專利名稱：具有機械可振蕩單元且用來確定和/或監(jiān)測介質(zhì)的過程變量的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定和/或監(jiān)測容器中介質(zhì)的至少一種過程 變量的裝置，所述裝置具有至少一個機械可振蕩單元；至少一個激 勵/接收單元，該激勵/接收單元激勵機械可振蕩單元機械振蕩并且接收
機械可振蕩單元的機械振蕩；以及至少一個電子設(shè)備單元，該電子設(shè) 備單元對激勵/接收單元施以電輸出信號SA并且從激勵/接收單元接收
電輸入信號SE，其中，在電子設(shè)備單元中設(shè)置有至少一個放大單元， 該放大單元對電輸入信號SE進(jìn)行放大以形成放大信號Sv。介質(zhì)是諸如 液體或者是散裝物料。另外，過程變量例如是介質(zhì)的料位、密度或者 粘度。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)公知測量儀表，在所述測量儀表中，所謂的振蕩叉 作為機械可振蕩單元被激勵以產(chǎn)生振蕩。因為所述振蕩或其特征值， 諸如頻率，振幅和相位是依賴于與介質(zhì)的接觸或依賴于諸如密度或粘 度的特性的，所以可以由振蕩的特征值推斷出測量值。因此，利用此 類測量儀表實現(xiàn)對介質(zhì)料位的監(jiān)測或?qū)橘|(zhì)密度的測量。
已經(jīng)顯示出，給出激勵信號與接收信號之間的相位差范圍，在此 范圍內(nèi)可以在一定的方面對振蕩系統(tǒng)的性能產(chǎn)生影響。于是，實現(xiàn)或 妨礙對泡沬的探測。另外，可以對振蕩相對于粘度變化的依賴性進(jìn)行 補償(參見DE 100 57 974 A1)。而為了獲得所述效果，需要盡可能準(zhǔn) 確地獲得所期望的相位值
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，提出一種測量儀表，在所述測量儀表 中，在接收信號與激勵信號之間的相位是能夠盡可能準(zhǔn)確且可重復(fù)地 調(diào)整的。
本發(fā)明以如下方式在第一變型方案中解決所述任務(wù)，即，設(shè)置有 至少一個可調(diào)整的相移器，該相移器改變放大信號的相位，以及設(shè)置
有至少一個控制單元，該控制單元對相移器進(jìn)行控制，其中，控制單 元被構(gòu)造為至少測量放大信號Sv的頻率，并且控制單元至少基于所存 儲的關(guān)于放大單元的頻率相位關(guān)系的數(shù)據(jù)而對相移器進(jìn)行控制。由此， 電子設(shè)備單元具有至少一個放大單元、相移器以及控制單元。輸入信
號SE在評估之前大多允許進(jìn)行處理，通常隨后進(jìn)行放大并且在此大多 也需要進(jìn)行濾波。在此，這樣經(jīng)放大的并且在實施例中被濾波的信號 Sv根據(jù)本發(fā)明被輸送給控制單元。對這些信號的相位(亦即由放大單
元得到的相位)的確定通過評估信號Sv的相位來進(jìn)行，其中，為相位
分配頻率是通過存儲的數(shù)據(jù)或者保存的公式來進(jìn)行的，也就是說，根
據(jù)放大單元的已知性能，由被放大和/或濾波的信號Sv的頻率，推導(dǎo)出 信號Sv的相位，并且由此對相移器進(jìn)行匹配地控制。由此，本發(fā)明實 現(xiàn)了，相位不再依賴于頻率而分別具有不同的值，而是所述相位在所 有頻率上具有基本相同的值，該值相應(yīng)于預(yù)定的額定值。也就是說，
振蕩激勵分別以所需的或可選擇的相位來進(jìn)行。本發(fā)明的設(shè)置方式可 以理解為是如下的控制，其中基于通過頻率而已知的相移，調(diào)整相位 匹配于額定值。
在一個實施例中，控制單元至少在相位方面至少對輸出信號SA進(jìn) 行評估并且將輸出信號SA的相位與預(yù)定的相位值進(jìn)行比較，并且控制
單元基于所述比較對相移器進(jìn)行控制。于是控制變?yōu)樵谙辔环矫鎸﹄?子設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中，放大單元的部件獲得調(diào)節(jié)，該調(diào)節(jié)處于測量
信號Sv被量取并被輸送給控制單元的范圍與輸出信號SA之間，其中， 在輸出信號SE與放大信號Sv之間的范圍通過存儲的數(shù)據(jù)或公式而被采
