а между составляющими полезного сигнала обоих колебательных измерительных сигналов может быть измерена зависящая от массового расхода разность времени прохождения или разность фаз. На основе этой разности фаз электронный преобразователь или его измерительная управляющая электроника периодически определяет массовый расход - измеренные значения, представляющие массовый расход. В дополнение к измерению массового расхода можно, например, на основе полезной частоты, и/или на основе требуемой для возбуждения или поддержания полезных колебаний электрической мощности возбуждения, или на основе установленного затухания полезных колебаний - измерить также плотность и/или вязкость среды - и выдать с помощью электронного преобразователя вместе с измеренным массовым расходом в виде характерных измеренных значений.

Исследования традиционных кориолисовых массовых расходомеров показали, что между упомянутыми составляющими полезного сигнала обоих колебательных измерительных сигналов, несмотря на неизменный массовый расход, можно иногда наблюдать выраженную фазовую погрешность, а именно дополнительное изменение разности фаз, которым, тем не менее, нельзя пренебрегать, или что установившаяся между упомянутыми составляющими полезного сигнала разность фаз иногда может содержать независящую от массового расхода летучую паразитную составляющую, которой, тем не менее, нельзя пренебрегать. Они могут возникать, в том числе, при использовании сред, быстро изменяющихся во времени по плотности и/или вязкости или по составу, сред, содержащих неоднородные, а именно две или более разных фаз, сред, пропускаемых периодически или потактно, или при осуществляемой иногда во время измерения смене сред, например в разливочных установках или в заправочных устройствах. Как пояснялось в US-А 7954388, фазовая погрешность может объясняться, в том числе, тем, что активно возбужденные возбудителем колебаний полезные колебания относительно воображаемой линии действия приводной силы, возбуждающей полезные колебания, затухают асимметрично, таким образом, что возбужденные полезные колебания, в частности в случае первичных измерительных преобразователей с одним возбудителем колебаний, воздействующим по центру по меньшей мере на одну измерительную трубку, содержат сопоставимую с кориолисовыми колебаниями паразитную составляющую. Однако в результате сравнительных измерений с несколькими кориолисовыми массовыми расходомерами, номинально конструктивно одинаковыми и работающими в одинаковых условиях измерений, было установлено, что фазовая погрешность, в частности при быстро или в широком диапазоне изменяющейся резонансной или полезной частоте, может иметь от прибора к прибору значительный разброс, следовательно, фазовая погрешность не может объясняется только вышеуказанным паразитным компонентом, который, в свою очередь, объясняется асимметричным затуханием полезных колебаний.

Исходя из раскрытого уровня техники, задача изобретения заключается в усовершенствовании кориолисовых массовых расходомеров таким образом, чтобы можно было избежать упомянутых фазовых погрешностей.

Эта задача решается посредством кориолисового массового расходомера, который содержит первичный измерительный преобразователь, включающий в себя по меньшей мере одну измерительную трубку, систему возбуждения и сенсорную систему; а также электронный преобразователь, электрически связанный с системой возбуждения и сенсорной системой, в частности, образованный по меньшей мере одним микропроцессором, причем электронный преобразователь содержит измерительно-управляющую электронику и электронный блок возбуждения, подключенный, в частности, электрически, к измерительно-управляющей электронике и/или управляемый измерительно-управляющей электроникой; при этом измерительная трубка выполнена с возможностью переносить, по меньшей мере, временно протекающую измеряемую текучую среду, в частности газ, жидкость или дисперсию, и совершать в это время в колебания; система возбуждения выполнена с возможностью преобразования введенной электрической мощности в механическую мощность, вызывающую вынужденные механические колебания по меньшей мере одной измерительной трубки; сенсорная система выполнена с возможностью обнаруживать механические колебания по меньшей мере одной измерительной трубки и передавать первый колебательный измерительный сигнал, отображающий, по меньшей мере, частично колебательные движения по меньшей мере одной измерительной трубки, а также передавать по меньшей мере второй колебательный измерительный сигнал, отображающий, по меньшей мере, частично колебательные движения по меньшей мере одной измерительной трубки, таким образом, что первый и второй колебательные измерительные сигналы отслеживают изменение массового расхода измеряемой среды, направляемой в измерительной трубе, по изменению разности фаз, а именно по изменению разности между фазовым углом первого колебательного измерительного сигнала и фазовым углом второго колебательного измерительного сигнала; при этом электронный блок возбуждения электрически соединен с системой возбуждения и выполнен с возможностью, в первом рабочем режиме, формирования электрического пускового сигнала и подачи вместе с ним электрической мощности в систему возбуждения таким образом, чтобы по меньшей мере одна измерительная трубка совершала вынужденные механические колебания по меньшей мере с одной полезной частотой, а именно с частотой колебаний, заданной электрическим пусковым сигналом, в частности, с резонансной частотой, соответствующей резонансной частоте первичного измерительного преобразователя, и выполнен с возможностью, во втором рабочем режиме, прекращения формирования электрического пускового сигнала, так чтобы электрическая мощность не подавалась электронным блоком возбуждения в систему возбуждения; причем измерительно-управляющая электроника электрически связана с сенсорной системой; при этом электронный преобразователь, в частности его измерительно-управляющая электроника и/или его электронный блок возбуждения, выполнен с возможностью переключения электронного блока возбуждения из первого рабочего режима во второй рабочий режим таким образом, что при электронном блоке возбуждения, находящемся во втором рабочем режиме, по меньшей мере одна измерительная трубка совершала свободные затухающие колебания, по меньшей мере, в течение интервала измерений, продолжительность которого составляет, в частности, больше чем обратная величина для полезной частоты и/или более 10 мс; причем измерительно-управляющая электроника выполнена с возможностью приема и обработки первого и второго колебательных измерительных сигналов в течение интервала измерений, а именно на основе разности их фаз формировать измеренные значения массового потока, представляющие массовый расход.

Изобретение заключается также в применении такого кориолисова массового расходомера для измерения и/или контроля, по меньшей мере, временно протекающей в трубопроводе, в частности, по меньшей мере, временно неоднородной и/или, по меньшей мере, временно 2-фазной или многофазной измеряемой текучей среды, например газа, жидкости или дисперсии.

