专利名称：科里奥利质量流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种科里奥利质量流量计(Coriolis mass flowmeter，也称为科氏质 量流量计)，用于基于上游传感器的第一信号与下游传感器的第二信号之间的相位差来计 算流经测量传递线的流体的质量流量(flow rate)，其中上游传感器和下游传感器以一定 距离布置在被振动器振动的测量传递线中，该科里奥利质量流量计具有激励电路部分，用 于接收第一信号或第二信号、并且控制振动器的驱动信号以使得第一信号或第二信号的幅 值变成目标值。
背景技术：
专利文献1公开了科里奥利质量流量计的传感器部分的配置、以及质量流量计算 的信号处理。专利文献2公开了一种用于控制振动器的驱动信号的激励电路部分。图4是科里奥利质量流量计的传感器部分的基本配置示图。在传感器部分10中， 允许被测流体F流过的测量传递线11的两端被固定至支撑部件12和13。用于机械地上下 振动测量传递线11的振动器14被安装在测量传递线11中部附近，振动器14被驱动信号 DV所驱动。用于检测测量传递线11的振动的上游传感器15和下游传感器16被固定放置在 测量传递线11的支撑部件12和13附近。图5是描述了初始模式和二次模式振动的示意图。当被测流体F在振动器14以 Ml和M2所示的初始模式将振动提供给测量传递线11的状态下流入测量传递线11时，测量 传递线11以M3和M4所示的二次模式振动。实际上，测量传递线11以两种类型的振动模式的重叠形式振动。测量传递线11 的振动变形由上游传感器15的频率检测信号(本文中将其称为第一信号)SA以及下游传 感器16的频率检测信号(本文中将其称为第二信号)SB所检测。图6是示出了科里奥利质量流量计的总体配置示例的功能框图。上游传感器15的 第一信号SA (和/或下游传感器16的第二信号SB)被输入至激励电路部分20，激励电路部 分20包括用于将第一信号SA或第二信号SB的幅值保持为目标值的自动增益控制(AGC)， 并且平滑电路21对第一信号SA和/或第二信号SB进行平滑处理，随后第一信号SA和/ 或第二信号SB被转换成与有效值成正比的DC电压。通过比较部分23使DC电压与目标值设置部分22所给出的目标电压相比较，偏差 被传递至可变放大器对，并且受可变放大器M的输出CV所控制的驱动输出部分25的驱动 信号DV被提供给振动器14。该反馈控制系统将第一信号SA的幅值控制为目标值。专利文 献2公开了激励电路部分20。上游传感器15的第一信号SA、下游传感器16的第二信号SB、以及用于补偿温度 的温度检测信号SH被输入至信号计算处理部分30，跟踪保持部分31、32和33在时钟所产 生的采样定时T的控制下对信号SA、SB和SH进行采样/保持。跟踪保持部分31、32和33的保持信号被模数转换器34、35和36转换成数字信号。模数转换器34和35所提供的第一信号SA和第二信号SB的数字值通过低通滤波器37和 38而被输入至流量计算部分39。模数转换器36所提供的温度信号SH的数字值被直接输 入至流量计算部分39。流量计算部分39根据输入信号来计算流过测量传递线11的流体F的质量流量Q。 专利文献1公开了流量计算部分39用于通过Hilbert变形处理等来执行相位差计算等的 信号处理，因此在此不再讨论。在科里奥利质量流量计中，当传感器信号被流体密度、流量、温度、测量传递线振 动等的干扰而影响时，不能确定原因是干扰还是传感器或测量传递线的异常的影响，错误 诊断被执行。因此，需要测量传递线的退化诊断功能。专利文献3所公开的相关领域的退化诊断技术是一种离线诊断，其中在流体不流 入传感器管的情况下，传感器管被振动一次并且激励停止，激励停止后的振动衰减被测量， 并对异常进行检测，并发出警报。[专利文献1]日本专利公开No. 181069/1995[专利文献2]日本专利公开No. 2003-302272[专利文献3]日本专利公开No. 52516/1992测量传递线的相关领域的退化诊断技术存在以下问题(1)不能在线状态下执行退化诊断，在该在线状态下，流经测量传递线的流体的质量流量被测量。(2)需要添加用于退化诊断的特殊测量装置，装置成本增加。
发明内容
