用于確定流體的密度的方法和測量系統(tǒng)的制作方法

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用于確定流體的密度的方法和測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】在根據(jù)本發(fā)明的方法和測量系統(tǒng)中，被流體(FL)接觸的振動本體(10)可以以使得其至少部分地執(zhí)行以依賴于接觸振動本體的第一表面(10+)的流體的密度以及依賴于振動本體的溫度的諧振頻率的機械振蕩(諧振振蕩)的方式振動。為了產(chǎn)生具有信號頻率對應于諧振頻率、即依賴于流體密度的至少一個信號分量的至少一個振蕩測量信號，借助于振蕩傳感器(51)來記錄振動本體的振動。此外，與振動本體的沒有接觸流體的第二表面(10#)熱耦接的溫度傳感器(61)被用于產(chǎn)生代表振動本體的可變溫度的時間曲線的溫度測量信號。尤其是由于振動本體的導熱率和熱容，溫度測量信號可以僅具有時間延遲地跟隨振動本體從開始的第一溫度值Θ10,t1到第二溫度值Θ10,t2的溫度變化?；谡袷帨y量信號以及溫度測量信號，產(chǎn)生了代表密度的密度測量值，考慮并且尤其是至少部分地補償了在振動本體的溫度的時間曲線和溫度測量信號之間可能出現(xiàn)的任何偏差。
【專利說明】用于確定流體的密度的方法和測量系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種確定與被振蕩地保持的振動本體接觸的流體的密度P的方法，該振動本體可以被激勵以執(zhí)行振動。本發(fā)明還涉及一種適合于執(zhí)行該方法的對應的測量系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 測量系統(tǒng)常常在用于確定在管道中流動的或儲存在容器中的流體的密度的工業(yè) 過程測量技術中使用，在該情形中，使作為物理-電測量換能器的一部分的、被振蕩地保持的振動本體與待測量的流體接觸，即，與其體積部分接觸。在操作過程中以例如主動地借助于作用在振動本體上的電-機械振蕩激勵器的方式使被流體接觸的振動本體振動，使得振動本體至少部分地執(zhí)行諧振振蕩，即具有諧振頻率的機械振蕩，其依賴于振動本體的機械構造，并且也依賴于流體的密度。為此目的，測量換能器經(jīng)常應用在例如保持流體的罐的容器的容器壁中，或在流體移動穿過的管路的路線中，并且還配備成記錄振動本體的振動并產(chǎn)生至少一個振蕩測量信號，該至少一個振蕩測量信號具有帶有對應于諧振頻率的信號頻率并且因此依賴于流體密度的至少一個信號分量。借助于一個或多個振動本體形成并且因此適合于測量密度的這種測量換能器、或者說測量系統(tǒng)的示例除此之外在EP-A 564682、EP-A 919793、US-A 2007/0028663、US-A2008/0127745、US-A 2010/0083752、US-A 2010/0236323、US-A 2011/0219872、US-A4,524,610、US-A 4,801，897、US-A 5,027,662、 US-A 5,054,326、US-A5,796,011、US-A 5,965,824、US-A 6073495、US-A 6,138,507、 US-A6，148,665、US-B 6,044,694、US-B 6,389,891、US-B 6,651，513、US-B6,688，176、 US-B 6,711，942、US-B 6,845,663、US-B 6,912,904、US-B6,938,475、US-B 7,040,179、 US-B 7，102,528、US-B 7,272,525、US-B7,549,319、US-B 7,681，445、US-B 7,874,199、 WO-A 00/19175、WO-A 01/02816、WO-A 01/29519、WO-A 88/02853、WO-A 93/01473、 TO-A 93/19348、TO-A 93/21505、TO-A 94/21999、TO-A 95/03528、TO-A 95/16897、TO-A 95/29385或W0-A 98/02725中描述。據(jù)此，振動本體可以例如是插入到承載流體的管路的路線內(nèi)的測量管，因而是流體流動穿過的測量管--例如，以用于流動的流體的純密度測量設備的形式、以科里奧利質(zhì)量流量/密度測量設備的形式和/或以密度/粘度測量設備的形式的測量系統(tǒng)的測量換能器的測量管--或者，然而，例如也是借助于延伸到位于管路或容器中的流體中的振蕩氣缸形成的，并且在給定情形中，是以桿或槳狀物形狀形成和/ 或內(nèi)部是空的，因此例如其也由對填充水平的限位值補充地也測量密度的電子振動填充水平限位開關來提供。
[0003] 測量換能器還與用于評估至少一個振蕩測量信號和用于產(chǎn)生代表密度的對應的密度測量值的測量系統(tǒng)的電子設備連接。在所論述類型的現(xiàn)代測量系統(tǒng)的情形中，如除在其它中描述之外也在US-B 6, 311，136或US-A 6, 073, 495中描述的，這種電子設備最通常借助于在給定情形中形成為數(shù)字信號處理器（DSP)的一個或多個微處理器來實施。除評估由測量換能器輸送的且代表其振動本體的振蕩的至少一個振蕩測量信號之外，電子設備也用于產(chǎn)生至少一個驅(qū)動器信號，例如，諧波和/或定時驅(qū)動器信號，用于在振動本體上起作用的且用于有效地激勵所述振蕩的電-機械振蕩激勵器，例如，具有與固定在振動本體上的永磁體或與固定在振動本體上的壓電元件相互作用的激勵線圈的電-機械振蕩激勵器，其中驅(qū)動器信號具有帶有與振動本體的諧振頻率匹配的信號頻率的信號分量。所述信號分量、或者說驅(qū)動器信號，例如，也可以關于其電流水平和/或電壓水平來控制。
[0004] 在所論述類型的測量系統(tǒng)的情形中，電子設備最常見地容納在至少一個比較堅固的電子設備外殼中，尤其是耐沖擊的、耐壓的和/或耐氣候的電子設備外殼中。例如，電子設備外殼可以遠離測量換能器布置并僅經(jīng)由柔性線纜與測量換能器連接；然而，如也在開始提到的US-A 5, 796, 011中顯示的，電子設備外殼還可以直接地布置在測量換能器或單獨地容納測量換能器且因此也容納其振動本體的測量換能器外殼上。此外，然而，如除此之外在W0-A 01/29519中顯示的，在給定情形中，使用容納在兩個或更多個單獨的外殼模塊中的模塊地形成的電子設備來形成所論述類型的測量系統(tǒng)也是非常見。
[0005] 在所論述類型的測量系統(tǒng)的情形中，電子設備通常經(jīng)由對應的電線電連接到上級電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，該上級電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)經(jīng)常在空間上布置成從各自設備移除。經(jīng)常地，電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)也在空間上分布。由各自的測量系統(tǒng)產(chǎn)生的測量值借助于相應地承載測量值的測量值信號來緊接著轉(zhuǎn)送。所論述類型的測量系統(tǒng)另外地通常借助于設置在上級數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡彼此連接和/或與對應的例如安裝在遠程控制室中的現(xiàn)場可編程邏輯控制器或處理控制計算機的電子處理控制件連接，其中借助于各自的測量系統(tǒng)產(chǎn)生的且以合適的方式數(shù)字化的和相應地編碼的測量值被轉(zhuǎn)送。借助于這種處理控制計算機，傳輸?shù)臏y量值可以被進一步處理且例如在監(jiān)視器上被可視化為對應的測量結果，和/或被轉(zhuǎn)換成用于諸如例如磁操作閥、電馬達等的、被實現(xiàn)為致動設備的其它現(xiàn)場設備的控制信號。因為現(xiàn)代的測量布置經(jīng)常也可被監(jiān)控且在給定情形中，由這種控制計算機直接地控制和/或配置，因此指定用于測量系統(tǒng)的操作數(shù)據(jù)同樣以對應方式經(jīng)由前述的數(shù) 據(jù)傳輸網(wǎng)絡來發(fā)送，該數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡關于傳輸物理和/或傳輸邏輯經(jīng)常是混合型的。