粘度測量裝置的製作方法
2023-10-10 17:39:34 4
專利名稱：粘度測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及管道中流動的流體的粘度測量裝置。
背景技術：
在測量-和自動化技術領域中，為測定管道中流動的流體，特別是液體的粘度，常常使用這種測量裝置，它藉助於旋轉式測量傳感器或者振動式測量傳感器和與其連接的測量電子裝置在流經的流體中產生內摩擦力，並且裝置通過該摩擦力導出產生與當時的粘度相應的粘度信號。相應的粘度測量裝置以及藉助於這種測量裝置測量粘度的方法在以下專利文獻中有所介紹US-A 45 24 610，US-A 47 04 898，US-A47 54 640，US-A 49 20 787，US-A 49 22745，US-A 51 57 962，US-A 5228 331，US-A 54 48 921，WO-A 95/16 897，EP-A 527176，EP-A 1158289以及未提前公開的歐洲專利申請01 120343.7或者01 121869.0，其中，那裡所介紹的粘度測量裝置為在流體中產生切力，各自包括一個電子-機械測量傳感器，帶有與管道連通的流體引導測量管。
原則上這種所稱的「在線」測量的粘度測量裝置，可以劃分為這樣幾種一種包括浸入流體內的振動式或者旋轉式勵磁元件，例如振動叉或者旋轉圓筒，一種使引導流體的測量管振動。後者例如在US-A 45 24 610，WO-A 95/16 897或者EP-A 1 158 289以及未提前公開的歐洲專利申請01 120343.7或者01 121869.0中有所介紹，其中，那裡所介紹的粘度測量裝置分別包括- 振動式測量傳感器-- 帶有與管道連通的並在工作時振動的引導流體的測量管，-- 帶有使測量管振動的勵磁器設置，-- 帶有傳感器設置，用於檢測測量管的振動和產生體現測量管振動的至少一種傳感器信號以及- 測量電子裝置，它-- 提供供給勵磁器設置的勵磁電流和-- 至少一個瞬時體現流體粘度的粘度測量值。
所述類型的粘度測量裝置為接外部電源的測量裝置，為此必須具有至少兩個電線，也就是導線。產生和發送與粘度相應的，特別是與粘度成比例的粘度信號，要符合對此常用的標準，例如符合處於4mA和20mA之間的電流標準和/或者常用的頻率標準和/或者數字標準；為此一直需要至少兩個其他的導線。
特別是在一個設備上使用多個這種粘度測量裝置時和/或者在將粘度測量裝置安裝在與外部供電距離很遠的位置上時，使用附加的線路材料就要明顯增加布線費用。
此外，在測量-和自動化技術領域中，這種測量裝置和例如置於其上的控制-和調節單元之間需要具有標準化的或者至少相當統一的接口。人們也在努力使大量的這種接口儘可能地保持一覽無餘。
發明內容
因此，本發明的目的在於，提供一種管道內流動的流體的粘度測量裝置，該粘度測量裝置包括- 振動式，特別是彎曲振動式測量傳感器，-- 帶有至少一個與管道連通的，在工作時振動的測量管，用於引導流體和產生在流體中作用的摩擦力，-- 帶有勵磁器設置，用於使至少一個測量管振動以及- 具有可預先確定電功率需求的測量電子裝置，它-- 提供供給勵磁器設置的勵磁電流和-- 瞬時體現流體粘度的粘度測量值，-- 其中，測量電子裝置與雙導線-程序控制受電器連接並由其供給電能，-- 其中，測量電子裝置將與粘度測量值相應的粘度信號傳輸給雙導線-程序控制受電器或者對其進行調整。
按本發明的第一構成，- 測量電子裝置對電功率的需求量可以變化- 測量電子裝置包括控制電路，用於調整電功率的需求量。
按第二構成，測量電子裝置包括- 勵磁電路，用於產生勵磁電流和- 計值電路，用於檢測傳感器信號和用於測定粘度測量值，其中，- 控制電路為降低電功率的需求量有時停用勵磁電路和/或者計值電路。
按本發明的第三構成，測量電子裝置包括連接在雙導線-程序控制受電器上的能量緩衝器，它至少部分地和/或者有時提供測量電子裝置需要的功率。
在第三構成的進一步構成中，控制電路給能量緩衝器有時充電。
按本發明的第四構成，粘度測量裝置藉助於雙導線-程序控制受電器連接在現場總線上。
按本發明的第五構成，雙導線-程序控制受電器輸送直流電；在此方面，粘度信號優選為可變化的直流電，特別是包括4mA至20mA的範圍，或者優選數位訊號。
按本發明的第六構成，測量傳感器具有傳感器設置，用於檢測測量管的振動和用於產生體現這種振動的至少一個傳感器信號。
在第六構成的進一步構成中，測量電子裝置藉助於傳感器信號調整勵磁電流。
按本發明第七優選的構成，勵磁電路包括振幅解調級，用於產生瞬時體現振動測量管振幅的輸出信號，其中，將由傳感器設置提供的傳感器信號之一或其總和作為輸入信號輸送到振幅解調級。