本发明的示例性实施例提供了一种科里奥利质量流量计，用于使得能够根据在线 状态下的信号来执行测量传递线的退化诊断，而无需添加用于退化诊断的特殊的测量装置。根据示例性实施例的一种科里奥利质量流量计包括振动器，配置用于使测量传递线振动；上游传感器和下游传感器，以一定距离布置在测量传递线中，并且配置用于检测 测量传递线的振动；信号计算处理部分，配置用于根据上游传感器的第一信号和下游传感器的第二信 号之间的相位差，来计算流经被振动器振动的测量传递线的流体的质量流量；激励电路部分，配置用于接收第一信号或第二信号，并且控制振动器的驱动信号 以使得第一信号或第二信号的幅值变成目标值；第一有效值接收部分，配置用于接收第一信号的有效值；第二有效值接收部分，配置用于接收第二信号的有效值；比值计算部分，配置用于接收第一信号的有效值以及第二信号的有效值，并且计 算这两个有效值的比值；以及异常诊断部分，配置用于对所计算出来的比值与特定值进行比较，以产生警报。科里奥利质量流量计还可包括传感器信号分配部分，配置用于周期性地切换第一信号和第二信号，并且将切换后的信号输出至激励电路部分，其中激励电路部分被配置用于通过传感器信号分配部分接收第一信号或第二信 号，并且控制振动器的驱动信号以使得所接收的信号的幅值变为目标值，以及其中比值计算部分被配置用于与切换操作性关联地接收第一信号的有效值的保 持电压以及第二信号的有效值的保持电压，并且计算两个电压的比值。科里奥利质量流量计还可包括模数转换器，配置用于将第一信号和第二信号转换成数字信号，其中，基于数字信号的数字值来给出第一信号的有效值以及第二信号的有效值。可基于第一信号和第二信号的检测值来给出第一信号的有效值以及第二信号的 有效值。异常诊断部分可被配置用于直接接收第一信号和第二信号的有效值的保持电压， 以便对电压之一与阈值进行比较，从而产生警报。根据示例性实施例的一种科里奥利质量流量计包括振动器，配置用于使测量传递线振动；上游传感器和下游传感器，以一定距离布置在测量传递线中，并且配置用于检测 测量传递线的振动；信号计算处理部分，配置用于根据上游传感器的第一信号和下游传感器的第二信 号之间的相位差，来计算流经被振动器振动的测量传递线的流体的质量流量；传感器信号分配部分，配置用于周期性地切换第一信号和第二信号；激励电路部分，配置用于经由传感器信号分配部分接收第一信号或第二信号，并 且控制振动器的驱动信号以使得所接收的信号的幅值变成目标值；比值计算部分，配置用于与切换操作性关联地接收振动器驱动信号的有效值的保 持电压、或与驱动信号成比例的信号的有效值的保持电压，并且计算切换至第一信号时所 接收的保持电压与切换至第二信号时所接收的保持电压的比值；以及异常诊断部分，配置用于对所计算出来的比值与阈值进行比较，以产生警报。异常诊断部分可被配置用于与切换操作性关联地直接接收振动器的驱动信号的 有效值的保持电压、或者与驱动信号成比例的信号的有效值的保持电压，以将电压与阈值 进行比较，从而产生警报。根据示例性实施例，可以预期如下优势(1)能够执行在线状态下的退化诊断，在该在线状态下，流经测量传递线的流体的质量流量被测量。(2)不需要添加用于退化诊断的特殊测量装置，可以基于在线状态下的信号来执 行对测量传递线的退化诊断，并且装置成本下降。从下文的详细描述、附图以及权利要求，其它特征和优势将变得明显。
图1是示出了根据本发明的科里奥利质量流量计的一个实施例的功能框图；图2是示出了根据本发明的科里奥利质量流量计的另一个实施例的功能框图；图3是示出了根据本发明的科里奥利质量流量计的又一个实施例的功能框图4是科里奥利质量流量计的传感器部分的基本配置示图；图5是描述了初始模 式和二次模式振动的示意图；以及图6是示出了科里奥利质量流量计的总体配置示例的功能框图。