Согласно первому варианту, предусмотрено, что для выявления механических колебаний по меньшей мере одной измерительной трубки сенсорная система содержит, в частности электродинамический и/или расположенный со стороны впуска, первый датчик колебаний, передающий первый колебательный измерительный сигнал, а также второй датчик колебаний, в частности электродинамический и/или расположенный со стороны выпуска и/или конструктивно схожий с первым датчиком колебаний, передающий второй колебательный измерительный сигнал, в частности, указанный первичный измерительный преобразователь не содержит дополнительных датчиков колебаний, кроме первого и второго датчиков колебаний.

Согласно второму варианту, предусмотрено, что система возбуждения колебаний по меньшей мере одной измерительной трубки содержит, например, электродинамический и/или единственный первый датчик колебаний.

Согласно третьему варианту, предусмотрено, что измерительно-управляющая электроника содержит первый аналого-цифровой преобразователь для первого колебательного измерительного сигнала, а также второй аналого-цифровой преобразователь для второго колебательного измерительного сигнала.

Согласно четвертому варианту, предусмотрено, что измерительно-управляющая электроника выполнена с возможностью определения, на основе по меньшей мере одного из указанных первого и второго колебательных измерительных сигналов, в частности зарегистрированных при функционировании электронного блока возбуждения в первом рабочем режиме, является ли неоднородной измеряемая среда, переносимая по меньшей мере в одной измерительной трубке.

Согласно пятому варианту, предусмотрено, что электронный блок возбуждения выполнен с возможностью определять, при функционировании в первом рабочем режиме, на основе по меньшей мере одной разности фаз между пусковым сигналом и первым или вторым колебательным измерительным сигналом, является ли неоднородной измеряемая среда, переносимая по меньшей мере в одной измерительной трубе.

Согласно шестому варианту, предусмотрено, что измерительно-управляющая электроника выполнена с возможностью вызывать переключение электронного блока возбуждения из первого рабочего режима во второй рабочий режим на основе управляющего сигнала, подаваемого на электронный преобразователь, в частности на основе передаваемого сообщения о том, что переносимая по меньшей мере в одной измерительной трубке измеряемая среда является неоднородной, и/или на основе передаваемой управляющей команды.

Согласно седьмому варианту, предусмотрено, что электронный преобразователь, в частности его измерительно-управляющая электроника и/или электронный блок возбуждения, выполнен с возможностью вызывать переключение электронного блока возбуждения из первого рабочего режима во второй рабочий режим, как только переносимая по меньшей мере в одной измерительной трубке измеряемая среда определена как неоднородная и/или о ней сообщено как о неоднородной.

Согласно восьмому варианту, предусмотрено, что электронный преобразователь, в частности его измерительно-управляющая электроника и/или электронный блок возбуждения, выполнен с возможностью вызывать переключение электронного блока возбуждения из первого рабочего режима во второй рабочий режим в зависимости от времени, в частности таким образом, что переключение происходит циклически, и/или электронный блок возбуждения функционирует преимущественно в первом рабочем режиме, и/или электронный блок возбуждения функционирует в первом рабочем режиме, по меньшей мере, так же долго, как во втором рабочем режиме.

Согласно девятому варианту, предусмотрено, что электронный преобразователь, в частности его измерительно-управляющая электроника и/или электронный блок возбуждения, выполнен с возможностью совершения переключения электронного блока возбуждения из первого рабочего режима во второй рабочий режим циклически, в частности таким образом, что электронный блок возбуждения в течение одного цикла многократно переходит из первого рабочего режима во второй рабочий режим и обратно, и/или электронный блок возбуждения функционирует в течение одного цикла преимущественно в первом рабочем режиме, и/или электронный блок возбуждения функционирует в течение одного цикла в первом рабочем режиме, по меньшей мере, так же часто и/или так же долго, как и во втором рабочем режиме.

Изобретение основано, в том числе, на том неожиданном факте, что, во-первых, сформированный электронным блоком возбуждения пусковой сигнал за счет электромагнитной связи, будь то внутри самого электронного преобразователя, будь то через соединительные провода датчиков колебаний и/или соответствующей катушки, может частично непосредственно накладываться на каждый из обоих колебательных измерительных сигналов таким образом, что, как показано на фиг. 1, составляющая S1*, S2* полезного сигнала каждого из колебательных измерительных сигналов дополнительно к зависимой от массового расхода, следовательно, собственно необходимой для ее измерения измерительной составляющей S1’, S2’ содержит также соответствующую паразитную составляющую S1’’, S2’’, и в соответствии с этим выявленная разность Δϕ12* фаз зависит дополнительно также от паразитных составляющих S1’’, S2’’, и, во-вторых, амплитуда и/или фазовое положение паразитной составляющей S1’’, S2’’, соответствующей за счет этого данному колебательному измерительному сигналу и имеющей, тем не менее, полезную частоту, может изменяться по времени непредсказуемым образом, и, в частности, как показано на фиг. 1, амплитуда и/или фазовое положение паразитной составляющей S1’’ одного из колебательных измерительных сигналов (непредсказуемо) отличается от амплитуды и/или фазового положения паразитной составляющей S2’’ соответственно другого колебательного измерительного сигнала.

Основная идея изобретения заключается в том, чтобы во время регистрации необходимых для измерения массового расхода полезных колебаний прекратить их активное возбуждение, а именно не подавать в систему возбуждения никакого пускового сигнала, благодаря чему предотвращается обнаруженный здесь в качестве причины паразитных составляющих или результирующей из них фазовой погрешности ввод электрического сигнала возбуждения в каждый из по меньшей мере двух колебательных измерительных сигналов, или наоборот, для измерения массового расхода использовать разность фаз колебательных измерительных сигналов, которые представляют свободные затухающие полезные колебания по меньшей мере одной измерительной трубки и не содержат, следовательно, паразитной составляющей S1” или S2”.

Преимущество изобретения следует усматривать в том, что, в принципе, могут использоваться зарекомендовавшие себя также для традиционных кориолисовых массовых расходомеров, известные, например, из US-B 6311136 или предложенные также самим заявителем для кориолисовых массовых расходомеров (http://www.endress.com/de/messgeraete-fuer-die-prozesstechnik/produktfinder?filter.business-area=flow&filter.measuring-principle-parameter=coriolis&filter.text=) электронные преобразователи, а именно, при необходимости, также только за счет сравнительно небольших модификаций их соответствующего фирменного программного обеспечения.

Изобретение более подробно поясняется ниже на примерах его осуществления, изображенных на чертежах. Одинаковые или одинаково действующие или однородно функционирующие части обозначены на всех фигурах одинаковыми ссылочными позициями; если это требуется для наглядности или иным образом представляется целесообразным, упомянутые ссылочные позиции на последующих фигурах отсутствуют. Другие предпочтительные варианты, в частности также комбинации поясненных сначала лишь по отдельности частичных аспектов изобретения, следуют из чертежей и/или формулы изобретения.