在本發明第七構成的第一進一步構成中，勵磁電路包括比較級，用於測定所檢測的振動測量管的振幅與預先規定的額定振幅的偏差，其中，在輸入端除了振幅解調級的輸出信號外，將體現額定振幅的基準信號輸送給比較級。
在本發明第七構成的第二進一步構成中，勵磁電路包括在輸入端與比較級的輸出端連接的振幅調製級，用於產生勵磁器設置的驅動信號，它具有取決於所測定偏差的信號振幅，其中，在輸入端除了體現所檢測振幅與預先規定的額定振幅偏差的誤差信號外，將振幅解調級的輸入信號輸送給振幅調製級。
在本發明第七構成的第三進一步構成中，勵磁電路包括在輸入端與比較級的輸出端連接的脈衝寬度調製級，用於產生勵磁器設置的脈衝驅動信號，它具有取決於所測定偏差的脈衝寬度，其中，在輸入端除了體現所檢測振幅與預先規定的額定振幅偏差的誤差信號外，將振幅解調級的輸入信號輸送給脈衝寬度調製級。
本發明特別是以此為依據，即發明者成功地製造出帶有可振動測量管的粘度測量裝置；令人驚異地僅利用通過所述類型的雙導線-程序控制受電器最小傳遞的，也就是在這種雙導線測量裝置正常工作時所期待的最小電能量便可驅動。在這種情況下還表明，所要測量的粘度在絕大部分應用領域內僅有如此緩慢的變化，以至於可以是粘度測量值的低頻實際值，由此測量傳感器也可以只是暫時工作。由此還可以毫無問題地如此大範圍地測量粘度測量值單個實際值之間時間上的間隔-或者換句話說，可以如此小地測量實際頻率或者還有掃描頻率-以至於即使對可能出現的這種情況來說，即通過雙導線-程序控制受電器傳遞的能量一時不能滿足粘度測量裝置的功率需求的話，能量緩衝器可以很快地充電，由此需要的電功率或能量可以始終可支配地保持在測量電子裝置內。
通過本發明，第一次產生市場化的適用於測量管道內流動的流體的雙導線粘度測量裝置。雙導線-程序控制受電器的兩個導線既用於供電，為此從外部電源，最好是直流電源，施加到兩個導線上，也用於傳遞粘度信號，例如藉助利用粘度測量值調製變化的直流電。
優選粘度測量裝置這樣構成，兩個導線內的電流特別是儘可能成比例地顯示藉助於物理-電轉換器產生的轉換器信號；在該測量裝置中，物理-電轉換器為在與勵磁器設置和需要時傳感器設置共同作用下的至少一個可振動的測量管。在依據本發明上述處於4mA和20mA之間的電流標準設計的粘度測量裝置中，雙導線-程序控制受電器中電流的處於該電流範圍內的瞬時電流值完全相當於瞬時粘度測量值。它造成在例如12V工作電壓下的供電僅提供從48mW至240mW數量級的功率，下面稱其為小功率；然而，僅4mA以下的電流範圍就可持久供粘度測量裝置的供電使用。
依據本發明的粘度測量裝置由於其工作所要求的小功率可以毫無問題地遵守不同防爆等級的規程。在此方面，測量裝置以特別的方式也適合在存在爆炸危險，僅允許使用本身安全的裝置的環境下使用。
此外，雙導線-粘度測量裝置可以簡單的方式這樣構成，從而可以與常用的現場總線之一共同工作。它一方面可以直接連接在現場總線上，例如相應於FIELDBUS-協議(FIELDBUS為FIELBUSFOUNDATION的註冊商標)，另一方面可以藉助於總線耦合元件間接共同工作，例如根據所謂的HART-協議(HART為本集團HART的註冊商標)。
現藉助示出優選實施例的附圖對本發明的其他優點和發明本身作詳細說明。功能相同的部件在各附圖中採用相同的參考符號，然而這些參考符號在下面的附圖中僅在具有意義的情況下重複。其中圖1示出用於產生粘度測量值的粘度測量裝置的側視圖；圖2部分示出適合圖1粘度測量裝置使用的振動式測量傳感器實施例的第一側視圖；圖3示出圖2測量傳感器的第二側視圖；圖4示出圖2測量傳感器電子-機械勵磁器設置的實施例；圖5示出適合圖1-4粘度測量裝置使用的測量電子裝置優選構成的方框圖；圖6示出依據本發明第一變化的勵磁器電路實施例的電路圖，部分為方框圖形式；圖7示出依據本發明第二變化的勵磁器電路實施例的電路圖，部分為方框圖形式；圖8示出依據本發明第一變化的勵磁器電路實施例的電路圖，部分為方框圖形式；圖9示出按圖6勵磁器電路優選末級實施例的電路圖；圖10示出按圖7勵磁器電路優選末級實施例的電路圖；以及圖11示出按圖8勵磁器電路優選末級實施例的電路圖。
具體實施例方式
圖1示出粘度測量裝置1，帶有優選安裝在轉換器外殼100內的振動式測量傳感器10，以及帶有電子裝置外殼200，裡面裝有與測量傳感器10電連接的測量電子裝置50；下面還要對其詳細介紹。
