CN100437045C - 科里奥利质量流量测量仪表及其测量方法 - Google Patents

Abstract

科里奥利质量流量测量仪表，包括振动型测量变送器(1)，该变送器具有至少一个测量管(10)，介质在操作期间流经该测量管。在操作中，激励装置(40)令测量管机械振荡，特别是弯曲振荡。另外，科里奥利质量流量测量仪表包括传感器装置(50)，其用于产生代表测量管(10)的入口端和出口端振荡的振荡测量信号(s₁，s₂)。控制激励装置的测量仪表电子器件(2)产生激励电流(i_exc)并从振荡测量信号(s₁，s₂)得到中间值(X′_m)。这个中间值代表未校正的质量流量。从激励电流和/或从激励电流(i_exc)的一个分量得到中间值(X₂)，其对应于测量管(10)的振荡的衰减。这个衰减特别地是测量管(10)中引导的介质的表观粘度的函数和/或粘度—密度之积。另外，使用最初或在操作期间确定的中间值(X₂)和粘度测量值(X_η)得到中间值(X′_m)的校正值(X_K)。粘度测量值(X_η)对应于在测量管中引导的介质的粘度和/或对应于预定的参考粘度。基于中间值(X′_m)和校正值(X_K)，测量仪表电子器件得到精确的质量流量测量值(X_m)。

Description

科里奥利质量流量测量仪表及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种科里奥利质量流量/密度计，其用于管道中流动的特别是两相或多相介质，本发明还涉及一种用于产生代表质量流量的测量值的方法。

背景技术

在过程测量及自动化技术中，为了测量管道中流动的介质的物理参数，例如质量流量、密度和/或粘度，经常使用这种在线测量仪表特别是科里奥利质量流量测量仪表，其利用***引导介质的管道中且在操作中由介质流经的振动型测量变送器以及与其相连的测量及操作电路在介质中产生反作用力，例如对应于质量流量的科里奥利力、对应于密度的惯性力或对应于粘度的摩擦力等，测量仪表从这些力得到代表介质的质量流量、粘度和/或密度的一个或多个测量信号。这种在线测量仪表具有振动型变送器，它们的操作方式是本领域技术人员已知的并且例如在以下文献中有详细说明：WO-A 03/095950、WO-A03/095949、WO-A 03/076880、WO-A 02/37063、WO-A 01/33174、WO-A00/57141、WO-A 99/39164、WO-A 98/07009、WO-A 95/16897、WO-A88/03261、US 2003/0208325、US-B 66 91 583、US-B 66 51 513、US-B65 13 393、US-B 65 05 519、US-A 60 06 609、US-A 58 69 770、US-A 5796 011、US-A 56 02 346、US-A 56 02 345、US-A 55 31 126、US-A 53 01557、US-A 52 53 533、US-A 52 18 873、US-A 50 69 074、US-A 48 76 898、US-A 47 33 569、US-A 46 60 421、US-A 45 24 610、US-A 44 91 025、US-A 41 87 721、EP-A 1 281 938、EP-A 1 001 254或EP-A 553 939。

为了引导介质，测量变送器通常包括至少一个测量管，其容纳在例如管状或盒状支持框架中。测量管具有弯曲或直的管段，在操作期间由电机激励装置令该管段振动，以产生上述反作用力。为了检测特别是入口侧和出口侧的管段振动，测量变送器还具有对管段的运动有所反应的电物理传感器装置。在用于管道中流动的介质的科里奥利质量流量测量仪表的情况中，质量流量的测量例如是这样实现的：允许介质流经***管道中且在操作中振动的测量管，从而介质受到科里奥利力。这使得测量管的入口侧和出口侧区域彼此相移地振荡。相移大小用作质量流量的量度。因此，测量管的振荡被利用前述传感器装置的沿测量管的长度彼此分离的两个振荡传感器检测并且被转换为振荡测量信号，由它们彼此的相移而得出质量流量。

上述的US-A 41 87 721已经提到，流动介质的瞬时密度通常也可以利用科里奥利质量流量测量仪表测量，并且实际上基于由传感器装置发送的至少一个振荡测量信号的频率。另外，介质的温度通常也以合适的方式直接测量，例如利用设置在测量管上的温度传感器。除了介质的质量流量和/或密度，科里奥利质量流量测量仪表或其它具有振动型变送器的在线测量仪表也可以用于测量在测量管中流动的介质的粘度和/或粘度-密度之积；关于这一点，特别地参见US-B 66 51 513、US-A 55 31 126、US-A 52 53 533和US-A 45 24 610或WO-A 95/16897。于是可以假设，在任何情况中，具有振动型测量变送器的现代在线测量仪表，特别是科里奥利质量流量测量仪表还能够测量介质的密度、粘度和/或温度，特别是考虑到这些测量通常可以用于在质量流量测量时补偿由于波动的介质密度和/或介质粘度而引起的测量误差；关于这一点，特别地参见US-B 65 13 393、US-A 60 06 609、US-A 56 02 346、WO-A 02/37063、WO-A 99/39164或WO-A 00/36379。

然而，已经发现在所述类型的振动型测量变送器(例如JP-A10-281846、WO-A 03/076880或US-B 65 05 519)的使用中，在非均匀介质的情况中，特别是在两相或多相介质的情况中，从测量管的振荡得到的振荡测量信号特别是还有所述的相移都受到可观的波动，尽管单独介质相的粘度和密度以及质量流量实际上是恒定的并且/或者已经被得到合适的考虑，从而如果没有补救措施则这些信号将完全不能用于测量期望的物理参数。这种非均匀介质可以是例如液体，在给料或灌注过程的情况中管道中存在的气体特别是空气不可避免地被引入其中，或者溶解的介质例如二氧化碳从该液体中排出并起泡。潮湿或饱和的蒸汽是这种非均匀介质的另一个例子。关于利用振动型测量变送器测量非均匀介质时出现的问题的原因，要提到例如在测量管管壁上内部单侧附着的或沉积的气泡或固体颗粒以及所谓的“气泡效应”，其中夹带的气泡用作横切于测量管纵轴积累的液体部分体积的流动体。

尽管在WO-A 03/076880中提出了在实际流量测量之前的流动或介质调节以减少与两相或多相介质相关的测量误差，但是例如JP-A10-281846和US-B 65 05 519都记载了分析精确测量的实际介质密度和在操作期间利用科里奥利质量流量测量仪表确定的表观介质密度之间的差，校正振荡测量信号所涉及的流量测量，特别是质量流量测量。

特别地，为此建议了振荡测量信号的预训练的，有时甚至是自适应的分类器。分类器可以构造为例如Kohonen映射或神经网络的形式，并且可以基于操作期间测量的若干参数特别是质量流量和密度以及由此得到的其它特性，或者通过使用包含一个或多个振荡周期的振荡测量信号的间隔，来执行校正。使用这种分类器与现有的科里奥利质量流量计/密度计相比，例如具有对测量变送器几乎无需改变的优点，这里，改变涉及机械结构、激励装置或者驱动它的操作电路，它们都特别地匹配特定应用。然而，这种分类器的一个显著缺点是，与现有科里奥利质量流量计相比，在产生测量值的区域中需要相当大的改变，尤其是使用的模数转换器以及微处理器。实际上，正如在US-B 65 05519中所公开的，例如在约80Hz振荡频率的振荡测量信号的数字化中，这种信号分析需要约55kHz或更高的采样率，以达到足够的精度。换言之，必须使用远远大于600:1的采样率采样振荡测量信号。除此之外，在数字测量电路中存储和执行的固件相应地变得复杂。这种分类器的另一个缺点是，对于测量变送器操作期间实际存在的测量条件，必须训练和相应地确认特别是对于安装位置、待测介质以及它通常变化的特性或者其它影响测量精度的因素。由于所有这些因素的交互作用的高度复杂性，训练及其确认通常只能在线进行并且对于每一测量变送器单独进行，这引起测量变送器启动花费升高。另外，已经发现，这种分类算法一方面由于高度复杂另一方面由于通常不确切存在具有技术相关或可理解参数的合适的物理数学模型，所以分类器具有很低的透明度并且因而经常难以连通。当然，与此相关联的是，在顾客部分可以有可观的保留，当使用的分类器是自适应的，例如是神经网络时，这种接受问题特别地发生在顾客部分。

作为避免与非均匀介质相关的问题的另一个可能，例如US-A 4524 610提出这样安装测量变送器，使得直测量管基本垂直延伸，以防止这种干扰的特别是气态的非均匀性的沉淀。然而，这是个非常特殊的解决方案，它只能在非常有限的情况中实现，特别是在工业过程中的测量技术中。一方面，在这个情况中，测量变送器要安装入其中的管道可能必须被固定至变送器而不是反过来，这意味着在创建测量位置中用户需要增加额外的花费。另一方面，正如已经提到的，测量管可能是弯曲的，从而通过改变安装的定向不能解决问题。关于这一点，已经发现通过使用垂直安装的直测量管实际上没有显著地避免所提到的测量信号的恶化。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种相应的科里奥利质量流量测量仪表，其适于甚至在非均匀介质特别是两相或多相介质的情况下非常精确地测量质量流量，并且其实际上优选地具有相对于实际质量流量小于10％的测量误差。另一个目的是提供一种相应的方法，用于得到相应的质量流量测量值。