Фигуры чертежей представляют:

фиг. 1 - векторную диаграмму составляющих колебательных измерительных сигналов, формируемых традиционными кориолисовыми массовыми расходомерами;

фиг. 2 - кориолисовый массовый расходомер, выполненный здесь в виде компактного измерительного прибора;

фиг. 3 - блок-схему электронного преобразователя, подходящего, в частности для кориолисова массового расходомера из фиг. 2, с присоединенным к ней первичным измерительным преобразователем вибрационного типа, например, кориолисовый массовый расходомер из фиг. 2;

фиг. 4 - векторную диаграмму составляющих колебательных измерительных сигналов, формируемых кориолисовым массовым расходомером из фиг. 2 или электронным преобразователем, подключенным к первичному измерительному преобразователю вибрационного типа из фиг. 3.

На фиг. 2 и 3 изображен помещаемый в технологический трубопровод (не показан), например трубопровод промышленной установки, например разливочной установки или заправочного устройства, кориолисовый массовый расходомер для текучих или сыпучих сред, например, неоднородной измеряемой среды, которая, по меньшей мере, в некоторых случаях является 2-фазной или многофазной. Кориолисовый массовый расходомер служит, в частности, для измерения и/или контроля массового расхода m или для определения представляющих массовый расход измеренных значений Х_М массового расхода измеряемой текучей среды, содержащейся в технологическом трубопроводе или, по меньшей мере, временно протекающей в нем, например газа, жидкости или дисперсии. Кроме того, кориолисовый массовый расходомер может дополнительно служить для определения также плотности ρ и/или вязкости η измеряемой среды. Согласно одному варианту осуществления изобретения, предусмотрено использование кориолисова массового расходомера для определения измеренных значений массового расхода измеряемого вещества, передаваемого, например в заданном или задаваемом количестве от поставщика к потребителю, например в виде сжиженного газа, например содержащего метан, и/или этан, и/или пропан, и/или бутан жидкого газа, или сжиженного природного газа или смеси веществ, образованной жидкими углеводородами, например нефти или жидкого топлива. Кориолисовый массовый расходомер может быть выполнен, например, в виде составной части передаточного пункта для грузоперевозок с обязательной поверкой, таких как заправочная установка, и/или в качестве составной части передаточного пункта по типу передаточных пунктов, описанных в WO-A 02/060805, WO-A 2008/013545, WO-A 2010/099276, WO-A 2014/151829 или WO-A 2016/058745.

Кориолисовый массовый расходомер, реализованный, например, дополнительно также в виде плотномера и/или вискозиметра, содержит физико-электрический первичный измерительный преобразователь MТ, соединенный впускным #111 и выпускным #112 концами с технологическим трубопроводом, через который при работе протекает измеряемая среда, и электрически связанный с ним электронный преобразователь ME, который получает питание при работе от внутреннего аккумулятора энергии и/или от внешнего источника через соединительный кабель.

Предпочтительно, например, программируемый и/или дистанционно параметризуемый электронный преобразователь ME может быть выполнен так, что он при работе кориолисова массового расходомера может обмениваться измеренными и/или другими рабочими данными с электронной системой обработки данных более высокого уровня (не показана), например программируемым логическим контроллером (SPS), персональным компьютером и/или рабочей станцией, через систему передачи данных, например систему полевых шин, и/или беспроводным путем по радио, например текущими измеренными значениями или служащими для управления измерительной системой настроечными и/или диагностическими значениями. В соответствии с этим электронный преобразователь ME может содержать, например, такую подключенную электронику, которая при работе питается от предусмотренного в системе обработки данных, удаленного от измерительной системы (центрального) блока обработки и питания. Например, электронный преобразователь ME (или его подключенная электроника) может быть выполнен так, что через двухпроводное соединение 2L, конфигурированное, при необходимости, также в виде токовой петли 4-20 мА, он соединяется с внешней электронной системой обработки данных и может получать требуемую для работы кориолисова массового расходомера электрическую мощность от блока обработки и питания системы обработки данных, а также передавать измеренные значения в систему обработки данных, например посредством (нагрузочной) модуляции постоянного тока, получаемого от блока обработки и питания. Кроме того, электронный преобразователь ME может быть выполнен так, что он может функционировать номинально с максимальной мощностью 1 Вт или менее и/или он является безопасным сам по себе.