粘度測量裝置1的作用是，檢測管道內流體的粘度η並在瞬時體現該粘度η的粘度測量值Xη內顯示；為使視圖一目了然沒有示出管道。為了能夠測量粘度η，藉助於由測量電子裝置50勵磁振動的測量傳感器10在流經的流體中產生摩擦力，它取決於粘度η並可測量地反作用於測量傳感器10，也就是可進行傳感器檢測和電子計值。
圖2和3示出作為測量傳感器10使用的振動式物理-電轉換器設置的實施例。這類轉換器設置的結構例如在US-A 60 06 609中作過詳細介紹，但是用於測量其他的流動參數。
為引導所要測量的流體，測量傳感器10包括至少一個具有入口端11和出口端12的測量管13，可預先規定的在工作時彈性變形的測量管內徑13A和可預先規定的公稱內徑。
測量管內徑13A的彈性變形在這裡的意思為，為產生流體內部的並因此表明流體的反作用力，即產生測量傳感器10的切力或者還有摩擦力，以可預先規定的方式，周期性特別是循環地改變測量管13彈性區內部的測量管內徑13A的空間形狀和/或者空間位置，參照例如US-A 48 01 897，US-A 56 48 616，US-A 57 96 011和/或者US-A 60 06609。
在這裡需要明確指出，為實現本發明，取代依據圖2和3實施例的測量傳感器，實際上可以使用現有技術中介紹的測量其他流動參數的任何測量傳感器，特別是那種彎曲振動式測量傳感器，帶有僅以或者至少部分以彎曲振動方式振動的彎曲的或者直線的測量管。
適合這種作為測量傳感器10使用的轉換器設置的其他實施方式，例如在US-A 53 01 557，US-A 53 57 811，US-A 55 57 973，US-A 5602 345，US-A 56 48 616或者US-A 57 96 011中有詳細介紹，其公開屬於申請的公開。
作為圖2和3中直線測量管13的材料，特別適用例如鈦合金。但也可以使用其他常用於這類特別是彎曲的測量管的材料，例如不鏽鋼或者鋯等來代替鈦合金。
以通常方式在入口端和出口端與輸送或排出流體的管道連通的測量管13，可振動夾緊在剛性的，特別是彎曲剛性和扭曲剛性的，優選由轉換器外殼100包繞的支承框架14內。
支承框架14在測量管13上入口端藉助於入口板213並在出口端藉助於出口板223定位，其中，後兩者分別由測量管13相應的延長件穿過。此外，支承框架14具有第一側板24和第二側板34，兩個側板24，34分別這樣在入口板213和出口板223上定位，使它們實際上與測量管13平行分布並與其以及彼此相距設置，參閱圖2。因此，兩個側板24，34彼此靠近的側面同樣彼此平行。
縱杆25在側板24，34上與測量管13相距定位，作為使測量管13停止振動的平衡錘使用。如圖3所示，縱杆25實際與測量管13的整個可振動長度平行延伸；但也並不是非得如此不可，不言而喻，如果需要，縱杆25也可以縮短。
帶有兩個側板24，34，入口板213，出口板223和縱杆25的支承框架14因此具有縱向重心軸線，它實際與想像中連接入口端11和出口端12的測量管-中軸線13B平行分布。
在圖2和3中，通過所示螺絲的頭部表明，側板24，34在入口板213，出口板223和縱杆25上的上述定位可以通過螺絲連接完成；但也可以採用其他適用的並為專業人員所熟悉的固定方法。
對於測量傳感器10可鬆開地與管道進行連接安裝的情況來說，在測量管13上入口端製成第一法蘭19，出口端製成第二法蘭20，參閱圖1；取代法蘭19，20的也可以例如是可鬆開地與管道連接的其他管道連接件，例如圖2中所示的所謂吊燈式連接。如果需要，測量管13也可以直接與管道連接，例如藉助於焊接或者硬焊等。
為產生上述摩擦力，測量管13在測量傳感器10工作時由與測量管連接的電子-機械勵磁器設置16驅動，在可預先規定的振動頻率下，特別是在自然諧振頻率下，在所謂的有效模式中使其振動，由此以可預先規定的方式彈性變形；應當注意，這種諧振頻率也取決於流體的密度。
在示出的實施例中，振動的測量管13如在這種彎曲振動式轉換器設置中通常的那樣，從靜止位置在空間上，特別是側向偏移；實際上同樣也適用於這種轉換器設置，其中，一個或者多個彎曲的測量管環繞相應的，想像中連接各自入口端和出口端的縱軸線進行懸臂振動，或者也適用於這種轉換器設置，其中，一個或者多個直線測量管僅環繞其測量管縱軸線進行平面的彎曲振動。
在另一種情況下，例如像上述WO-A 95/16 897中所介紹的那樣，作為測量傳感器10使用的是蠕動徑向振動式轉換器設置，振動測量管的橫截面以常用於此的方式對稱變形，而測量管縱軸線保持在其靜止位置上。
勵磁器設置16的作用在於，在對由測量電子裝置50饋給的電勵磁功率Pexc進行轉換之下，產生作用於測量管13的勵磁力Fexc。勵磁功率Pexc實際上僅用於補償通過機械的和流體內部的摩擦從振動系統抽走的功率部分。為取得儘可能高的效率，勵磁功率Pexc儘可能精確地這樣調整，使測量管13的振動以有效模式，例如基本-諧振頻率的振動得到實際保持。