因此，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通常也用于根據(jù)下游的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡的要求來調(diào)節(jié)由測量系統(tǒng)輸送的測量值信號，例如合適地數(shù)字化測量值信號，并且在給定情形中，將該測量值信號轉(zhuǎn)換成對應的電報，和/或現(xiàn)場評估該測量值信號。為此，在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中設置了與各自的連接線電耦接的評估電路，該評估電路預處理和/或進一步處理從各自的測量系統(tǒng)接收到的測量值，并且在所需情形中合適地轉(zhuǎn)換該測量值。在這種工業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖侵?少區(qū)域性的、尤其是串行的現(xiàn)場總線，諸如，例如基金會現(xiàn)場總線（FOUNDATION FIELDBUS)、 RACKBUS-RS485、過程現(xiàn)場總線（PR0FIBUS)等，或者，例如，還有基于以太網(wǎng)（ETHERNET)標準的網(wǎng)絡，以及對應的經(jīng)常是廣泛地標準化的傳輸協(xié)議。替代地或補充地，在所論述類型的現(xiàn)代測量系統(tǒng)的情形中，測量值也按無線電無線地傳輸?shù)礁髯缘臄?shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
[0006] 除處理和轉(zhuǎn)換從分別連接的測量系統(tǒng)輸送的測量值所需的評估電路之外，這種上級數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)經(jīng)常還具有用于為連接的測量設備和/或切換設備供應電能的電源電路。這種電源電路提供用于各自的電子設備的供應電壓并驅(qū)動流過與其連接的電線以及流過各自的電子設備的電流。在給定情形中，這種電壓直接地從連接的現(xiàn)場總線供給。在該情形中，供電電路可以與例如準確地說一個測量系統(tǒng)、或者說對應的電子設備相關聯(lián)，并且可以與和各自的測量系統(tǒng)--例如，統(tǒng)合到對應的現(xiàn)場總線適配器內(nèi)--相關聯(lián)的評估電路一起容納在共享的電子設備外殼中，例如以hatrail模塊的形式。然而，在每一種情形中，非常常見的是將供電電路和評估電路--在給定情形中，在空間上相互遠離地--容納在分別的電子設備外殼中，并且經(jīng)由外部線將它們布線在一起。
[0007] 在用于密度測量的測量系統(tǒng)的情形中，其中測量系統(tǒng)借助于振動本體操作，諸如除別的之外在開始提到的W0-A 88/02853、W〇-A 98/02725、W〇-A 94/21999中公開的，在基于振動本體的諧振振蕩或者其諧振頻率f；確定密度P的情形中，振動本體的溫度θ m、因此依賴于待測量的流體的溫度的振動本體的溫度、因而振動本體的可變溫度，應被考慮進去。為了確定密度，在振動本體的背離流體的表面--因此沒有被流體接觸的"干"表面--上的振動本體的局部溫度被傳感器記錄，通常是借助于附著在其上的電阻式溫度計的鉬電阻或者借助于附著在所述表面上的熱電偶，以及在電子設備中的對應測量電路。隨后在確定密度時對應地將該溫度考慮進去，例如根據(jù)關系 len、?&丨()、f,2 =肌七％))或者fr2 = f (1/Ρ )。在所論述類型的測量系統(tǒng)的情形中，尤其是在這種具有作為振動本體的在其兩端夾緊的測量管的情形中，除別的方式之外，如除別的之外也在US-A 2011/0219872中提到的，通過記錄位于其靜態(tài)靜止位置的振動本體的機械變形--例如由于振動本體的溫度改變和/或由于作用于振動本體的力引起的變形--或者由此引起的在振動本體內(nèi)的機械應力，并且在計算密度中對應地將此考慮進去，可以實現(xiàn)最終利用其測量密度的精度的另外改進。振動本體的這種機械變形可以例如借助于經(jīng)由其"干"表面與振動本體機械地耦接的一個或多個應變傳感器來記錄。
[0008] 然而，對所論述類型的測量系統(tǒng)的進一步調(diào)查表明，基于測量溫度和諧振頻率 f；，假如在幾分鐘或更多時間的較長時段內(nèi)溫度保持恒定，則流體的密度P可以實際上被非常準確地確定，即，正好具有小于〇. 2 %的相對測量誤差。然而，尤其是改變管路中的流體的情形中，針對"新"流體測量的密度可以首先明顯地偏離其實際密度；這--甚至在應用應變傳感器的情形中--不幸地有時甚至以這種方式使得在流體具有相對于之前的流體實際上減小的密度的情形中首先確定了比之前高的密度，相應相反地，也不管"新"流體的較大密度而首先確定了較小的密度。因此，密度的測量誤差與其變化相比具有反號，相應地，到這個程度，測量系統(tǒng)具有全通特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 考慮到這點，本發(fā)明的目的是提供借助于被流體接觸的振動本體確定流體密度的方法，該方法也在所述流體被引入振動本體作為對另一流體的替代之后立刻是成功的。該方法在使用常規(guī)振動本體時，相應地，在使用用于記錄振動本體的溫度的常規(guī)傳感器布置時盡可能地工作。
[0010] 為了實現(xiàn)該目的，本發(fā)明在于一種確定接觸振蕩地保持的振動本體的流體的密度的方法，振動本體--例如金屬振動本體--是可激勵的以執(zhí)行振動，其中振動本體具有例如大于5W ΙΤπΓ1的比導熱率，因此具有依賴于該比導熱率的導熱率，該導熱率對于從一方面振動本體的接觸流體的第一表面到另一方面沒有接觸流體的第二表面的熱傳遞是有效的，第一表面具有流體溫度，即接觸第一表面的流體的溫度，并且所述振動本體具有熱容，并且其中振動本體的溫度，即依賴于流體溫度的振動本體的溫度，是可變的。該方法包括以下步驟：以下述方式使被流體接觸的振動本體振動：使得振動本體至少部分地執(zhí)行諧振振蕩，即具有諧振頻率的機械振蕩，該諧振頻率依賴于接觸振動本體的第一表面的流體的密度并且也依賴于振動本體的溫度；以及記錄振動本體的振動以產(chǎn)生至少一個振蕩測量信號，該至少一個振蕩測量信號具有信號頻率對應于諧振頻率并且因此依賴于流體的密度的至少一個信號分量；應用經(jīng)由振動本體的第二表面與振動本體熱耦接的溫度傳感器來產(chǎn) 生溫度測量信號，該溫度測量信號代表振動本體的溫度、即依賴于在振動本體的第一表面上接觸振動本體的流體的溫度的振動本體的溫度的時間曲線，其中尤其是由于振動本體的導熱性和熱容引起的溫度測量信號僅時間延遲地跟隨振動本體從開始的第一溫度值到第二溫度值的溫度變化，例如由在振動本體的第一表面上接觸振動本體的流體的溫度變化和 /或流體變化引起的變化，使得溫度測量信號因此僅時間延遲地對應于所述第二溫度值。而且，本發(fā)明的方法包括步驟：基于振蕩測量信號以及溫度測量信號在振動本體的溫度變化期間，例如在由在振動本體的第一表面上振動本體的溫度變化引起的振動本體的溫度變化期間產(chǎn)生密度測量值。實際上，密度測量值以這樣的方式產(chǎn)生：使得在產(chǎn)生密度測量值期間在振動本體的溫度的時間曲線和溫度測量信號之間發(fā)生的偏差，尤其是依賴于時間的偏差，被考慮進去，例如，甚至至少部分地被補償。