具体实施例方式将参考附图来详细描述示例性实施例图1是示出了根据本发明的科里奥利质量 流量计的一个实施例的功能框图。图1中，与之前参考图6描述的组件相同的组件被标有 相同的参考标号，并且将不再讨论。添加至图6中所描述的总体配置的部分是诊断部分100。诊断部分100包括第一 有效值接收部分101、第二有效值接收部分102、比值计算部分103以及异常诊断部分104。第一有效值接收部分101接收通过将第一信号SA转换成数字值而提供的由低通 滤波器37所输出的正弦波的有效值，并输出MA。第二有效值接收部分102接收通过将第二 信号SB转换成数字值而提供的由低通滤波器38所输出的正弦波的有效值，并输出MB。比值计算部分103接收信号MA和MB，将两个信号的比值R计算为R = MB/MA,并 且将结果传递给异常诊断部分104。异常诊断部分104将比值R与阈值进行比较，并且确定 状态是否异常。如果状态异常，异常诊断部分104将警报AL输出至外部。基于监控比值R 的警报对于测量传递线中的部分腐蚀、磨损、阻塞等的异常诊断来说是有效的。将讨论异常诊断部分104的操作示例。例如，在正常时间，假设第一信号SA和第 二信号SB偏差大约5%。但是，偏差由于干扰而变化。如果阈值被设置用于仅仅在偏差 变化了初始偏差的士 15或更多时检测部分腐蚀的影响，那么如果比值R为0. 8075 (R = 0. 95X0. 85 = 0. 8075)或更小、以及 1. 0925 (R = 0. 95X1. 15 = 1. 0925)或更大，则状态被 确定为异常。S卩，在正常时间，如果其幅值被激励电路部分20的AGC控制成恒定值的第一信号 SA的归一化的有效值MA为1. 00、并且第二信号的有效值MB为0. 95，比值R = MB/MA = 0. 95/1. 00 = 0. 95。在异常时间，比值R为R = 0. 95X (1-0. 15) = 0. 8075或更小，或者R = 0. 95X (1+0. 15) = 1. 0925 或者更大。异常诊断部分104直接接收第一信号和第二信号的有效值的保持电压MA和MBJf 幅值没被控制为恒定的一侧(即在本实施例中为第二信号MB)与阈值进行比较，并且可给 出对用于检测信号的第二传感器(下游传感器)16的异常的警报。图2是示出了根据本发明的科里奥利质量流量计的另一个实施例的功能框图。将 讨论与图1的实施例的差别。传感器信号分配部分40周期性地切换第一信号SA和第二信 号SB，并且切换后的信号被输入至具有AGC功能的激励电路部分20的平滑部分21。来自切换控制部分50的切换控制信号SW对传感器信号分配部分40进行来回切 换操作。切换控制信号SW被提供给诊断部分100的第一选择部分105以及第二选择部分 106。第一选择部分105以及第二选择部分106选择第一信号SA的有效值MA和第二信 号SB的有效值MB，将这些值传递至第一电压保持部分107和第二电压保持部分108，并使 它们保持这些值。
比值计算部分103接收第一电压保持部分107的保持电压VA和第二电压保持部 分108的保持电压VB，计算比值R，并且将比值R传递给异常诊断部分104。异常诊断部分 104的操作类似于图1中的实施例的操作。如果传感器信号分配部分40输入至激励电路部分20的信号是第一信号SA，则第 一选择部分105不向第一电压保持部分107输出有效值MA。另一方面，如果输入至激励电 路部分20的信号是第二信号SB，则第一选择部分105向第一电压保持部分107输出有效值 MA。如果传感器信号分配部分40输入至激励电路部分20的信号是第二信号SB，则第 二选择部分106不向第二电压保持部分108输出有效值MB。另一方面，如果输入至激励电 路部分20的信号是第一信号SA，则第二选择部分106向第二电压保持部分108输出有效值 MB。该实施例中的优点是提高了异常诊断的检测灵敏度。在该实施例中，被用作激励 电路部分20的AGC的标准的传感器信号被切换，并且关注不是标准的传感器信号。AGC总 是工作，从而保持传感器信号的电压恒定。在正常时间，当第一信号SA和第二信号SB被切 换时，两个信号都被控制成恒定值，并且不会观察到变化。例如，假设由于测量传递线的异常而使得第一信号SA的电压小于第二信号SB的 电压。这时，当第一信号SA作为AGC的标准时，第二信号SB的电压变得大于标准。接下来，当切换AGC的标准、并且第二信号SB作为AGC的基准时，第一信号SA的 电压变得小于标准。在该实施例中，对不是AGC标准的传感器电压进行比较。S卩，如在图1的实施例中没有切换AGC标准时(标准是第一信号SA)，SA的电压变 为标准，并且第二信号SB的保持电压VB变得大于标准。另一方面，在图2的实施例中的对AGC基准进行切换的技术中，第一信号SA的保 持电压VA变得小于基准，并且第二信号SB的保持电压VB变得大于基准。即，当切换AGC 的基准输入时，VA和VB之差变大，并且两者的比值极大地改变，从而改进了异常诊断的灵敏度。