专利名称：运行谐振测量系统的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于运行特别是以科里奥利(Coriolis)流量测量设备形式或密度测量设备形式的谐振测量系统的方法，其中谐振测量系统具有由媒介物流过的至少一个测量管、至少一个振荡发生器、至少一个拾振器和至少一个控制与分析单元，其中振荡发生器以预定激励频率和第一幅度来激励测量管振荡并且通过至少一个拾振器检测产生的、测量管的振荡。本发明此外也涉及一种特别是以科里奥利流量测量设备形式的或密度测量设备形式的谐振系统，其以上述方法运行。
背景技术：
多年前已经不仅仅已知了以科里奥利流量测量设备形式的而且也已知了以密度测量设备形式以及其他形式的、上述谐振测量系统。该谐振测量系统与一个工序连接，其中工序和谐振测量系统相互影响。当前如此系统、在该系统中在固有频率中编码关于要确定的过程参数(测量参数)和/或如此系统、在该系统中工作点置于测量系统的固有频率、完整地共同称作谐振测量系统。下面的说明可以应用于涉及该定义的系统，只要其具有由一个媒介物流过或者可流过的测量管。下面列举科里奥利流量测量设备讲述谐振测量系统，这不会限制理解。科里奥利流量测量设备首先应用在工业的过程测量技术中，在那里必须非常准确地确定物料通过量。科里奥利流量测量设备基于，振荡发生器激励由媒介物流过的至少一个测量管(振荡元件)产生振荡，其中带有物料的媒介物基于两个正交速度(流动速度和测量管速度)产生的科里奥利惯性力反作用于测量管的内壁。媒介物在测量管上的这种反作用导致与测量管没有流过的振荡状态相比测量管振荡的改变。通过检测流过的测量管的速度的特点(在测量管区域之间相位差因此的时间差，其在测量管的未流过的状态下相位摆动)可以非常准确地确定通过测量管的物料流量。在均匀媒介物的情况下以高级的科里奥利流量测量设备准确度可以达到测量值的大约0.04%,因此科里奥利流量测量设备目前也应用在标准计量中。也就是说如果以预定的激励频率和第一幅度激励振荡发生器的测量管，预定频率通常是预定或所希望的特殊形式的固有频率、测量管在该频率内振荡。然后如果与预定的特殊形式相对应的固有频率时间上变化，通过调整始终跟踪并且在一定程度预先确定激励频率。科里奥利流量测量设备在多相流动的情况下没有保持并且达到在单相流动运行(也就是在一个物理均匀媒介物流动的情况下)足够高的准确度和可靠性，在此必须采取特殊措施，以便可以单独识别多相流动；本发明涉及在科里奥利流量测量设备中的多相流动探测。多相流动在一般情况下是这样的流动，其包括至少两个、具有不同物理特性的相。对此相或者包括相同的或包括不同的物质。均匀并且空间限制的区域称作相。液体-固体流动、气体-液体流动、气体-固体流动、水蒸气流动或水-空气流动作为实例。
已知，在应用多相流动时出现显著的测量不准确性，如此非常感兴趣能够可靠探测多相流动的存在。
发明内容
因此本发明的技术问题是:给出一种运行科里奥利流量测量设备的方法和相应的科里奥利流量测量设备，允许可靠并且尽可能简单的多相流动的探测。用于运行科里奥利流量测量设备的本发明方法、其中解决了事先提出的并且阐明的技术问题、首先其特征在于，控制与分析单元从已检测的产生的振荡中为至少一个在媒介物多相情况下依赖幅度的状态参量确定至少一个第一测量值，振荡发生器以激励频率和不同于第一幅度的第二幅度来激励测量管振荡，检测产生的振荡管振荡并且控制与分析单元从已检测的所产生的振荡中确定在媒介物多相的情况下依赖幅度的状态参量确定至少一个第二测量值，将至少一个第一测量值与至少一个对应的第二测量值的测量值偏差用作存在多相流动的指示器。本发明基于以下的想法，亦即:如此的状态参量或谐振测量系统的参数用于识别多相流动或者媒介物相，亦即:其在媒介物多相的情况下依赖幅度，如此在测量管产生具有甚至相同频率可是不同幅度的不同振荡的情况下(假定存在媒介物多相)获得状态参量或者参数的不同测量值，通过所检测的测量值偏差可以识别多相流动。这当然假设，状态参量或者参数在媒介物单相的情况下不具有如此的幅度依赖性或与存在媒介物多相的情况相比较至少在不同物料中对幅度依赖程度不一样。