專利名稱：科里奧利質量流量計的測量和運行電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一個科里奧利質量流量計的測量和運行電路。
科里奧利質量流量計多用于管路截面處流體質量流量的測量。流體流過至少一個振動的測量管。在大多數科里奧利質量流量計中，測量管上都裝有一個激振器和兩個振動傳感器。測量管和流體共同構成一個有振動能力的系統，通常在該系統的固有頻率下對其進行激振。固有頻率主要與測量管的材料和尺寸有關。該頻率也隨管中流過流體的密度而變化。在某些情況下，不在固有頻率下對測量管進行激振，而在與固有頻率臨近的一個頻率下進行激振。
兩個振動傳感器測量沿流體流動方向上測量管的兩個不同點處的振動，將測量管的振動轉變為傳感器信號。兩個傳感器信號具有與測量管振動相同的頻率，但是它們之間有相移。
相移是質量流量的計量單位。
傳感器信號在一個測量局部電路中進行估值，并轉化成與流體的質量流量成比例的信號。除測量流體的質量流量外也可以測量流體的其它特征，例如，流體的密度。為此可測量測量管的振動頻率。
在US-A 4801897中描述了一個激振局部電路，它是按照模擬鎖相環調節方式構成的。可以根據流過流體密度的不同將激振頻率自動地調節到振動系統的固有頻率。
已知的測量電路有模擬工作方式的，例如EP-A698 783或US-A4895030中描述的，或數字工作方式的，例如EP-A702 212或US A 5429 002中描述的。
EP-A698 783中描述的測量電路具有一個模擬控制回路，它對兩個傳感器的信號進行控制，使其輻值相同。
EP-A 866 319中公知的另一種測量和運行電路中，兩個傳感器信號在進一步處理前被放大，其中，放大器的放大因數可變。一個數字信號處理器可以對兩個信號的總和和差值、或者兩個信號中的一個信號進行估值。
為保證測量的精確性，重要的是使得兩個傳感器信號在放大后具有相同的輻值。為此需要一個輻值調節器，對兩個傳感器信號的總和和差值進行估值。
為確定流量，除需要差分信號外，還需要一個傳感器的信號。
在該電路中，總共構成3個模擬振動信號，隨后將這3個信號送到一個計算單元中進行繼續處理。為在計算單元中進行信號處理，每一個振動信號都至少需要一個A/D轉換器。
本發明的任務是完成一個科里奧利質量流量計的測量和運行電路，在該電路中構成并估值的振動信號更少，同時保證具有足夠的測量精確性，而且電路的實現要簡單、費用低廉。
本任務通過一個測量和運行電路解決，該電路用于一個科里奧利質量流量計，質量流量計上裝有帶有至少一個測量管的檢出元件，測量管上有第一和第二兩個振動傳感器，兩個傳感器在流動方向上相距一定間隔，該測量管上還具有一個激振器。測量和運行電路包括與第一振動傳感器相連接的第一放大器；與第二振動傳感器相連接的第二放大器；用于生成振動信號S1的第一A/D轉換器，其中S1與第一振動傳感器的輸出信號成比例，而該第一振動傳感器與第一放大器相連接；一個差動放大級，它的兩個輸入端分別與第一和第二放大器相連接；接在差動放大級后的第二A/D轉換器，用于生成差分信號D，它與放大后的第一和第二振動傳感器的輸出信號之差成比例；一個數字信號處理器，它僅對振動傳感器信號中的差分信號D和一個傳感器信號S1進行估值并完成以下操作步驟(a)確定傳感器信號S1的輻值AMS1(b)以傳感器信號S1為參考信號，確定差分信號D的同相分量I和正交分量Q(c)控制第二放大器的放大，使差分信號的同相分量I消失(d)利用剩余的正交分量Q，根據公式m～Q/(AMS1*f)計算質量流量以下根據圖中描述的實施例詳細說明本發明，各圖為