为了达到这个目的，本发明提供了一种科里奥利质量流量测量仪表，用于测量管道中流动的介质的质量流量，该科里奥利质量流量测量仪表包括振动型测量变送器和与该测量变送器电耦合的测量仪表电子器件，

-其中测量变送器具有：

--至少一个测量管，其***管道并且用于引导待测介质，该测量管与连接的管道相通，

--激励装置，作用在测量管上用于使至少一个测量管振动，其令测量管在操作期间至少间断地和/或至少部分地弯曲振荡，以及

--传感器装置，用于检测至少一个测量管的振动，其发送至少一个代表测量管入口侧振荡的第一振荡测量信号以及至少一个代表测量管出口侧振荡的第二振荡测量信号，并且

-其中测量仪表电子器件

--至少间断地发送驱动激励装置的激励电流，并且至少间断地发送代表待测质量流量的质量流量测量值，

--生成第一中间值和第二中间值，其中第一中间值从振荡测量信号得到并且对应于待测质量流量和/或两个振动测量信号之间的相位差，第二中间值从激励电流和/或激励电流的一个分量得到并且对应于测量管的振荡的衰减，该衰减特别地依赖于测量管中引导的介质的表观粘度和/或粘度-密度之积，以及

--使用第二中间值和粘度测量值，得到对于第一中间值的校正值并且基于第一中间值和校正值得到质量流量测量值，其中粘度测量值是预先或在操作期间确定的并且对应于在测量管中引导的介质的粘度和/或对应于先前提供的参考粘度。

在一些实施例中，所述科里奥利质量流量测量仪表是科里奥利质量流量/密度测量仪表或科里奥利质量流量/粘度测量仪表；所述介质是两相或多相介质；所述测量管(10)基本为直的；所述横向振荡是弯曲振荡；以及所述粘度测量值是预先或在操作期间使用测量变送器(1)和/或测量仪表电子器件(2)确定的。

另外，本发明在于一种方法，其使用科里奥利质量流量测量仪表测量管道中流动的介质的质量流量，该科里奥利质量流量测量仪表具有振动型测量变送器和与测量变送器电耦合的测量仪表电子器件，该方法包括以下步骤：

-令待测介质流经测量变送器的至少一个与管道相通的测量管，并将激励电流馈送入与引导介质的测量管机械耦合的激励装置，以令测量管机械振荡，

-令测量管以适于在其中流经的介质中产生科里奥利力的振荡模式振动，

-检测测量管的振动并得到代表入口侧振荡的第一振荡测量信号和代表出口侧振荡的第二振荡测量信号，

-使用两个振荡测量信号，得到第一中间值，其对应于待测质量流量和/或两个振荡测量信号之间的相位差，

-确定第二中间值，其源自激励电流并且对应于测量管的振荡的衰减，该衰减依赖于测量管中引导的介质的表观粘度和/或粘度-密度之积，

-利用第二中间值和之前确定的粘度测量值，得到第一中间值的校正值，所述粘度测量值对应于测量管中引导的介质的粘度，以及

-利用校正值校正第一中间值，并得到代表待测质量流量的质量流量测量值。

在一些实施例中，所述介质是两相或多相介质；所述接卸振荡是弯曲振荡；以及所述粘度测量值是使用测量变送器(1)和/或测量仪表电子器件(2)确定的。

在本发明的科里奥利质量流量测量仪表的第一发展中，校正值代表介质的粘度与测量管中引导的介质的表观粘度和/或粘度-密度之积之间的偏差，其中表观粘度是在操作期间基于激励电流和/或激励电流的一个分量确定的，粘度-密度之积是在操作期间基于激励电流确定的。

在本发明的科里奥利质量流量测量仪表的第二发展中，测量仪表电子器件基于第二中间值与粘度测量值的比较和/或基于在第二中间值和粘度测量值之间存在的差，确定校正值。

在本发明的科里奥利质量流量测量仪表的第三发展中，测量仪表电子器件还使用至少一个振荡测量信号得到第二中间值。

在本发明的科里奥利质量流量测量仪表的第四发展中，激励装置令测量管在操作期间至少间断地和/或至少部分地执行扭转振荡，特别是与弯曲振荡交替的或者在时间上叠加在弯曲振荡上的扭转振荡，该扭转振荡围绕与测量管基本对齐的测量管纵轴，特别是测量管的惯性主轴，并且测量仪表电子器件还基于驱动激励装置的激励电流和/或基于激励电流的一个分量，确定粘度测量值。

在本发明的科里奥利质量流量测量仪表的第五发展中，由激励装置驱动的测量管执行扭转振荡，测量管扭转振荡频率与测量管横向振荡频率不同，由激励装置驱动的测量管以该横向振荡频率执行横向振荡特别是弯曲振荡。

在本发明的科里奥利质量流量测量仪表的第六发展中，测量仪表电子器件还得到粘度测量值。

在本发明的科里奥利质量流量测量仪表的第七发展中，

-测量仪表电子器件发送密度测量值，该密度测量值从第一和/或第二振动测量信号得到并且代表介质的密度，和

-测量电子器件还基于密度测量值确定校正值，特别是粘度测量值。

在本发明的科里奥利质量流量测量仪表的第八发展中，测量仪表电子器件耦合至外部粘度测量仪表，特别是位于科里奥利质量流量测量仪表远处的粘度测量仪表，并且粘度测量仪表至少间断地发送粘度测量值。

在本发明的科里奥利质量流量测量仪表的第九发展中，测量仪表电子器件至少间断地与差压传感器耦合，该差压传感器至少间断地发送代表沿管道测量的压力差的差压测量值。

在本发明的科里奥利质量流量测量仪表的第十发展中，测量仪表电子器件基于激励电流和/或基于激励电流的一个分量并且利用粘度测量值至少间断地确定浓度测量值，该浓度测量值代表在测量管中的两相或多相介质的情况中的一个介质相的特别是相对体积和/或质量比率。

在本发明的科里奥利质量流量测量仪表的第十一发展中，测量管与连接的管道通过入口管段和出口管段相通，其中入口管段通入入口端，出口管段通入出口端(12)，并且测量变送器包括在测量管的入口端和出口端固定的特别是与激励装置机械耦合的反振荡器，其在操作期间至少间断地特别是与测量管反相地振动。

在本发明的科里奥利质量流量测量仪表的第十二发展中，科里奥利质量流量测量仪表用于测量在管道中流动的两相或多相介质，特别是液-气混合物的质量流量。

在本发明的方法的第一发展中，该方法进一步包括步骤：令测量管弯曲振荡，以在流经其中的介质中产生科里奥利力。

在本发明的方法的第二发展中，该方法进一步包括步骤：令测量管扭转振荡，特别是叠加在弯曲振荡之上的扭转振荡；以及考虑激励电流和/或至少激励电流的令测量管扭转振荡的分量，确定第二中间值。

在本发明的方法的第三发展中，得到中间值的校正值的步骤进一步包括步骤：将第二中间值与粘度测量值比较，和/或确定第二中间值和粘度测量值之间的差；以及确定介质的粘度与在操作期间基于激励电流确定的测量管中引导的介质的表观粘度的偏差，和/或确定介质的粘度与在操作期间基于激励电流确定的测量管中引导的介质的粘度-密度之积的偏差。

在本发明的方法的第四发展中，该方法进一步包括步骤：基于振荡测量信号得到代表介质密度的第二测量值；以及使用第二测量值得到校正值。

在本发明的方法的第五发展中，该方法用于校准科里奥利质量流量测量仪表和/或具有至少一个测量管的振动型测量变送器。

本发明特别地在于认识到，馈送入测量变送器的用于维持测量管横向振荡的激励电能可以受到待测介质中的非均匀性影响，非均匀性例如是混存的气泡、固体颗粒等。如果将这个依赖于测量管中引导的介质的表观粘度和/或粘度-密度之积的激励电能与实际的或例如通过相应的外部和/或内部参考测量获得的至少更为精确地测量的介质粘度比较，则可以以足够的精度关于介质中的非均匀性估计与质量流量测量瞬时相关的部分。本发明的特别的优点在于，即使粘度的参考测量也可以利用相同的科里奥利质量流量测量仪表并独立于可能的外部测量位置而执行。

本发明的另一优点在于，在本发明的科里奥利质量流量测量仪表的情况中，与现有仪表相比，仅仅在通用的产生数字测量值中需要较小的改动，基本上限于固件，而在测量变送器以及产生及预处理振荡测量信号方面，不需要或者仅仅需要微小的改动。于是，例如振荡测量信号可以像以前一样，以远远低于100:1，特别是大约10:1的采样率进行采样。

附图说明

现在根据附图中给出的实施例，详细解释本发明及其具有优点的进一步发展。所有附图中对于相同的部件使用相同的附图标记；出于清楚的需要，在后面的附图中省略了已经提到的附图标记。

图1显示了科里奥利质量流量测量仪表，其可以***管道中，用于测量管道中流动的流体的质量流量，

图2以透视侧视图显示了适用于图1的测量仪表的振动型测量变送器的实施例，

图3以侧视图显示了图2的测量变送器，

图4以第一截面显示了图2的测量变送器，

图5以第二截面显示了图2的测量变送器，

图6显示了适用于图1的科里奥利质量流量测量仪表的振动型测量变送器的另一实施例的纵向截面侧视图，

图7以框图的形式示意性显示了图1的科里奥利质量流量测量仪表的测量仪表电子器件的优选发展，和

图8、9是利用图1-7的科里奥利质量流量测量仪表实验确定的测量数据的图表。

具体实施方式

图1是科里奥利质量流量测量仪表1的透视图，该测量仪表用于检测管道(未显示)中流动的介质的质量流量m以及将其以瞬时代表该质量流量的质量流量测量值X_m的形式表现。介质可以实际上是任何可流动材料，例如液体、气体、蒸汽等。另外，科里奥利质量流量测量仪表1还可以用于测量介质的密度ρ和/或粘度η。