将讨论异常诊断部分104的操作示例。例如，在正常时间，假设第一信号SA和第 二信号SB偏差大约5%。但是，偏差由于干扰而变化。如果阈值被设置用于仅仅在它们偏 差士 15或更多时检测部分腐蚀的影响，那么如果比值R为0. 7691或更小以及1. 0405或更 大，则状态被确定为异常。S卩，在正常时间，如果其幅值被激励电路部分20的AGC控制成恒定的第一信号SA 的归一化的有效值MA为1. 00、并且第二信号的有效值MB为0. 95，则值为比值计算的一个结果。通过切换，如果由AGC控制成恒定的第二信号SB的有效值MB为1. 00、并且第一 信号的有效值MA为1. 05，则值为比值计算的另一个结果。正常时间的比值R = MB/MA = 0. 95/1. 05 = 0. 9048。在异常时间，比值R为R = 0. 9048X (1-0. 15) = 0. 7691或更小，或者R = 0. 9048X (1+0. 15) = 1. 0405 或者更大。异常诊断部分104直接接收第一信号和第二信号的有效值的保持电压VA和VB， 对幅值不是AGC标准的一侧的电压与阈值进行比较，并且可给出对分别用于检测信号的第一传感器(上游传感器)15和第二传感器(下游传感器)16中的每一个的异常的警报。此 外，如果保持电压VA和保持电压VB统一地增大或减小至超过阈值，则可给出测量传递线均 勻腐蚀的警报。图3是示出了根据本发明的科里奥利质量流量计的又一个实施例的功能框图。传 感器信号分配部分40周期性地切换第一信号SA和第二信号SB、并且切换后的信号被输入 至具有AGC功能的激励电路部分20的平滑部分21，以上配置与图2中的实施例相同。图3的实施例的特征在于，诊断部分100从对振动器14执行AGC的激励电路部分 20接收所输出的驱动信号DV来作为监控目标，而不是接收图1和图2中的实施例的第一信 号SA和第二信号SB的有效值。输入至诊断部分100的驱动信号DV经由跟踪保持部分109被模数转换器110转 换成数字信号，并且有效值被保持在有效值接收部分111中。根据切换控制部分50的切换控制信号SW，如果AGC标准被选为第一信号SA，则输 出目的地切换部分112将有效值接收部分111的保持电压输出至第一电压保持部分113 ； 并且，如果AGC标准保被选为第二信号SB，则输出目的地切换部分112将有效值接收部分 111的保持电压输出至第二电压保持部分114。比值计算部分103接收第一电压保持部分113的保持电压VA以及第二电压保持 部分114的保持电压VB，计算比值R，并且将比值R传递给异常诊断部分104。异常诊断部 分104的操作类似于图1中的实施例的异常诊断部分104的操作。将讨论异常诊断部分104的操作示例。例如，在正常时间，假设第一信号SA和第 二信号SB偏差大约5%。但是，偏差由于干扰而变化。如果阈值被设置用于仅仅在它们偏 差士 15或更多时检测部分腐蚀的影响，那么如果比值R为0. 7691或更小以及1. 0405或更 大，则状态被确定为异常。S卩，在正常时间，如果其幅值被激励电路部分20的AGC控制成恒定的信号是第一 信号SA的情况下的驱动信号DV的增益的归一化值为1. 00，那么其幅值被激励电路部分 20的AGC控制成恒定的信号是第二信号SB的情况下的驱动信号DV的增益的归一化值为 0. 95。正常时间的比值 R = VB/VA = 0. 95/1. 05 = 0. 9048。在异常时间，比值R为R = 0. 9048X (1-0. 15) = 0. 7691或更小，或者R = 0. 9048X (1+0. 15) = 1. 0405 或者更大。异常诊断部分104直接接收第一保持电压VA和第二保持电压VB，比较电压和阈 值，并且可给出对分别用于检测信号的第一传感器15和第二传感器16中的每一个的异常 的警报。此外，如果第一保持电压VA和第二保持电压VB统一地增大或减小至超过阈值，则 可给出测量传递线均勻腐蚀的警报。在图1和图2的实施例中，第一信号SA和第二信号SB的有效值传递通过低通滤 波器37和38被作为数字信号输入至诊断部分100，但是这些信号也可以是从传感器部分 10直接获得的模拟信号。在这种情况下，比值计算部分103对模拟信号执行比值计算。在图3的实施例中，来自对振动器14执行AGC的激励电路部分20的驱动信号DV 被输入至诊断部分100来作为监控目标，但是激励电路部分20的可变放大器M的输出电 压CV可被输入至诊断部分100。虽然已经参考有限数量的实施例来描述了本发明，但是本领域技术人员在阅读了上述公开之后可以理解的是，可以在不脱离此处公开的本发明的范围的情况下做出其它实 施例。从而，本发明的范围仅由所附权利要求限定。