集。由此，通過根據(jù)本發(fā)明的第一變型方案的這個實施例，控制變?yōu)樵陔娮釉O(shè)備單元的一部分上的調(diào)節(jié)，方法是將相移的結(jié)果與所希望的 值進(jìn)行比較并且進(jìn)行合適的修正。在此，對輸出信號SA的相位的評估 例如以下方式進(jìn)行，即，確定輸出信號Sa與放大信號Sv之間的相位差， 其中，關(guān)于頻率的信息同樣是需要的。
由此，根據(jù)本發(fā)明的第一變型方案實現(xiàn)了對一部分基波激勵的相 位控制或調(diào)節(jié)。
在第二變型方案中，本發(fā)明以如下方式解決任務(wù)設(shè)置有至少一 個可調(diào)整的相移器，該相移器改變放大信號(Sv)的相位，以及設(shè)置 有至少一個對相移器進(jìn)行控制的控制單元，其中，控制單元被構(gòu)造為
至少測量電輸出信號SA與電輸入信號Se之間的相位差，并且控制單元 對相移器進(jìn)行控制。由此，在此變型方案中，在整個電子設(shè)備上得到
的相位被基于輸出信號Sa以及瑜入信號Sv而直接測量，并且合適地控
制相移器，使得相位相應(yīng)于可預(yù)定的額定值。由此，在所有電子設(shè)備
上或在所有振蕩回路上發(fā)生充分的調(diào)節(jié)。為了對輸入信號SE進(jìn)行評估，
在需要時由包括至少一個微處理器的控制單元對該輸入信號Se合造地
采樣并且數(shù)字濾波。為了對由電子設(shè)備單元得出的相位進(jìn)行校驗，例
如在測試相位中，將輸出信號SA直接給出到電子設(shè)備單元的輸入端，
而無需經(jīng)由可振蕩單元的路徑。由此通過這種反饋，相位調(diào)整的結(jié)果 可以被直接地監(jiān)測或者說監(jiān)控?？刂茊卧?該控制單元與第一變型方
案相同地優(yōu)選為微控制器)直接地接收輸入信號Se和瑜出信號Sa以及 確定兩個信號之間的相位差。然后，由該相位差相對于預(yù)定的額定值 的偏差而實行對相移器的調(diào)整。由此，第二變動方案用于完整基波激 勵的相位調(diào)節(jié)，該基波激勵由電子設(shè)備單元實現(xiàn)。
其他實施例涉及兩個根據(jù)本發(fā)明的變型方案。
根據(jù)一個實施例，相移器為全通濾波器。根據(jù)一個實施例，對于放大單元的頻率相位關(guān)系，存儲數(shù)據(jù)組和/ 或公式。公式例如為多項式。然而，也可以存儲用于將頻率分配給相 位的表格。
根據(jù)一個實施例，設(shè)置有至少一個存儲單元，關(guān)于放大單元的頻 率相位關(guān)系的數(shù)據(jù)被存儲在該存儲單元內(nèi)。該存儲單元與控制單元合 適地連接并且為控制單元的一部分。
本發(fā)明將根據(jù)如下附圖作進(jìn)一步描述。其中 圖1示出應(yīng)用中的根據(jù)本發(fā)明的測量儀表的示意圖，以及 圖2示出該測量儀表的電子設(shè)備單元的根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造方案的 示意圖。
具體實施例方式
圖1示意地示出根據(jù)本發(fā)明的測量儀表的應(yīng)用。介質(zhì)1位于容器 10中，介質(zhì)1例如可以為液體。為了對介質(zhì)1的料位進(jìn)行監(jiān)測或?qū)?br>
質(zhì)1的密度進(jìn)行測量或也進(jìn)行監(jiān)測，而將帶機械可振蕩單元2的測量 儀表安裝在容器10上。在所示情況下，機械可振蕩單元2具有振蕩叉， 也就是說，兩個所謂的叉尖安裝在一個共同的膜片上。激勵/接收單元 3位于膜片之后，該激勵/接收單元3作為轉(zhuǎn)換器在機械振蕩與電信號 之間起作用。在這里，例如涉及壓電元件。激勵/接收單元3被由電子 設(shè)備單元4施以激勵信號SA —交流電壓。單元3將所述信號轉(zhuǎn)換為 機械可振蕩單元2的機械振蕩。另一方面，激勵單元/接收單元3接收 機械可振蕩單元2的機械振蕩并且由此產(chǎn)生接收信號SE，該接收信號
SE被輸送給電子設(shè)備單元4。然后，由接收信號SE可以計算出所期望
的過程變量，所述接收信號SE同樣為交流電壓。為了例如粘度對振蕩 不起作用或者為了例如未探測到泡沫，則需要在激勵信號Sa與接收信 號SE之間的特殊的相位值。在圖2中示出如何根據(jù)本發(fā)明對相位進(jìn)行調(diào)整。在圖2中示出根據(jù)本發(fā)明的電子設(shè)備單元4的組成部件。接收信
