专利名称：具有机械可振荡单元且用来确定和/或监测介质的过程变量的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定和/或监测容器中介质的至少一种过程 变量的装置，所述装置具有至少一个机械可振荡单元；至少一个激 励/接收单元，该激励/接收单元激励机械可振荡单元机械振荡并且接收
机械可振荡单元的机械振荡；以及至少一个电子设备单元，该电子设 备单元对激励/接收单元施以电输出信号SA并且从激励/接收单元接收
电输入信号SE，其中，在电子设备单元中设置有至少一个放大单元， 该放大单元对电输入信号SE进行放大以形成放大信号Sv。介质是诸如 液体或者是散装物料。另外，过程变量例如是介质的料位、密度或者 粘度。
背景技术：
现有技术已经公知测量仪表，在所述测量仪表中，所谓的振荡叉 作为机械可振荡单元被激励以产生振荡。因为所述振荡或其特征值， 诸如频率，振幅和相位是依赖于与介质的接触或依赖于诸如密度或粘 度的特性的，所以可以由振荡的特征值推断出测量值。因此，利用此 类测量仪表实现对介质料位的监测或对介质密度的测量。
已经显示出，给出激励信号与接收信号之间的相位差范围，在此 范围内可以在一定的方面对振荡系统的性能产生影响。于是，实现或 妨碍对泡沬的探测。另外，可以对振荡相对于粘度变化的依赖性进行 补偿(参见DE 100 57 974 A1)。而为了获得所述效果，需要尽可能准 确地获得所期望的相位值
发明内容
因此，本发明的任务在于，提出一种测量仪表，在所述测量仪表 中，在接收信号与激励信号之间的相位是能够尽可能准确且可重复地 调整的。
本发明以如下方式在第一变型方案中解决所述任务，即，设置有 至少一个可调整的相移器，该相移器改变放大信号的相位，以及设置
有至少一个控制单元，该控制单元对相移器进行控制，其中，控制单 元被构造为至少测量放大信号Sv的频率，并且控制单元至少基于所存 储的关于放大单元的频率相位关系的数据而对相移器进行控制。由此， 电子设备单元具有至少一个放大单元、相移器以及控制单元。输入信
号SE在评估之前大多允许进行处理，通常随后进行放大并且在此大多 也需要进行滤波。在此，这样经放大的并且在实施例中被滤波的信号 Sv根据本发明被输送给控制单元。对这些信号的相位(亦即由放大单
元得到的相位)的确定通过评估信号Sv的相位来进行，其中，为相位
分配频率是通过存储的数据或者保存的公式来进行的，也就是说，根
据放大单元的已知性能，由被放大和/或滤波的信号Sv的频率，推导出 信号Sv的相位，并且由此对相移器进行匹配地控制。由此，本发明实 现了，相位不再依赖于频率而分别具有不同的值，而是所述相位在所 有频率上具有基本相同的值，该值相应于预定的额定值。也就是说，
振荡激励分别以所需的或可选择的相位来进行。本发明的设置方式可 以理解为是如下的控制，其中基于通过频率而已知的相移，调整相位 匹配于额定值。
在一个实施例中，控制单元至少在相位方面至少对输出信号SA进 行评估并且将输出信号SA的相位与预定的相位值进行比较，并且控制
单元基于所述比较对相移器进行控制。于是控制变为在相位方面对电 子设备进行调节，其中，放大单元的部件获得调节，该调节处于测量
信号Sv被量取并被输送给控制单元的范围与输出信号SA之间，其中， 在输出信号SE与放大信号Sv之间的范围通过存储的数据或公式而被采
集。由此，通过根据本发明的第一变型方案的这个实施例，控制变为在电子设备单元的一部分上的调节，方法是将相移的结果与所希望的 值进行比较并且进行合适的修正。在此，对输出信号SA的相位的评估 例如以下方式进行，即，确定输出信号Sa与放大信号Sv之间的相位差， 其中，关于频率的信息同样是需要的。
由此，根据本发明的第一变型方案实现了对一部分基波激励的相 位控制或调节。
在第二变型方案中，本发明以如下方式解决任务设置有至少一 个可调整的相移器，该相移器改变放大信号(Sv)的相位，以及设置 有至少一个对相移器进行控制的控制单元，其中，控制单元被构造为
至少测量电输出信号SA与电输入信号Se之间的相位差，并且控制单元 对相移器进行控制。由此，在此变型方案中，在整个电子设备上得到
的相位被基于输出信号Sa以及瑜入信号Sv而直接测量，并且合适地控
制相移器，使得相位相应于可预定的额定值。由此，在所有电子设备
上或在所有振荡回路上发生充分的调节。为了对输入信号SE进行评估，
在需要时由包括至少一个微处理器的控制单元对该输入信号Se合造地
采样并且数字滤波。为了对由电子设备单元得出的相位进行校验，例
如在测试相位中，将输出信号SA直接给出到电子设备单元的输入端，
而无需经由可振荡单元的路径。由此通过这种反馈，相位调整的结果 可以被直接地监测或者说监控。控制单元(该控制单元与第一变型方