[0011] 而且，本發(fā)明在于一種用于確定流體，例如在管道中流動的流體的密度的測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)包括：測量換能器，其具有至少一個振動本體，例如金屬振動本體，該振動本體被振蕩地保持，并適合于以使得第一表面呈現(xiàn)流體溫度，即接觸第一表面的流體的溫度的方式在第一表面上被待測量的流體接觸，并適合于被以使得振動本體至少部分地執(zhí)行諧振振蕩，即具有依賴于流體的密度的諧振頻率的機械振蕩的方式引起振動，并且振動本體具有例如大于5W ΙΤπΓ1的比導熱率λ1(ι，因此具有依賴于該比導熱率的導熱率Λ1(ι，該導熱率Λ 1(|對于從第一表面到?jīng)]有接觸流體的第二表面的熱傳遞是有效的，并且振動本體具有熱容C1(l，并且測量換能器具有至少一個振蕩傳感器，其用于記錄測量管的振動并用于產(chǎn)生振蕩測量信號，該振蕩測量信號具有信號頻率依賴于流體密度的至少一個信號分量，并且測量換能器具有溫度傳感器，其與振動本體的第二表面熱耦接，用于記錄依賴于流體溫度的振動本體的第二表面上的溫度，并用于產(chǎn)生代表振動本體的溫度，即依賴于流體溫度的振動本體的溫度的時間曲線的溫度測量信號，其中尤其是由于振動本體的導熱性Λ 1(ι和熱容C1(l引起的溫度測量信號僅時間延遲地跟隨振動本體從開始的第一溫度值到第二溫度值的溫度變化，例如由在振動本體的第一表面上接觸振動本體的流體的溫度變化和/或流體變化引起的溫度的變化，使得溫度測量信號因此僅時間延遲地對應于所述第二溫度值。測量系統(tǒng)還包括電子設備，其與測量換能器電連接，用于處理振蕩測量信號和溫度測量信號以及用于基于振蕩測量信號和溫度測量信號兩者產(chǎn)生代表流體密度的密度測量值。本發(fā)明的測量系統(tǒng)的電子設備還布置成在產(chǎn)生密度測量值期間考慮在振動本體的溫度的時間曲線和溫度測量信號之間出現(xiàn)的偏差，尤其是依賴于時間的偏差，尤其是以使得所述偏差至少部分地被補償?shù)姆绞健?br> [0012] 根據(jù)本發(fā)明的方法的第一實施例，該方法還包括步驟：應用振蕩測量信號來產(chǎn)生代表被流體接觸的振動本體的諧振頻率的頻率測量值。此外，該方法包括：應用溫度測量信號來產(chǎn)生代表振動本體的溫度的溫度測量值的步驟；以及應用頻率測量值和溫度測量值兩者來產(chǎn)生代表密度的密度測量值的步驟。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的方法的第二實施例，該方法還包括步驟：產(chǎn)生頻率的取樣序列，即基于至少一個振蕩測量信號在不同的時間點確定的數(shù)字頻率值的序列。這種序列接近振動本體的諧振頻率的時間曲線。進一步開發(fā)本發(fā)明的該實施例，另外提供了，應用頻率的取樣序列來產(chǎn)生頻率的延遲取樣序列，即基于頻率的取樣序列在不同的時間點確定的數(shù)字頻率值的序列，以便以下述方式接近振動本體的諧振頻率的時間曲線，使得所述頻率的延遲取樣序列比頻率的取樣序列更緩慢地逼近跟隨諧振頻率的變化，例如諧振頻率的跳躍狀變化的諧振頻率的時間曲線。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的方法的第三實施例，該方法還包括步驟：產(chǎn)生表面溫度的取樣序列，即基于至少一個溫度測量信號在不同的時間點確定的數(shù)字溫度值的序列，以便接近振動本體的第二表面上的溫度的時間曲線。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的方法的第四實施例，該方法還包括步驟：產(chǎn)生振動本體的溫度估計序列，即基于至少一個溫度測量信號在不同的時間點確定的數(shù)字溫度值的序列，以便以下述方式接近振動本體的溫度的時間曲線：使得振動本體的所述溫度估計序列比溫度測量信號更快速地逼近跟隨振動本體的第二表面上的溫度的變化，例如跳躍狀變化和/或由流體溫度的變化引起的變化的振動本體的溫度的時間曲線。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的方法的第五實施例，該方法還包括：應用經(jīng)由振動本體的第二表面與振動本體機械地耦接的應變傳感器來產(chǎn)生代表振動本體的變形，即依賴于振動本體的溫度的振動本體的變形和/或作用于振動本體的力的時間曲線的變形測量信號的步驟。進一步開發(fā)本發(fā)明的該實施例，還提供了產(chǎn)生變形取樣序列，即基于至少一個變形測量信號在不同的時間點確定的數(shù)字變形測量值的序列，以便接近振動本體的變形的時間曲線；并應用變形取樣序列，以產(chǎn)生密度測量值。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的方法的第六實施例，進一步提供了，振動本體為具有由管壁或管道壁，尤其是金屬壁包圍的管腔的振蕩地保持的測量管。進一步開發(fā)本發(fā)明的該實施例，測量管還適合于以下述方式浸入流體中：使得振動本體的接觸流體的第一表面由管壁或管道壁的外表面形成，并且振動本體的沒有接觸流體的第二表面由管壁或管道壁的面向管腔的內(nèi) 表面形成。替代地，然而，測量管還可以適合于承載流體，例如流動的流體，其中振動本體的接觸流體的第一表面由管壁或管道壁的面向管腔的內(nèi)表面形成，并且振動本體的沒有接觸流體的第二表面由管壁或管道壁的外表面形成。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的第七實施例，振動本體適合于運輸流體，相應地使流體流過振動本體。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的第八實施例，振動本體適合于浸入流體中或者被流體流過。進一步開發(fā)本發(fā)明的該實施例，此外提供了，振動本體具有振蕩地保持的膜，并且振動本體的接觸流體的第一表面借助于第一膜表面形成，并且沒有接觸流體的第二表面由與第一膜表面相反地放置的第二膜表面形成。在本發(fā)明的該實施例的情況下，例如，振動本體還可以具有固定在第一膜表面上的槳狀物，因此是伸入到流體內(nèi)的槳狀物。
[0020] 本發(fā)明的基本思想是至少部分地補償在所論述類型的測量系統(tǒng)中固有的之前未認識到的動態(tài)測量誤差，這種誤差可以在關于振動本體的溫度瞬時的過渡時間段期間發(fā)生并且例如由流體變化和/或流體溫度的明顯變化引起。這種補償通過相應地校正在振動本體上測量的溫度和/或測量的諧振頻率來實現(xiàn)，即，通過使測量的諧振頻率的時間曲線隨后符合相對于測量的諧振頻率有規(guī)律地跟蹤的測量溫度的時間曲線，或者通過使測量溫度的時間曲線隨后符合相對于測量的溫度超前的測量的諧振頻率的時間曲線。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 現(xiàn)在基于附圖中的圖給出的實施例的示例更詳細地解釋本發(fā)明及其它有利實施例。相同部件在所有圖中設有相同的參數(shù)符號；當需要簡明或另外顯得合情理時，在隨后的圖中省略已經(jīng)提到的參考符號。此外，其它有利實施例或另外的發(fā)展，尤其是還有本發(fā)明的第一次僅單獨地解釋的方面的組合，將從附圖的圖以及也從所附權利要求本身變得明顯。附圖中的圖顯示如下：
[0022] 圖1、2顯示了用于測量在管道中流動的流體的密度的工業(yè)測量和自動化技術的測量系統(tǒng)（此處以緊湊的測量設備的形式實施）；
[0023] 圖3以框圖的方式示意性地顯示了圖1的具有電子設備和連接到該電子設備的測量換能器的測量系統(tǒng)；
[0024] 圖4示意性地顯示了適合于根據(jù)圖1的測量系統(tǒng)或者根據(jù)圖2和3的測量換能器的測量布置的原理的簡圖，包括振動本體、振蕩激勵器、振蕩傳感器和溫度傳感器；
[0025] 圖5以分解圖顯示了測量換能器的變化形式，尤其是適合于根據(jù)圖1、或者說圖2 的測量系統(tǒng)的測量換能器，其具有借助于測量管形成的振動本體；
[0026] 圖6a顯示了借助于根據(jù)圖2、3和/或4的測量換能器確定的待測量的實際密度、振動本體的測量的諧振頻率、振動本體上測量的溫度以及以常規(guī)方式由此得出的測量密度的時間曲線；以及
[0027] 圖6b、c顯示了借助于根據(jù)圖2、3和/或4的測量換能器確定的待測量的實際密度、振動本體的校正的諧振頻率、相應地振動本體的校正溫度以及由此得出的測量密度的時間曲線。

【具體實施方式】
[0028] 圖1、2和3通過舉例示意性地顯示了測量系統(tǒng)，尤其是適合于在工業(yè)測量技術和自動技術中應用的測量系統(tǒng)。這種測量系統(tǒng)用于測量在諸如例如管道或流水槽的管路中可引導的或者可容納在諸如例如罐的容器中的可流動的、因此例如是液體或氣體的流體FL 的密度P，并且因此產(chǎn)生代表作為時間的函數(shù)的所述密度的連續(xù)測量值XP。測量系統(tǒng)在本文中在每一種情形中實施為在線測量設備，即可插入到管道（未顯示）的路線內(nèi)的測量系統(tǒng)。例如，測量系統(tǒng)可以因此是用于補充密度P地還測量正被測量的流動流體的質(zhì)量流量 m的科里奧利質(zhì)量流量/密度測量設備和/或用于補充密度地還測量流動流體的粘度η的密度/粘度測量設備。