为此，科里奥利质量流量测量仪表1包括振动型测量变送器10和测量仪表电子器件50，在操作期间待测介质流经该振动型测量变送器10，测量仪表电子器件50与测量变送器10电连接。图2-6显示了变送器的实施例和发展，而图7是测量仪表电子器件的示意性例子。优选地，测量仪表电子器件50进一步被这样设计，使得它可以经由数据传输***(例如现场总线***)与上位的测量值处理单元(例如可编程逻辑控制器(PLC)、个人计算机和/或工作站)交换测量和/或其它操作数据。另外，这样设计测量仪表电子器件50，使得它可以由外部电源例如通过上述现场总线***供电。对于振动型测量仪表耦合至现场总线或其它通信***的情况，测量仪表电子器件50，特别是可编程的测量仪表电子器件具有相应的用于数据通信的通信接口，例如用于将测量数据发送至上面提到的可编程逻辑控制器或上位的过程控制***。为了调节测量仪表电子器件50，还提供电子器件外壳200，它特别是从外部直接安装在测量变送器10上，或者从测量变送器10拆卸。

正如已经提到的，测量仪表包括振动型测量变送器10，它在操作期间由待测介质流经，并且用于在流经的介质中产生这样的机械反作用力，特别是依赖于质量流量的科里奥利力、依赖于介质密度的惯性力和/或依赖于介质粘度的摩擦力，这些力可测地特别是可以被传感器检测地反作用于测量变送器。基于这些表征介质的反作用力，可以以本领域熟知的方式测量例如介质的流量、密度和/或粘度。

图3和4示意性显示了用作振动型变送器10的实施例的物理-电转换装置。这种转换装置的机械构造和功能是本领域技术人员所熟知的并且例如在US-B 66 91 583、WO-A 03/095949或WO-A 03/095950中有详细说明。

为了引导介质并产生所述反作用力，测量变送器包括至少一个具有可预定测量管直径的基本直的测量管10，在操作期间令其至少间断地以一个或多个频率振动，从而重复弹性形变。这里，测量管内腔的弹性形变意味着测量管内腔的空间形状和/或空间位置以可预定的方式在测量管10的弹性范围之内循环地，特别是周期性地改变。关于这一点，参见US-A 48 01 897、US-A 56 48 616、US-A 57 96 011、US-A 6066 609、US-B 66 91 583、WO-A 03/095949和/或WO-A 03/095950。这里应当注意，尽管在这个实施例中测量变送器仅包括一个直的测量管，但是可以使用现有技术中记载的大量其它科里奥利质量流量测量变送器，代替所述的测量变送器。特别地，例如具有两个由待测介质流经的平行的直的测量管的振动型测量变送器是合适的，这例如在US-A 5602 345中有详细说明。

测量管10以通常的方式在入口侧和出口侧与引入或导出待测介质的管道相通，该测量管在刚性的特别是抗弯曲及扭曲的支架中被可振荡地夹持。当然，代替与测量管同轴延伸的管状支架，可以使用其它合适的支撑件，诸如平行于测量管分布的管子或者盒状结构。为了令介质流经其中，测量管10通过通入入口端11#的入口管段11和通入出口端12#的出口管段12与管道连接。测量管10和入口及出口管段11、12尽可能彼此对齐并与虚拟的测量管纵向轴线L对齐，并且优选地实施为整体的一件，从而例如可以使用单个的管状工件用于它们的制造；如果需要，测量管10和管段11、12也可以由分离的在后来连结例如焊接在一起的工件制造。为了制造测量管10以及入口及出口管段11、12，特别地可以使用这种测量变送器通常使用的任何材料，诸如铁合金、钛合金、锆合金和/或钽合金、塑料或陶瓷。对于测量变送器可松开地与管道装配的情况，入口管段11和出口管段12优选地各自分别具有第一和第二法兰13、14；然而，如果需要，入口及出口管段11、12也可以例如通过焊接或铜焊而直接与管道相连。另外，正如在图1中示意性示出的，提供转换器外壳100，其固定至入口及出口管段11、12并且包围测量管10；关于这一点，请参考图1和3。

为了测量质量流量，激励测量管10以第一振荡模式，即所谓的有效模式振荡，其中它至少部分地执行横向于测量管纵向轴线L的振荡，特别是弯曲振荡，特别地，它横向向外弯曲，基本上以依照自然第一本征振荡形式的自然弯曲本征频率振荡。已知测量管的这种横向振荡模式的自然本征频率也在一定程度上依赖于介质的密度ρ。

对于连接的管道中的介质是流动的并且因而质量流量m不为零的情况，利用以有效模式振荡的测量管10在流动介质中引起科里奥利力。这些力对于测量管10有影响，使得以本领域技术人员所熟知的方式，测量管10的附加的可由传感器检测的形变基本上依照自然第二本征振荡形式，该本征振荡形式被共面地叠加在第一本征振荡形式上。测量管10的形变的瞬时偏移，特别是它的幅度也依赖于瞬时质量流量m。作为第二本征振荡形式，即所谓的科里奥利模式，可以例如像在这种测量变送器的情况中常见的那样，是具有两个振荡波腹或者四个振荡波腹的反对称弯曲振荡形式。

在本发明的一个发展中，至少间断地以横向振荡频率f_excL激励测量管10，以在流动介质中产生依赖于质量流量的科里奥利力，该横向振荡频率尽可能精确地对应于测量管10的最低自然弯曲本征频率，从而横向振荡的但没有流体流经的测量管10相对于垂直于测量管纵向轴线L的中央轴基本对称地向外弯曲，并且在这种情况中具有单一的波腹。例如，在用作测量管10的不锈钢管的标称宽度为20mm、壁厚约为1.2mm、长度约为350mm并具有常见的附加物的情况中，这个最低弯曲本征频率可以在大约850Hz～900Hz的范围。

在本发明的另一个发展中，至少间断地，特别是与有效模式的横向振荡同时地以扭转振荡频率f_excT激励测量管10，以在流动的介质中产生依赖于粘度的剪切力，该扭转振荡频率尽可能精确地对应于测量管10的自然扭转本征频率，从而它基本依照自然扭转振荡形式围绕其纵向轴线L扭曲；关于这一点，例如参见US-A 45 24 610、US-A 52 53533、US-A 60 06 609或EP-A 1 158 289。例如在直的测量管的情况中，最低扭转本征频率可以大约在最低弯曲本征频率的二倍的范围内。

正如已经指出的，测量管10的振荡一方面由于特别是为了粘度测量而由传感器检测的在介质上的能量耗散而衰减。然而，另一方面，因为与振动的测量管10机械耦合的部件，例如转换器外壳100或附着的管道同样被激励振荡，所以该测量管的振荡能量也会减少。尽管不期望的到转换器外壳100的能量损耗实际上是可以校准的，但是至少到测量变送器周围特别是到管道的能量损耗以不可复制且甚至不可预计的方式发生。为了抑制或防止振荡能量到环境的可能损耗，额外在测量变送器中提供反振荡器20，其固定在测量管10的入口侧及出口侧。如图2示意性示出的，反振荡器20优选地一件形成。如果需要，反振荡器20还可以如US-A 59 69 265、EP-A 317 340或WO-A 00/14485所示，由多个部件构成，或者由固定在测量管10的入口及出口侧的两个分离的部分反振荡器实现；参见图6。反振荡器20用于对于至少一个预先确定的在测量变送器操作期间有望最常见的或者甚至是临界的介质密度值，动态平衡测量变送器，使得在振荡的测量管10中可能出现的横向力和/或弯曲力矩大部分被补偿；关于这一点，参见US-B 66 91583。除此之外，反振荡器20在测量管在操作中也被激励扭转振荡的上述情况中，还产生反扭转力矩，其在很大程度上补偿由优选地围绕其纵向轴线L扭曲的单个测量管10产生的这种扭转力矩，从而保持测量变送器周围特别是附着的管道在很大程度上免受动态扭转力矩。如图2和3所示，反振荡器20可以为管状，并且例如在测量管10的入口端11#和出口端12#这样与测量管10连接，使得它如图3所示基本上与测量管10同轴。对于实际应用，反振荡器20的材料可以是测量管10可用的材料，即，例如是不锈钢、钛合金等。

另外，测量变送器1具有围绕测量管10和反振荡器20的测量变送器外壳100，其保护这些元件不受危险的环境影响和/或可能从测量变送器向环境散发的湿气。在这里显示实施例中，测量变送器外壳100固定至入口管段的入口端以及出口管段的出口端，使得测量管和反振荡器可振荡地悬挂在测量变送器外壳100中。另外，测量变送器外壳100具有颈状过渡件，容纳测量管仪表电子器件50的电子器件外壳200固定在该过渡件上；参见图1。