权利要求
1.一种科里奥利质量流量计，包括 振动器，配置用于使测量传递线振动；上游传感器和下游传感器，它们以一定距离布置在测量传递线中，并且配置用于检测 测量传递线的振动；信号计算处理部分，配置用于根据上游传感器的第一信号和下游传感器的第二信号之 间的相位差，来计算流经被振动器振动的测量传递线的流体的质量流量；激励电路部分，配置用于接收第一信号或第二信号，并且控制振动器的驱动信号以使 得第一信号或第二信号的幅值变成目标值；第一有效值接收部分，配置用于接收第一信号的有效值； 第二有效值接收部分，配置用于接收第二信号的有效值；比值计算部分，配置用于接收第一信号的有效值以及第二信号的有效值，并且计算这 两个有效值的比值；以及异常诊断部分，配置用于对所计算出来的比值与特定值进行比较，以产生警报。
2.根据权利要求1所述的科里奥利质量流量计，还包括传感器信号分配部分，配置用于周期性地切换第一信号和第二信号，并且将切换后的 信号输出至所述激励电路部分，其中所述激励电路部分被配置用于通过传感器信号分配部分接收第一信号或第二信 号，并且控制振动器的驱动信号以使得所接收的信号的幅值变为目标值，以及其中所述比值计算部分被配置用于与切换操作性关联地接收第一信号的有效值的保 持电压以及第二信号的有效值的保持电压，并且计算两个电压的比值。
3.根据权利要求1或2所述的科里奥利质量流量计，还包括 模数转换器，配置用于将第一信号和第二信号转换成数字信号，其中基于数字信号的数字值来给出第一信号的有效值以及第二信号的有效值。
4.根据权利要求1或2所述的科里奥利质量流量计，其中，基于第一信号的检测值和第 二信号的检测值来给出第一信号的有效值以及第二信号的有效值。
5.根据权利要求1或2所述的科里奥利质量流量计，其中，所述异常诊断部分被配置用 于直接接收第一信号的有效值的保持电压和第二信号的有效值的保持电压，以便对电压之 一与阈值进行比较，从而产生警报。
6.一种科里奥利质量流量计，包括 振动器，配置用于使测量传递线振动；上游传感器和下游传感器，它们以一定距离布置在测量传递线中，并且配置用于检测 测量传递线的振动；信号计算处理部分，配置用于根据上游传感器的第一信号和下游传感器的第二信号之 间的相位差，来计算流经被振动器振动的测量传递线的流体的质量流量； 传感器信号分配部分，配置用于周期性地切换第一信号和第二信号； 激励电路部分，配置用于经由传感器信号分配部分接收第一信号或第二信号，并且控 制振动器的驱动信号以使得所接收的信号的幅值变成目标值；比值计算部分，配置用于与切换操作性关联地接收振动器的驱动信号的有效值的保持 电压、或与驱动信号成比例的信号的有效值的保持电压，并且计算切换至第一信号时所接收到的保持电压与切换至第二信号时所接收到的保持电压的比值；以及异常诊断部分，配置用于对所计算出来的比值与阈值进行比较，以产生警报。
7.根据权利要求6所述的科里奥利质量流量计，其中，异常诊断部分被配置用于与切 换操作性关联地直接接收振动器的驱动信号的有效值的保持电压、或者与驱动信号成比例 的信号的有效值的保持电压，以将电压与阈值进行比较，从而产生警报。
全文摘要
科里奥利质量流量计包括配置用于使测量传递线振动的振动器；上游传感器和下游传感器，它们以一定距离布置在测量传递线中，配置用于检测测量传递线的振动；第一有效值接收部分，配置用于接收第一信号的有效值；第二有效值接收部分，配置用于接收第二信号的有效值；比值计算部分，配置用于接收第一信号的有效值以及第二信号的有效值，并且计算这两个有效值的比值；以及异常诊断部分，配置用于对所计算出来的比值与特定值进行比较，以产生警报。
文档编号G01F1/84GK102052944SQ20101053999
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月9日 优先权日2009年11月10日
发明者吉野晶纪, 宫地宣夫, 角口开道 申请人:横河电机株式会社