В отношении первичного измерительного преобразователя MТ речь идет об первичном измерительном преобразователе вибрационного типа, а именно об первичном измерительном преобразователе по меньшей мере с одной измерительной трубкой 10, системой 41 возбуждения и сенсорной системой 51, 52, причем по меньшей мере одна измерительная трубка 10 переносит, по меньшей мере, временно протекающую текучую измеряемую среду (или через нее пропускается упомянутая измеряемая среда), и в это время она совершает колебания. Как показано на фиг. 3 или хорошо видно из обзора фиг. 2 и 3, по меньшей мере одна измерительная трубка 10 вместе с системой 41 возбуждения и сенсорной системой, а также, предпочтительно другими компонентами первичного измерительного преобразователя может быть размещена в корпусе 100. В отношении первичного измерительного преобразователя речь может идти также, например, о традиционном первичном измерительном преобразователе вибрационного типа, известном из уровня техники, не в последнюю очередь из упомянутых выше публикаций EP-A 816807, US-A 2002/0033043, US-A 2006/0096390, US-A 2007/0062309, US-A 2007/0119264, US-A 2008/0011101, US-A 2008/0047362, US-A 2008/0190195, US-A 2008/0250871, US-A 2010/0005887, US-A 2010/0011882, US-A 2010/0257943, US-A 2011/0161017, US-A 2011/0178738, US-A 2011/0219872, US-A 2011/0265580, US-A 2011/0271756, US-A 2012/0123705, US-A 2013/0042700, US-A 2016/0313162, US-A 2017/0261474, US-A 4491009, US-A 4756198, US-A 4777833, US-A 48 01 897, US-A 4876898, US-A 4996871, US-A 5009109, US-A 5287754, US-A 5291792, US-A 5349872, US-A 5705754, US-A 5796010, US-A 5796011, US-A 5804742, US-A 5831178, US-A 5945609, US-A 5965824, US-A 6006609, US-A 6092429, US-B 6223605, US-B 6311136, US-B 6477901, US-B 6505518, US-B 6513393, US-B 6651513, US-B 6666098, US-B 6711958, US-B 6840109, US-B 6920798, US-B 7017424, US-B 7040181, US-B 7077014, US-B 7200503, US-B 7216549, US-B 7296484, US-B 7325462, US-B 7360451, US-B 7792 646, US-B 7954388, US-B 8333120, US-B 8695436, WO-A 00/19175, WO-A 00/34748, WO-A 01/02816, WO-A 01/71291, WO-A 02/060805, WO-A 2005/093381, WO-A 2007/043996, WO-A 2008/013545, WO-A 2008/059262, WO-A 2010/099276, WO-A 2013/092104, WO-A 2014/151829, WO-A 2016/058745, WO-A 2017/069749, WO-A 2017/123214, WO-A 2017/143579, WO-A 85/05677, WO-A 88/02853, WO-A 89/00679, WO-A 94/21999, WO-A 95/03528, WO-A 95/16897, WO-A 95/29385, WO-A 98/02725, WO-A 99/40394 или РСТ/ЕР2017/067826. Система возбуждения первичного измерительного преобразователя преобразует введенную электрическую мощность в механическую мощность, вызывающую вынужденные механические колебания по меньшей мере одной измерительной трубки, а сенсорная система первичного измерительного преобразователя выявляет механические колебания по меньшей мере одной измерительной трубки 10 и формирует первый колебательный измерительный сигнал s1, отображающий, по меньшей мере, частично колебательные движения по меньшей мере одной измерительной трубки, а также по меньшей мере один второй колебательный измерительный сигнал s2, отображающий, по меньшей мере, частично колебательные движения по меньшей мере одной измерительной трубки; это происходит, в частности, таким образом, что упомянутые колебательные измерительные сигналы отслеживают изменение массового расхода измеряемого вещества, направляемого в измерительной трубе, по изменению по меньшей мере одной разности фаз Δϕ12 (Δϕ12*), а именно по изменению по меньшей мере одной разности между фазовым углом ϕ1 колебательного измерительного сигнала s1 (или одной из его спектральных составляющих) и фазовым углом ϕ2 колебательного измерительного сигнала s2 (или одной из его спектральных составляющих). Кроме того, колебательные измерительные сигналы s1, s2 могут иметь по меньшей мере одну сигнальную частоту и/или сигнальную амплитуду, которая зависит от плотности и/или вязкости измеряемой среды. Согласно другому варианту, сенсорная система содержит, например, электродинамический или пьезоэлектрический или емкостной первый датчик 51 колебаний, размещенный с впускной стороны по меньшей мере на одной измерительной трубе или расположенный вблизи нее, а также, например, электродинамический или пьезоэлектрический или емкостной второй датчик 52 колебаний, размещенный с выпускной стороны по меньшей мере на одной измерительной трубе или расположенный вблизи нее. Как это принято у первичных измерительных преобразователей вибрационного типа и показано также на фиг. 3, датчики 51, 52 колебаний могут быть позиционированы, например, соответственно на равном расстоянии от середины по меньшей мере одной измерительной трубки 10. Кроме того, оба датчика 51, 52 колебаний могут быть также единственными датчиками колебаний, служащими для выявления колебаний по меньшей мере одной измерительной трубки 10 таким образом, что сенсорное устройство, кроме датчиков 51, 52 колебаний, не содержит никакого другого датчика колебаний. Согласно другому варианту, система возбуждения образована по меньшей мере одним электромеханическим, например электродинамическим, электромагнитным или пьезоэлектрическим, возбудителем 41 колебаний, который, как показано на фиг. 3, позиционирован, например, посередине по меньшей мере одной измерительной трубки 10 и/или может быть единственным возбудителем колебаний, вызывающим колебания по меньшей мере одной измерительной трубки системы возбуждения или образованного им первичного измерительного преобразователя. Кроме того, в первичном измерительном преобразователе также может быть предусмотрено, например, служащее для регистрации температуры внутри трубопровода устройство 71 измерения температуры и/или служащее для регистрации механических напряжений внутри трубопровода тензометрическое устройство.

Для обработки формируемых первичным измерительным преобразователем колебательных измерительных сигналов s1, s2 электронный преобразователь ME содержит измерительно-управляющую электронику МСЕ. Как схематично показано на фиг. 3, она электрически соединена с первичным измерительным преобразователем MТ или его сенсорной системой 51, 52 и принимает и обрабатывает эти колебательные измерительные сигналы s1, s2, а именно на основе по меньшей мере двух колебательных измерительных сигналов s1, s2 определяет аналоговые и/или цифровые измеренные значения массового расхода, представляющие массовый расход, а, при необходимости, также выдает их, например в виде цифровых значений. Колебательные измерительные сигналы s1, s2, формируемые первичным измерительным преобразователем MТ и подаваемые на электронный преобразователь ME или предусмотренную в ней измерительно-управляющую электронику МСЕ, например по электрическим соединительным проводам, могут быть, при необходимости, сначала предварительно обработаны, например предварительно усилены, отфильтрованы и оцифрованы. Согласно другому варианту, измерительно-управляющая электроника МСЕ содержит первый вход для колебательного измерительного сигнала s1, и по меньшей мере один второй вход для колебательного измерительного сигнала s2 и определяет разность фаз этих сигналов. Кроме того, измерительно-управляющая электроника МСЕ определяет фазовый угол и/или по меньшей мере одну частоту и/или амплитуду по меньшей мере одного из подаваемых колебательных измерительных сигналов s1, s2, например при работе формирует последовательность цифровых фазовых значений, представляющих соответствующий фазовый угол, и/или последовательность цифровых частотных значений, представляющих частоту сигнала, и/или последовательность цифровых амплитудных значений, представляющих амплитуду сигнала. Согласно другому варианту, измерительно-управляющая электроника МСЕ содержит цифровой фазовый выход и цифровой амплитудный выход. Кроме того, измерительно-управляющая электроника МСЕ выводит на амплитудном выходе амплитудную последовательность, а именно последовательность цифровых амплитудных значений, полученных на основе по меньшей мере одного из колебательных измерительных сигналов, например, путем определения количественного значения амплитуды одного из колебательных измерительных сигналов, и выводит на фазовом выходе фазовую последовательность, а именно последовательность цифровых фазовых значений, полученных на основе колебательных измерительных сигналов.

