CN111566457B - 用于根据科里奥利原理确定介质的质量流量测量值的具有至少一个弯曲测量管的测量装置 - Google Patents

用于根据科里奥利原理确定介质的质量流量测量值的具有至少一个弯曲测量管的测量装置 Download PDF

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Abstract

根据本发明的科里奥利质量流量计(100)包括至少一个测量传感器(102)，该测量传感器具有弯曲测量管(110、112)，该弯曲测量管能够振动并且相对于测量管横向平面(SXY)镜像对称，其中，测量管中心线(MM‑1、MM‑2)在垂直于测量管横向平面(SXY)定向的测量管纵向平面(SYZ‑1、SYZ‑2)中延伸，其中，测量管赤道表面(ME)沿着测量管中心线(MM‑1、MM‑2)垂直于测量管纵向平面(SYZ‑1、SYZ‑2)延伸；至少一个激发器(150)，其用于激发测量管的弯曲振动，至少一个第一振动传感器对(140、144)，其用于捕获测量管(110、112)的弯曲振动，这些传感器相对于测量管横向平面(SXY)以镜像对称的方式布置；以及操作和评估电路(160)，其用于驱动激发器(150)以捕获来自振动传感器(140、144)的信号，并且用于确定质量流量测量值，其中，测量传感器(102)具有第二振动传感器对(142、146)，其用于捕获弯曲振动，这些传感器相对于测量管横向平面(SXY)以镜像对称的方式布置，其中，第一振动传感器对(140、144)与第二对振动传感器对(142、146)通过测量管赤道表面(ME)分开。