特别是与测量管10相比，反振荡器20的扭转和/或弯曲弹性较小，同样令该反振荡器在操作期间振荡，并且实际上基本上与测量管10的频率相同但相位不同，特别是反相。保持这样的同时，反振荡器20被调整为具有至少一个其扭转本征频率，该频率尽可能精确地等于测量管10在操作期间振荡的扭转振荡频率之一。除此之外，尽可能精确地调整反振荡器20为至少一个其弯曲本征频率，该频率等于测量管10特别是在有效模式中振荡的至少一个弯曲振荡频率，并且在测量变送器的操作期间还激励反振荡器20横向振荡，特别是弯曲振荡，这基本上与测量管10的横向振荡特别是有效模式的弯曲振荡共面。

在本发明的一个发展中，如图3所示，在反振荡器20中提供槽201、202，用于以简单的方式使得能够精确调整其扭转本征频率，特别是通过降低反振荡器20的扭转刚度而降低扭转本征频率。尽管图2和3中显示槽201、202基本上均匀地分布在纵向轴线L的方向上，但是如果需要，它们当然可以非均匀地分布在纵向轴线L的方向上。除此之外，正如同样在图3中示意性示出的，反振荡器的质量分布也可以利用固定在测量管10上的相应的质量平衡体101、102校正。质量平衡体101、102可以例如是推到测量管10上的金属环或者固定在其上的小金属盘。

为了得到测量管10的机械振荡，测量变送器还包括耦合至测量管的激励装置40，特别是电动激励装置。激励装置40用于将从测量仪表电子器件馈送的激励电能P_exc转换为激励力矩M_exc和/或激励力F_exc，其中激励电能P_exc例如具有经调节的激励电流i_exc和/或经调节的电压，激励力矩M_exc例如以脉冲或谐波的形式作用于测量管10并且令其弹性形变，激励力F_exc横向作用在测量管10上。为了达到可能的最高效率和最高信噪比，尽可能精确地设置激励电能P_exc，使得原理上保持测量管10在有效模式中的振荡，并且该振荡实际上尽可能精确地具有由介质流经的测量管的瞬时本征频率。在这种情况中，实际上正如图4和6中示意性显示的，激励力F_exc和激励力矩M_exc可以分别为双向的，或者为单向的，并且以本领域技术人员熟知的方式例如利用电流和/或电压调节电路调整它们的幅度并且例如利用锁相环调整它们的频率。正如在这种振动型测量变送器中常见的，激励装置40可以例如是活塞线圈装置，其具有安装至反振荡器20或从转换器外壳100内部固定的圆柱形激励线圈，该线圈在操作期间传导相应的激励电流i_exc，并且该活塞线圈装置具有至少部分***激励线圈的固定在测量管10上的永磁电枢。另外，激励装置40还可以例如在US-A 45 24 610或WO-A 03/09950中显示的，利用多个活塞线圈实现或者利用电磁铁实现。

为了检测测量管11的振荡，测量变送器10还包括传感器装置60，其利用至少一个对测量管10的振动作出反应的第一振荡传感器产生代表振动的第一振荡测量信号s₁，其特别是模拟信号。振荡传感器可以例如利用永磁电枢形成，该电枢固定至测量管10并且与安装在反振荡器20或转换器外壳上的传感器线圈交替作用。特别适用于振荡传感器的是基于电动原理并且检测测量管10的偏转速度的那些传感器。然而，测量加速度的电动传感器，甚至测量行程时间的电阻或光学传感器也可以使用。当然，也可以使用本领域技术人员熟知的并且适于检测这种振动的其它传感器。传感器装置60还包括第二振荡传感器，其特别地与第一振荡传感器相同，利用它发送同样代表测量管10的振动的第二振荡测量信号s₂。在这个实施例中，两个振荡传感器沿测量管10彼此分离地设置在测量变送器10中，特别地，与测量管10的中点距离相等，从而利用传感器装置60本地检测测量管10的入口及出口侧的振动并将它们转换为相应的振荡测量信号s₁和s₂。这两个测量信号s₁、s₂通常各自具有对应于测量管10的瞬时振荡频率的信号频率，如图2所示，这两个测量信号被送入测量仪表电子器件50，在那里它们被利用现有技术已知的方式预处理，特别是数字化，并且随后被合适地分析。

在本发明的一个实施例中，如图2和3所示，这样构造并在测量变送器中设置激励装置40，使得它在操作中同时地，特别是差动地作用在测量管10和反振荡器20上。在本发明的这个进一步发展中，如图2所示，优选地这样构造并在测量变送器中设置激励装置40，使得它在操作中同时地，特别是差动地作用在测量管10和反振荡器20上。在图4所示的实施例中，激励装置40具有第一激励线圈41a，其在操作期间至少间断地流过激励电流或激励电流分量。激励线圈41a固定至连接到测量管10的杠杆41c，并且通过该杠杆和从外部固定至反振荡器20的电枢41b差动地作用在测量管10和反振荡器20上。该装置还具有以下优点：一方面，反振荡器20以及转换器外壳100被保持为在截面上较小，并且尽管如此，特别是在组装期间也可以容易地达到激励线圈41a。除此之外，激励装置40的这个实施例的另一优点是，可能使用的线圈杯41d同样可以固定在反振荡器20上并且因而实际上对于测量管10的本征频率没有影响，该线圈杯特别是在标称宽度大于80mm时的重量不再是可忽略的。然而，这里应当注意的是，如果需要，激励线圈41a还可以由反振荡器20支持，并且电枢41b被测量管10支持。

以相应的方式，还可以这样设计并在测量变送器中设置振荡传感器，使得它们差动地检测测量管10和反振荡器20的振动。在图5所示的实施例中，传感器装置50包括固定在测量管10上的传感器线圈51a，这里它位于传感器装置50的所有惯性主轴的外部。传感器线圈51a尽可能邻近固定在反振荡器20上的电枢51b，并且这样与这个电枢51b磁耦合，使得在传感器线圈中感应变化的测量电压，该电压受到测量管10和反振荡器20之间的旋转和/或横向的相对位置和/或相对间距改变的相对运动的影响。基于传感器线圈51a的这种设置，上述扭转振荡以及激励的弯曲振荡都被具有优点地同时检测。然而，如果需要，传感器线圈51a也可以为此固定在反振荡器20上，并且以相应的方式，与其耦合的电枢51b固定在测量管10上。

在本发明的另一实施例中，测量管10、反振荡器20和固定在它们上的传感器和激励装置40、50这样在它们的质量分布方面彼此匹配，使得这样形成的利用入口及出口管段11、12悬挂的测量变送器内部部分具有质量中心MS，其至少位于测量管10的内部，然而它优选地尽可能靠近测量管纵向轴线L。另外，内部部分具有优点的这样构成，使得它具有第一惯性主轴T₁，其与入口管段11和出口管段12对齐并且至少分段地位于测量管10内部。由于内部部分的质量中心MS的偏移，特别是还由于上述第一惯性主轴T₁的位置，这两种在操作期间由测量管10采取并且随后由反振荡器20补偿的振荡形式，即，测量管10的扭转振荡和弯曲振荡，被最大程度地彼此机械解耦；关于这一点，参见WO-A 03/095950。以这种方式，两种振荡形式，即，横向振荡和/或扭转振荡可以具有优点地彼此分离地激励。当内部部分，即测量管10、反振荡器20以及固定在它们上的传感器及激励装置50、40被这样构造并设置，使得内部部分沿测量管纵向轴线L的质量分布基本对称，至少相对于围绕测量管纵向轴线L虚拟旋转180°不变(c2对称)，则质量中心MS以及第一惯性主轴T₁相对于测量管纵向轴线L的偏移都例如可以被显著简化。另外，这里，管状的特别是主要为轴对称的反振荡器20基本上与测量管10同轴设置，从而显著简化了内部部分的对称质量分布的获得，并且因而，质量中心MS以简单的方式向测量管纵向轴线L靠近。另外，在该实施例中这样构造并在测量管10和反振荡器20上设置传感器及激励装置50、40，使得通过它们产生的质量惯性力矩尽可能与测量管纵向轴线L同中心地形成，或者至少保持它尽可能小。这可以例如使得传感器及激励装置50、40的公共质量中心同样尽可能靠近测量管纵向轴线L和/或将传感器及激励装置50、40的总质量保持尽可能小。

在本发明的进一步发展中，为了分离地激励测量管10的扭转和/或弯曲振荡，这样构造激励装置40并将其固定至测量管10和反振荡器20，使得产生弯曲振荡的力沿虚拟力线作用于测量管10，该力线在垂直于第一惯性主轴T₁的第二惯性主轴T₂外部延伸或者与第二惯性主轴T₂基本上在一点相交。优选地，这样构造内部部分，使得第二惯性主轴T₂基本上与上述中央轴线一致。在图4所示的实施例中，激励装置40为此具有至少一个第一激励线圈41a，其在操作中至少间断地流过激励电流或激励电流分量，该第一激励线圈固定至连接到测量管10的杠杆41c，并且通过该杠杆和从外部固定至反振荡器20的电枢41b差动地作用于测量管10和反振荡器20。该装置还具有以下优点：一方面，反振荡器20以及转换器外壳100在截面上被保持地较小，并且尽管如此，特别是在组装期间也可以容易地达到激励线圈41a。除此之外，激励装置40的这个实施例的另一优点是，可能使用的线圈杯41d同样可以固定在反振荡器20上并且因而实际上对于测量管10的谐振频率没有影响，该线圈杯的重量特别是在标称宽度大于80mm时不再是可忽略的。然而，这里应当注意的是，如果需要，激励线圈41a还可以由反振荡器20支持，并且电枢41b被测量管10支持。