Измерительно-управляющая электроника МСЕ может быть реализована, например, микрокомпьютером, предусмотренным в электронном преобразователе МЕ и реализованным, например, цифровым сигнальным процессором ЦСП, и имплементированными и отрабатываемыми в нем программными кодами. Программные коды могут храниться, например, в энергонезависимой памяти данных EEPROM микрокомпьютера и загружаться при запуске в интегрированную, например, в микрокомпьютер энергозависимую память данных RAM. Как уже сказано, колебательные измерительные сигналы s1, s2 преобразуются для обработки в микрокомпьютере посредством соответствующих аналого-цифровых преобразователей (A/D-преобразователи) измерительно-управляющей электроники MCE или образованного ею электронного преобразователя ME в соответствующие цифровые сигналы (см. US-B 6311136 или US-A 2011/0271756). В соответствии с этим в измерительно-управляющей электронике в другом варианте предусмотрены первый A/D-преобразователь для первого колебательного измерительного сигнала и второй A/D-преобразователь для второго колебательного измерительного сигнала.

Для управления первичным измерительным преобразователем электронный преобразователь ME, как показывает блок-схема на фиг. 3, содержит электронный блок возбуждения Ехс, который электрически связана с системой возбуждения, например, соединен с ним электрическими соединительными проводами, и с измерительно-управляющей электроникой MCE, например, подключен через относящуюся к электронному преобразователю цифровую шину. В частности, электронный блок возбуждения Ехс настроен на работу, временно, в первом рабочем режиме I, в котором он формирует электрический пусковой сигнал е1, например, биполярный и/или, по меньшей мере, временно периодический, в заданных случаях, также гармонический, и, тем самым, вводить электрическую мощность в систему возбуждения таким образом, чтобы по меньшей мере одна измерительная трубка совершала вынужденные механические колебания (например, колебания, вызывающие кориолисовы силы в измеряемой среде, протекающей по меньшей мере в одной измерительной трубе) по меньшей мере с одной полезной частотой f_N, а именно колебания с частотой, заданной электрическим пусковым сигналом е1 или его (полезной) сигнальной составляющей Е1, которая соответствует, в частности, резонансной частоте первичного измерительного преобразователя; или чтобы каждый из колебательных измерительных сигналов s1, s2 содержал, как показано также на фиг. 4, полезную сигнальную составляющую S1*, S2*, а именно (спектральную) составляющую с сигнальной частотой, соответствующей полезной частоте. В соответствии с этим пусковой сигнал е1 может быть, например, гармоническим электрическим сигналом, формирующим вышеуказанную составляющую Е1, которая определяет полезную частоту f_N, или может быть, например, электрическим сигналом, состоящим из нескольких (спектральных) сигнальных составляющих, также содержащим вышеуказанную сигнальную составляющую Е1, следовательно, многочастотным электрическим сигналом, который, при необходимости, также может быть периодическим на заданном промежутке времени. Для настройки или измерения полезной частоты f_N электронный блок возбуждения может иметь, как это принято в кориолисовом массовом расходомере, например, один или несколько контуров фазовой автоподстройки (PLL – phase locked loop). Согласно другому варианту, электронный блок возбуждения Ехс имеет цифровой частотный выход. Кроме того, электронный блок возбуждения Ехс также подходит для вывода на упомянутом частотном выходе частотной последовательности, а именно последовательности цифровых частотных значений, которые количественно определяют сигнальную частоту, установленную для пускового сигнала е1, например установленную в данный момент полезную частоту (т.е. частоту его составляющей Е1). Согласно другому варианту, далее предусмотрено, что фазовый выход измерительно-управляющей электроники MCE электрически соединен с фазовым входом, который образован, например, предусмотренным внутри электронного блока возбуждения Ехс фазовым компаратором. Фазовый компаратор может, например, выявлять разность фаз между контрольной составляющей Е1 пускового сигнала е1 и по меньшей мере одной из вышеуказанных полезных составляющих S1*, S2* и/или определять величину этой разности фаз. Кроме того, амплитудный выход измерительно-управляющей электроники MCE может быть электрически соединен с амплитудным входом электронного блока возбуждения Ехс, который регистрирует амплитуду сигнальной составляющей или амплитуду возбужденных колебаний по меньшей мере одной измерительной трубки.

Электронный блок возбуждения Ехс и измерительно-управляющая электроника MCE, а также другие служащие работе измерительной системы электронные компоненты электронного преобразователя ME, такие как схема PSC внутреннего энергопитания, предназначенная для обеспечения внутренних постоянных напряжений, и/или приемо-передающая электроника СОМ, предназначенная для связи с системой обработки измеренных данных более высокого уровня или с внешней полевой шиной, могут быть размещены, как хорошо видно из обзора фиг. 2 и 3, например, в соответствующем корпусе 200 электроники, выполненном, в частности, ударопрочным и/или также взрывоустойчивым и/или герметичным. Последний, как показано также на фиг. 2 и 3, может быть соединен с корпусом 100 первичного преобразователя, с образованием массового кориолисова расходомера компактной конструкции. Для отображения полученных измерительным прибором измеренных значений и/или, при необходимости, созданных измерительной системой статусных сообщений, например сообщения об ошибке или тревоги, измерительная система может содержать на месте элемент HMI индикации и взаимодействия, по меньшей мере, временно взаимодействующий с измерительно-управляющей электроникой MCE, например размещенный в упомянутом корпусе 200 электроники LSD-, OLED- или TFT-дисплей за предусмотренным в нем окном, а также соответствующую клавиатуру для ввода данных и/или сенсорный экран. Электрическое подключение первичного измерительного преобразователя MТ к электронному преобразователю ME может осуществляться посредством соответствующих электрических соединительных проводов и соответствующих кабельных вводов. При этом соединительные провода могут быть выполнены, по меньшей мере, частично в виде электрических проволочных выводов, по меньшей мере, местами заключенных в электрическую изоляцию, например в виде проводов «витая пара», плоских ленточных кабелей и/или коаксиальных кабелей. В качестве альтернативы или в дополнение к этому соединительные провода могут быть образованы, по меньшей мере, местами также проводящими дорожками, в частности гибкой, при необходимости, лакированной печатной платы.