為達到將勵磁力Fexc傳遞到測量管13上的目的，勵磁器設置16如圖4所示具有剛性的電磁和/或者電動式驅動的槓桿設置15，帶有在測量管13上抗彎曲定位的懸臂154和磁軛163。磁軛163同樣抗彎曲地定位在懸臂154與測量管13相距的末端上，具體說是設置在測量管13的上面並與其垂直。
作為懸臂154例如可以使用金屬圓盤，它在孔內接受測量管13。對於槓桿設置15其他適用的實施方式來說，在這裡可以參閱上述的US-A 60 06 609。槓桿設置15為T形並這樣設置，參閱圖4，使它大致在入口端和出口端11，12之間的中心上作用於測量管13，由此使測量管在工作時中心進行其最大側向偏移。
為驅動槓桿設置15，勵磁器設置16依據圖4包括第一勵磁線圈26和從屬的第一永磁銜鐵27以及第二勵磁線圈36和從屬的第二永磁銜鐵37。兩個電優選串聯的勵磁線圈26，36在磁軛163下面測量管13的兩側在支承框架14上特別是可鬆開地這樣定位，使它們連同其分別從屬的銜鐵27或37在工作時交替作用。不言而喻，如果需要，兩個勵磁線圈26，36也可以彼此並聯。
如圖2和4所示那樣，兩個銜鐵27，37這樣彼此相距在磁軛163上定位，使測量傳感器10工作時，銜鐵27實際由勵磁線圈26的磁場通過，銜鐵37實際由勵磁線圈36的磁場通過，並由於相應的電動式的和/或者電磁的力作用而運動。
藉助於勵磁線圈26，36的磁場產生的銜鐵27，37的運動，由磁軛163和懸臂154傳遞到測量管13上。銜鐵27，37的這種運動這樣構成，使磁軛163可選擇地在側板24的方向上或者在側板34的方向上從其靜止位置偏移。相應的，與上述測量管-中軸線13B平行的槓桿設置15的旋轉軸線可以例如通過懸臂154分布。
此外，支承框架14包括與側板24，34特別是可鬆開連接的電子機械勵磁器設置16的支架29，特別是用於支承勵磁線圈26，36和需要時支承下面還要介紹的電磁製動設置217的各個部件。
在該實施例的測量傳感器10中，固定夾緊在入口端11和出口端12上的振動測量管13的側向偏移同時也產生其測量管內徑13A的彈性變形，這種變形實際上在測量管13的整個長度上構成。
此外，在測量管13內由於通過槓桿設置15作用於測量管上的扭矩，與側向偏移的同時至少分段式強制環繞測量管中軸線13B扭轉，從而測量管13實際上在作為有效模式使用的混合彎曲振動-扭轉模式內振動。
在此方面，測量管13的扭轉可以這樣構成，使懸臂154與測量管13相距的末端的側向偏移，與測量管13的側向偏移或者同向或者反向。測量管13因此可以在符合同向情況的第一彎曲振動-扭轉模式內或者在符合反向情況的第二彎曲-扭轉模式內扭轉振動。然後在依據該實施例的測量傳感器10中，第二彎曲振動-扭轉模式900Hz的自然基本-諧振頻率約為第一彎曲振動-扭轉模式的兩倍。
對於測量管13工作時僅在第二彎曲振動-扭轉模式中振動的情況來說，將以渦流原理為依據的電磁製動設置217與勵磁器設置16相結合，用於穩定上述旋轉軸線的位置。因此，藉助於電磁製動設置217可以確保測量管13始終在第二彎曲振動-扭轉模式內振動，並因此對測量管13各方面的外部擾動不會導致自發變換到另一個，特別是第一彎曲振動-扭轉模式內。這種電磁製動設置的細節在US-A 60 06 609內有詳細介紹。
這裡還要提及的是，在按照這種方式依據第二彎曲振動-扭轉模式偏移的測量管13中，設想的中軸線13B實際上僅輕微變形，因此振動時展開的不是平面，而是略微凸起的表面。此外，處於該表面上的，由測量管-中軸線的中心描述的軌跡具有由測量管-中軸線描述的所有軌跡的最小曲率。
為檢測測量管13的變形，測量傳感器10還包括傳感器設置60，它至少藉助於一個對測量管13的振動產生反應的第一傳感器17，產生體現該振動的第一，特別是模擬的傳感器信號s1。傳感器17例如可以藉助於永磁銜鐵構成，它在測量管13上定位，並與由支承框架14支承的傳感器線圈交替作用。
作為傳感器17，特別適用在電動式原理基礎上檢測測量管13偏移速度的傳感器。但也可以使用測量加速度的電動式或者測量行程的電阻式或者光學傳感器。不言而喻，也可以使用其他對專業人員公知的和適合檢測這種振動的傳感器。
傳感器設置60還包括特別是與第一傳感器17相同的第二傳感器18，藉助於該傳感器同樣提供體現測量管13振動的第二傳感器信號s2。兩個傳感器17，18在該構成中沿測量管13彼此相距，特別是以與測量管13的中心相同的距離這樣設置在測量傳感器10內，使藉助於傳感器設置60無論是測量管13入口端還是出口端的振動均能得到局部檢測，並在相應的傳感器信號s1或s2中顯示。