该方法的显著优点在于:为了实施该方法，不必对已知的谐振测量系统、例如科里奥利流量测量设备或密度测量设备形式、进行实际的结构改变(例如附加传感器的形式)，仅仅在控制与分析单元中改变已知谐振测量系统的控制和本发明判定方法的执行，可是这相对来说是比较简单的，因为在此仅仅进行适当的测量值检测和处理。激励科里奥利流量测量设备的测量管振荡在科里奥利流量测量设备中是功能必需的基本要求，调整振荡到确定的幅度是已知的并且由于不同的原因已经集成在通常的科里奥利流量测量设备中。本发明方法也允许以及其低的附加费用探测多相流动，由此科里奥利流量测量设备的用户肯定能够可靠判断，物料流量测量值或密度测量值是否改变，因为实际上同类媒介物的流量或密度有变化并且或变化的测量值基于存在多相流动。该方法完全不依赖于科里奥利流量测量设备的类型，特别是不依赖此、亦即:科里奥利流量测量设备是具有直的还是弯曲的管，具有一个、二个或多于两个测量管等等。在科里奥利流量测量设备中也存在内部参数，其依赖于幅度，例如在不同激励或产生的振荡模式之间的耦合系数。特别是以相同相产生的路径和加速度耦合与本发明相关联是特别合适的(常常概括成耦合系数ksb)，其中通过振荡物料的非对称分布引起一半测量管的不同加速度。该方法的一个有益设计方案特征在于，振荡发生器以激励频率和至少一个另外的、不同于第一幅度和第二幅度的另外幅度来激励测量管振荡，检测所产生的测量管的振荡并且控制与分析单元从已检测的产生的振荡中为在媒介物多相的情况下依赖幅度的状态参量(X)确定至少一个另外的测量值，将至少一个第一测量值和/或至少一个第二测量至与至少一个相对应的另外测量值的测量值偏差用作存在另外多相流动或者媒介物相的指示器。因此不仅仅能够区分，存在一个多相流动或存在多个媒介物，而且也能够以所描述的方法步骤也能够区分，在流动或者媒介物中存在多个相。在该方法的一个改进中使用如下认识，亦即:激励振荡发生器的测量管产生具有激励频率和如此多的不同幅度的振荡，直到不再能够区分另外多相流动或媒介物相，因此当然确定多相流动或者媒介物相的个数。根据本发明方法的一个优选设计方案建议，媒介物的密度、媒介物通过测量管的流量或测量管对于确定的特殊性形状的固有频率用作在媒介物多相情况下依赖于幅度的状态参量。这三个状态参量中的每一个参量都表明在多相流动可能性的情况下对振荡幅度的依赖性并且在单相流动情况下实际上不依赖于测量管的振荡幅度。每一个参量可以考虑单独用于探测多相流动，当然也可以考虑检测两个或所有三个参量用于探测多相流动。在科里奥利流量测量设备的数学描述中媒介物的密渡和媒介物通过测量管的流量较早作为参数出现而不是作为系统理论上意义上的系统状态参量出现，但其仍然影响谐振测量系统的状态；在这个意义上理解概念“状态参量”。如果说在媒介物多相的情况下该状态参量依赖幅度，则当然不仅仅指该状态参量直接依赖于测量管的最大偏转，而且依赖于所有通过改变测量管振荡幅度产生的依赖性。如果在振荡频率保持不变的情况下改变振荡的幅度，则当然不仅仅振荡偏转本身变化，而且振荡的速度(偏转的一阶时间导数)和在振荡中得到的加速度(偏转的二阶时间导数)也改变。振荡的测量管的速度和加速度直接关联在多相流动情况下出现的并且在本发明意义上导致多相流动可探测性的物理现象。在多相流动的情况下因此妨碍流动特性，亦即:各个流动相基于密度不同彼此相对应移动并因此不再确定地冲压密度测量和流量测量所要求的径向速度。由此产生的矛盾不仅出现在密度测量中而且也出现在流量测量中。这种作用例如导致，科里奥利流量测量设备当在流体(例如水)中存在气泡的情况下表明密度测量值超过 1000kg/m3。在本发明方法的另一个优选设计方案中建议，已确定的测量值偏差、也就是第一测量值(在测量管振荡时以第一幅度测量的)与第二测量值(在测量管振荡时以第二幅度测量的)的偏差与一个预定的阈值进行比较并且在超过阈值的情况下表明存在多相流动，这也始终表明多相流动(输出操作人员可察觉的信号和/或仅仅内部的电信号(设置标志)和/或把适当的现场总线消息传输给过程控制系统等等)。