Вынужденными механическими колебаниями, возбуждаемыми системой 41 возбуждения и подключенным к ней электронным блоком возбуждения Ехс, могут быть, например, изгибные колебания по меньшей мере одной измерительной трубки 10 вокруг соответствующего исходного положения, причем в качестве полезной частоты f_N может быть установлена, например, текущая резонансная частота основной моды изгибных колебаний, имеющей единственную пучность, по меньшей мере одной измерительной трубки 10. При этом резонансная частота также зависит также от плотности и/или вязкости направляемой в измерительной трубе измеряемой среды. Как известно, в результате вынужденных колебаний по меньшей мере одной измерительной трубки 10, например вышеуказанных изгибных колебаний, в протекающей через по меньшей мере одну измерительную трубку измеряемой среде создаются кориолисовы силы. Это происходит, в частности, таким образом, что каждая из полезных составляющих S1*, S2* колебательных измерительных сигналов s1, s2 имеет измерительную составляющую S1’, S2’, которая имеет сигнальную частоту, соответствующую полезной частоте f_N, и фазовый угол, зависящий от массового расхода m протекающей через измерительный преобразователь МТ измеряемой среды (S1’ = f(m), S2’S1’ = f(m)). Следовательно, как показано на фиг. 4, между измерительной составляющей S1’ колебательного сигнала s1 и измерительной составляющей S2’ колебательного сигнала s2 существует разность фаз, Δϕ12 (Δϕ12 = f(m)), которая зависит от массового расхода m. Однако оказалось, что при работе электронного блока возбуждения Ехс в первом рабочем режиме или при подаче на систему возбуждения пускового сигнала е1, каждый из колебательных измерительных сигналов s1, s2, как показано на фиг. 4 или видно из обзора фиг. 1 и 4, помимо измерительной составляющей S1’, S2’ может иметь также нежелательную паразитную составляющую S1”, S2”, с частотой равной частоте измерительной составляющей S1’, S2’, с фазовым углом, зависимым от сигнальной составляющей Е1 пускового сигнала, и с амплитудой, зависимой от составляющей Е1 пускового сигнала е1. Как показано на фиг. 4, фазовый угол и/или амплитуда паразитных составляющих S1”, S2” могут отличаться друг от друга. Кроме того, фазовый угол и амплитуда при работе могут варьироваться, например вследствие изменяющейся полезной частоты и/или изменяющейся амплитуды сигнальной составляющей Е1. Из-за паразитных составляющих S1”, S2”, содержащихся в колебательных измерительных сигналах s1, s2, или их полезных составляющих S1*, S2*, фактически измеряемая разность Δϕ12* фаз между полезными составляющими S1*, S2* при работающей в первом рабочем режиме электронного блока возбуждения Ехс зависит не только от массового расхода m (Δϕ12* = f(m)), или, напротив, разность Δϕ12* фаз, как видно на фиг. 4, может значительно отличаться от разности Δϕ12 фаз между измерительными составляющими S1’, S2’ (Δϕ12 ≠ Δϕ12*).

Во избежание паразитных составляющих S1”, S2” в колебательных измерительных сигналах s1, s2 электронный блок возбуждения Ехс при работе кориолисова массового расходомера может работать временно также во втором рабочем режиме, например, во втором рабочем режиме II, отличающемся от вышеуказанного первого рабочего режима I. Например, во втором рабочем режиме – прекращать генерацию электрического пускового сигнала е1, так чтобы электрическая мощность не передавалась от электронного блока возбуждения в систему возбуждения. Это происходит, например, таким образом, что вынужденные механические колебания по меньшей мере одной измерительной трубки сменяются свободными затухающими колебаниями.

Кроме того, электронный блок возбуждения и/или измерительно-управляющая электроника MCE при работе кориолисова массового расходомера вызывает переход электронного блока возбуждения Ехс из первого рабочего режима во второй рабочий режим или, по меньшей мере, побуждает к переходу таким образом, что по меньшей мере одна измерительная трубка 10 при функционировании электронного блока возбуждения во втором рабочем режиме, по меньшей мере, в течение, например, заданного и/или подходящего интервала измерений совершает свободные затухающие колебания, а также в течение интервала измерений электронный блок возбуждения и/или измерительно-управляющая электроника принимает и обрабатывает колебательные измерительные сигналы s1, s2, а именно на основе разности фаз Δϕ12*, для получения измеренного значения Х_М массового потока, представляющего массовый расход m. Для этого интервал измерений может быть выбран таким образом, чтобы он длился более 10 мс, например также более 100 мс, и/или чтобы он соответствовал более чем одному обратному значению (1/f_N) полезной частоты, например более чем 5-кратному обратному значению. Как видно на фиг. 4, временное прерывание или отключение пускового сигнала е1 может привести, с одной стороны, к тому, что амплитуда (⎜S1⎜, ⎜S2⎜) каждой из полезных составляющих S1, S2 колебательных измерительных сигналов s1, s2, принятых в течение интервала измерений, может быть заметно меньше по сравнению с амплитудами (⎜S*1⎜, ⎜S*2⎜) каждой из полезных составляющих S1*, S2*, зарегистрированных в случае работы электронного блока возбуждения Ехс в первом рабочем режиме I. С другой стороны, это отключение пускового сигнала е1 приводит, в частности, к тому, что полезные составляющие S1, S2 из-за отсутствия пускового сигнала е1 не содержат или больше не содержат паразитных составляющих S1”, S2” и, в результате, по существу, соответствуют измерительным составляющим S1’, S2’, так что измеряемая разность Δϕ12* фаз между полезными составляющими S1, S2 очень точно соответствует тогда разности Δϕ12 фаз (Δϕ12* = Δϕ12), фактически необходимой для измерения массового расхода.

Согласно другому варианту, электронный преобразователь, например его измерительно-управляющая электроника и/или электронный блок возбуждения, адаптирован для работы в зависимости от времени, для переключения электронного блока возбуждения из первого рабочего режима во второй рабочий режим, например, таким образом, чтобы этот переход или обратный переход, из второго рабочего режима снова в первый рабочий режим, происходил многократно циклически или в течение заданного или задаваемого промежутка времени. Измерительно-управляющая электроника и/или электронный блок возбуждения может, например, циклически переключать электронный блок возбуждения из первого рабочего режима во второй рабочий режим таким образом, что электронный блок возбуждения в течение одного цикла многократно переходит из первого рабочего режима во второй рабочий режим и обратно, и/или электронный блок возбуждения в течение одного цикла работает преимущественно в первом рабочем режиме, и/или электронный блок возбуждения в течение одного цикла работает в первом рабочем режиме, по меньшей мере, так же часто и/или так же долго, как и во втором рабочем режиме.