通常各自具有與測量管13的瞬時振動頻率相應的信號頻率的第一和需要時第二傳感器信號s1或s2，如圖5所示輸送到測量電子裝置50。
為使測量管13振動，勵磁器設置16藉助於由測量電子裝置50提供的同樣振動的可調振幅和可調勵磁頻率fexc的勵磁電流iexc這樣饋電，使勵磁線圈26，36在工作時由該勵磁電流流過並已相應的方式產生銜鐵27，37運動所要求的磁場。勵磁電流iexc為正弦形。
勵磁電流iexc的勵磁頻率fexc在該實施例中這樣選擇並這樣調整，使側向振動的測量管13儘可能僅在第二彎曲振動-扭轉模式中扭轉振動。
圖5示出適合圖1-4粘度測量裝置使用的測量電子裝置50的優選構成的方框圖。在圖5中，右側示出測量管13，勵磁器設置16和傳感器設置60，其中，特意標出勵磁線圈26；它處于振動測量裝置1的電路零點SN上。
所述的測量電子裝置50通過虛線框示出，並與下面簡稱為受電器的雙導線-程序控制受電器2L連接。測量電子裝置從粘度測量裝置1例如通到程序控制臺70。在那裡，受電器2L與由將受電器電流供給到受電器2L內的外部電源71，例如直流電源和由測量電阻R組成的串聯電路連接；該電阻具有兩個測量接口72，73，作為電壓降的粘度信號可以分接在上面，電壓降可以顯示出來或者進一步進行信號處理。電源70因此供給測量電子裝置50工作所需要的電能。如果受電器2L按照工業測量技術領域長期以來採用的4mA至20mA的電流標準工作的話，0mA和3.6mA之間的電流範圍可供供電使用。
受電器2L利用其測量電子裝置50內部的兩個導線首先通到調壓器81，該調壓器從電源70大多波動的電壓中產生足夠恆定的電壓。利用該恆定的電壓，測量電子裝置50的所有分電路得到持續或者斷續的供給，對此參閱下面的介紹。
測量電子裝置50為利用所述的勵磁電流iexc為勵磁器設置16供電包括勵磁電路160；其中的優選實施例藉助附圖6-11說明。在這裡，首先介紹傳感器16的傳感器信號s1輸送到勵磁電路160。
如圖5所示，勵磁電路160也與計值電路90的微處理器91形成接觸，勵磁電路160從微處理器接收例如需要的工作數據或者向其發送勵磁電路160內部產生的調整信號和/或者調整參數，特別是已調整的勵磁電流iexc的信息和/或者供給測量傳感器的勵磁功率Pexc。作為對微處理器91的附加或者取代，計值電路90也可以具有用於產生測量-和工作數據的數字式信號處理器。
計值電路90一側產生的和/或者接收的測量-或者工作數據，例如可以暫時儲存在數據存儲器92內。
依據本發明一優選的實施例，傳感器信號s1也可以直接輸送到計值電路90。在那裡，後者通過模擬-數字-轉換器93數位化到達微處理器和信號處理器91，處理器藉助於傳感器信號s1提供粘度測量值Xη。微處理器和信號處理器91分配得到系統脈衝-振蕩器65和監視級和復位級66。
藉助於前面連接了由數字粘度測量值Xη供給的數字/模擬-轉換器99的電流調節器96，測量電子裝置50將粘度測量值Xη調整到受電器2L內受電器電流的振幅。換句話說，通過在取決於瞬時粘度測量值Xη的情況下調整受電器電流的振幅，測量電子裝置50將與粘度測量值Xη相應的粘度信號提供給受電器2L。
依據本發明一優選的實施例，在測量電子裝置50內還具有通信接口97，用於除了粘度測量值Xη外，還將內部測量裝置參數轉換成通過受電器2L傳遞的信號並輸送到受電器2L裡面，或者也從外部接收通過受電器2L傳遞的測量裝置參數。在這種情況下，作為通信接口97例如可以是按照依據HARTCommunication Foundation，AustinTX的HART-現場通信協議的接口，也就是使用FSK-編碼的高頻交流電壓作為信號載體。
依據本發明另一優選的實施例，測量電子裝置50包括至少一個連接在受電器2L上的能量緩衝器；在圖5中可以看到其中的兩個，即能量緩衝器82，83。藉助於這種能量緩衝器，可以至少部分和/或者至少有時提供測量電子裝置50需要的功率，特別是受電器2L瞬時提供的能量不夠用於測量電子裝置50工作使用的情況下。
能量緩衝器82無論在調壓器81上還是在計值電路90上持續存在，從而它根據需求充電和放電。與此相比，能量緩衝器83通過開關處於勵磁電路160上，藉助於開關可以中斷放電。
依據本發明另一優選的實施例，測量電子裝置50對電功率的需求量也就是其消耗功率可以變化，因此可與實際可供支配的電功率匹配。在此方面，測量電子裝置50的功率需求量的變化例如在取決於瞬時可支配功率的情況下可以控制或者定時脈衝完成。為達到控制消耗功率的目的，在測量電子裝置50上還具有控制電路84，例如藉助於微處理器和信號處理器91可以實現。