號SE被輸送給第一放大單元5以及在需要時也輸送給此處未示出的濾
波器，該第一放大單元從中產(chǎn)生放大信號Sv或產(chǎn)生被放大的并且被濾
波的信號Sv。放大單元5或與連著該放大單元的濾波器的組合具有一 頻率相位關(guān)系。這種關(guān)系以相搭配的方式被獲知并且作為單個的數(shù)據(jù) 或通過函數(shù)關(guān)系被合適地儲存在存儲單元8內(nèi)。為了輸出信號Sa具有 所希望的相位，則相移器6例如被設(shè)置為全通濾波器的一部分，該相 移器6由控制單元7控制。該控制這樣地進(jìn)行，S卩，放大信號Sv被輸 送給控制單元7，該控制單元7測量放大信號Sv的頻率f。然后，與存 儲在存儲單元8內(nèi)的數(shù)據(jù)相結(jié)合地，控制單元7這樣控制相移器，從 而獲得所希望的相位。對此同樣需要知道電子設(shè)備在從量取信號Sv直 至電子設(shè)備單元4的輸出端的區(qū)域的其它相位特性。例如對于頻率相 位關(guān)系存儲二次多項式。也就是說，在放大單元5之后的放大信號Sv 為fv=af2+bf+c。該函數(shù)是通過采用放大單元5的頻率-相位-曲線并且從 中獲知多項式的系數(shù)而得到的。另外，當(dāng)輸出信號Sa具有特定的相位
fs。U時，則得到在相移器處進(jìn)行調(diào)整的相位fRegdung: fRe 這 種控制可以被擴展為調(diào)節(jié)，方法是激勵信號SA同樣被輸送給控制單元
7。由此，控制單元7可以通過兩個信號Sv以及輸出信號SA而獲知相 位并且該相位與通過測量頻率而計算出的、用于放大單元5的相位相 結(jié)合地對相移器6進(jìn)行合適的調(diào)整。也就是說，可以在一定程度上調(diào) 節(jié)電子設(shè)備單元4，其中調(diào)節(jié)某個部分并且計算出其它部分的作用。
當(dāng)通過電子設(shè)備單元4的部分(該部分至少包括放大單元5以及 在需要時也包括濾波器)得到相位fl，并且通過與其相連且至少帶相 移器和輸出放大器9的部分而得到相位f2時，則通過電子設(shè)備單元4 在總體上得出相位fges=f 1 +f2 ，該相位應(yīng)該與預(yù)定的額定值相等fges=fs。
。
相位fl由所測量頻率n通過已知的、之前測出的函數(shù)關(guān)系而獲知 fl=f(n)。相位G由放大信號Sv與輸出信號Sa的比狡而得出，也就是說， 相位G直接由控制單元7測量。由此得出用于調(diào)節(jié)相移器6的額定值 f2=fges-fl=fsoll-f(n)。
并且通過調(diào)節(jié)，使得在輸入信號Se與瑜出信號SA之間的相位差 能夠總具有各自所需的額定值，以便在一定的范圍內(nèi)影響振蕩系統(tǒng)的 性能，也就是說，諸如粘度的變化對振蕩的頻率不產(chǎn)生影響或者還有 對泡沫的不敏感性。
兩個根據(jù)本發(fā)明的變型方案可以總結(jié)如下
根據(jù)本發(fā)明的第一變型方案，在一個實施例中測量放大信號Sv的 頻率，并且根據(jù)所存儲的數(shù)據(jù)通過相移器6調(diào)整相位。從而發(fā)生控制。
在第二實施例中，測量在放大信號Sv與輸出信號SA之間的相位 差，并且在需要時通過相移器6進(jìn)行再調(diào)節(jié)。由此，發(fā)生對于電子設(shè) 備單元的一部分的調(diào)節(jié)。
在根據(jù)本發(fā)明的第二變型方案中，測量在放大信號Sv與輸出信號 SA之間的相位差，并且通過相移器確定所需要的值。由此，執(zhí)行在整 個電子設(shè)備單元上的調(diào)節(jié)。附圖標(biāo)記列表
表1
1介質(zhì)
2機械可振蕩單元
;3激勵/接收單元
4電子設(shè)備單元
放大單元
6相移器
7控制單元
8存儲單元
9放大器
10容器
權(quán)利要求