[0029] 為了記錄密度，測量系統(tǒng)包括測量換能器ΜΤ--在本文中為可插入到管道（未顯示）的路線內(nèi)的測量換能器。在操作期間，待測量流體流過測量換能器。測量換能器ΜΤ包括振蕩地保持的振動本體10,尤其是由金屬制成的振動本體，并且--如從圖1、2和3的組合直接明顯的--被電連接到容納在電子外殼200中并持續(xù)輸送密度測量值Χ ρ的測量電子設備ME。振動本體10具有多個本征頻率，其中每一種由振動本體的材料、相應地彈性模量以及由振動本體的機械構造、相應地實際的安裝環(huán)境來決定性地決定。
[0030] 如圖4中示意性地給出的，振動本體10適合于在操作期間至少在第一表面10+上被待測量的流體FL接觸并且同時被有效地激勵以執(zhí)行機械振蕩，并且實際上是以使得被流體接觸的振動本體10至少部分地執(zhí)行諧振振蕩(V即，具有諧振頻率f；的機械振蕩的方式，諧振頻率f；--除依賴于本征頻率之一外--還依賴于接觸振動本體的第一表面的流體的密度P，并且因此可以用作所述密度的度量。此外，如已知的，諧振頻率f；另外地還由流體溫度θα決定，即，接觸第一表面的流體的溫度，因為振動本體的本征頻率，尤其是由于振動本體的彈性模量的溫度依賴性以及還由于溫度依賴的體積膨脹，還受振動本體的溫度θ1()，尤其是平均溫度，即依賴于流體溫度S FL的振動本體溫度的決定性影響。
[0031] 基于振動本體10的這些機械振蕩，測量換能器還產(chǎn)生：依賴于密度的至少一個振蕩測量信號s smsl，即具有信號頻率對應于諧振頻率f；且因此代表振動本體10的振動的至少一個信號分量；以及用于補償振動本體的溫度對諧振頻率f；、因此對振蕩測量信號 Ssmsl的影響的至少一個溫度測量信號Θ_。在任何情況下，信號Θ_對應于至少近似地代表振動本體的溫度化〇的時間曲線。
[0032] 如圖3中示意性地給出的，因此，測量電子設備ME還包括用于激活測量換能器的驅(qū)動電路Exc以及用于處理測量換能器MT的至少一個振蕩測量信s smsl號并例如借助于至少一個微處理器和/或借助于數(shù)字信號處理器（DSP)形成的測量和評估電路μ C。測量和評估電路μ C應用至少一種振蕩測量信號ssmsl來產(chǎn)生例如還可以為數(shù)字值的形式的密度測量值。
[0033] 借助于電子設備ME產(chǎn)生的密度測量值例如可以在線顯示。為了使在測量設備內(nèi) 部產(chǎn)生的測量值和/或在給定情形中測量設備內(nèi)部地產(chǎn)生的系統(tǒng)狀況報告--諸如例如誤差報告或警報--在線可視化，也如圖3中表示的，測量設備例如具有與電子設備通信的且在給定情形中也是便攜式的顯示和服務元件HMI。顯示和服務元件HMI的示例包括，例如，放置在電子設備外殼中在其中相應地設置的窗口后面的LCD顯示器、0LED顯示器或TFT顯示器，以及對應的輸入鍵盤和/或觸摸屏。以有利的方式，例如，也是遠程地可參數(shù)化的電子設備也可以如此設計，使得其可以在測量設備的操作期間經(jīng)由例如現(xiàn)場總線系統(tǒng)和/或無線地無線電設備的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，與例如可編程邏輯控制件（PLC)、個人計算機和/或工作站的上級電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)交換測量數(shù)據(jù)和/或其它操作數(shù)據(jù)，諸如例如當前測量值和 /或系統(tǒng)診斷值或用于控制測量設備的調(diào)諧值。而且，電子設備ME也可以如此設計，使得其可以通過外部能量供應，例如，也經(jīng)由前述的現(xiàn)場總線系統(tǒng)來供給。對于測量設備將被耦接到現(xiàn)場總線或其它通信系統(tǒng)的情形，電子設備ME，例如，也是在線地和/或經(jīng)由通信系統(tǒng) (再）可編程的電子設備ME，可以另外地具有用于數(shù)據(jù)通信--例如，用于將測量數(shù)據(jù)和/ 或操作數(shù)據(jù)，因此，代表至少一個測量變量的測量值發(fā)送到已經(jīng)提到的可編程邏輯控制器或上級處理控制系統(tǒng)和/或用于接收用于測量設備的設定數(shù)據(jù)--的對應的通信接口。特別是對于測量設備將被耦接到現(xiàn)場總線系統(tǒng)或其它通信系統(tǒng)的情形，電子設備ME因此還包括根據(jù)相關工業(yè)標準之一為數(shù)據(jù)通信實現(xiàn)的通信接口 COM。而且，電子設備ME例如可以具有內(nèi)部能量供應電路ESC，其在操作期間經(jīng)由前面提到的現(xiàn)場總線系統(tǒng)通過設置在前面提到的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的外部能量供應來供給。在這種情形中，電子設備還可以如此實施，例如，使得其借助于兩線連接2L與外部電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可電連接，該兩線連接2L例如，配置成4-20mA電流環(huán)路，并且從而被供應有電能并能夠?qū)y量值傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)；然而，測量設備例如還可以實施為所謂的四導體測量設備，在該情形中，電子設備ME的內(nèi)部能量供應電路ESC借助于第一對線與外部能量供應連接，并且電子設備ME的內(nèi)部通信電路 COM借助于第二對線與外部數(shù)據(jù)處理電路或外部數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接。
[0034] 此外，在本文不出的實施例的不例中，測量電子設備ME容納在對應的電子設備外殼200中，尤其是一個耐沖擊和/或也是耐爆炸的和/或氣密密封的形成的和/或模塊化建立的外殼。例如，電子設備外殼200可以布置成從測量換能器移除，或者如圖1所示，直接地固定在測量換能器MT上，例如，在換能器外殼100外部，以便形成單一的緊湊設備。在本文示出的實施例的示例的情形中，因此在換能器外殼1〇〇上還放置了用于保持電子設備外殼200的頸狀過渡件。此外，在過渡件內(nèi)布置了氣密地和/或耐壓地密封的導管，例如借助于玻璃和/或塑料灌封的復合物來密封，用于在測量換能器MT的電部件--此處，例如，因此振蕩激勵器或振蕩傳感器--和電子設備ME之間的電連接線。
[0035] 為了有效地激勵振動本體的振動，尤其是還有測量密度所需要的諧振振蕩，測量換能器還包括與振動本體致動地連接的至少一個電-機械振蕩激勵器41，例如電動力學振蕩激勵器41，即借助于在螺線管線圈中可移動地延伸的電樞形成的。如分別在圖2、圖4中示意性地給出的、分別地從它們的組合直接地明顯的，所述振蕩激勵器41布置在背離振動本體10的第一表面10+的第二表面10#--即該表面在操作期間不被待測量的流體接觸的表面--處，并且在該情形中尤其是用于將借助于至少一個電驅(qū)動器信號s tov從電子設備ME的驅(qū)動電路Exc供給的電激勵功率Pex。轉(zhuǎn)換成例如脈動或諧波、即基本上正弦的激勵力F ex。，其對應地作用于振動本體10并且因此有效地激勵期望的諧振振蕩。例如，至少一個驅(qū)動器信號stov可以同時還具有帶有彼此不同的信號頻率的多個正弦信號分量，其中的一個信號分量--例如，至少有時關于信號功率占支配的信號分量--具有對應于測量密度所需要的諧振頻率f；的信號頻率。在該情形中，通過轉(zhuǎn)換供給到振蕩激勵器內(nèi)的電激勵功率P?。產(chǎn)生的激勵力F??？梢园磳Ρ绢I域技術人員來說本身已知的方式，借助于設置在電子設備ME中的驅(qū)動電路Exc--例如，借助于在驅(qū)動電路中實現(xiàn)的電流控制器和/或電壓控制器，控制驅(qū)動器信號的電流的振幅（電流水平）和/或關于其振幅的驅(qū)動器信號的電壓的振幅（電壓水平）--來對應地調(diào)諧，并且例如借助于同樣設置在驅(qū)動電路Exc中的相控制環(huán)路（PLL--鎖相環(huán)路），關于其瞬時頻率或在多頻激勵的情況下關于其瞬時頻率來對應地調(diào)諧，為此，例如也對照US-A 4, 801，897或US-B 6, 311，136。