案相同地优选为微控制器)直接地接收输入信号Se和瑜出信号Sa以及 确定两个信号之间的相位差。然后，由该相位差相对于预定的额定值 的偏差而实行对相移器的调整。由此，第二变动方案用于完整基波激 励的相位调节，该基波激励由电子设备单元实现。
其他实施例涉及两个根据本发明的变型方案。
根据一个实施例，相移器为全通滤波器。根据一个实施例，对于放大单元的频率相位关系，存储数据组和/ 或公式。公式例如为多项式。然而，也可以存储用于将频率分配给相 位的表格。
根据一个实施例，设置有至少一个存储单元，关于放大单元的频 率相位关系的数据被存储在该存储单元内。该存储单元与控制单元合 适地连接并且为控制单元的一部分。
本发明将根据如下附图作进一步描述。其中 图1示出应用中的根据本发明的测量仪表的示意图，以及 图2示出该测量仪表的电子设备单元的根据本发明的构造方案的 示意图。
具体实施例方式
图1示意地示出根据本发明的测量仪表的应用。介质1位于容器 10中，介质1例如可以为液体。为了对介质1的料位进行监测或对介
质1的密度进行测量或也进行监测，而将带机械可振荡单元2的测量 仪表安装在容器10上。在所示情况下，机械可振荡单元2具有振荡叉， 也就是说，两个所谓的叉尖安装在一个共同的膜片上。激励/接收单元 3位于膜片之后，该激励/接收单元3作为转换器在机械振荡与电信号 之间起作用。在这里，例如涉及压电元件。激励/接收单元3被由电子 设备单元4施以激励信号SA —交流电压。单元3将所述信号转换为 机械可振荡单元2的机械振荡。另一方面，激励单元/接收单元3接收 机械可振荡单元2的机械振荡并且由此产生接收信号SE，该接收信号
SE被输送给电子设备单元4。然后，由接收信号SE可以计算出所期望
的过程变量，所述接收信号SE同样为交流电压。为了例如粘度对振荡 不起作用或者为了例如未探测到泡沫，则需要在激励信号Sa与接收信 号SE之间的特殊的相位值。在图2中示出如何根据本发明对相位进行调整。在图2中示出根据本发明的电子设备单元4的组成部件。接收信
号SE被输送给第一放大单元5以及在需要时也输送给此处未示出的滤
波器，该第一放大单元从中产生放大信号Sv或产生被放大的并且被滤
波的信号Sv。放大单元5或与连着该放大单元的滤波器的组合具有一 频率相位关系。这种关系以相搭配的方式被获知并且作为单个的数据 或通过函数关系被合适地储存在存储单元8内。为了输出信号Sa具有 所希望的相位，则相移器6例如被设置为全通滤波器的一部分，该相 移器6由控制单元7控制。该控制这样地进行，S卩，放大信号Sv被输 送给控制单元7，该控制单元7测量放大信号Sv的频率f。然后，与存 储在存储单元8内的数据相结合地，控制单元7这样控制相移器，从 而获得所希望的相位。对此同样需要知道电子设备在从量取信号Sv直 至电子设备单元4的输出端的区域的其它相位特性。例如对于频率相 位关系存储二次多项式。也就是说，在放大单元5之后的放大信号Sv 为fv=af2+bf+c。该函数是通过采用放大单元5的频率-相位-曲线并且从 中获知多项式的系数而得到的。另外，当输出信号Sa具有特定的相位
fs。U时，则得到在相移器处进行调整的相位fRegdung: fRe 这 种控制可以被扩展为调节，方法是激励信号SA同样被输送给控制单元
7。由此，控制单元7可以通过两个信号Sv以及输出信号SA而获知相 位并且该相位与通过测量频率而计算出的、用于放大单元5的相位相 结合地对相移器6进行合适的调整。也就是说，可以在一定程度上调 节电子设备单元4，其中调节某个部分并且计算出其它部分的作用。
当通过电子设备单元4的部分(该部分至少包括放大单元5以及 在需要时也包括滤波器)得到相位fl，并且通过与其相连且至少带相 移器和输出放大器9的部分而得到相位f2时，则通过电子设备单元4 在总体上得出相位fges=f 1 +f2 ，该相位应该与预定的额定值相等fges=fs。
。
相位fl由所测量频率n通过已知的、之前测出的函数关系而获知 fl=f(n)。相位G由放大信号Sv与输出信号Sa的比狡而得出，也就是说， 相位G直接由控制单元7测量。由此得出用于调节相移器6的额定值 f2=fges-fl=fsoll-f(n)。
并且通过调节，使得在输入信号Se与瑜出信号SA之间的相位差 能够总具有各自所需的额定值，以便在一定的范围内影响振荡系统的 性能，也就是说，诸如粘度的变化对振荡的频率不产生影响或者还有 对泡沫的不敏感性。
两个根据本发明的变型方案可以总结如下
根据本发明的第一变型方案，在一个实施例中测量放大信号Sv的 频率，并且根据所存储的数据通过相移器6调整相位。从而发生控制。