在本发明的进一步发展中，激励装置40具有至少一个第二激励线圈42a，其沿测量管10的直径设置并且以与激励线圈41a相同的方式耦合至测量管10和反振荡器20。在本发明的另一优选发展中，激励装置具有两个另外的激励线圈43a、44a，也就是说总共有四个至少相对于第二惯性主轴T₂对称设置并且都以前面说明的方式安装在测量变送器中的激励线圈。利用这种二或四线圈装置，可以以简单的方式，例如通过向激励线圈之一例如激励线圈41a提供与其它不同的感应系数，或者通过令激励线圈之一例如激励线圈41a在操作中流过与其它激励线圈的激励电流分量不同的激励电流分量，而产生在第二惯性轴线T₂之外作用于测量管10的力。

在本发明的另一发展中，如图5示意性示出的，传感器装置50包括传感器线圈51a，其固定在测量管10上并且设置在第二惯性主轴T₂外部。传感器线圈51a尽可能靠近固定在反振荡器20上的电枢51b，并且与这个电枢51b这样磁耦合，使得在传感器线圈中感应变化的测量电压，该测量电压受到测量管10和反振荡器20之间的旋转和/或横向的相对位置和/或相对间距改变的相对运动的影响。基于传感器线圈51a的这种设置，上述扭转振荡以及激励的弯曲振荡都被具有优点地同时检测。然而，如果需要，传感器线圈51a也可以为此固定在反振荡器20上，并且以相应的方式，与其耦合的电枢51b固定在测量管10上。

进一步，这里要注意，可以以本领域技术人员熟知的方式构造激励装置40和传感器装置50具有基本相同的机械结构；因而，上述激励装置40的机械结构的实施例可以基本上被转换为传感器装置50的机械结构，反之亦然。

为了令测量管10振动，正如已经提到的，利用同样特别是多频振荡的具有可调幅度和可调激励频率f_exc的激励电流i_exc，以这种方式向激励装置40供电，使得在操作期间激励线圈26、36被这样的电流流经并且相应地产生移动电枢27、37所需的磁场。激励电流i_exc可以例如是谐波的、多频的或甚至是矩形的。可以在实施例中显示的测量变送器中具有优点地这样选择并调整激励电流i_exc维持测量管10横向振荡所需的的横向电流分量i_excL的横向振荡激励频率f_excL，使得横向振荡的测量管10尽可能地以弯曲振荡基本模式振荡，具有单一的振荡波腹。与其类似，可以在实施例中显示的测量变送器中具有优点地这样选择并调整激励电流i_exc维持测量管10扭转振荡所需的的扭转电流分量i_excT的扭转振荡激励频率f_excT，使得扭转振荡的测量管10尽可能地以扭转振荡基本模式振荡，具有单一的振荡波腹。

对于上述情况，测量管在操作期间振荡所具有的横向振荡频率f_excL和扭转振荡频率f_excT被调整地彼此不同，甚至在同时激励扭转和弯曲振荡的情况中，也可以利用测量变送器以简单且具有优点的方式例如基于信号滤波或频率分析而实现在激励信号以及传感器信号中分离各个振荡模式。

为了产生并调节激励电流i_exc，测量仪表电子器件50包括合适的驱动电路53，其被代表待设置的横向振荡激励频率f_excL的横向振荡频率设置信号y_FML以及代表激励电流i_exc和/或横向电流分量i_excL的待设置的横向振荡幅度的横向振荡幅度设置信号y_AML控制，并且驱动电路53还至少间断地被代表待设置的扭转振荡激励频率f_excT的扭转振荡频率设置信号y_FMT和代表激励电流i_exc和/或扭转电流分量i_excT的待设置的扭转振荡幅度的扭转振荡幅度设置信号y_AMT控制。驱动电路53可以例如利用压控振荡器和下游连接的压流转换器实现；然而，代替模拟振荡器，例如数字控制的数字振荡器也可以用于调整瞬时激励电流i_exc或激励电流的分量i_excL、i_excT。

为了产生横向振荡幅度设置信号y_AML和/或扭转振荡幅度设置信号y_AMT，可以使用例如集成在测量仪表电子器件50中的振幅调节电路51，其基于以瞬时横向振荡频率和/或瞬时扭转振荡频率测量的两个振荡测量信号s₁、s₂中的至少一个的瞬时幅度以及基于对于横向或扭转振荡的合适的恒定或可变幅度参考值W_B、W_T，实现幅度设置信号y_AML、y_AMT；如果需要，激励电流i_exc的瞬时幅度也可以引入，用于生成横向振荡幅度设置信号y_AML和/或扭转振荡幅度设置信号y_AMT；参见图7。这种振幅调节电路的构造和功能同样对于本领域技术人员是已知的。作为这种振幅调节电路的例子，还可以参考申请人提供的“PROMASS80”系列的测量发送器，例如结合“PROMASS I”系列测量变送器。优选地这样设计其振幅调节电路，使得测量管10的横向振荡被调整为恒定(即，独立于密度ρ)的幅度。

频率调节电路52和驱动电路53可以例如实施为锁相环，其以本领域技术人员已知的方式使用，用于基于振荡测量信号s₁、s₂中至少一个与要调整的或瞬时测量的激励电流i_exc之间测量的相位差，将横向振荡频率设置信号y_FML和/或扭转振荡频率设置信号y_FML连续调整到测量管10的瞬时本征频率。这种用于以机械本征频率驱动测量管的锁相环的构造和使用例如在US-A 48 01 897有具体说明。当然，可以使用本领域技术人员已知的其它频率调节电路，诸如在US-A 45 24610或US-A 48 01 897中的电路。另外，关于这种频率调节电路对于振动型测量变送器的应用，参考已经提到的“PROMASS 80”系列测量发送器。也可以从例如US-A 58 69 770或US-A 65 05 519中得到适用于驱动电路的其它电路。

在本发明的另一实施例中，如图7示意性示出的，振幅调节电路51和频率调节电路52是利用在测量仪表电子器件50中提供的数字信号处理器DSP和在DSP中相应实现并运行的程序代码实现的。程序代码可以暂时地或甚至永久地例如存储在控制和/或监控信号处理器的微计算机55的非易失性存储器EEPROM中，并且可以在启动信号处理器DSP期间被载入测量仪表电子器件50的例如集成在信号处理器DSP中的易失性数据存储器RAM。应用于此的信号处理器是可以在市场上获得的，例如Texas Instruments Inc.的TMS320VC33。当然，实践中已经证明，用于在信号处理器DSP中预处理的振荡测量信号s₁、s₂被利用相应的模数转换器A/D转换为相应的数字信号；关于这一点，参见EP-A 866 319。如果需要，由信号处理器发出的调整信号，诸如幅度设置信号y_AML、y_AMT或频率设置信号y_FML、y_FMT可以被以相应的方式数模转换。

如图7所示，振荡测量信号s₁、s₂还被馈送至测量仪表电子器件的测量电路21。至少部分作为流量计算机构成的测量电路21用于以本领域技术人员熟知的方式基于在两个合适的预调节的振荡测量信号s₁、s₂之间检测的相位差而确定对应于待测质量流量的质量流量测量值X_m。适用于测量电路21的是现有的特别是数字测量电路，其基于振荡测量信号s₁、s₂确定质量流量；关于这一点，参见最初提到的WO-A02/37063、WO-A 99/39164或US-A 56 48 616和US-A 50 69 074。当然，本领域技术人员已知的其它测量电路也可以适用于科里奥利质量流量测量仪表，用于测量并合适地分析所述类型的振荡测量信号之间的相位和/或时间差。以具有优点的方式，测量电路21同样利用信号处理器DSP实现。测量电路21还用于产生瞬时代表介质密度ρ或介质相位的密度测量值X_ρ。

正如在现有技术部分已经提到的，流动介质中的非均匀性和/或第一和第二介质相的形成，例如液体中混杂的气泡和/或固体颗粒，可以意味着假定单一相和/或均匀介质而以常见方式确定的测量值不能足够精确地符合实际质量流量，即，它必须被相应地校正。这个最初确定的测量值临时代表质量流量或至少与其相对应，它在最简单的情况中可以是在振荡测量信号s₁、s₂之间测量的相位差，因而，在下面将其称为第一中间值X′_m。最终，分析电子器件21由这个第一中间值X′_m得到足够精确地代表质量流量的质量流量测量值X_m。关于这一点，在现有技术中已经有所讨论，在使用所述类型的测量仪表中，这种介质中的非均匀性直接影响两个振荡测量信号s₁、s₂之间测量的相位差以及两个振荡测量信号或激励电流中每一个的振荡幅度和振荡频率，并因而实际上影响每个利用所述类型的测量仪表通常直接或间接测量的操作参数。实际上，特别地正如在WO-A 03/076880或US-B 65 05 519中解释的，对于在横向振荡的测量管的情况中确定的操作参数尤其是这样的；然而，不能排除利用扭转振荡的测量管测量的操作参数；关于这一点，特别参见US-A 45 24 610。