用于將所論述類型的振動本體有效激勵到瞬時諧振頻率的前面提到的相控制環(huán)路的構造和應用例如在 US-A 4,801，897中詳細地描述。當然，例如，也可以使用對本領域技術人員來說本身已知的適合于調(diào)諧激勵能量Ε?。的其它驅(qū)動電路，那些也在開始提到的現(xiàn)有技術中闡述，例如，開始提到的 US-A 4,777,833、US-A 4,801，897、US-A 4,879,911、US-A 5,009，109、US-A 5, 024, 104、US-A 5, 050, 439、US-A 5, 804, 741、US-A 5, 869, 770、US-A 6, 073, 495 或 US-A 6, 311，136。而且，關于這種驅(qū)動電路的應用，參照了設置有如從受讓人可得到的傳感器系列"PR0MASS83"的測量變送器的電子設備，例如，關于也用于在傳感器系列"PROMASS E"、 "PROMASS F"、"PR0MASS H"、"PR0MASS I"、"PR0MASS P"、"PR0MASS S"或"PROMASS X"中測量密度的測量換能器。例如，它們的驅(qū)動電路在每一種情形中被如此執(zhí)行，使得諧振振蕩被控制到很大程度上恒定的振幅，因此也獨立于待測量的各自流體的密度P或還有粘度Π 。
[0036] 為了記錄振動本體10的振動，尤其是還有借助于至少一個振蕩激勵器41有效地激勵的諧振振蕩cv以及為了將所記錄的振動轉(zhuǎn)換成至少一個振蕩測量信號s smsl，測量換能器MT還包括至少第一振蕩傳感器51，例如布置在振動本體10的第二表面10#上的電動力學傳感器--本文中是與至少一個振蕩激勵器41間隔開的傳感器。振蕩傳感器51最終地輸送代表振動本體的振動的振蕩測量信號s smsl，例如，以對應于具有依賴于振動本體的振蕩的瞬時振幅的振幅（電壓水平）的振蕩的電（交流）電壓和對應于諧振頻率f；的頻率的形式。而且，測量換能器另外地包括經(jīng)由振動本體10的第二表面10#與振動本體熱耦接的至少一個溫度傳感器61，例如附著在其上的溫度傳感器，用于產(chǎn)生提到的溫度測量信號Θ 。
[0037] 如已經(jīng)提到的且也分別在圖2、5中示意性地給出的，例如，振動本體10可以借助于在操作期間由流體FL流過的測量管來形成。測量管容納在測量換能器外殼100中并且被振蕩地保持在其中。測量管具有由管壁包圍的管腔，尤其是由金屬制成的管壁，并且在入口側(cè)的第一測量管端部10'和出口側(cè)的第二測量管端部10"之間延伸期望的振蕩長度。測量系統(tǒng)例如也可以相應地實施為補充密度地也測量流動流體FL的質(zhì)量流量的科里奧利質(zhì) 量流量/密度測量設備和/或?qū)嵤檠a充密度地也測量流體粘度的粘度/密度測量設備。測量管11，因此與其一起形成的振動本體，在該情形中適合于被待測量的流體流過，因此在流體已經(jīng)被允許流入管腔內(nèi)之后承載待測量流體的體積部分,其中振動本體的接觸流體的第一表面由面向管腔的管壁的內(nèi)表面形成且被流體接觸，而振動本體的沒有接觸流體的第二表面由管壁的外表面形成。在這種情形中，例如，用于測量密度的諧振振蕩可以使得引起用作振動本體的測量管在其整個期望的振蕩長度內(nèi)振動，例如，以彎曲振蕩模式，其中至少一個測量管圍繞將兩個測量管端部10'、10"假想地相互連接且基本上平行于測量換能器的假想縱向軸線L延伸的振蕩軸線以單側(cè)夾緊的懸臂的方式偏轉(zhuǎn)，并且在這種情形中，振蕩地、重復地、彈性地圍繞靜態(tài)靜止位置變形。在這種情形中，期望的振蕩長度實際上對應于在管腔內(nèi)延伸的中間軸線或者質(zhì)量中心軸線（穿過測量管的所有橫截面積的重心的連接線）的長度，在彎曲的測量管的情形中，因此為測量管的伸直長度。測量換能器在其機械構造方面以及也在其作用原理方面類似于在US-B 7, 360, 451或US-B 6, 666, 098中提出的測量換能器或者還有從用于測量流動流體的密度以及還有流動流體的質(zhì)量流量的、在受讓人的商標"PROMASS H"、"PR0MASS Ρ"或"PROMASS S"下可得到的那些測量換能器。然而，為了實施本發(fā)明，在具有作為振動本體的測量管的測量換能器的情形中，也具有振動本體的其它測量換能器也可以使用，因此具有直的測量管的這種測量換能器和/或多于一個測量管的測量換能器，例如因此四個測量管，或者如圖5中顯示的兩個測量管，或還有在開始提到的 US-A 2010/0236338、US-A 2010/0242623、US-A 2010/0242624、US-A 5,602,345、 US-A 5,731，527、US-A 5,796,011、US-A 6,006,609、US-B 6,513,393、US-B 6,840，109、 US-B 6, 920, 798or US-B 7, 017, 424中類似的這些測量換能器，或者，例如還有從用于測量流動流體的質(zhì)量流量以及流動流體的密度的、在受讓人的商標"PROMASS I"、"PR0MASS M"、 "PROMASS E"、"PR0MASS F"或"PROMASS X"下可得到的測量換能器。據(jù)此，例如，測量換能器還可以是單個直測量管或具有至少兩個測量管，該兩個測量管的每一個用作振動本體，例如，借助于入口側(cè)流量分配器和出口側(cè)流量分配器--在給定情形中，補充地還借助于入口側(cè)耦接元件和出口側(cè)耦接元件--相互機械地耦接，和/或相同地構造的測量管和/ 或彎曲的測量管和/或相互平行延伸，用于輸送待測量的流體。在操作期間，至少兩個測量管至少有時相互相反地振動，用于產(chǎn)生振蕩測量信號，例如，在共享的振蕩頻率下具有相同的頻率。特別是對于振動本體借助于直的測量管形成的情形，例如，諧振振蕩可以也為圍繞在給定情形中平行于、甚至重合于提到的測量換能器的縱向軸線的扭轉(zhuǎn)振蕩或徑向振蕩的形式。
[0038] 對于具有用作振動本體的測量管的這種測量換能器的典型情形，當所述測量換能器MT將與過程管路，例如金屬管道形式的過程管路一起可釋放地組裝時，如圖1、2或 5表明的或者如從它們的組合直接明顯的，在測量換能器的入口側(cè)（100+)上設置了用于連接到過程管路的將流體供應到測量換能器的管路節(jié)段的第一連接凸緣13,并且在出口側(cè)（ 100#)上設置了用于過程管路的將流體從測量換能器移除的管路節(jié)段的第二連接凸緣 14。在這種情形中，如在所述類型的測量換能器的情形中非常常見的，連接凸緣13、14因此也可以在末端集成在測量換能器外殼100中分別地形成入口側(cè)測量換能器端部100+和出口側(cè)測量換能器端部100#。在被應用在科里奧利質(zhì)量流量測量設備中的情形中，根據(jù)本發(fā) 明的另外實施例，測量換能器還包括在流動方向上與第一振蕩傳感器51間隔開的第二振蕩傳感器52,其中例如，第一振蕩傳感器放置在用作振動本體的測量管的入口側(cè)上，而第二振蕩傳感器布置在第一振蕩傳感器的下游，在測量管的出口側(cè)上。
[0039] 代替具有用作振動本體的測量管的測量換能器，或者形成有測量換能器的測量系統(tǒng)，例如，因此，可實施為科里奧利質(zhì)量流量/密度測量設備的測量系統(tǒng)，然而，也可以借助于用作振動本體且與待測量流體可接觸的某些其它電-機械振蕩系統(tǒng)來測量密度。例如，用于實施本發(fā)明的也可以是這種密度測量系統(tǒng)，在該情形中，為了記錄密度的目的，振動本體適合于至少部分地浸入待測量流體中或者由待測量流體流過。據(jù)此，例如，測量系統(tǒng)因此也可以是具有至少一個例如槳狀物形附屬物和/或內(nèi)部中空的振蕩桿的具有集成密度測量的所謂填充水平限位開關，例如，因此根據(jù)開始提到的US-B 6, 845, 663,從而振動本體可以以下述方式具有振蕩地保持的膜，使得振動本體的接觸流體的第一表面借助于第一膜表面形成并且沒有接觸流體的第二表面由與第一膜表面相反地設置的第二膜表面形成，或者振動本體還可以具有固定在第一膜表面上的槳狀物，以便該槳狀物可以伸入到流體內(nèi)。而且，例如，測量系統(tǒng)可以是具有中空本體形式的振動本體的科里奧利質(zhì)量流量/密度測量設備，其可以穿過管道的壁插入，諸如，例如，根據(jù)開始提到的EP-A 564682,諸如，至少單側(cè) 密封的內(nèi)部中空的圓柱體的形式。