优选首先表明存在多相流动，两个不同的、依赖幅度的状态参量的分析暗示多相流动，例如上述的状态参量密度、流量和固有频率中的两个参量的分析同时以一个方式变化，这暗示多相流动。通过这种方式可以提高多相识别的可靠性，因为流量或密度的、随着幅度变化一致的实际变化无误地识别为多相流动。多相流动的存在首先当然也表明，两个不同的、依赖幅度的状态参量的至少两个已确定的测量值偏差同时分别超过预定的阈值。对此的补充或备选，有益地可以如此实施本发明方法，亦即:以激励频率连续激励振荡发生器的测量管产生不同幅度的多个振荡并且仅仅在至少一个前面的测量值与至少一个对应的后面的测量值的、多个连续的测量值偏差的情况下表明存在多相流动。对此必须注意，不管怎样连续振荡的幅度必须是彼此不同的，没有要求所有幅度全部彼此不同。例如可以以两个不同的幅度值运行，其交替改变。在该方法的这个变体中同样非常可靠地识别多相流动，因为排除了这种情况，亦即:仅仅检测到这些状态参量中的一个参量的、突然的实际变化，因为这种可能性是可以忽略的，也仅仅刚好在这个时间段内状态参量之一改变，在该时间段按照该方法改变测量管振荡的幅度。
最好选择最低的谐振频率作为激励频率。通过测量管运行在谐振中以较低的能量消耗亦即:可到达所希望的振荡。如果对于测量管的振荡全部使用最低的谐振频率，则当然所要求的功率当然总共最低。在此提到测量管的谐振频率，当然全部是指整个振荡系统，可是其主要组成部分是测量管。如此实施本发明方法也表明是有益的，亦即:该时间至少是如此长使得在科里奥利流量测量设备内部通过幅度转换产生的比较过程渐隐，在该时间内在从第一个前面的幅度转换到第二个后面幅度之后保持第二个后面的幅度。瞬变在此有不同的原因并且出现不同位置。例如可以通过幅度调节制约过渡过程，可是也可以在应用确定的电子元件的情况下通过过渡过程制约幅度调节。由于这种原因这是有益的，亦即:测量管振荡的预定幅度保持至少几秒钟并且只有在该时间间隔结束时进行测量或者仅仅使用在系统起振状态检测的取样值。本发明方法因此也是特别有益的，可以毫无问题地与真正的流量测量同时实施，因为用于探测多相流动的方法没有要求与正常的流量测量模式不一样的探测模式，而是仅仅实现对于流量测量本身绝对要求的测量管振荡的幅度转换。在另一个设计方案中用于探测多相流动的方法不是必须与真正的流量测量同时实施，而是在较大时间间隔内对流量测量的补充操作，如此保证定期诊断。本发明此外涉及一个谐振测量系统、特别是一个科里奥利流量测量系统、具有前面提到的仪器技术的配置，其中仅仅具体如此调整控制与分析单元，亦即:谐振测量系统在运行中可以实施上述本发明的、用于识别多相流动的方法；当然如此对控制与分析单元如此编程，亦即:谐振测量系统可实施该探测方法并且不是仅仅通过重新编程谐振系统就能够实施探测方法。
详细给出构造并改进本发明的、运行谐振测量系统的方法和本发明的谐振测量系统的不同可能性。为此参见在权利要求1后面的权利要求并参见结合图的优选实施例的描述。图示:
图1具有连接的和本发明构造的控制与分析单元的、已知科里奥利流量测量设备形式的谐振测量系统的示意图，
图2示意指出了在充满水的一部分测量管中的气泡，
图3在不同振荡幅度下在不同形成的多相流动中检测的测量值的偏差图。
具体实施例方式在图1中完整示意指出了一个结构上基于已知的科里奥利流量测量设备I形式的谐振测量系统，其具有一个媒介物2流过的测量管3、一个振荡发生器4和拾振器5a、5b以及一个控制与分析单元6。拾振器5a、5b当然不必设置在测量管的两侧。振荡发生器4以预定的激励频率和第一幅度来激励测量管3振荡，这在用于实施基本流量测量的科里奥利流量测量设备中在功能上是必须的。通过拾振器5a、5b检测测量管3的、由激励产生的振荡，其中从在测量管3的左右两侧振荡之间相位差和因此的时间差中得出通过测量管3的物料流量。