Description

用于根据科里奥利原理确定介质的质量流量测量值的具有至 少一个弯曲测量管的测量装置
背景技术
本发明涉及一种用于根据科里奥利原理确定介质的质量流量测量值的具有至少一个弯曲测量管的测量装置。例如在DE 10 2009 046 839 A1、DE 10 2015 109 790 A1、DE10 2012 018 988 A1和DE 10 2011 119 980 A1中公开了这种测量装置。符合这种类型的具有弯曲测量管的测量装置是常规的，这是因为在给定的测量装置灵敏度的情况下可以以这种方式实现较短的结构长度。然而，在多相介质的情况下，如果弯曲测量管具有不同的密度，则弯曲测量管中的离心力会导致各相的不均匀分布。结果，这可能导致在测量管中的不同质量流量的区域。因此，取决于不均匀程度，在符合这种类型的测量装置中可能出现测量误差。因此，本发明的目的是寻找一种补救方法。
发明内容
该目的通过本申请的测量装置来实现。
根据本发明的用于根据科里奥利原理测量介质的质量流量测量值的测量装置包括测量传感器以及操作和评估电路，其中，测量传感器包括：至少一个用于传导介质的振动测量管，其中，测量管在其静止位置是弯曲的，其中，测量管相对于与测量管垂直相交的测量管横向平面(SXY)基本上以镜像对称的方式延伸，其中，测量管中心线(MM-1、MM-2)在垂直于测量管横向平面(SXY)对齐的测量管纵向平面(SYZ-1，SYZ-2)中延伸，其中，测量管赤道表面(ME)沿着测量管中心线(MM-1，MM-2)垂直于测量管纵向平面(SYZ-1，SYZ-2)延伸；至少一个用于激发测量管弯曲振动的激发器，其中，该激发器与测量管横向平面(SXY)相交；至少一个第一振动传感器对，其用于捕获测量管的弯曲振动，所述传感器对相对于测量管横向平面(SXY)以镜像对称的方式设置；其中，所述操作和评估电路被设计成驱动激发器，以捕获振动传感器的信号，并且确定位于测量管中的介质的密度和/或质量流量；其特征在于，测量管具有用于捕获测量管的弯曲振动的第二振动传感器对，所述传感器对相对于测量管横向平面(SXY)以镜面对称的方式布置，其中，第一振动传感器对与第二振动传感器对通过测量管赤道表面(ME)分开。
在本发明的改进发展中，第一振动传感器对的振动传感器与第二振动传感器对的最近的振动传感器之间的距离是测量管直径的至少0.5倍，例如测量管直径的至少0.8倍，特别是测量管直径的至少1倍。
在本发明的改进发展中，第一振动传感器对的振动传感器与测量管赤道表面之间的距离为测量管直径的至少0.3倍，特别是测量管直径的至少0.45倍。
在本发明的改进发展中，第二振动传感器对的振动传感器与测量管赤道表面之间的距离为测量管直径的至少0.3倍，特别是测量管直径的至少0.45倍。
在本发明的改进发展中，操作和评估电路被设计为根据第一传感器对和第二传感器对的信号之间的偏差来确定多相介质。
在本发明的改进发展中，多相介质包括载气的液体。
在本发明的改进发展中，操作和评估电路被设计为在每种情况下均根据第一振动传感器对和第二振动传感器对的信号来确定质量流量测量值。
在本发明的改进发展中，操作和评估电路被设计成根据第一传感器对和第二传感器对的质量流量测量值之间的偏差来确定多相介质，特别是载气的液体。
在本发明的改进发展中，操作和评估电路被设计成根据第一传感器对和第二传感器对的两个质量流量测量值来确定测量装置的平均质量流量测量值。
在本发明的改进发展中，测量传感器具有至少一个基本相同的测量管对，它们彼此平行布置以便相对于彼此振动，其中，激发器被布置以激发测量管对中的测量管相对于彼此的振动，并且振动传感器被布置以捕获测量管对中的测量管相对于彼此的振动。
在本发明的改进发展中，测量管对中的测量管具有共同的测量管赤道表面。
附图说明
现在基于附图中示出的示例性实施例进一步详细地描述本发明。附图示出：
图1a：根据本发明的测量装置的示例性实施例的测量传感器的空间表示；
图1b：激发器和振动传感器的电路的示意图；
图2a：用于描述测量传感器的坐标的空间表示；
图2b：根据本发明的测量装置的测量传感器的测量管的横截面图；以及
图3：随介质的气体负荷变化的基于第一振动传感器对的传感器信号的质量流量测量值与基于第二振动传感器对的质量流量测量值之间的偏差的视图。
具体实施方式