在此方面，調節電功率的需求量例如可以這樣進行，使控制電路84有時停用勵磁電路160和/或者計值電路90，以減少消耗功率。在這種情況下，停用計值電路90的意思例如是說，將後者置於低消耗功率的工作狀態，其中，工作中至少保留控制能量存儲器或重新激活計值電路所要求的功能；其中，將計值電路90重新激活後工作所要求的測量數據和/或者工作參數相應地可支配地保持在數據存儲器，例如暫時數據存儲器92內。此外，勵磁電路例如也可通過將其完全斷開而停用。
圖6示出與本發明第一變化相符的勵磁電路160的電路圖，部分為方框圖形式。將傳感器17，18之一提供的傳感器信號或者例如其總和作為輸入信號輸送到振幅解調級pd。因此，振幅解調級pd在輸入端與傳感器17，18之一連接-在圖6中為傳感器17。振幅解調級pd的作用是不斷確定測量管振動的振幅。此外，振幅解調級pd的作用還在於提供輸出信號，例如體現這種所測定振幅的普通直流信號。為此依據本發明一優選構成，在振幅解調級pd中具有輸入信號的峰值檢波器。取代該峰值檢波器也可以使用例如檢測振幅的同步整流器，由與輸入信號同相位的基準信號發射脈衝。
比較級sa的第一輸入端與振幅解調級pd的輸出端連接；將預先規定測量管13振動振幅的可調基準信號Sr輸送到比較級sa的第二輸入端。比較級sa測定振幅解調級pd輸出信號與基準信號Sr的偏差，並將其作為相應的輸出信號輸出。該偏差可以例如在使用所檢測振幅和通過基準信號Sr預先規定振幅之間基本差值的情況下以絕對振幅誤差的形式，或者例如在使用所檢測和預先規定振幅的商的情況下以相對振幅誤差的形式確定並繼續發送。
振幅解調級pd的輸入信號輸送到振幅調製級am的第一輸入端，比較級sa的輸出信號輸送到第二輸入端。振幅調製級am的作用是，調製振幅解調級pd的輸入信號，利用該信號使比較級sa的輸出信號振幅。在此方面，一個傳感器信號或兩個傳感器信號的總和-或與此各自成比例的信號，參閱下面-載頻信號和藉助於比較級sa產生的誤差信號為調製信號，它可以-始終緩慢地-變化。誤差信號表示測量管13的瞬時振幅與通過基準信號Sr體現的它的或它們的額定振幅的偏差。此外，振幅調製級am的作用還在於，為勵磁器設置1 6提供攜帶驅動能量的驅動信號。為此，振幅調製級am具有相應的末級ps，用於放大利用調製信號調製的載頻信號。
為了達到載頻信號與調製信號調幅的目的，依據本發明一優選的構成，在振幅調製級am中具有乘法器m，參閱圖7。
圖7根據本發明的第二變化示出勵磁電路160實施例的電路圖，部分為方框圖形式。圖7的實施例與圖6實施例的不同之處在於，取代其振幅調製級am的是具有脈衝寬度調製級pwm，它帶有由外部交流信號發出脈衝的脈衝持續時間調製器pm。如圖7所示，脈衝持續時間調製器pm在恆定的正第一直流電壓+U1上工作，並處於電路零點SN上。
將振幅解調級pd的輸入信號輸送到脈衝持續時間調製器pm的第一輸入端-它是載頻信號的輸入端。因此，該第一輸入端與傳感器之一連接-在圖7中它還是傳感器7。將與所要測定的振幅誤差成比例的誤差信號輸送到脈衝持續時間調製器pm的第二輸入端-它是調製信號的輸入端。脈衝持續時間調製器pm的輸出端再次與末級ps｀的輸入端連接，該末級在輸出端上供給勵磁器設置16相應的驅動信號。在這種情況下，由末級ps′提供的驅動信號為矩形信號，它利用振幅解調級pd輸入信號的信號頻率發出脈衝，並具有利用比較級sa的輸出信號調製的脈衝寬度。
圖8根據本發明的第一變化示出勵磁電路160另一實施例的電路圖，部分為方框圖形式。圖8的實施例與圖6實施例的不同之處在於，取代其乘法器m的是具有比較器kk和直流變壓器dc，變壓器至少提供驅動勵磁器設置16內勵磁電流的供電電壓。該供電電壓的振幅再次取決於比較級sa的輸出信號，因此應視為非恆定的。根據供電電壓的設計參數，勵磁電流可以是雙極的，但也可以是單極的。
因此，依據圖8本發明一優選構成，直流變壓器dc提供帶有正第一電位+u和負第二電位-u的供電電壓，其中，用於調節電位的直流變壓器dc的控制輸入端接收比較級sa的輸出信號。由直流變壓器dc提供的，在其振幅上匹配的供電電壓作為工作電壓，施加到相應的，用於供給勵磁器設置16的脈衝寬度調製級pwm的末級ps″上。此外，末級ps″在輸入端與比較器kk的輸出端連接。比較器k1在恆定的正第一直流電壓+U1上工作，並處於電路零點SN上。將峰值檢波器pd的輸入信號輸送到比較器kk的輸入端。因此，比較器kk在輸入端與傳感器之一連接-在圖8中它還是傳感器17。
在圖6-7中虛線分別表示，取代傳感器17，18傳感器信號之一的，也可以是其總和，被輸送到峰值檢波器pd和乘法器m或脈衝持續時間調製器pm或比較器kk；然後這些傳感器信號通過加法器s傳輸。