控制与分析单元6以如下方式与科里奥利流量测量设备I的机械部分连接，亦即:由控制与分析单元6产生的信号控制振荡发生器4，由拾振器5a、5b检测的测量信号可以传递给控制与分析单元。控制与分析单元6怎样单独实现对于进一步说明是不重要的，这可能涉及一个唯一的电子部件，可是也可能涉及一个有多个元件组成的分布系统，这所有在当前都是不重要的。科里奥利流量测量设备I经过一个法兰盘7可以与一个工序和一个外部管网连接。从通过拾阵器5a、5b检测的振荡信号中(以适当控制测量管3为前提)可以确定整个系统若干个感兴趣的状态参数X，除了原来感兴趣的物料流量的参数外例如也关心处于测量管中的媒介物的密度P和振荡系统的固有频率fo。从振荡信号中单独确定这些参量在现技术背景中已充分了解。如此建立控制与分析单元6，亦即:其从已检测的所产生振荡(具有第一幅度的振荡)中为至少一个在媒介物多相情况下依赖幅度的状态参量X确定一个第一测量值或者推导的测量值Xi。然后 振荡发生器4以不同于第一幅度的、第二幅度来激励测量管3振荡，再度检测测量管3的产生的振荡，紧接着控制与分析单元6从已检测的所产生振荡中为在媒介物多相的情况下依赖幅度的状态参量X确定至少一个第二测量值或者推导的测量值Xj。通过状态参量X的对幅度依赖性在多相流动情况下得出在第一测量值Xi和第二测量值&之间的偏差，如此将该测量值偏差用作存在多相流动的指示器。正如在图1中推断出的，如果预先规定通过控制与分析单元6的、所描述的按本发明的控制与处理，则可以用每一种传统的科里奥利流量测量设备实施该方法；为此不需要科里奥利流量测量设备I的结构改变。在图1示出的科里奥利流量测量设备I中媒介物2的密度P和媒介物2通过测量管3的物料流量可以用作依赖幅度的状态参量。在另外的实施例中不是(仅仅)考虑上述的外部参量，而是备选货也可以附加考虑科里奥利流量测量设备的内部参量、比如两个测量管的一半的时间差、振荡频率和测量管一半的单位长度质量的不对称性。正如开始已经阐述的，在多相流动中出现测量不准确性的主要原因是在测量管3中由于多相流动的不同密度产生的二次流动。根据图2阐述这种关系。在图2中示出了在充满水的测量管3的中间的球状气泡8。该气泡8直径为4并且在给定的温度和压力条件下密度为P u相应水的密度为PW。如果通过一个在此没有示出的振荡发生器使测量管3产生一个其第一固有形式的横向振荡，则不同的力作用于气泡8。在此为了简便起见，不考虑气泡的重力和压缩性，则气泡的力的平衡:
权利要求
1.一种用于运行特别是以科里奥利流量测量设备形式或密度测量设备形式的谐振测量系统(I)的方法，其中谐振测量系统(I)具有由媒介物(2)流过的至少一个测量管(3)、至少一个振荡发生器(4)、至少一个拾振器(5a、5b)和至少一个控制与分析单元(6)，其中振荡发生器(4)以预定激励频率和第一幅度来激励测量管(3)振荡并且通过至少一个拾振器(5a、5b)检测所产生的、测量管(3)的振荡， 其特征在于， 控制与分析单元(6)从所检测的、产生的振荡中为至少一个在媒介物(2)多相的情况下依赖幅度的状态参量(X )确定至少一个第一测量值(Xi), 振荡发生器(4)以激励频率和不同于第一幅度的第二幅度来激励测量管(3)振荡，检测由此产生的测量管(3)的振荡并且控制与分析单元(6)从所检测的产生的振荡中为在媒介物(2)多相的情况下依赖于幅度的状态参量(X)确定至少一个第二测量值(Xj)，并且 将至少一个第一测量值(Xi)与至少一个与其相对应的第二测量值UP的测量值偏差(Axij)用作存在多相流动的指示器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，振荡发生器(4)以激励频率和至少一个不同于第一和第二幅度的另外一个幅度来激励测量管(3)振荡，检测由此产生的、测量管(3)的振荡，且控制与分析单元(6)从检测的、产生的振荡中为在媒介物(2)多相的情况下依赖幅度的状态参量(X)确定至少一个另外的测量值，将至少一个第一测量值和/或至少一个第二测量值与至少一个相对应的另外的测量值(xj)的测量值偏差用作存在另外的多相流动或者媒介物多相的指示器。
3.根据权利要求1或3中任一项所述的方法，其特征在于，振荡发生器(4)以激励频率和如此许多幅度来激励测量管(3)振荡，直到不再能够区分另外的多相流动或媒介物多相，因此确定多相流动或媒介物多相的数目。`