在第二实施例中，测量在放大信号Sv与输出信号SA之间的相位 差，并且在需要时通过相移器6进行再调节。由此，发生对于电子设 备单元的一部分的调节。
在根据本发明的第二变型方案中，测量在放大信号Sv与输出信号 SA之间的相位差，并且通过相移器确定所需要的值。由此，执行在整 个电子设备单元上的调节。附图标记列表
表1
1介质
2机械可振荡单元
;3激励/接收单元
4电子设备单元
放大单元
6相移器
7控制单元
8存储单元
9放大器
10容器
权利要求
1.用于确定和/或监测容器(10)中介质(1)的至少一个过程变量的装置，所述装置具有至少一个机械可振荡单元(2)；至少一个激励/接收单元(3)，所述激励/接收单元(3)激励所述机械可振荡单元(2)机械振荡并且接收所述机械可振荡单元(2)的所述机械振荡；以及至少一个电子设备单元(4)，所述电子设备单元(4)对所述激励/接收单元(3)施以电输出信号(SA)，并且所述电子设备单元(4)从所述激励/接收单元(3)接收电输入信号(SE)，其中，在所述电子设备单元(4)中设置有至少一个放大单元(5)，所述放大单元(5)将所述电输入信号(SE)放大为放大信号(SV)，其特征在于，设置有至少一个可调的相移器(6)，所述相移器(6)改变所述放大信号(SV)的相位，以及设置有至少一个控制单元(7)，所述控制单元(7)控制所述相移器(6)，其中，所述控制单元(7)被构造为至少对所述放大信号(SV)的频率进行测量，并且所述控制单元(7)至少基于所存储的关于所述放大单元(5)的频率相位关系的数据来控制所述相移器(6)。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制单元(7) 至少对所述输出信号(SA)至少在相位方面进行评估并且将输出信号 (SA)的相位与预定相位值进行比较，并且所述控制单元(7)基于所 述比较来控制所述相移器(6)。
3. 用于确定和/或监测容器(10)中介质(1)的至少一个过程变 量的装置，所述装置具有至少一个机械可振荡单元(2);至少一个 激励/接收单元(3)，所述激励/接收单元(3)激励所述机械可振荡单 元(2)机械振荡并且接收所述机械可振荡单元(2)的所述机械振荡； 以及至少一个电子设备单元(4)，所述电子设备单元(4)对所述激 励/接收单元(3)施以电输出信号(Sa)并且所述电子设备单元(4) 从所述激励/接收单元(3)接收电输入信号(Se)，其中，在所述电子设备单元(4)中设置有至少一个放大单元(5)，所述放大单元(5) 将所述电输入信号(SE)放大为放大信号(Sv)，其特征在于，设置 有至少一个可调的相移器(6)，所述相移器(6)改变所述放大信号 (Sv)的相位，以及设置有至少一个控制单元(7)，所述控制单元(7) 控制所述相移器(6)，其中，所述控制单元(7)被构造为至少对在 所述电输出信号(SA)与所述电输入信号(SE)之间的相位差进行测 量，并且所述控制单元(7)控制所述相移器(6)。
4. 如权利要求1、 2或3所述的装置，其特征在于，所述相移器 (6)为全通滤波器。
5. 如权利要求1或3所述的装置，其特征在于，对于所述放大单 元(5)的频率相位关系，存储数据组和/或公式。
6. 如权利要求5所述的装置，其特征在于，设置有至少一个存储 单元(8)，关于所述放大单元(5)的频率相位关系的数据被存储在 所述存储单元(8)。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定和/或监测介质(1)过程变量的装置，该装置具有机械可振荡单元(2)；激励/接收单元(3)，该激励/接收单元(3)激励机械可振荡单元(2)以产生机械振荡并且接收机械振荡；以及电子设备单元(4)，该电子设备单元(4)对激励/接收单元(3)施以电输出信号(S<sub>A</sub>)并且从激励/接收单元(3)接收电输入信号(S<sub>E</sub>)，其中，电子设备单元(4)包括放大单元(5)，该放大单元(5)放大电输入信号(S<sub>E</sub>)以形成放大信号(S<sub>V</sub>)。本发明包括可调整的相移器(6)，该相移器(6)改变放大信号(S<sub>V</sub>)的相位；以及控制单元(7)，该控制单元(7)对相移器(6)进行控制，其中，该控制单元(7)测量放大信号(S<sub>V</sub>)的频率并且基于所存储的关于放大单元(5)的频率相位关系的数据来控制相移器(6)。
文档编号G01F23/296GK101517381SQ200780033769
公开日2009年8月26日 申请日期2007年6月14日 优先权日2006年7月20日
发明者亚历山大·米勒, 佛朗哥·费拉多, 萨沙·德安热利科 申请人:恩德莱斯和豪瑟尔两合公司