在圖6-7中，可以看到其他虛線示出的分電路，它們是優選勵磁電路的優選進一步構成。
在勵磁電路160的進一步構成中具有前置放大器vv，連接在峰值檢波器pd或者需要時在同步整流器的前面。
在勵磁電路160的另一進一步構成中具有放大器v，它在比較級sa的輸出信號作為誤差信號到達振幅調製級am之前對其放大。這种放大器可以是運算放大器op，其非轉換輸入端處於電路零點SN上，其轉換輸入端通過前置電阻wv與比較級sa的輸出端並通過分路電阻ws與放大器的輸出端連接。這樣布線的運算放大器op在圖6-7中右上方可見。
在勵磁電路160的另一進一步構成中具有積分放大器vi，它在比較級sa的輸出信號作為誤差信號到達乘法器m之前對其放大和積分。這种放大器可以是運算放大器op′，其非轉換輸入端處於電路零點SN上，其轉換輸入端通過前置電阻wv′與比較級sa的輸出端並通過分路電阻ws′和電容器k的串聯電路與放大器的輸出端連接。這樣布線的運算放大器op′在圖6-7中間的右側可見。
在勵磁電路160的另一進一步構成中具有微分和積分放大器vd，它在比較級sa的輸出信號作為誤差信號到達乘法器m之前對其放大，微分和積分。這种放大器可以是運算放大器op″，其非轉換輸入端處於電路零點SN上，其轉換輸入端通過前置電阻wv″和第一電容器k1的並聯電路與比較級sa的輸出端並通過分路電阻ws″和第二電容器k2的串聯電路與放大器的輸出端連接。這樣布線的運算放大器op″在圖6-7中右下可見。
圖6-7中藉助箭頭表示，各自的放大器v，vi，vd應處於虛線示出的正方形q位置上，該正方形或者處於比較級sa的輸出端和振幅調製級am的第二輸入端之間，或者處於比較級sa的輸出端和脈衝寬度調製級pwm的調製信號-輸入端之間。
在本發明的框架內，圖6-7各分電路的功能通過相應的模擬的或者數字的分電路實現，在後一種情況下，例如藉助於適當編程的微處理器，其中，將所要輸送到該微處理器的信號事先進行模擬/數字-轉換，並將其輸出信號需要時進行數字/模擬-轉換。
圖9示出末級ps第一優選實施例的電路圖，例如可以在依據圖6的振幅調製級am中使用。運算放大器ov在正的和負的各自恆定的直流電壓+U，-U上工作並如下布線。轉換輸入端通過第一電阻w1處於電路零點SN上，非轉換輸入端通過第二電阻w2處於乘法器m的輸出端上。
運算放大器ov的輸出端在第三電阻w3的中間連接下與變壓器tf初級線圈的第一極pp1連接；初級線圈的第二極pp2處於電路零點SN上。變壓器tf也有次級線圈，藉助於其兩個極sp1，sp2連接在勵磁器設置16上。
初級線圈具有初級線圈匝數N1，次級線圈具有次級線圈匝數N2。變壓器tf為電流上行變壓器，並具有例如201的變壓比N1/N2。
運算放大器ov的轉換輸入端通過第四電阻w4連接在初級線圈的第一極pp1上。非轉換輸入端通過第五電阻w5與輸出端連接。
五個電阻w1，w2，w3，w4，w5具有相應的電阻值R1，R2，R3，R4，R5。電阻值R1按等於電阻值R2以及電阻值R4等於電阻值R5選擇。如果乘法器m的輸出電壓採用um標註的話，如下得出勵磁器設置16內交流電流ii=UmR5R1R3N1N2]]>圖10示出末級ps′第二優選實施例的電路圖，例如可以在依據圖7的脈衝寬度調製級pwm中使用。該末級為互補的推挽末級的這種構成的「核心」是，P-電路-增強型-絕緣體層-場效應-電晶體P的控制電流電路的串聯電路，帶有N-電路-增強型-絕緣體層-場效應-電晶體N，下面簡稱為電晶體。
在控制電流電路的連接點上，連接勵磁器設置16。為每個控制電流電路並聯一個保護二極體dn，dp，其中，各自的陰極處於各自電晶體的正點上。
串聯電路P-電晶體側的末端處於恆定的正第二直流電壓+U2上，其N-電晶體側的末端處於相應的負直流電壓-U2上。電晶體N，P的控制極相互並與比較器kk′的輸出端連接。比較器kk′的非轉換輸入端處於脈衝持續時間調製器pm的輸出端上，參閱圖7。
比較器kk′的轉換輸入端與由電阻r1和電阻r2組成的分壓器的分接頭連接。電阻r1，r2具有相同的電阻值，處於正直流電壓+U1和電路零點SN之間。電阻r1，r2和比較器kk′用於與直流電壓+U1的半值相關的使脈衝持續時間調製器pm的輸出信號對稱。
因此，勵磁器設置16在傳感器17的輸出信號或傳感器17，18的輸出信號的總和每次正過零時得到正電流脈衝，在傳感器17的輸出信號或傳感器17，18的輸出信號的總和每次負過零時得到負電流脈衝。這些電流脈衝各自的持續時間這樣自動調整，使其達到通過基準信號Sr預先規定的測量管13的振幅。