然而发明人的进一步调查已经得到了令人惊奇的发现，即，尽管瞬时激励电流i_exc和相伴的通常也在测量仪表操作期间测量的测量管振荡衰减和/或操作期间测量的介质粘度在很大程度上依赖于两相或多相介质的非均匀性和/或依赖于相同介质的第二相的浓度，例如来自喷出物的在待测液体中混杂的气泡和/或固体颗粒的分布和/或量，尽管有至少在上述基本模式的横向及扭转振荡的影响，在瞬时激励电流i_exc或其有效分量i_excL、i_excT与两相或多相介质的非均匀性或第二相(特别是用作干扰的第二相)的浓度之间展现较大的可复制性并因而假定至少可实验确定的关系。另外，已经惊奇地发现，考虑到待测介质的实际粘度或者待测介质的相位，并且考虑作为测量管11中引导的介质的表观粘度或粘度-密度之积的量度的激励电流i_exc，或者基于至少一个维持测量管的瞬时振荡所需的激励电流分量i_excL、i_excT，可以执行中间值X′_m的校正。

为了即使在两相或多相介质的情况中也能精确测量质量流量，在操作期间利用测量仪表电子器件2基于特别是经调节的激励电流i_exc和/或其i_excL、i_excT分量，形成特别是数字的第二中间值X₂。第二中间值X₂对应于测量管11的振荡衰减。这个衰减依赖于测量管11中引导的介质的表观粘度和/或粘度-密度之积。另外，测量电路21通过使用第二中间值X₂并考虑最初合适地确定的粘度测量值X_η，确定对于中间值X′_m的校正值X_K，它特别地同样是数字值，其中粘度测量值对应于在测量管11中引导的介质的实际粘度或者至少对应于对于介质预先给定的参考粘度。基于校正值X_K而对中间值X′_m进行的校正以及质量流量测量值X_m的生成可以在测量仪表电子器件中例如根据以下数学关系进行：

X_m＝K_m·(1+X_K)·X′_m(1)

在本发明的实施例中，校正值X_K是利用测量仪表电子器件基于以下数学关系确定的：

X_K＝K_K·(X₂-X_η)(2)

从而实际上这是介质粘度η与测量管中引导的介质的表观粘度η*和/或与测量管中引导的介质的粘度-密度之积ηρ的偏差Δη的量度，其中表观粘度是在操作期间基于激励电流i_exc和/或激励电流i_exc的分量确定的，粘度-密度之积是在操作期间基于激励电流i_exc确定的。作为替代或者补充，可以进一步基于以下数学关系确定校正值X_K：

$X_K={K_K}^{\′}\·(1-\frac{X_{\mathrm{\η}}}{X_2})---\left(3\right)$

于是，尽管在等式(2)中，校正值X_K是基于在中间值X₂和粘度测量值X_η之间存在的差Δη而确定的，其中粘度测量值实际上对应于两个测量值之间的绝对误差；而等式(3)基于第二中间值X₂与粘度测量值X_η的比较或基于两个测量值X₂、X_η之间的相对误差Δη/η*而确定校正值X_K。在这方面，至少对于两相介质，校正值X_K还代表介质的第一或第二相的瞬时的相对或绝对浓度的量度，其中所述第一或第二相特别的是液体中的气泡。除了生成质量流量测量值X_m，中间值X₂还可以具有优点地另外用于例如在现场或者在远程控制室中以可视的方式用信号表示介质的非均匀性程度或由此得到的测量结果，诸如介质中的空气含量或者在介质中混杂的固体颗粒的体积、质量或数量百分比。

另外的实验已经显示，对于根据所示实施例的测量变送器，考虑振动的测量管的瞬时横向振荡频率能够导致进一步改进质量流量测量值X_m的精度。另外，利用瞬时横向振荡频率的平方根将从等式(2)或(3)确定的校正值X_K规格化可以使得校正值X_K基本上与气体比率成比例，至少对于待测的液体例如甘油混杂有气泡例如空气的情况是这样的；关于这一点，参见图9。于是，根据本发明的进一步发展，使用代表瞬时横向振荡频率的横向振荡频率测量值X_fexcL修正等式(2)：

$X_K=K_K\·\frac{(X_2-X_{\mathrm{\η}})}{\sqrt{X_{\mathrm{fexcL}}}}---\left(4\right)$

横向振荡频率测量值的确定可以以简单的方式例如基于上述横向振荡频率调整信号y_FML完成。

已知测量管10的振荡的衰减不仅是通过对于介质内的粘性摩擦有贡献的衰减分量而且还通过实际上独立于介质的衰减分量而确定的。后者是由例如在激励装置40和测量管10的材料内部作用的机械摩擦力引起的。换句话说，瞬时测量的激励电流i_exc代表测量变送器10中的总摩擦力和/或摩擦力矩，其包括测量变送器中的机械摩擦以及介质中的粘性摩擦。正如已经提到的，中间值X₂应当主要对应于对介质中的粘性摩擦有贡献的衰减，在确定该中间值时，独立于介质的机械衰减分量要破合适地考虑，特别是合适地分离或消除。

为了确定中间值X₂，在本发明的一个实施例中，从瞬时代表激励电流i_exc的特别是数字的总激励电流测量值X_iexc中，和/或从瞬时代表横向电流分量i_excL的特别是数字的横向电流测量值X_iexcL中，和/或从瞬时代表扭转电流分量i_excT的特别是数字的扭转电流测量值X_iexcT中，分别相应减去总无载电流测量值K_iexc，横向无载电流测量值K_iexcL、扭转无载电流测量值K_iexcT，它们各自代表在无载测量管10的情况中在测量变送器中产生的机械摩擦力。每一无载电流测量值K_iexc、K_iexcL、K_iexcT同样在校准例如用于排空的或仅含有空气的测量管10的科里奥利质量流量测量仪表期间被确定，以保存或调整在测量仪表电子器件50确定且相应的特别是被规格化为与其相关的测量振荡幅度。无需进一步解释，本领域技术人员很清楚，如果需要，校准时可以考虑影响无载电流测量值K_iexc、K_iexcL、K_iexcT的其它物理参数，例如测量管和/或介质的瞬时温度。为了校准测量值变送器10，通常令具有变化但已知的流动参数的两种或多种不同的两相或多相介质连续流经测量变送器10，并且测量值变送器10的相应反作用被测量，其中流动参数例如是校准介质的各个介质相的已知浓度、密度ρ、质量流量m、粘度η和/或温度，反作用例如是瞬时激励电流i_exc，瞬时横向振荡激励频率f_excL和/或瞬时扭转振荡激励频率f_excT。测量变送器10的设置的流动参数以及测量的操作参数的各个测量反作用合适地彼此匹配，并且因而反映了相应的校准常数。例如，为了在对于已知粘度的两种校准介质的校准测量的情况中确定常数，保持得尽可能恒定的粘度以及以不同但是不变的方式形成的非均匀性形成确定的中间值X_m′或确定的质量流量测量值X_m与在已知空气比率时的当前质量流量的比例X_m′/m和/或X_m/m。例如，第一校准介质可以是混杂有气泡的流动水或者油，第二校准介质可以是尽可能均匀的水或油。于是，确定的校准常数可以例如以数字形式存储在测量仪表电子器件的表存储器中；然而，它们也可以用作对于相应计算电路的模拟设置值。这里应当注意，所述类型的测量变送器的校准是本领域技术人员已知的，或者至少可以基于上述解释理解而无需进一步解释的。具有优点的，为了确定总激励电流测量值X_iexc，横向电流测量值X_iexcL和/或扭转电流测量值X_iexcT，可以使用已经提到的横向振荡幅度设置信号y_AML和/或扭转振荡幅度设置信号y_AMT，因为它们对于校正足够精确地代表了激励电流i_exc或其分量i_excL、i_excT。

在本发明的另一实施例中，如图8所示，校正值X_K的确定是例如通过使用试验确定的电流测量值X_iexcL、X_iexcT和无载电流测量值K_iexcL、K_iexcT基于驱动横向振荡的横向电流分量i_excL并基于相关的横向无载电流测量值K_iexcL，特别是基于以下数学关系进行的：

X₂＝K₂·(X_iexcL-K_iexcL)(5)

和/或基于以下数学关系：

$X_2={K_2}^{\′}\·(1-\frac{K_{\mathrm{iexcL}}}{X_{\mathrm{iexcL}}})---\left(6\right)$

在需要时，特别是在振动的测量管的振荡幅度在操作期间显著改变和/或偏离校准的参考值的情况中，可以同样预先例如使用振荡测量信号s₁、s₂将横向电流分量i_excL对于测量管的横向振荡的瞬时振荡幅度进行规格化。

在本发明的另一实施例中，粘度测量值X_η代表预先确定的参考粘度。例如，这可以是基于待测介质的了解且从远程控制位置或者在现场手动送入或者从外部粘度计经由现场总线发送至测量仪表电子装置的粘度测量值。

在本发明的进一步发展中，粘度测量值Xη是利用其测量电子器件2产生的。

对于上述情况，即，令直的测量管在操作中同时或交替地横向及扭转振荡的情况，也可以在操作中由科里奥利质量流量测量仪表1使用测量变送器1和测量仪表电子器件2直接确定粘度测量值。正如已知的，直的测量管在被激励围绕基本与测量管纵向轴线平行或一致的扭转振荡轴线扭转振荡时，使得在引导贯穿其中的介质中产生剪切力，从而从扭转振荡中消除了显著的振荡能量。结果，由于振荡的测量管的扭转振荡的显著衰减，必须将附加的激励电能Pexc馈送至测量管以维持其振荡。使用维持测量管10的扭转振荡所需的激励电能PexcT，本领域技术人员可以以已知的方式使用测量变送器至少大致地确定介质的粘度η；关于这一点，特别地参见US-A 45 24 610、US-A 52 53 533、US-A 60 06 609或US-B 66 51 513。