1.用于確定和/或監(jiān)測容器(10)中介質(zhì)(1)的至少一個過程變量的裝置，所述裝置具有至少一個機械可振蕩單元(2)；至少一個激勵/接收單元(3)，所述激勵/接收單元(3)激勵所述機械可振蕩單元(2)機械振蕩并且接收所述機械可振蕩單元(2)的所述機械振蕩；以及至少一個電子設(shè)備單元(4)，所述電子設(shè)備單元(4)對所述激勵/接收單元(3)施以電輸出信號(SA)，并且所述電子設(shè)備單元(4)從所述激勵/接收單元(3)接收電輸入信號(SE)，其中，在所述電子設(shè)備單元(4)中設(shè)置有至少一個放大單元(5)，所述放大單元(5)將所述電輸入信號(SE)放大為放大信號(SV)，其特征在于，設(shè)置有至少一個可調(diào)的相移器(6)，所述相移器(6)改變所述放大信號(SV)的相位，以及設(shè)置有至少一個控制單元(7)，所述控制單元(7)控制所述相移器(6)，其中，所述控制單元(7)被構(gòu)造為至少對所述放大信號(SV)的頻率進(jìn)行測量，并且所述控制單元(7)至少基于所存儲的關(guān)于所述放大單元(5)的頻率相位關(guān)系的數(shù)據(jù)來控制所述相移器(6)。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述控制單元(7) 至少對所述輸出信號(SA)至少在相位方面進(jìn)行評估并且將輸出信號 (SA)的相位與預(yù)定相位值進(jìn)行比較，并且所述控制單元(7)基于所 述比較來控制所述相移器(6)。
3. 用于確定和/或監(jiān)測容器(10)中介質(zhì)(1)的至少一個過程變 量的裝置，所述裝置具有至少一個機械可振蕩單元(2);至少一個 激勵/接收單元(3)，所述激勵/接收單元(3)激勵所述機械可振蕩單 元(2)機械振蕩并且接收所述機械可振蕩單元(2)的所述機械振蕩； 以及至少一個電子設(shè)備單元(4)，所述電子設(shè)備單元(4)對所述激 勵/接收單元(3)施以電輸出信號(Sa)并且所述電子設(shè)備單元(4) 從所述激勵/接收單元(3)接收電輸入信號(Se)，其中，在所述電子設(shè)備單元(4)中設(shè)置有至少一個放大單元(5)，所述放大單元(5) 將所述電輸入信號(SE)放大為放大信號(Sv)，其特征在于，設(shè)置 有至少一個可調(diào)的相移器(6)，所述相移器(6)改變所述放大信號 (Sv)的相位，以及設(shè)置有至少一個控制單元(7)，所述控制單元(7) 控制所述相移器(6)，其中，所述控制單元(7)被構(gòu)造為至少對在 所述電輸出信號(SA)與所述電輸入信號(SE)之間的相位差進(jìn)行測 量，并且所述控制單元(7)控制所述相移器(6)。
4. 如權(quán)利要求1、 2或3所述的裝置，其特征在于，所述相移器 (6)為全通濾波器。
5. 如權(quán)利要求1或3所述的裝置，其特征在于，對于所述放大單 元(5)的頻率相位關(guān)系，存儲數(shù)據(jù)組和/或公式。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，設(shè)置有至少一個存儲 單元(8)，關(guān)于所述放大單元(5)的頻率相位關(guān)系的數(shù)據(jù)被存儲在 所述存儲單元(8)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定和/或監(jiān)測介質(zhì)(1)過程變量的裝置，該裝置具有機械可振蕩單元(2)；激勵/接收單元(3)，該激勵/接收單元(3)激勵機械可振蕩單元(2)以產(chǎn)生機械振蕩并且接收機械振蕩；以及電子設(shè)備單元(4)，該電子設(shè)備單元(4)對激勵/接收單元(3)施以電輸出信號(S<sub>A</sub>)并且從激勵/接收單元(3)接收電輸入信號(S<sub>E</sub>)，其中，電子設(shè)備單元(4)包括放大單元(5)，該放大單元(5)放大電輸入信號(S<sub>E</sub>)以形成放大信號(S<sub>V</sub>)。本發(fā)明包括可調(diào)整的相移器(6)，該相移器(6)改變放大信號(S<sub>V</sub>)的相位；以及控制單元(7)，該控制單元(7)對相移器(6)進(jìn)行控制，其中，該控制單元(7)測量放大信號(S<sub>V</sub>)的頻率并且基于所存儲的關(guān)于放大單元(5)的頻率相位關(guān)系的數(shù)據(jù)來控制相移器(6)。
文檔編號G01F23/296GK101517381SQ200780033769
公開日2009年8月26日 申請日期2007年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月20日
發(fā)明者亞歷山大·米勒, 佛朗哥·費拉多, 薩沙·德安熱利科 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司