图1a中示出的根据本发明的质量流量测量装置100的示例性实施例包括测量传感器102以及操作和评估电路104。测量传感器102包括平行引导的电子振动测量管对110、112，其在静止位置时是弯曲并且在入口侧和出口侧分流器120之间延伸。每个分流器120均具有法兰122，借助于该法兰122可以将测量传感器102安装到管道中，以便引导在管道中流动通过测量传感器102的测量管110、112的介质。分流器120被连接到基本上为圆柱形的刚性支撑管124，支撑管124在其侧表面中具有两个开口125，测量管110、112通过这些开口125以拱形引导。在测量操作中，测量管110、112的在支撑管124外部延伸的部分被测量管壳体包裹，以便保护它们不受环境影响。为了清楚起见，在此未示出该测量管壳体。测量管110、112在靠近开口125处被连接到连接板126，通过连接板126限定了测量管110、112的自由振动长度。每个测量管的自由振动部分均包括两个笔直部分114、116、115、117，这些笔直部分均通过拱形部分112、113相互连接。
为了解释测量传感器102的几何状况和对称性，现在参考图2a和2b，其中图2a以空间表示示出了单个测量管的状况，并且图2b示出了通过测量管对的横截面图。
测量管110、112中的每一个均具有测量管中心线MM；在每种情况下，测量管纵向平面SYZ，SYZ-1、SYZ-2在测量管中心线MM-1、MM-2上延伸。在此测量管110、112两者共有的测量管赤道表面ME沿着垂直于Y-Z平面的测量管中心线延伸。测量管中心线MM：MM-1、MM-2相对于测量管横向平面SXY以镜像对称的方式延伸，测量管横向平面SXY垂直于测量管纵向平面SYZ：SYZ-1、SYZ-2，并且在测量管拱形部分的顶点处与测量管中心线相交。测量传感器纵向平面SYZ-1-2在测量管纵向平面SYZ-1、SYZ-2之间延伸，后者相对于前者镜像对称。
测量传感器纵向平面SYZ-1-2与测量管横向平面SXY之间的交点定义了坐标系的Y轴，其中，在测量传感器102的纵向方向上定义了Z轴，该Z轴垂直于测量管横向平面SXY延伸。在X方向上激发弯曲振荡。
如图1a所示，测量传感器102具有电动激发器150，以便激发测量管110、112在X方向上相对于彼此的对称弯曲振动的使用的模式，该激发器被布置在测量管的拱中心，测量管横向平面延伸通过该激发器。在该示例性实施例中，激发器150被布置在测量管拱的外侧，因为以此方式可以实现更高的效率。激发器原则上也可以被布置在测量管拱的内侧，其中，激发器同样可以相对于测量管横向平面对称地定位。
测量传感器102还包括在测量管拱的内侧被对称于测量管横向平面布置的第一电动振动传感器对140、144和在测量管拱的外侧对称于测量管横向平面布置的第二电动振动传感器对142、146。
电动激发器150和振动传感器140、142、144、146具有激发线圈或传感器线圈，它们全部彼此独立地连接到操作和评估电路104，如图1b中示意性示出的。为了清楚起见，在图1a中未示出激发器150和振动传感器140、142、144、146与操作和评估电路之间的连接线。
操作和评估电路102被配置为利用激发电流信号来驱动激发器150，该激发电流信号的频率对应于弯曲振动模式的电流使用模式固有频率，并且捕获振动传感器140、142、144、146的传感器信号。操作和评估电路102还被配置为从第一振动传感器对140、144的传感器信号之间的第一相位差确定第一质量流量测量值，并且从第二振动传感器对142、146的传感器信号之间的第二相位差确定第二质量流量测量值。
对于均质介质，两个质量流量测量在实践中没有不同。另一方面，如果不均匀的介质例如载气的液体流过测量管，则这两个质量流量测量值可能彼此相异，特别是在较高的质量流量率下，如将在下面解释的。在测量管弯曲部中可能出现几百m/s2的向心加速度，使得介质的相位在通过测量管弯曲后在一定程度上不均匀地分布。也就是说，介质的较重的液相在测量管弯曲的外部富集，而较轻的气相则移动到测量管弯曲的内部。因此，与测量管弯曲的外部相比，测量管弯曲的内部受到更大的质量流的影响。这导致第一质量流量测量值和第二质量流量测量值之间的显著的偏差。
相应的实验发现如图3所示。该图显示了在质量流量率为10,000kg/h(实线)和5000kg/h(虚线)时，第二质量流量测量值与第一质量流量测量值之间的相对偏差，其取决于气体负荷。
通过存储表征随气体负荷和质量流量率变化的测量值偏差的相应参考数据，使操作和评估电路一方面能够通过彼此之间的偏差的帮助确定并且可选地输出以特定的第一和第二质量流量测量值流经测量传感器的介质的气体负荷，另一方面能够确定并且可选地输出校正的质量流量测量值。