[0040] 如圖2和3示意性地給出的，或者如從它們的組合直接地明顯的，由測量換能器產(chǎn) 生的至少一個振蕩測量信號s smsl以及還有溫度測量信號Θ sms被供給到電子設備ME，以便首先被預處理，尤其是借助于連接在其中設置的實際測量和評估電路μ c的前面的電子設備的輸入電路F1被前置放大、濾波且數(shù)字化。在該預處理之后，接下來進行評估，S卩，信號至少轉(zhuǎn)換成密度的至少一個測量值X P，或密度的其它稍后測量值；在給定情形中，這也考慮借助于至少一個驅(qū)動器信號供給到激勵器機構中的、將被轉(zhuǎn)換成激勵力的電激勵功率來完成。特別是為了產(chǎn)生密度測量值χ ρ，測量和評估電路UC基于振蕩測量信號Ssmsl反復地確定用作諧振頻率的度量的頻率測量值x f，因此該頻率測量值xf代表所述諧振頻率并形成用于確定當前的密度測量值xP的基礎，并且基于溫度測量信號e sms，有時也確定溫度測量值Χθ該溫度測量值Xa用作確定形成確定當前的密度測量值xP的基礎的本征頻率的振動本體的一個溫度的度量，因此代表振動本體的所述溫度。利用頻率測量值xf和溫度測量 1 + X 值可以按本領域技術人員熟悉的方式，例如，基于已知的近似公式xp …，因 A旮，入f 此通過將溫度測量值除以頻率測量值Xf的平方來確定密度測量值xP。
[0041] 在應用于科里奧利質(zhì)量流量測量設備的情形中，此外，電子設備ME還用于通過應用由測量換能器產(chǎn)生的振蕩測量信號，即基于由在流動的流體中的科里奧利力引起的在第一振蕩傳感器51和第二振蕩傳感器52的振蕩測量信號s smsl、s_n2之間檢測到的相位差，反復地確定質(zhì)量流量測量值Xm，其代表對于穿過測量換能器引導的流體要測量的質(zhì)量流量 m。替代地或補充地，如在借助于測量密度的振動本體形成的測量系統(tǒng)的情形中非常常見的，在給定情形中，也可以基于供入的電激勵功率Ρ ?。以及至少一個振蕩測量信號ssmsl，應用測量和評估電路來確定代表流體的粘度η的粘度測量值X n;為此，也對照開始提到的 US-B 7,284,449、US-B 7,017,424、US-B 6,910,366、US-B 6,840，109、US-A 5,576,500 * US-B 6, 651，513。
[0042] 用于產(chǎn)生測量值、尤其是還有密度測量值的這種評估程序或用于操作測量換能器的控制程序的程序代碼可以被存儲，例如持久地存儲在電子設備的非易失性數(shù)據(jù)存儲器 EEPR0M中，并且在啟動電子設備時加載到易失性數(shù)據(jù)存儲器RAM中，例如，集成到處理器中的易失性數(shù)據(jù)存儲器RAM。同樣，在操作期間借助于電子設備ME產(chǎn)生的測量值可以被加載到這種（在給定情形中，也是相同的）易失性或這種非易失性數(shù)據(jù)存儲器中并且對應地被保持用于稍后進一步處理。
[0043] 如已經(jīng)提到的，基于振動本體的諧振振蕩確定流體密度的方法有時可以呈現(xiàn)出相當大的測量不準確性，尤其是在直接跟隨流體FL的變化之后的過渡時間段期間的這種情形，在此時間段期間，測量系統(tǒng)從流體變化之前占據(jù)的穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變成由新的流體確定的變化狀態(tài)。對所論述類型的測量系統(tǒng)的進一步調(diào)查導致的結果是，這種測量不準確性可以部分地通過以下事實來解釋，即，這種流體變化一方面規(guī)則地也伴隨有對測量有效的流體溫度θκ的明顯變化，然而另一方面，確切地說，流體溫度的這種變化，或者其對整個測量系統(tǒng)的影響，迄今為止已經(jīng)被看做可忽略的、或者完全漏掉，然而在任何情形中沒有充分考慮，函數(shù)42 = €(1/^)或亡=丨'(&1〇)、0畫?&1。實際上僅適用于穩(wěn)定狀態(tài)條件。即，振動本體10具有一定的熱容C1(l以及還具有比導熱率λ 1(|-通常達到大于5W ΙΤπΓ1--并且相應地依賴于比導熱率的有效導熱率Λ1(ι，因此一定的熱慣性，用于從自然地具有流體溫度的振動本體的第一表面10+到其第二表面10#進行熱傳遞。因此，振動本體的溫度β 10不僅直接在例如由流體變化指示的流體溫度變化之后變化，而且也由于其依賴于熱容C1Q的熱慣性和導熱率Λ 1(|也在比確定密度測量值Xp所需要的測量循環(huán)時間更長的一定量的時間內(nèi)變化。然而，與此相關的，而且，實際上由振動本體10的第二表面10#上的溫度傳感器61記錄的溫度θ2 在過渡時間段期間總是從實際上對于振蕩特性有效的振動本體的溫度偏離，并且實際上，以作為時間的函數(shù)的量。單獨地總是由于此，因此溫度測量信號Θ sms可以一然而時間延遲地一跟隨振動本體10的溫度d1Q從開始的第一溫度值 Θ1Μ1到第二溫度值Θ1Μ2的變化（例如，因此由在振動本體的第一表面10+上接觸振動本體的流體的溫度的變化和/或流體變化引起的變化）；因此，溫度測量信號叭_僅時間延遲地對應于所述第二溫度值，然而，在沒有這一點的情況下，或在確定密度的情況下由此引起的動態(tài)測量誤差，迄今為止已經(jīng)相應地被考慮進去。例如，因此，在前述類型的過渡時間段期間，振動本體10的第二表面10#上的溫度Q sens，因此，溫度信號θ sms可以呈現(xiàn) 出近似地對應于圖6a中顯示的時間曲線的時間曲線。
[0044] 作為前述類型的測量不準確性的原因，還有溫度傳感器的固有熱慣性，其仍進一步增加所論述類型的常規(guī)測量系統(tǒng)的動態(tài)測量誤差。
[0045] 由于振動本體的這種溫度化〇在過渡時間段期間連續(xù)改變，迄今為止，然而，在確定中沒有正確地考慮、或根本沒有考慮，必須也對應地改變振動本體10的振蕩特性，使得因此與流體變化相關的諧振頻率f;的變化作為結果沒有一如之前提到地一單獨地歸因于密度的相應變化，而是代替地另外還歸因于共同確定振動本體10的諧振頻率f；的本征頻率的熱相關的變化。而且，這意味著在振動本體的溫度的過渡時間段期間，基于對應的頻率測量值X f-對此，在圖6a中，舉例來說，顯示了包含所述過渡時間段的對應時間曲線--的形式的至少一個振蕩信號ssmsl確定的諧振頻率可以實際上非常精確地對應于實際諧振頻率盡管如此，然而，由此得出的密度測量值X' P--對其同樣在圖6a中顯示對應的時間曲線，可以同時以明顯尺度偏離瞬時密度P，因為用于其確定的振動本體10的第二表面10#上的溫度4 ，因此，在每一種情形中由此得出的溫度測量值心僅近似地反映振動本體的實際需要溫度或由此的時間曲線，如圖6a中直接明顯的。作為此的結果，以常規(guī)方式對于上述的測量諧振頻率的時間曲線（fK - Xf)和測量的溫度的時間曲線（θ2 - )確定的密度X' p，即沒有對應地考慮溫度測量鏈的動態(tài)行為，可以近似地對應于圖6a中顯示的曲線，其中，不僅清楚地識別地確定以相當大的度量的密度誤差，而且首先，即直接在完成的流體變化之后，不幸地甚至暗示增加的密度，盡管其實際上已經(jīng)從其所是的--例如，由于使用僅較暖的流體引起的--減小，但是否則是基本上相同的。
[0046] 將這點考慮進去，本發(fā)明的測量系統(tǒng)因此還被采用并且利用該測量系統(tǒng)實施的用于測量密度的方法被如此實現(xiàn)，使得在振動本體的溫度θ 1()變化期間--例如，因此，由流體溫度扣!^變化引起的溫度變化，或者在利用不同特性的流體FL更換較早供應到振動本體的流體時在振動本體10的第一表面10+上的振動本體10的溫度的變化--基于至少一個振蕩測量信號S smsl以及至少一個溫度測量信號0sms產(chǎn)生密度測量值χρ時，在產(chǎn)生所述密度測量值期間在振動本體的溫度的時間曲線和溫度測量信號之間發(fā)生的偏差 En、= esens - to被考慮。在最簡單的情形中，考慮該偏差可以是其發(fā)生被檢測到并被信號通知，例如，以現(xiàn)場指示的報告的形式，和/或通過在給定情形中伴隨時間標記地存儲在數(shù)據(jù)存儲器中來記載。
