[发明专利]用于运行涡流流量测量设备的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于运行涡流流量测量设备的方法，该涡流流量测量设备用于测量流过测量管的流体的流量，具有至少一个设置在测量管中的、用于产生流体中的涡流的干扰体，用于测量随着涡流而出现的流体中压力波动的至少一个第一传感器和至少一个第二传感器，以及用于处理第一传感器的信号x₁和第二传感器的信号x₂的信号处理装置，其中第一传感器的、通过所述压力波动产生的信号x₁与第二传感器的通过压力波动产生的信号x₂反相，其中再现所述流量的有用信号y_d是由第一传感器的信号推导的第一信号y₁与由第二传感器的信号推导的第二信号y₂的差，并且其中通过该减法消除与反相的传感器信号叠加的同相干扰信号。此外，本发明还涉及一种利用所述方法来运行的涡流流量测量设备。

背景技术

涡流流量测量设备的测量原理基于由设置在测量管中并且被流体流过的干扰体触发的涡流。所述流体可以是气体、蒸汽或者液体。斯特劳哈尔首先观察到，涡流触发频率与流体在测量管中的流动速度成比例，因此涡流触发频率是对流过测量管的、作为体积流量来表示的流量的度量。通过使用流体的密度可以将该流量也作为质量流来说明。通过干扰体引起的、流体的流动场由Kármán研究并用数学方式描述，因此流动场也称为Kármán涡流路。流动速度与涡流触发频率之间的比例关系通过取决于雷诺数的斯特劳哈尔数来描述。斯特劳哈尔数对雷诺数的依赖关系受到干扰体的构造的决定性影响。在当前的涡流流量测量设备的情况下，涉及雷诺数在10000和20000之间的流体的体积流量的误差小于±2%，对于雷诺数大于20000的流体来说该误差小于±1%。涡流流量测量设备的特征在于机械鲁棒的结构和对磨损、腐蚀和沉积的小的灵敏度。涡流流量测量设备可以与压力、温度无关地以很好的精度以及与安装位置无关地测量雷诺数在宽范围内的气体和蒸汽以及液体。由于上述特性，涡流流量测量设备在很多流体流量测量的应用中使用，尤其是腐蚀性流体，例如在石化、化学、药物或食品工业中。

现有技术已知的涡流流量测量设备常规地间接通过测量随着涡流而出现的流动流体中压力波动来测量涡流频率。通常干扰体被构成为，使得压力变化对干扰体施加力，并且相应地使干扰体偏转或变形，其中在变形位置上设置第一和第二压电传感器。通过压力波动引起的、传感器的由于变形的机械激励致使传感器的极化发生改变并由此以如下方式释放传感器中的载流子，即通过机械激励第一传感器具有正电荷作为信号，而第二传感器具有负电荷作为信号。压电传感器的灵敏度通过所产生的、作为作用力的函数的电荷来描述。在通过涡流引起的压力波动情况下，这些传感器的电荷信号的相位总是相反的。信号处理对于两个传感器的每一个来说都包括电荷放大器和减法器，其中电荷放大器将电荷信号转换为成比例的电压信号，并且减法器将电压信号相互相减并且从所产生的有用电压信号推导出流量。

通过形成第一传感器的信号与第二传感器的信号之差，消除机械干扰激励（所述干扰激励产生在传感器中相同相位和相同振幅的干扰信号），如果两个传感器都具有精确相同的灵敏度并且针对两个传感器的信号处理精确对称的话。机械干扰激励例如通过涡轮机产生，所述涡轮机将干扰振动传递到测量管上并且通过这种方式对传感器产生机械激励，使得两个传感器最大程度地产生相同相位和相同振幅的信号。

但是，由于通过制造容差——例如传感器自身的或在安装传感器时的制造容差——第一传感器和第二传感器具有不同的灵敏度，在传感器中相同相位和相同振幅的干扰振动虽然可以用相同的相位但不同的振幅产生。此外也导致，信号处理例如由于在信号处理中使用的器件如电容器和电阻而对第一和第二传感器的信号来说不是对称的。在形成差之后，有用信号中的干扰信号保留并且这种类型的涡流流量测量设备的精度恶化。通过整理传感器而进行的校准带来了高成本和大的耗费。不考虑这一点，灵敏度的长时间稳定性是未知的，从而必要时需要在安装好的状态下进行不切实际的校准。

发明内容

本发明的任务因此是说明有效的和成本有利的方法，以更好地消除相同相位和尤其是相同振幅的干扰信号的作用，并且说明相应的这种类型的涡流流量测量设备。