Claims (16)

1.一种用于根据科里奥利原理确定介质的质量流量测量值的测量装置(100)，包括：
测量传感器(102)；以及
操作和评估电路(104)；
其中，所述测量传感器包括：
至少一个振动测量管(110、112)，所述测量管(110、112)用于传导所述介质，其中，所述测量管(110、112)在其静止位置时是弯曲的，其中，所述测量管(110、112)相对于与所述测量管垂直相交的测量管横向平面(SXY)以镜像对称的方式延伸，其中，测量管中心线(MM-1、MM-2)在垂直于与所述测量管横向平面(SXY)对齐的测量管纵向平面(SYZ-1、SYZ-2)中延伸，其中，测量管赤道表面(ME)沿着所述测量管中心线(MM-1、MM-2)垂直于所述测量管纵向平面(SYZ-1、SYZ-2)延伸；
至少一个激发器(150)，所述激发器(150)用于在所述测量管(110、112)中激发弯曲振动；
至少一个第一振动传感器对(140、144)，所述第一振动传感器对(140、144)用于捕获所述测量管(110、112)的弯曲振动，所述第一振动传感器对(140、144)相对于所述测量管横向平面(SXY)以镜像对称的方式布置；以及
其中，所述操作和评估电路(104)被配置为驱动所述激发器(150)，以捕获所述振动传感器(140、144)的信号，并且确定流过所述测量管的介质的质量流量测量值；
其特征在于，所述测量管具有用于捕获所述测量管(110、112)的弯曲振动的第二振动传感器对(142、146)，所述第二振动传感器对(142、146)相对于所述测量管横向平面(SXY)以镜像对称的方式布置，其中，所述第一振动传感器对与所述第二振动传感器对通过所述测量管赤道表面(ME)分开。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述第一振动传感器对的振动传感器与所述第二振动传感器对的最近的振动传感器之间的距离为所述测量管直径的至少0.5倍。
3.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述第一振动传感器对的振动传感器与所述第二振动传感器对的最近的振动传感器之间的距离为所述测量管直径的至少0.8倍。
4.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述第一振动传感器对的振动传感器与所述第二振动传感器对的最近的振动传感器之间的距离为所述测量管直径的至少1倍。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的测量装置，其中，所述第一振动传感器对的振动传感器与所述测量管赤道表面之间的距离为所述测量管直径的至少0.3倍；和/或
其中，所述第二振动传感器对的振动传感器与所述测量管赤道表面之间的距离为所述测量管直径的至少0.3倍。
6.根据权利要求5所述的测量装置，其中，所述第一振动传感器对的振动传感器与所述测量管赤道表面之间的距离为所述测量管直径的至少0.45倍。
7.根据权利要求5所述的测量装置，其中，所述第二振动传感器对的振动传感器与所述测量管赤道表面之间的距离为所述测量管直径的至少0.45倍。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的测量装置，其中，所述操作和评估电路被设计为根据所述第一振动传感器对和所述第二振动传感器对的信号之间的偏差来确定多相介质。
9.根据权利要求8所述的测量装置，其中，所述多相介质包括载气的液体。
10.根据权利要求1至4中的任一项所述的测量装置，其中，所述操作和评估电路被设计为在每种情况下根据所述第一振动传感器对和所述第二振动传感器对的信号来确定质量流量测量值。
11.根据权利要求10所述的测量装置，其中，所述操作和评估电路被设计成根据所述第一振动传感器对和第二振动传感器对的质量流量测量值之间的偏差来确定多相介质。
12.根据权利要求11所述的测量装置，其中，所述多相介质包括载气的液体。
13.根据权利要求10所述的测量装置，其中，所述操作和评估电路被设计为根据所述第一振动传感器对和第二振动传感器对的两个质量流量测量值来确定所述测量装置的平均质量流量测量值。
14.根据权利要求11所述的测量装置，其中，所述操作和评估电路被设计为根据所述第一振动传感器对和第二振动传感器对的两个质量流量测量值来确定所述测量装置的平均质量流量测量值。
15.根据权利要求1至4中的任一项所述的测量装置，其中，所述测量传感器具有至少一对相同的测量管(110、112)，所述一对测量管彼此平行地布置，以便相对于彼此振动，其中，所述激发器(150)被布置以激发所述一对测量管中的测量管(110、112)相对于彼此的振动，并且所述振动传感器(140、142、144、146)被布置为捕获所述一对测量管中的测量管相对于彼此的振动。
16.根据权利要求15所述的测量装置，其中，所述一对测量管(110、112)中的测量管具有共同的测量管赤道表面(ME)。
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