[0047] 在本發(fā)明的另外實施例中，進一步提供，通常隨時間變得較小且因此依賴于時間的該偏差已經(jīng)在確定頻率測量值x f和/或溫度測量值時考慮到，例如通過借助于測量和評估電路μ c來計算和/或通過借助于關于其傳遞行為對應地適合的信號濾波器來合適地調(diào)節(jié)溫度測量信號Θ sms，并且實際上以振動本體的熱慣性和/或溫度傳感器的熱慣性一因此所述偏差一在確定密度測量值的情形中被至少部分地補償?shù)姆绞健?br> [0048] 從根本上來說，因此基本上存在通過至少一個振蕩測量信號以及至少一個溫度測量信號的合適信號處理來以計算方式補償前面提到的在振動本體的溫度的時間曲線和溫度測量信號之間存在的并且由包括振動本體以及接觸振動本體并用于確定振動本體的溫度的溫度傳感器的測量鏈的熱慣性引起的偏差的至少三種途徑。這些途徑包括：將基于振蕩測量信號的信號處理可確定的振動本體的諧振頻率的時間曲線（圖6b)對應地延遲（即，使諧振頻率朝穩(wěn)定的端值的移動比其否則將成為的慢），或通過將基于溫度測量信號的信號處理可確定的振動本體10的第二表面上的溫度的時間曲線（圖6c)對應地加速 (即，使溫度朝穩(wěn)定的端值比在振動本體10的第二表面10#上記錄的溫度移動得快），或者通過將諧振頻率的時間曲線的所述信號處理延遲和振動本體的第二表面上的溫度的時間曲線的所述信號處理加速的對應地組合。
[0049] 在本發(fā)明的另外實施例中，因此，測量和評估電路μ C首先產(chǎn)生頻率的取樣序列fD1，即，在不同的時間點--例如，在基于至少一個振蕩測量信號ssmsl的等距的時間點--確定的并接近--即至少近似地對應于（f D1?仁)--振動本體的諧振頻率f；的時間曲線的數(shù)字頻率值Xfl的序列。而且，根據(jù)進一步發(fā)展該實施例的本發(fā)明的變化形式提供了，應用頻率的取樣序列f D1來產(chǎn)生頻率的延遲取樣序列fD2，即基于頻率的取樣序列fD1，在不同的時間點--例如在等距的時間點t n = η · Ts，因此具有的計時速率，尤其是恒定的計時速率fs = lAtA-tJ = 1/TS--確定的數(shù)字頻率值Xf2的序列，并且如圖6b中示意性給出的，以下述方式接近振動本體的諧振頻率f；的時間曲線：使得所述頻率的延遲取樣序列 fD2比頻率的取樣序列fD(對應于圖6a中的時間曲線f； - Xf)更緩慢地逼近跟隨諧振頻率的變化--例如，諧振頻率的斜坡形狀或者甚至如圖6b中顯示的跳躍形變化--的諧振頻率f；的實際時間曲線在每一種情形中，頻率的延遲取樣序列f D2的當前（S卩，在時間點tn確定的）確定的頻率值Xf2[n]在本文中在每一種情形中隨后也用作頻率的當前測量值X f2[n] -Xf[n]。作為這點的結果，因而，在至少關于振動本體的溫度短暫的過渡時間段期間，當前確定的頻率的數(shù)字測量值X f [η]例如由于流體變化或流體溫度變化的原因而總是與在時間點tn實際地或瞬時地記錄的諧振頻率f；偏離一定的差異量Err f = Xf [n] - f；, 該差異量隨著接近過渡時間段的末尾而變小，以便最終在再次達到由瞬時流體溫度和瞬時密度決定的測量系統(tǒng)的新穩(wěn)定狀態(tài)之后再次準確地對應于實際諧振頻率仁。
[0050] 實施為例如IIR濾波器（無限響應濾波器）或還實施為FIR濾波器（有限響應濾波器）的數(shù)字濾波器可以相應地用于產(chǎn)生頻率的延遲取樣序列f D2，因此用于產(chǎn)生由此得出的頻率測量值Xf [η]，其具有對應于第一或甚至高階的低通濾波器的傳遞函數(shù)(T(z)= Z(g[n])。在將FIR濾波器（有限響應濾波器）用作數(shù)字濾波器的情形中，如已知的，傳遞函數(shù)由簡單的計算公式來定義G?Z(g[n])

【權利要求】
1. 一種確定接觸振蕩地保持的振動本體（10)的流體（FL)的密度P的方法，所述振動本體（10)尤其是金屬振動本體（10)，所述振動本體（10)能夠被激勵以執(zhí)行振動， -其中，所述振動本體具有比導熱率λ 1(|，尤其是大于5W ΙΤπΓ1的比導熱率，并且因此具有依賴于所述比導熱率λ 1(|的導熱率Λ 1(|，所述導熱率Λ 1(|對于從一方面所述振動本體的接觸流體的第一表面（10+)到另一方面沒有接觸流體的第二表面（10#)的熱傳遞是有效的，所述第一表面（10+)具有流體溫度〇fl，即接觸所述第一表面的流體（FL)的溫度，并且所述振動本體具有熱容C 1(l，并且 -其中，所述振動本體的溫度山〇,即依賴于流體溫度分&的所述振動本體的溫度，是可變的，所述方法包括以下步驟： -使被流體接觸的所述振動本體以下述方式振動：使得所述振動本體至少部分地執(zhí)行諧振振蕩(V即具有諧振頻率f；的機械振蕩，所述諧振頻率f；依賴于接觸所述振動本體的所述第一表面的流體的密度以及也依賴于所述振動本體的溫度θ 10 ; -記錄所述振動本體的振蕩以產(chǎn)生至少一個振蕩測量信號ssmsl，所述至少一個振蕩測量信號ssmsl具有信號頻率對應于諧振頻率并且因此依賴于流體的密度的至少一個信號分量； -應用溫度傳感器（61)來產(chǎn)生溫度測量信號esms，所述溫度傳感器（61)經(jīng)由所述振動本體的第二表面與所述振動本體熱耦接，所述溫度測量信號Θ sms代表所述振動本體的溫度一即依賴于在所述振動本體的第一表面上接觸所述振動本體的流體的溫度的所述振動本體的溫度--的時間曲線， --其中，尤其是由于所述振動本體的所述導熱率Λ 1(|和所述熱容C1(l引起的所述溫度測量信號esms僅時間延遲地跟隨所述振動本體的從開始的第一溫度值θ1μ1到第二溫度值? 1(U2的溫度變化，尤其是由在所述振動本體的第一表面上接觸所述振動本體的流體的溫度變化和/或流體變化引起的變化， --使得所述溫度測量信號θ sms因此僅時間延遲地對應于所述第二溫度值θ1Μ2 ;以及 -基于所述振蕩測量信號以及所述溫度測量信號，在所述振動本體的溫度變化期間，尤其是在由所述振動本體在其第一表面上的溫度變化引起的所述振動本體的溫度變化期間，以下述方式產(chǎn)生密度測量值xP :使得考慮在產(chǎn)生所述密度測量值期間，在所述振動本體的溫度的時間曲線和所述溫度測量信號之間發(fā)生的偏差ErrV尤其是依賴于時間的偏差 Err、，尤其是以使得所述偏差Ειτ\至少部分地被補償?shù)姆绞健?br> 2. 根據(jù)前述權利要求中的一項所述的方法，進一步包括： -應用所述振蕩測量信號來產(chǎn)生代表被流體接觸的所述振動本體的諧振頻率的頻率測量值Xf; -應用所述溫度測量信號來產(chǎn)生代表所述振動本體的溫度的溫度測量值Χθ ;并且 -應用所述頻率測量值Xf以及所述溫度測量值兩者來產(chǎn)生所述密度測量值。
3. 根據(jù)前述權利要求中的一項所述的方法，進一步包括：產(chǎn)生頻率的取樣序列fD1，即基于所述至少一個振蕩測量信號在不同的時間點確定的數(shù) 字頻率值的序列，其中，所述取樣序列fD1接近所述振動本體的諧振頻率的時間曲線。
4. 根據(jù)權利要求2和3所述的方法，進一步包括：應用所述頻率的取樣序列來產(chǎn)生所述頻率測量值。
5. 根據(jù)權利要求3至4中的一項所述的方法，進一步包括：應用所述頻率的取樣序列來產(chǎn)生頻率的延遲取樣序列fD2，即基于所述頻率的取樣序列在不同的時間點確定的數(shù)字頻率值的序列，以便以下述方式接近所述振動本體的諧振頻率的時間曲線，使得所述頻率的延遲取樣序列比所述頻率的取樣序列更緩慢地逼近跟隨諧振頻率的變化，尤其是諧振頻率的跳躍狀變化，的諧振頻率的時間曲線。
6. 根據(jù)權利要求5所述的方法，進一步包括：應用所述頻率的延遲取樣序列來產(chǎn)生所述頻率測量值。
7. 根據(jù)前述權利要求中的一項所述的方法，進一步包括：產(chǎn)生表面溫度的取樣序列即基于所述至少一個溫度測量信號在不同的時間點確定的數(shù)字溫度值的序列，以便接近所述振動本體的所述第二表面上的溫度的時間曲線。
8. 根據(jù)前述權利要求中的一項所述的方法，進一步包括：產(chǎn)生所述振動本體的溫度估計序列θ01，即基于所述至少一個溫度測量信號在不同的時間點確定的數(shù)字溫度值的序列，以便以下述方式接近所述振動本體的溫度的時間曲線，使得所述振動本體的所述溫度估計序列比所述溫度測量信號更快速地逼近跟隨所述振動本體的所述第二表面上的溫度的變化，尤其是跳躍狀變化和/或由流體溫度的變化引起的變化，的所述振動本體的溫度的時間曲線。