已经惊奇地发现，尽管维持测量管10横向振荡所需的激励电流i_exc或横向电流分量i_excL以及正如在US-A 45 24 610或EP-A 1 291 639中所讨论的维持测量管10扭转振荡所需的激励电流i_exc或扭转电流分量i_excT在很大程度上依赖于非均匀度或各个介质相的浓度，但是利用科里奥利质量流量测量仪表1以上述方式得到的粘度测量值X_η的结论本身使得能够非常鲁棒且具有良好可复制性地校正中间值X′_m，并且因而能够生成非常精确的质量流量测量值X_m。

于是，在本发明的进一步发展的第一变型中，粘度测量值X_η也被测量仪表电子器件2生成，这是基于在测量管至少部分扭转振荡的情况中驱动激励装置40的激励电流i_exc确定的，特别地，基于用于维持测量管10扭转振荡的扭转电流分量i_excT。另外，还基于这个内部确定的粘度测量值X_η计算中间值X₂和/或校正值X_K。考虑已经在US-A 4524 610中说明的以下关系：

$\sqrt{\mathrm{\η}}~i_{\mathrm{excT}}---\left(7\right)$

根据它，已经减少了上述扭转无载电流测量值K_iexcT的扭转电流分量i_excT至少在恒定密度ρ的情况中很好地与实际粘度η的平方根相关联，相应地，对于确定粘度测量值X_η，首先，在测量仪表电子器件内部，从由激励电流i_exc减去扭转无载电流测量值K_iexcT得到的扭转电流测量值X_iexcT，形成平方值X_ΔiexcT ²。由此开始，根据本发明的另一实施例，基于以下数学关系数值确定粘度测量值X_η：

$X_{\mathrm{\η}}=K_{\mathrm{\η}}\·\frac{{X_{\mathrm{\ΔiexcT}}}^2}{X_{\mathrm{\ρ}}}.---\left(8\right)$

其中K_η是仪表常数，特别地还依赖于测量管10的几何结构。在公式分母中出现的密度测量值X_ρ仅表示了电流的平方实际上提供了有关密度和粘度之积的信息；关于这一点，参见US-A 45 24 610。

根据这个数学关系确定的粘度测量值X_η提供了对于流体的动态粘度的良好近似，已知这个动态粘度可以作为流体的动态粘度和密度ρ之积。如果粘度测量值X_η要用作动态粘度的近似，那么，在输出之前，必须相对于密度测量值X_ρ进行相应的规格化，例如利用简单的数值除法。为此，等式(8)可以修正为：

$X_{\mathrm{\η}}=K_{\mathrm{\η}}\·{\left(\frac{X_{\mathrm{\ΔiexcT}}}{X_{\mathrm{\ρ}}}\right)}^2---\left(9\right)$

在本发明的另一实施例中，扭转电流测量值X_iexcT的平方X_iexcT ²被相对于幅度测量值X_xT规格化，以利用简单的数值除法形成粘度测量值X_η，其中所述幅度测量值瞬时代表在扭转振荡的测量管的情况中振荡测量信号s₁、s₂中至少一个的依赖于操作的变化的信号幅度。于是，还发现，对于使用这种振动型测量变送器的这种粘度测量仪表，并且特别是这种粘度测量仪表具有恒定调节的振荡幅度和/或同时激励横向及扭转振荡，激励电流i_exc与在介质中引起内部摩擦及摩擦力的实际上不能直接测得的运动速度θ的比率i_exc/θ是对于上述提到的对抗测量管10形变的衰减的更为精确的近似。于是，为了进一步增加粘度测量值X_η的精度，特别是还为了减少它对于在操作期间可能发生的振动的测量管10的波动的振荡幅度的敏感度，进一步提出，为了确定粘度测量值X_η，首先将扭转电流测量值X_iexcT相对于幅度测量值X_xT进行规格化，后者以足够的精度代表上述速度θ。换句话说，使用下面的公式形成规格化的扭转电流测量值X′_iexcT：

${X^{\′}}_{\mathrm{iexcT}}=\frac{X_{\mathrm{iexcT}}}{X_{\mathrm{sT}}}---\left(10\right)$

幅度测量值X_s1优选地是利用测量仪表电子器件50例如利用内部幅度测量电路，基于认识到在介质中引起粘性摩擦的运动在很大程度上与传感器51检测的或传感器51本地检测的振荡的测量管10的运动相一致，而由至少一个可能已经数字化的传感器信号s₁得到的。使用规格化的扭转电流测量值X′_iexcT，可以例如根据以下公式确定粘度测量值：

$X_{\mathrm{\η}}=K_{\mathrm{\η}}\·\frac{{{X^{\′}}_{\mathrm{iexcT}}}^2}{K_f\·X_{\mathrm{\ρ}}}---\left(11\right)$

在这个等式中引入的校正因子K_f仅用于利用振动的测量管10的实际振荡频率加权密度测量值X_ρ。这里再次注意到，传感器信号s₁优选地与振动的测量管10的特别是横向偏转运动的速度成比例；传感器信号s₁尽管也可以例如与作用于振动的测量管10的加速度成比例，但也与振动的测量管10经过的距离成比例。对于以上述方式将传感器信号s₁设计为与速度成比例的情况，校正因子K_f对应于振动的测量管10的振荡频率，它例如在与距离成比例的传感器信号s₁的情况中等于振荡频率的三次方。

代替测量激励能量E_exc，或者甚至作为它的补充，介质粘度的确定还可以是在沿管道或测量管10的合适测量距离上测量并合适地分析压差；关于这一点，参见US-A 53 59 881或US-B 65 13 393。至少在测量截面中基本为层流的情况中，用于校正中间值X′_m的粘度测量值可以使用以下数学关系足够精确地确定：

$X_{\mathrm{\η}}=K_p\·\frac{X_{\mathrm{\Δp}}}{{X^{\′}}_m}\·X_{\mathrm{\ρ}}---\left(12\right)$

等式(12)基本上基于已知的Hagen-Poiseuille定律，其中校准因子Kρ是可预先确定的参数，其特别地依赖于测量截面的直径和长度。为了实现这个数学关系，在本发明的进一步发展的第二变型中，测量仪表电子器件2至少间断地与差压传感器相耦合，其中在该第二变型中粘度测量值X_η也是利用测量仪表电子器件2得到的，差压传感器至少间断地发送代表沿管道和/或沿测量管测量的压差的压差测量值X_Δp·

上面给出的函数用于得到由等式(1)～(12)表示的质量流量测量值X_m，它们至少可以部分利用信号处理器DSP或利用上述微计算机55实现。相应算法与前述等式相对应或者仿真振幅设置电路51或频率调节电路52的功能并将它们翻译为这种信号处理器中可执行的程序代码，这些算法的创建及实施对于本领域技术人员是熟悉的并且因而至少在知道本发明时无需多做具体解释。当然，前述等式也可以容易地在测量仪表电子器件50中利用相应的离散构造的模拟和/或数字计算电路完全或部分代表。

在本发明的进一步发展中，为了确定瞬时的合适的校正值X_K，在操作期间基本上这样从中间值X₂直接确定，即，在测量仪表电子器件中映射特别是编程在当前中间值X₂和与其匹配的校正值X_K之间的唯一关系。为此，测量仪表电子器件2还具有表存储器，其中预先存储了数据集，其例如为在校准科里奥利质量流量测量仪表期间确定的数字校正值X_K，1。这些校正值X_K，1由测量电路经由利用瞬时有效的第二中间值X₂得到的存储器地址而直接访问。校正值X_K可以例如以简单的方式这样确定：将瞬时确定的中间值X₂与输入表存储器的中间值X₂的相应默认值比较，由此读出校正值X_K，1并由分析电子器件2用于进一步计算，该校正值对应于最靠近中间值X₂的默认值。可编程只读存储器，例如FPGA(现场可编程门阵列)、EPROM或EEPROM可以用作表存储器。这种表存储器的使用具有以下优点：对于运行时间，校正值X_K在计算出中间值X₂之后可被迅速得到使用。另外，输入表存储器的校正值X_K，1可以预先被非常精确地确定，例如基于等式(2)、(3)和/或(4)并且利用最小二乘方方法。

正如基于以上解释可以清楚看出的，可以使用更少的可非常简单地确定的校正因子执行中间值X′_m的校正。另一方面，可以使用预先确定的粘度测量值X_η和预先确定的中间值X′_m执行校正，与最初提到的复杂得多的计算方法相比，这样的计算负担较小。本发明的另一个优点在于，至少一些前面提到的校正因子可以毫无困难地从利用科里奥利质量流量测量仪表确定的流量参数中得到，这些参数特别是测量的密度和/或测量的质量流量和/或在科里奥利质量流量测量仪表操作中通常直接测量的操作参数，特别是测量的振荡幅度、振荡频率和/或其激励电流。

Claims (28)

1.科里奥利质量流量测量仪表，用于测量管道中流动的介质的质量流量，该科里奥利质量流量测量仪表包括振动型测量变送器(1)和与该测量变送器电耦合的测量仪表电子器件(2)，