В качестве альтернативы или в дополнение к этому, электронный преобразователь может при работе периодически проверять, необходимо ли переключение электронного блока возбуждения из первого рабочего режима во второй рабочий режим, например из-за неоднородной измеряемой среды по меньшей мере в одной измерительной трубе, и, при необходимости, вызывать это переключение. Для этого, согласно другому варианту, измерительно-управляющая электроника MCE и/или электронный блок возбуждения Ехс выполнены с возможностью выявлять, является ли неоднородной направляемая по меньшей мере в одной измерительной трубе измеряемая среда. Измерительно-управляющая электроника MCE выявляет это на основе по меньшей мере одного из колебательных измерительных сигналов s1, s2, зарегистрированных, например, при первом рабочем режиме I электронного блока возбуждения Ехс; и/или электронный блок возбуждения Ехс выявляет это в первом рабочем режиме I, на основе по меньшей мере одной разности фаз между пусковым сигналом е1 и одним из колебательных измерительных сигналов s1, s2, например, разности фаз, установившейся между составляющей Е1 пускового сигнала е1 и по меньшей мере одной из полезных составляющих S1*, S2*, и/или разности фаз, управляющей контуром фазовой автоподстройки. Например, электронный блок возбуждения Ехс может сравнивать упомянутую разность фаз с предварительно заданным пороговым значением разности фаз, представляющим слишком неоднородную измеряемую среду, и в случае превышения порогового значения разности фаз автоматически переключаться во второй рабочий режим, при необходимости, соответственно извещать об этом затем измерительно-управляющую электронику MCE. Другие реализуемые посредством электронного блока возбуждения или измерительно-управляющей электроники или же при их взаимодействии способы обнаружения неоднородной измеряемой среды посредством электронного преобразователя описанного рода, например с помощью изменения полезной частоты, амплитуды колебания и/или затухания полезных колебания и т.д., известны специалисту и раскрыты, в том числе, также в упомянутых публикациях US-A 2008/0011101, US-B 7296484, US-B 7040181, WO-A 00/19175 или WO-A 01/71291. В качестве альтернативы или в дополнение к упомянутому автоматическому обнаружению неоднородной измеряемой среды по меньшей мере в одной измерительной трубе электронный преобразователь может на основе поданного на него (извне) управляющего сигнала вызвать переключение электронного блока возбуждения из первого рабочего режима во второй рабочий режим. Управляющий сигнал может формироваться и подаваться, например, системой обработки данных, подключенной к кориолисову массовому расходомеру, и система обработки данных может, например, передавать сообщение, классифицирующее измеряемую среду как неоднородную, и/или передавать на электронный преобразователь или на образованный им кориолисовый массовый расходомер управляющую команду, вызывающую переключение из первого рабочего режима во второй рабочий режим.

Изобретение относится к кориолисовому массовому расходомеру. Расходомер содержит первичный измерительный преобразователь по меньшей мере с одной измерительной трубкой (10), системой возбуждения и сенсорной системой, а также электрически связанный с системой возбуждения и сенсорной системой электронный преобразователь (ME) с измерительно-управляющей электроникой (MCE) и подключенным к измерительно-управляющей электронике и/или управляемый ею электронный блок возбуждения (Ехс). Измерительная трубка переносит протекающую, по меньшей мере, временно измеряемую текучую среду и в это время совершает колебания. Кроме того, система возбуждения преобразует подаваемую электрическую мощность в вызывающую вынужденные механические колебания по меньшей мере одной измерительной трубки механическую мощность, а сенсорная система выявляет механические колебания по меньшей мере одной измерительной трубки и передает первый колебательный измерительный сигнал (s1), отображающий, по меньшей мере, частично колебательные движения по меньшей мере одной измерительной трубки, а также по меньшей мере второй колебательный измерительный сигнал (s2), отображающий, по меньшей мере, частично колебательные движения по меньшей мере одной измерительной трубки, таким образом, что первый и второй колебательные измерительные сигналы отслеживают изменение массового расхода переносимой в измерительной трубке измеряемой среды по изменению разности фаз, а именно по изменению разности между фазовыми углами первого и второго колебательных измерительных сигналов. Кроме того, сенсорная система электрически связана также с измерительно-управляющей электроникой. Электронный блок возбуждения электрически соединен с системой возбуждения и формирует в первом рабочем режиме (I) электрический пусковой сигнал (е1) и с ним вводит электрическую мощность в систему возбуждения таким образом, что по меньшей мере одна измерительная трубка совершает вынужденные механические колебания по меньшей мере с одной полезной частотой, а именно с частотой, заданной электрическим пусковым сигналом, соответствующей, в частности, резонансной частоте колебаний первичного измерительного преобразователя, а во втором рабочем режиме (II) прекращает формирование электрического пускового сигнала, так что в это время электронный блок возбуждения не вводит в систему возбуждения никакой электрической мощности. У предложенного кориолисова массового расходомера электронный преобразователь выполнен с возможностью вызывать переключение электронного блока возбуждения из первого рабочего режима (I) во второй рабочий режим (II) таким образом, что по меньшей мере одна измерительная трубка при находящемся во втором рабочем режиме (II) электронном блоке возбуждения, по меньшей мере, в течение интервала измерений совершает свободные затухающие колебания, а измерительно-управляющая электроника принимает колебательные измерительные сигналы в течение интервала измерений и определяет с помощью разности их фаз измеренные значения массового потока, представляющие массовый расход. Технический результат - исключение фазовой погрешности, в частности при быстро или в широком диапазоне изменяющейся резонансной или полезной частоте. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Кориолисовый массовый расходомер, содержащий:

- первичный измерительный преобразователь, включающий в себя по меньшей мере одну измерительную трубку, систему возбуждения и сенсорную систему; и

- электронный преобразователь, электрически связанный с системой возбуждения и сенсорной системой, в частности, образованный по меньшей мере одним микропроцессором, причем электронный преобразователь содержит измерительно-управляющую электронику и электронный блок возбуждения, подключенный, в частности, электрически, к измерительно-управляющей электронике и/или управляемый измерительно-управляющей электроникой;

- при этом измерительная трубка выполнена с возможностью переносить, по меньшей мере, временно протекающую измеряемую текучую среду, в частности газ, жидкость или дисперсию, и совершать в это время колебания;

- система возбуждения выполнена с возможностью преобразования введенной электрической мощности в механическую мощность, вызывающую вынужденные механические колебания по меньшей мере одной измерительной трубки;