9. 根據(jù)權利要求7和8所述的方法，進一步包括：以下述方式應用所述表面溫度的取樣序列來產(chǎn)生所述振動本體的所述溫度估計序列，使得所述振動本體的所述溫度估計序列比所述表面溫度的取樣序列更快速地逼近跟隨所述振動本體的所述第二表面上的溫度的變化，尤其是跳躍狀變化和/或由流體溫度的變化弓丨起的變化，的所述振動本體的溫度的時間曲線。
10. 根據(jù)權利要求8或9所述的方法，進一步包括：應用所述振動本體的所述溫度估計序列來產(chǎn)生所述溫度測量值。
11. 根據(jù)權利要求7至10中的一項所述的方法，進一步包括：應用所述表面溫度的取樣序列來產(chǎn)生所述溫度測量值。
12. 根據(jù)權利要求7至11中的一項所述的方法，進一步包括：應用所述表面溫度的取樣序列以及所述振動本體的所述溫度估計序列來產(chǎn)生所述溫度測量值。
13. 根據(jù)權利要求7至12中的一項所述的方法，進一步包括：應用區(qū)分所述表面溫度的取樣序列的數(shù)字濾波器，以便產(chǎn)生所述振動本體的所述溫度估計序列，尤其是應用被設計成一階或高階的高通數(shù)字濾波器的數(shù)字濾波器和/或被實施為FIR濾波器的數(shù)字濾波器。
14. 根據(jù)權利要求8至13中的一項所述的方法，進一步包括：應用區(qū)分所述溫度測量信號的濾波器，以便產(chǎn)生所述振動本體的所述溫度估計序列，尤其是應用被設計成一階或高階的高通濾波器的濾波器和/或有源濾波器。
15. 根據(jù)權利要求5至14中的一項所述的方法，進一步包括：應用合并所述頻率的取樣序列的數(shù)字濾波器，以便產(chǎn)生所述頻率的延遲取樣序列，尤其是應用被設計成一階或高階的低通濾波器和/或?qū)嵤镕IR濾波器的數(shù)字濾波器。
16. 根據(jù)前述權利要求中的一項所述的方法，進一步包括：應用應變傳感器來產(chǎn)生代表所述振動本體的變形--即依賴于所述振動本體的溫度和/或作用于所述振動本體的力的所述振動本體的變形--的時間曲線的變形測量信號，所述應變傳感器經(jīng)由所述振動本體的第二表面與所述振動本體機械地耦接。
17. 根據(jù)權利要求16所述的方法，進一步包括： -產(chǎn)生變形的取樣序列，即基于所述至少一個變形測量信號在不同的時間點確定的數(shù) 字變形測量值的序列，以便接近所述振動本體的變形的時間曲線；并且 -應用所述變形的取樣序列來產(chǎn)生所述密度測量值。
18. 根據(jù)前述權利要求中的一項所述的方法，其中，所述振動本體為具有由管壁，尤其是金屬管壁，包圍的管腔的、振蕩地保持的測量管。
19. 根據(jù)權利要求18所述的方法， -其中，所述測量管適合于浸入流體中，并且 -其中，所述振動本體的接觸流體的所述第一表面由所述管壁的外表面形成，并且所述振動本體的沒有接觸流體的第二表面由所述管壁的面向所述管腔的內(nèi)表面形成。
20. 根據(jù)權利要求18所述的方法， -其中，所述測量管適合于承載流體，尤其是流動的流體，并且 -其中，所述振動本體的接觸流體的所述第一表面由所述管壁的面向所述管腔的內(nèi)表面形成，并且所述振動本體的沒有接觸流體的第二表面由所述管壁的外表面形成，所述方法進一步包括：允許流體在所述管腔中流動，使得流體接觸所述管壁的內(nèi)表面。
21. 根據(jù)前述權利要求中的一項所述的方法，進一步包括：允許流體在所述管腔中流動，使得流體接觸所述管壁的內(nèi)表面。
22. 根據(jù)前述權利要求中的一項所述的方法，其中，所述振動本體適合于承載流體，相應地被流體流過。
23. 根據(jù)權利要求1至18中的一項所述的方法，其中，所述振動本體適合于浸入流體中或者被流體流過。
24. 根據(jù)權利要求1至23中的一項所述的方法， -其中，所述振動本體包括振蕩地保持的膜，并且 -其中，所述振動本體的接觸流體的所述第一表面借助于第一膜表面形成，并且所述沒有接觸流體的第二表面由與所述第一膜表面相反地放置的第二膜表面形成。
25. 根據(jù)前述權利要求中的一項所述的方法，其中，所述振動本體進一步包括固定在所述第一膜表面上以伸入到流體內(nèi)的槳狀物。
26. -種用于確定流體，尤其是在管道中流動的流體的密度的測量系統(tǒng)，尤其是根據(jù)前述權利要求中的一項所述的方法確定密度的測量系統(tǒng)，所述測量系統(tǒng)包括： -測量換能器（MT)， -具有至少一個振動本體（10)，尤其是金屬振動本體（10)， -其中，所述振動本體被振蕩地保持，并適合于以下述方式在第一表面（10+)上被待測量的流體（FL)接觸：使得所述第一表面呈現(xiàn)流體溫度即接觸所述第一表面的流體的溫度；并且所述振動本體適合于以下述方式被引起振動：使得所述振動本體至少部分地執(zhí)行諧振振蕩，即具有依賴于流體的密度的諧振頻率f；的機械振蕩，并且 -其中，所述振動本體具有比導熱率λ1(ι，尤其是大于5W ΙΤπΓ1的比導熱率，因此具有依賴于所述比導熱率的導熱率Λ 1(|，所述導熱率Λ 1(|對于從所述第一表面到?jīng)]有接觸流體的第二表面（10#)的熱傳遞是有效的，并且所述振動本體具有熱容C 1Q，一具有至少一個振蕩傳感器（51)，所述振蕩傳感器（51)用于記錄所述振動本體的振動并用于產(chǎn)生振蕩測量信號，所述振蕩測量信號具有信號頻率依賴于流體密度的至少一個信號分量，并且 -具有溫度傳感器￠1)，所述溫度傳感器￠1)與所述振動本體的所述第二表面熱耦接，用于記錄依賴于流體溫度的所述振動本體的所述第二表面上的溫度，并用于產(chǎn)生代表所述振動本體的溫度的時間曲線，即依賴于所述振動本體的流體溫度的溫度的溫度測量信號， -其中，尤其是由于所述振動本體的所述導熱率Λ 1(|和所述熱容C1(l，所述溫度測量信號僅時間延遲地跟隨所述振動本體從開始的第一溫度值Θ1Μ1到第二溫度值?1(U2的溫度變化，尤其是由在所述振動本體的第一表面上接觸所述振動本體的流體的溫度變化和/或流體變化引起的溫度的變化， -使得所述溫度測量信號因此僅時間延遲地對應于所述第二溫度值；以及一電子設備，所述電子設備與所述測量換能器（ME)電連接，用于處理所述振蕩測量信號和所述溫度測量信號，以及用于基于所述振蕩測量信號和所述溫度測量信號兩者產(chǎn)生代表流體密度的密度測量值XP，其中，所述電子設備適合于在產(chǎn)生所述密度測量值期間考慮在所述振動本體的溫度的時間曲線和所述溫度測量信號之間的事件，尤其是依賴于時間的偏差Err'y尤其是以使得所述偏差至少部分地被補償?shù)姆绞健?br> 27. 根據(jù)前一權利要求所述的測量系統(tǒng)，其中，所述振動本體為具有由管壁，尤其是金屬管壁，包圍的管腔的、振蕩地保持的測量管。
28. 根據(jù)前一權利要求所述的測量系統(tǒng)， -其中，所述測量管適合于浸入流體中，并且 -其中，所述振動本體的接觸流體的所述第一表面由所述管壁的外表面形成且所述振動本體的沒有接觸流體的第二表面由所述管壁的面向所述管腔的內(nèi)表面形成。
29. 根據(jù)權利要求27所述的測量系統(tǒng)， -其中，所述測量管適合于承載流體，尤其是流動的流體，并且 -其中，所述振動本體的接觸流體的所述第一表面由所述管壁的面向所述管腔的內(nèi)表面形成，并且所述振動本體的沒有接觸流體的第二表面由所述管壁的外表面形成。
30. 根據(jù)權利要求26至29中的一項所述的測量系統(tǒng)，其中，所述振動本體適合于承載流體，相應地被流體流過。
31. 根據(jù)權利要求26至29中的一項所述的測量系統(tǒng)，其中，所述振動本體適合于浸入流體中或者被流體流過。
32. 根據(jù)前一權利要求所述的測量系統(tǒng)， -其中，所述振動本體具有振蕩地保持的膜，并且 -其中，所述振動本體的接觸流體的所述第一表面借助于第一膜表面形成，并且所述沒有接觸流體的第二表面由與所述第一膜表面相反地放置的第二膜表面形成。
33.根據(jù)前一權利要求所述的測量系統(tǒng)，其中，所述振動本體進一步包括固定在所述第一膜表面上以伸入到流體內(nèi)的槳狀物。
【文檔編號】G01F1/84GK104105955SQ201280063871
【公開日】2014年10月15日申請日期:2012年11月22日優(yōu)先權日:2011年12月23日
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