-其中测量变送器(1)具有：

--至少一个测量管(10)，其***管道并且用于引导待测介质，该测量管与连接的管道相通，

--激励装置(40)，作用于该测量管(10)，用于使至少一个测量管(10)振动，其令测量管(11)在操作期间至少间断地和/或至少部分地横向振荡，以及

--传感器装置(50)，用于检测至少一个测量管(10)的振动，其发送至少一个代表测量管(11)入口侧振荡的第一振荡测量信号(s₁)以及至少一个代表测量管(11)出口侧振荡的第二振荡测量信号(s₂)，并且

-其中测量仪表电子器件(2)

--至少间断地发送驱动激励装置(13)的激励电流(i_exc)，并且至少间断地发送代表待测质量流量的质量流量测量值(X_m)，

--生成第一中间值(X’_m)和第二中间值(X₂)，其中第一中间值从振荡测量信号(s₁，s₂)得到并且对应于待测质量流量和/或在两个振动测量信号(s₁，s₂)之间的相位差，第二中间值从激励电流(i_exc)和/或激励电流(i_exc)的一个分量得到并且对应于测量管(11)的振荡的衰减，以及

--使用第二中间值(X₂)和粘度测量值(X_η)，得到对于第一中间值(X’_m)的校正值(X_K)并且基于第一中间值(X’_m)和校正值(X_K)得到质量流量测量值(X_m)，其中粘度测量值是预先或在操作期间确定的并且对应于在测量管(11)中引导的介质的粘度和/或对应于先前提供的参考粘度。

2.根据权利要求1所述的科里奥利质量流量测量仪表，其中，

所述科里奥利质量流量测量仪表是科里奥利质量流量/密度测量仪表或科里奥利质量流量/粘度测量仪表；所述介质是两相或多相介质；所述测量管(10)基本为直的；所述横向振荡是弯曲振荡；所述衰减依赖于测量管(11)中引导的介质的表观粘度和/或粘度-密度之积；以及所述粘度测量值是预先或在操作期间使用测量变送器(1)和/或测量仪表电子器件(2)确定的。

3.根据权利要求1所述的科里奥利质量流量测量仪表，其中，校正值(X_K)代表介质的粘度与测量管(11)中引导的介质的表观粘度和/或粘度-密度之积之间的偏差，其中表观粘度是在操作期间基于激励电流(i_exc)和/或激励电流(i_exc)的一个分量确定的，粘度-密度之积是在操作期间基于激励电流(i_exc)确定的。

4.根据前述任一权利要求所述的科里奥利质量流量测量仪表，其中，测量仪表电子器件(2)基于第二中间值(X₂)与粘度测量值(X_η)的比较和/或基于在第二中间值(X₂)和粘度测量值(X_η)之间存在的差，确定校正值(X_K)。

5.根据权利要求1所述的科里奥利质量流量测量仪表，其中，测量仪表电子器件(2)还使用振荡测量信号(s₁，s₂)中的至少一个得到第二中间值(X₂)。

6.根据权利要求1所述的科里奥利质量流量测量仪表，

-其中测量管(11)的激励装置(13)令测量管(11)在操作期间至少间断地和/或至少部分地执行扭转振荡，该扭转振荡围绕与测量管(11)基本对齐的测量管纵轴，并且

-其中测量仪表电子器件(2)还基于驱动激励装置(13)的激励电流(i_exc)和/或基于激励电流(i_exc)的一个分量，确定粘度测量值(X_η)。

7.根据权利要求6所述的科里奥利质量流量测量仪表，其中

所述扭转振荡是与横向振荡交替的或者与其在时间上叠加的扭转振荡；以及所述测量管纵轴是测量管(11)的惯性主轴。

8.根据权利要求1所述的科里奥利质量流量测量仪表，其中，由激励装置(40)驱动的测量管(11)执行扭转振荡，测量管扭转振荡频率与测量管弯曲振荡频率不同，由激励装置(40)驱动的测量管(11)以该弯曲振荡频率执行弯曲振荡。

9.根据权利要求1所述的科里奥利质量流量测量仪表，其中，测量仪表电子器件(2)还得到粘度测量值(X_η)。

10.根据权利要求1所述的科里奥利质量流量测量仪表，

-其中，测量仪表电子器件(2)发送密度测量值(X_ρ)，该密度测量值从第一和/或第二振荡测量信号(s₁，s₂)得到并且代表介质的密度，并且

-其中，测量电子器件(2)还基于密度测量值(X_ρ)确定校正值(X_K)。

11.根据权利要求10所述的科里奥利质量流量测量仪表，

其中，所述校正值是粘度测量值(X_η)。

12.根据权利要求1所述的科里奥利质量流量测量仪表，其中，测量仪表电子器件(2)耦合至外部粘度测量仪表，该粘度测量仪表至少间断地发送粘度测量值(X_η)。

13.根据权利要求12所述的科里奥利质量流量测量仪表，其中，所述外部粘度测量仪表是远离科里奥利质量流量测量仪表设置的粘度测量仪表。

14.根据权利要求1所述的科里奥利质量流量测量仪表，其中，测量仪表电子器件(2)至少间断地与差压传感器耦合，该差压传感器至少间断地发送代表沿管道测量的压力差的差压测量值(X_Δp)。

15.根据权利要求1所述的科里奥利质量流量测量仪表，其中，测量仪表电子器件(2)基于激励电流(i_exc)和/或基于激励电流(i_exc)的一个分量并且利用粘度测量值(X_η)至少间断地确定浓度测量值(X_C)，该浓度测量值代表在测量管中的两相或多相介质的情况中的一个介质相的体积和/或质量比率。

16.根据权利要求15所述的科里奥利质量流量测量仪表，其中，所述体积和/或质量比率是相对比率。

17.根据权利要求1所述的科里奥利质量流量测量仪表，

-其中，测量管(11)与连接的管道通过通入入口端(11#)的入口管段(11)和通入出口端(12#)的出口管段(12)相通，并且

-其中，测量变送器包括在测量管(11)的入口端(11#)和出口端(12#)固定的反振荡器(20)，其在操作期间至少间断地振动。

18.根据权利要求17所述的科里奥利质量流量测量仪表，

其中，所述反振荡器(20)还与激励装置机械耦合，

其中，所述反振荡器(20)与测量管(10)反相地振动。

19.根据权利要求1所述的科里奥利质量流量测量仪表用于测量管道中流动的两相或多相介质的质量流量的使用。

20.根据权利要求19所述的科里奥利质量流量测量仪表，其中，

所述两相或多相介质是液-气混合物。

21.利用科里奥利质量流量测量仪表测量管道中流动的介质的质量流量的方法，该科里奥利质量流量测量仪表具有振动型测量变送器(1)和与该测量变送器(1)电耦合的测量仪表电子器件(2)，该方法包括以下步骤：

-令待测介质流经变送器(1)的至少一个与***管道连通的测量管(11)，并将激励电流(i_exc)馈送入与引导介质的测量管(11)机械耦合的激励装置(40)，以令测量管(11)机械振荡，

-令测量管(13)以适于在其中流经的介质中产生科里奥利力的振荡模式振动，

-检测测量管(13)的振动并得到代表入口侧振荡的第一振荡测量信号(s₁)和代表出口侧振荡的第二振荡测量信号(s₂)，

-使用两个振荡测量信号(s₁，s₂)得到第一中间值(X’_m)，其对应于待测质量流量和/或两个振荡测量信号(s₁，s₂)之间的相位差，

-确定第二中间值(X₂)，其由激励电流(i_exc)得到并且对应于测量管(11)的振荡的衰减，

-利用第二中间值(X₂)和最初确定的粘度测量值(X_η)，生成第一中间值(X’_m)的校正值(X_K)，所述粘度测量值对应于测量管(11)中引导的介质的粘度，以及

-利用校正值(X_K)校正第一中间值(X’_m)，并得到代表待测质量流量的质量流量测量值(X_m)。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，

所述介质是两相或多相介质；所述机械振荡是弯曲振荡；所述衰减依赖于测量管(11)中引导的介质的表观粘度和/或粘度-密度之积；以及所述粘度测量值是使用测量变送器(1)和/或测量仪表电子器件(2)确定的。

23.根据权利要求21所述的方法，还包括以下步骤：

-令测量管(11)弯曲振荡，以在流经其中的介质中产生科里奥利力。

24.根据权利要求23所述的方法，还包括以下步骤：

-令测量管(11)扭转振荡；以及

-考虑激励电流(i_exc)和/或激励电流(i_exc)的至少一个令测量管(11)扭转振荡的分量，确定第二中间值(X₂)。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，

所述扭转振荡是叠加在弯曲振荡之上的扭转振荡。

26.根据权利要求21-25中任一项所述的方法，其中生成中间值(X′_m)的校正值(X_K)的步骤进一步包括步骤：

-将第二中间值(X₂)与粘度测量值(X_η)比较，和/或确定第二中间值(X₂)和粘度测量值(X_η)之间的差；以及

-确定介质的粘度与在操作期间基于激励电流(i_exc)确定的测量管(11)中引导的介质的表观粘度的偏差，和/或确定介质的粘度与在操作期间基于激励电流(i_exc)确定的测量管(11)中引导的介质的粘度-密度之积的偏差。

27.根据权利要求21-25中任一项所述的方法，进一步包括步骤：

-基于振荡测量信号(s₁，s₂)得到代表介质密度的第二测量值(X_ρ)；以及

-使用第二测量值(X_ρ)得到校正值(X_K)。

28.根据权利要求21-25中任一项所述的方法用于校准科里奥利质量流量测量仪表和/或具有至少一个测量管的振动型测量变送器的使用。

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