- сенсорная система выполнена с возможностью обнаруживать механические колебания по меньшей мере одной измерительной трубки и передавать первый колебательный измерительный сигнал, отображающий, по меньшей мере, частично колебательные движения по меньшей мере одной измерительной трубки, а также передавать по меньшей мере второй колебательный измерительный сигнал, отображающий, по меньшей мере, частично колебательные движения по меньшей мере одной измерительной трубки, таким образом, что первый и второй колебательные измерительные сигналы отслеживают изменение массового расхода измеряемой среды, направляемой в измерительной трубе, по изменению разности фаз, а именно по изменению разности между фазовым углом первого колебательного измерительного сигнала и фазовым углом второго колебательного измерительного сигнала;

- при этом электронный блок возбуждения электрически соединен с системой возбуждения и выполнен с возможностью, в первом рабочем режиме, формирования электрического пускового сигнала и подачи вместе с ним электрической мощности в систему возбуждения таким образом, чтобы по меньшей мере одна измерительная трубка совершала вынужденные механические колебания по меньшей мере с одной полезной частотой, а именно с частотой колебаний, заданной электрическим пусковым сигналом, в частности, с резонансной частотой, соответствующей резонансной частоте первичного измерительного преобразователя, и выполнен с возможностью, во втором рабочем режиме, прекращения формирования электрического пускового сигнала, так чтобы электрическая мощность не подавалась электронным блоком возбуждения в систему возбуждения;

- причем измерительно-управляющая электроника электрически связана с сенсорной системой;

- при этом электронный преобразователь, в частности его измерительно-управляющая электроника и/или его электронный блок возбуждения, выполнен с возможностью переключения электронного блока возбуждения из первого рабочего режима во второй рабочий режим таким образом, что в случае функционирования электронного блока возбуждения во втором рабочем режиме, по меньшей мере одна измерительная трубка совершает свободные затухающие колебания, по меньшей мере, в течение интервала измерений, продолжительность которого составляет, в частности, больше, чем обратная величина полезной частоты, и/или более 10 мс;

- причем измерительно-управляющая электроника выполнена с возможностью приема и обработки первого и второго колебательных измерительных сигналов в течение интервала измерений, а именно на основе разности их фаз формировать измеренные значения (Х_М) массового потока, представляющие массовый расход.

2. Кориолисовый массовый расходомер по п. 1, в котором для выявления механических колебаний по меньшей мере одной измерительной трубки сенсорная система содержит, в частности, электродинамический и/или расположенный со стороны впуска, первый датчик (51) колебаний, передающий первый колебательный измерительный сигнал, а также второй датчик (52) колебаний, в частности, электродинамический и/или расположенный со стороны выпуска и/или конструктивно схожий с первым датчиком колебаний, передающий второй колебательный измерительный сигнал, в частности, указанный первичный измерительный преобразователь не содержит дополнительных датчиков колебаний, кроме первого и второго датчиков колебаний.

3. Кориолисовый массовый расходомер по любому из предыдущих пунктов, в котором система возбуждения для возбуждения по меньшей мере одной измерительной трубки содержит, в частности, электродинамический и/или единственный первый возбудитель (41) колебаний.

4. Кориолисовый массовый расходомер по любому из предыдущих пунктов, в котором измерительно-управляющая электроника содержит первый аналого-цифровой преобразователь для первого колебательного измерительного сигнала, а также второй аналого-цифровой преобразователь для второго колебательного измерительного сигнала.

5. Кориолисовый массовый расходомер по любому из предыдущих пунктов, в котором измерительно-управляющая электроника выполнена с возможностью определения, на основе по меньшей мере одного из указанных первого и второго колебательных измерительных сигналов, в частности, зарегистрированных при функционировании электронного блока возбуждения в первом рабочем режиме, является ли неоднородной измеряемая среда, переносимая по меньшей мере в одной измерительной трубке.

6. Кориолисовый массовый расходомер по любому из предыдущих пунктов, в котором электронный блок возбуждения выполнен с возможностью определять, при функционировании в первом рабочем режиме, на основе по меньшей мере одной разности фаз между пусковым сигналом и первым или вторым колебательным измерительным сигналом, является ли неоднородной измеряемая среда, переносимая по меньшей мере в одной измерительной трубе.

7. Кориолисовый массовый расходомер по любому из предыдущих пунктов, в котором измерительно-управляющая электроника выполнена с возможностью вызывать переключение электронного блока возбуждения из первого рабочего режима во второй рабочий режим на основе управляющего сигнала, подаваемого на электронный преобразователь, в частности, на основе передаваемого сообщения о том, что переносимая по меньшей мере в одной измерительной трубке измеряемая среда является неоднородной и/или на основе передаваемой управляющей команды.

8. Кориолисовый массовый расходомер по любому из предыдущих пунктов, в котором электронный преобразователь, в частности его измерительно-управляющая электроника и/или электронный блок возбуждения, выполнен с возможностью вызывать переключение электронного блока возбуждения из первого рабочего режима во второй рабочий режим, как только переносимая по меньшей мере в одной измерительной трубке измеряемая среда определена как неоднородная и/или о ней сообщено как о неоднородной.

9. Кориолисовый массовый расходомер по любому из предыдущих пунктов, в котором электронный преобразователь, в частности его измерительно-управляющая электроника и/или электронный блок возбуждения, выполнен с возможностью вызывать переключение электронного блока возбуждения из первого рабочего режима во второй рабочий режим в зависимости от времени, в частности, таким образом, что переключение происходит циклически, и/или электронный блок возбуждения функционирует преимущественно в первом рабочем режиме, и/или электронный блок возбуждения функционирует в первом рабочем режиме, по меньшей мере, так же долго, как во втором рабочем режиме.

10. Кориолисовый массовый расходомер по любому из предыдущих пунктов, в котором электронный преобразователь, в частности его измерительно-управляющая электроника и/или электронный блок возбуждения, выполнен с возможностью совершения переключения электронного блока возбуждения из первого рабочего режима во второй рабочий режим циклически, в частности, таким образом, что электронный блок возбуждения в течение одного цикла многократно переходит из первого рабочего режима во второй рабочий режим и обратно, и/или электронный блок возбуждения функционирует в течение одного цикла преимущественно в первом рабочем режиме, и/или электронный блок возбуждения функционирует в течение одного цикла в первом рабочем режиме, по меньшей мере, так же часто и/или так же долго, как и во втором рабочем режиме.

11. Применение кориолисового массового расходомера по любому из предыдущих пунктов для измерения и/или контроля измеряемой текучей среды, в частности газа, жидкости или дисперсии, протекающей, по меньшей мере, временно в трубопроводе, в частности, измеряемой среды, которая является, по меньшей мере, временно неоднородной и/или, по меньшей мере, временно 2-фазной или многофазной.