[发明专利]用于测量质量流率的电子振动测量系统

摘要

本发明涉及一种测量系统，该测量系统包括测量和操作电子单元(ME)和与其电连接的换能器设备。换能器设备(MW)具有两个管(11、12)，在运行期间流体流过该管，并且在此过程中并使得振动；振动激励器(41)；分别在入口和出口侧的两个振动传感器(51、52)，用于产生振动信号(s1，s2)；以及，入口侧温度传感器(71)，其耦合到管(11)的壁以进行热传导；出口侧温度传感器(72)，其耦合到管(12)的壁以用于产生温度测量信号(θ1，θ2)。测量和操作电子单元(ME)电连接到每个振动传感器(51、52)并且也电连接到每个温度传感器(71、72)以及至少一个振动激励器(41)。测量和操作电子单元(ME)被设计成将电能馈送到至少一个振动激励器(41)中，以便借助于电激励信号(e1)实现管(11)的机械振动。此外，测量和操作电子单元(ME)被设计成通过每个振动信号(s1，s2)和每个温度测量信号(θ1，θ2)产生质量流量序列(Xm)——即，一系列时间上连续的质量流量测量值(xm,i)，其表示流体的瞬时质量流率(m)，使得至少对于参考质量流率(mref)——即，流过换能器设备的参考流体的指定的质量流率，质量流量测量值(xm,i→xm,ref)与温度差()无关。