圖1科里奧利質量流量計的檢出元件的示意2科里奧利質量流量計的測量和運行電路的方塊3圖2中測量電路各個工作步驟的方塊1為一個科里奧利質量流量計的檢出元件1的示意圖。檢出元件1安放在一個未畫出的管中，該管內有流體F流過，流體的質量流量是所關心的量之一。管通過兩端的法蘭2和3連接。
檢出元件1包括一個測量管4，它是唯一的直管，它的流入端通過端板13固定在法蘭2上，流出端通過端板14固定在法蘭3上。
發明中的測量和運行電路并不局限于這種特定的具有唯一直測量管的檢出元件1。它也可以用于其它不同的已公知的檢出元件。這里需要提及的是例如使用帶有支架質量的測量管的檢出元件，如EP 97 810559中所描述的情況，帶有彎曲測量管的檢出元件(EP 96 10 9242)，以及帶有兩個平行的直管或彎管形式的測量管的檢出元件(US4793191或US41 27 028)。
法蘭2、3和端板固定在支撐管15上或其內部。
為使得測量管產生振動，需要在端板13、14之間的測量管4中間部位安裝一個激振器16，例如可以是一個電磁驅動式激振器，它由永磁鐵161和線圈162組成。
線圈162固定在支撐管15上，永磁鐵161固定在測量管4上。
通過經過線圈162的電流，可以控制測量管4的振動輻值和彎曲振動頻率，振動發生在圖面內。
在圖面內同時還將作用有科氏力，它使得沿測量管4各點不再同相振動。測量管4的振動通過兩個振動傳感器17、18進行測量，兩個振動傳感器對稱地分布在激振器16的兩側，也安裝在支撐管15上。17、18兩個振動傳感器可以使用電磁轉換器，它們的布置與激振器16中的永磁鐵-線圈的布置類似。兩個永磁鐵171和181固定在測量管4上，兩個線圈172和182固定在支撐管15上。測量管4的運動作用于永磁鐵171和181上，使得在相應線圈172和182上產生感應電壓，它們作為模擬傳感器信號X17和X18輸出。
通常一個科里奧利質量流量計包括一個檢出元件和一個附屬的測量和運行電路。圖2給出了檢出元件1附屬的測量和運行電路的方塊圖，它用于傳感器信號的估值和激振的控制。
兩個傳感器信號X17和X18分別輸入到第一放大器V1和第二放大器V2。至少通過放大器V2的可調節放大因數VF使它的放大可變。
第一放大器V1與第一A/D轉換器AW1相連接，與之平行連接一個差動級D1的輸入端。
第二放大器V2與差動級D的另一個輸入端相連接。
差動級D1的輸出端與第二A/D轉換器AW2相連接。
兩個A/D轉換器AW1和AW2輸出端上為數字化的傳感器信號S1和差分信號D。兩個輸出端各自與數字信號處理器DP相連接。
第一放大器V1和第一A/D轉換器AW1構成第一振動信號通路SW1。
第二放大器V2，差動級D1以及第二A/D轉換器AW2構成第二振動信號通路SW2。
為使用振動傳感器S1和S2確定質量流量，僅需要將數字傳感器信號S1和數字差分信號D經由振動信號通路SW1和SW2輸入到數字信號處理器DP即可。
數字信號處理器DP在第一個輸出端A1的輸出信號給出質量流量的測量結果m。數字信號處理器的第二個輸出端A2輸出放大的信號VS，它與一個D/A轉換器DW1的輸入端相連接，DW1的輸出端與放大器V2相連接。
可根據放大信號VS調節第二放大器V2的放大因數VF。
第三個輸出端A3給出激振電流信號Ierr，(譯注—下標err的德語意思是“激勵”，不是英語的“錯誤”)用于控制使測量管激振的激振電流。
圖3中給出了確定質量流量m所必需的各個工作步驟的示意圖。