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，媒介物(2)的密度(P)和/或媒介物(2)通过测量管(3)的物料流量和/或测量管(3)的、对于确定的固有形式的固有频率fo用作媒介物(2)多相的情况下依赖幅度的状态参量(X)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，已确定的测量值偏差(Axij)与预定的阈值比较并且在超过该阈值的情况下表明存在多相流动。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，如果两个不同的依赖幅度的状态参量(X)的至少两个已确定的测量值偏差(AXip同时分别超过预定的阈值，则首先表明存在多相流动。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，振荡发生器(4)以第一频率连续激励测量管(3)产生多个振荡，其中相继振荡的幅度各不相同，并且只有在至少一个前面的测量值与至少一个对应的后面测量值的、多个连续的测量值偏差的情况下才表明存在多相流动。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，选择测量管(3)的最低谐振频率(fo)作为激励频率。
9.据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，该时间至少如此之长使得:通过幅度转换产生的暂态过程在谐振测量系统内部渐隐，在所述时间内在从第一个、前面的幅度转换到第二个、后面的幅度之后，保持第二个后面的幅度。
10.权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，用于探测多相流动的方法同时用于真正的流量测量和/或密度测量。
11.一种尤其是以科里奥利流量测量设备形式或密度测量设备形式的谐振测量系统(1)，具有由媒介物(2)流过的至少一个测量管(3)、至少一个振荡发生器(4)、至少一个拾振器(5a、5b)和至少一个控制与分析单元(6)，其中振荡发生器(4)以预定激励频率和第一幅度来激励测量管(3)振荡并且通过至少一个拾振器(5a、5b)能够检测所产生的、测量管(3)的振荡， 其特征在于， 如此完全具体地建立控制与分析单元(6)使得:谐振测量系统(I)在运行时实施按照权利要求1至10中任一项 所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于运行特别是以科里奥利流量测量设备形式或密度测量设备形式的谐振测量系统(1)的方法，其中谐振测量系统(1)具有由媒介物(2)流过的至少一个测量管(3)、至少一个振荡发生器(4)、至少一个拾振器(5a、5b)和至少一个控制与分析单元(6)，其中由振荡发生器(4)以预定激励频率和第一幅度来激励测量管振荡并且通过至少一个拾振器(5a、5b)检测所产生的、测量管(3)的振荡。通过以下方式实现简单和可靠识别多相流动，亦即控制与分析单元(6)从所检测的、产生的振荡中为至少一个在媒介物(2)多相的情况下依赖幅度的状态参量(x)确定至少一个第一测量值(xi)，振荡发生器(4)以激励频率和不同于第一幅度的第二幅度来激励测量管(3)振荡，检测由此产生的测量管(3)的振荡并且控制与分析单元(6)从所检测的、产生的振荡中为在多个媒介物(2)的情况下依赖于幅度的状态参量(x)确定至少一个第二测量值(xj)，将至少一个第一测量值(xi)与至少一个相对应的第二测量值(xj)的测量值偏差(Δxij)用作存在多相流动的指示器。
文档编号G01F1/84GK103119404SQ201180034900
公开日2013年5月22日 申请日期2011年11月18日 优先权日2010年11月19日
发明者K.科拉希, R.施托姆 申请人:克洛纳测量技术有限公司