主权项

1.一种用于测量流体(FL1)的质量流率m的振动测量系统，所述流体(FL1)特别是在管道中流动的流体，特别是气体、液体或分散体，所述测量系统包括：‑借助于微处理器和/或数字信号处理器形成的测量和操作电子单元(ME)；‑以及，换能器设备，所述换能器设备电耦合到，特别是也机械连接到所述测量和操作电子单元(ME)，‑其中，所述换能器设备(MW)包括：‑‑第一管(11)，所述第一管(11)包括由壁，特别是金属壁围绕的内腔(11')，并且从入口侧第一端(11a)延伸到出口侧第二端(11b)，并且特别是至少部分地弯曲和/或至少部分地笔直，并且被设置或设计成至少由所述流体(FL1)的部分体积从所述入口侧第一端朝向所述出口侧第二端流过，并在此过程中被使得振动；‑‑第二管(12)，所述第二管(12)包括由壁围绕的内腔，并且从入口侧第一端(12a)延伸到出口侧第二端812b)，并且例如至少部分地弯曲和/或至少部分地笔直和/或在设计上与所述第一管(11)相同，并且/或者与所述第一管(11)平行布置，并且被设计成由流体——即，例如与所述第一管(11)同时地——从所述入口侧第一端(12a)朝向所述出口侧第二端(12b)流过，并且在此过程中被使得——即，例如与所述第一管同时或镜像反转地——振动；‑‑第一温度传感器(71)，所述第一温度传感器(71)与所述第一管的所述壁导热地耦合，并且‑‑‑位于与距所述第一管(11)的所述第二端(11b)相比距所述第一管(11)的所述第一端(11a)更近的位置‑‑‑并且被设置或设计成感测第一测量点温度——即，在借助于所述温度传感器(71)形成的入口侧第一温度测量点处的所述第一管的所述壁的温度，并且将所述第一测量点温度转换为第一温度测量信号(θ1)——即，表示所述第一测量点温度的第一电测量信号，所述第一电测量信号特别地具有取决于所述第一测量点温度的电信号电压和/或具有取决于所述第一测量点温度的电信号电流；‑‑第二温度传感器(72)，所述第二温度传感器(72)导热地耦合到所述第二管(12)的所述壁，特别是类似于所述第一温度传感器(71)，并且特别是在设计上与所述第一温度传感器(71)相同，以及‑‑‑位于与距所述第二管(12)的所述第一端(12a)相比距所述第二管(12)的所述第二端(12b)更近的位置‑‑‑并且被设置或设计用于感测第二测量点温度——即，在借助于所述温度传感器(72)形成并且远离所述第一温度测量点和/或在所述出口侧的第二温度测量点处的所述第二管(12)的所述壁的温度，并将所述第二测量点温度转换成第二温度测量信号(θ2)——即，表示所述第二测量点温度的第二电测量信号，所述第二电测量信号特别地具有取决于所述第二测量点温度的电信号电压和/或具有取决于所述第二测量点温度的电信号电流；‑‑至少一个特别是电动的振动激励器(41)，用于激励和保持所述第一管和所述第二管两者围绕相关的静态静止位置的机械振动——即，特别是围绕相应的假想振动轴的每个所述管的弯曲振动，所述假想振动轴将每个所述管相应的第一端假想地连接到每个所述管相应的第二端；‑‑第一振动传感器(51)，用于感测至少所述第一管(11)的机械振动，所述振动传感器特别是电动的，并且‑‑‑位于与距所述第一管(11)的所述第二端(11b)相比距所述第一管(11)的所述第一端(11a)更近的位置‑‑‑并且被设置或设计成感测至少借助于所述振动传感器(51)形成的入口侧第一振动测量点处的所述第一管的振动运动，并产生表示至少所述振动运动的第一振动信号(s1)；‑‑以及，至少一个第二振动传感器(52)，用于感测至少所述第一管(11)的机械振动，所述振动传感器特别是电动的和/在或设计上与所述第一振动传感器(51)相同，并且‑‑‑位于与距所述第一管(11)的所述第一端(11a)相比距所述第一管(11)的所述第二端(11b)更近的位置‑‑‑被设置或设计成感测至少借助于所述振动传感器(52)形成的出口侧第二振动测量点处的所述第一管的振动运动，并产生表示至少所述振动运动的第二振动信号(s2)，使得在所述第一振动信号(s1)和所述第二振动信号(s2)之间存在相位差所述相位差取决于质量流率m和温度差两者，所述温度差是在所述第一振动传感器(51)的温度和所述第二振动传感器(52)的温度之间建立的，并且随时间变化，特别是至少暂时地以大于0.05K/s的变化率变化，‑其中，所述测量和操作电子单元(ME)电连接到所述第一振动传感器和所述第二振动传感器(51、52)中的每一个以及所述第一温度传感器和所述第二温度传感器(71、72)中的每一个，并且还电连接到至少一个振动激励器(41)；‑其中，所述测量和操作电子单元(ME)被设计成将电能馈送到所述至少一个振动激励器(41)中，以便借助于电激励信号(e1)实现所述第一管(11)和所述第二管(12)两者的机械振动；‑并且其中，所述测量和操作电子单元(ME)被设计成使用所述第一振动信号和所述第二振动信号(s1，s2)中的每一个以及所述第一温度测量信号和所述第二温度测量信号(θ1，θ2)中的每一个来产生质量流量序列(X_m)——即，一系列时间上连续的质量流量测量值(x_m,i)，所述一系列时间上连续的质量流量测量值(x_m,i)分别瞬时表示所述流体的所述质量流率m，使得‑‑至少针对参考流体的参考质量流率(m_ref)——即，指定的质量流率——的所述质量流量测量值(x_m,i→x_m,ref)与所述温度差无关，所述参考质量流率(m_ref)例如不大于1kg/h并且/或者保持恒定，所述参考流体特别是流体或气体，所述参考流体流过所述换能器设备并且例如也层流地和/或以小于1000的雷诺数地流过所述第一管和/或所述第二管，并且/或者具有大于1kJ·kg^‑1·K^‑1和/或小于4.2kJ·kg^‑1·K^‑1的比热容(c_p,ref)，特别是使得‑‑‑对于尽管恒定但是不为零的至少一个参考质量流率(m_ref)，即使在各种温度差——即，大于1K和/或小于10K的温度差、和/或随时间跨越大于1K的范围的温度差和/或随时间以大于0.05K/s的变化率变化的温度差——的情况下，在时间上连续确定的质量流量测量值(x_m,i→x_m,ref)彼此偏差不超过所述参考质量流率(m_ref)的0.01％，‑‑‑并且/或者，即使在各种温度差的情况下，尽管存在大于1K和/或小于10K的温度差、和/或随时间跨越大于1K和/或小于10K的范围的温度差和/或随时间以大于0.05K/s的变化率变化的温度差，表示所述测量和操作电子单元(ME)的零标度标记的质量流量测量值(x_m,ref→x_m,ZERO)——即，在没有流体流动通过换能器设备或者参考质量流率(m_ref)相应地为零的情况下，在时间上连续分别确定的质量流量测量值——小于0.01kg/h或相互偏离小于0.01kg/h。