步驟a)確定傳感器信號S1的輻值AMS1。
為確定數字傳感器信號S1的輻值，將其與正弦單位信號SE和余弦單位信號CE相乘，然后各自以低通濾波器T濾波。在低通濾波器T后可以得到輻值a和b。它根據兩個單位信號SE和CE給出傳感器信號S1的份額。通過對平方和a2+b2開根號，可以得到傳感器信號S1的輻值AMS1，測量的坐標系由兩個單位信號SE和CE張成。
步驟b)以傳感器信號S1為參考信號，確定差分信號D的同相分量I和正交分量Q。
將差分信號D和傳感器信號S1相乘，然后以低通濾波器TP4濾波，由此得到差分信號D的同相分量I。
此外，將差分信號D與經過90度相移的傳感器信號S1相乘后由濾波器T3進行濾波。由此得到差分信號D的正交分量Q。
步驟c)控制第二放大器的放大，使得差分信號D的同相分量I消失。
將差分信號D的同相分量I輸入到控制器R，它給出放大信號VS，以該信號調節放大器V2的放大因數VF，使得同相分量I消失。
當差分信號D的同相分量I消失后，兩個放大器V1和V2的輸出信號輻值幾乎相等。當兩個傳感器信號X17和X18之間的相差減小時，上述信號輻值差別也同樣越來越小。
步驟d)利用剩余的正交分量Q，根據公式m～Q/(AMS1*f)計算質量流量。
由得到的正交分量Q值和輻值，根據公式m～Q/(AMS1*f)計算質量流量m。頻率f由一個振蕩器G提供。
振蕩器G產生數字單位正弦信號SE和單位余弦信號CE。單位余弦信號CE與一個變輻值AMP相乘得到信號Uerr。
利用Uerr驅動電路TR，為激振器16提供激振電流。
為準確地在振動系統的固有頻率下進行激振，數字信號處理器DP中，激振信號Uerr和系統的回應之間的相差dΦ確定傳感器信號S1。
對單位信號SE和CE的頻率f進行控制，使得相差dΦ剛好成為0。在這種情況下，激振力的相位正好與測量管4振動速度同相位。
權利要求
1.一種用于科里奧利質量流量計的測量和運行電路，該質量流量計具有一個至少帶有一個測量管(1)的檢出元件，在該測量管上裝有第一和第二振動傳感器(17、18)，兩個傳感器在流動方向上相距一定間隔，該測量管上還具有一個激振器(16)。該電路包括用于第一振動傳感器(17)輸出信號的第一放大器V1用于第二振動傳感器(18)輸出信號的第二放大器V2用于生成振動信號S1的第一A/D轉換器AW1，該信號S1與第一振動傳感器(17)的輸出信號成比例。接在差動級D前面的第二A/D轉換器AW2，它給出差分信號D，該信號與放大后的第一和第二振動傳感器(17、18)的輸出信號成比例。一個數字信號處理器DSP，它僅對振動傳感器信號中的差分信號D和傳感器信號S1進行估值并完成以下操作步驟e)確定傳感器信號S1的輻值AMS1f)以傳感器信號S1為參考信號，確定差分信號D的同相分量I和正交分量Qg)控制第二放大器的放大，使差分信號D的同相分量I消失h)利用剩余的正交分量Q，根據公式m～Q/(AMS1*f)計算質量流量
全文摘要
本發明的科里奧利質量流量計的測量和運行電路中使用了一個數字信號處理器(DSP)。該數字信號處理器僅對振動傳感器信號中的差分信號(D)和第一傳感器信號(S1)估值。同相分量(I)和正交分量(Q)指定用于差分信號(D)。對第二傳感器信號(S2)的放大進行控制，使得同相分量(I)消失。質量流量(m)由正交分量(Q)確定。
文檔編號G01F1/84GK1455859SQ01815586
公開日2003年11月12日 申請日期2001年9月5日 優先權日2000年9月13日
發明者克里斯琴·馬特 申請人:恩德斯+豪斯流量技術股份有限公司