圖11示出末級ps″第三優選實施例的電路圖，例如可以在依據圖8的振幅調製級am中使用。該末級為互補的推挽末級的這種構成的「核心」是，在這裡也如圖10所示那樣，P-電路-增強型-絕緣體層-場效應-電晶體P′的控制電流電路的串聯電路，帶有N-電路-增強型-絕緣體層-場效應-電晶體N′，下面簡稱為電晶體。
在控制電流電路的連接點上，連接勵磁器設置16。為每個控制電流電路並聯一個保護二極體dn′，dp′，其中，各自的陰極處於各自電晶體的正點上。
串聯電路P-電晶體側的末端處於取決於比較級sa輸出信號的正直流電壓+u上，其N-電晶體側的末端處於取決於比較級sa輸出信號的負直流電壓-u上。電晶體N′，P′的控制極相互並與比較器kk″的輸出端連接。比較器kk″的非轉換輸入端處於比較器kk的輸出端上，參閱圖8。
比較器kk″的轉換輸入端與由電阻r3和電阻r4組成的分壓器的分接頭連接。電阻r3，r4具有相同的電阻值，處於恆定正第一直流電壓+U1和電路零點SN之間。電阻r3，r4和比較器kk″用於與直流電壓+U1的半值相關的使比較器kk的輸出信號對稱。
因此，勵磁器設置16在傳感器17的輸出信號或傳感器17，18輸出信號的總和每次正半波期間得到正電流脈衝，而在傳感器17的輸出信號或傳感器17，18輸出信號的總和每次負半波期間得到負電流脈衝。這些電流脈衝各自的振幅在其方面取決於依賴比較級sa輸出信號的直流電壓+u，-u，從而使通過基準信號Sr預先規定的測量管13的振幅自動調整。
所提及的直流電壓+U1，+U2，-U2在由雙導線-程序控制受電器提供的能量的基礎上以通常的方式產生。也可以取代兩個正直流電壓+U1，+U2，僅具有唯一的正直流電壓。
在本發明中，所提及的雙導線-程序控制受電器一方面優選輸送用於供電的直流電流，其中，特別是測量信號同時是例如依據標準包括4mA至20mA範圍的直流電流。另一方面，該測量信號也可以優選為數位訊號，從而雙導線-程序控制受電器可以連接在現場總線上。
本發明的勵磁電路與測量管13共同組成調節電路，它既電適應測量管13勵磁振動的機械諧振頻率，也適應藉助於基準信號Sr預先規定的該振動的振幅。
因此，不需要以前常用的那些勵磁電路，即為電調節諧振頻率和振幅具有調幅級和相位聯鎖受電器，所謂的PLL。以前的勵磁電路不僅在所需元件的數量方面非常繁雜，而且它們需要的電能遠遠超過雙導線-測量裝置中可供支配的電能。
本發明的勵磁電路160僅需要少量的元件，它們整體上也具有實際上可以忽略不計的損耗功率，從而可供支配的少量電能就完全可供勵磁使用。
權利要求
1.管道內流動的流體的粘度測量裝置，該粘度測量裝置包括- 振動式，特別是彎曲振動式測量傳感器(10)，-- 帶有至少一個與管道連通的，在工作時振動的測量管(13)，用於引導流體和產生在流體中作用的摩擦力，-- 帶有勵磁器設置(16)，用於使至少一個測量管(13)振動以及- 具有可預先確定電功率需求的測量電子裝置(50)，它-- 提供供給勵磁器設置(16)的勵磁電流(iexc)和-- 瞬時體現流體粘度的粘度測量值(Xη)，-- 其中，測量電子裝置(50)與雙導線-程序控制受電器連接並由其供給電能，-- 其中，測量電子裝置(50)將與粘度測量值(Xη)相應的粘度信號輸送到雙導線-程序控制受電器(2L)或者對其進行調整。
2.按權利要求1所述的粘度測量裝置，- 其中，測量電子裝置(50)對電功率的需求量可以變化- 其中，測量電子裝置(50)包括控制電路(84)，用於調整電功率的需求量。
3.按權利要求2所述的粘度測量裝置，其中，測量電子裝置包括- 勵磁電路(160)，用於產生勵磁電流和- 計值電路(90)，用於檢測傳感器信號(17，18)和用於測定粘度測量值(Xη)，其中，- 控制電路(84)為降低電功率的需求量有時停用勵磁電路(160)和/或者計值電路(90)。
4.按權利要求2或3所述的粘度測量裝置，其中，測量電子裝置(50)包括至少一個連接在雙導線-程序控制受電器(2L)上的能量緩衝器(82，83)，它至少部分和/或者有時提供測量電子裝置(50)需要的功率。
5.按權利要求4所述的粘度測量裝置，其中，控制電路(84)給能量緩衝器(82，83)有時充電。
6.按權利要求1-5之一所述的粘度測量裝置，其中，粘度測量裝置藉助於雙導線-程序控制受電器(2L)連接在現場總線上。
7.按權利要求1-6之一所述的粘度測量裝置，其中，作為粘度信號為雙導線-程序控制受電器(2L)內，特別是可在4mA至20mA範圍內變化的直流電，或者數位訊號。
8.按權利要求1-7之一所述的粘度測量裝置，其中，測量傳感器具有傳感器設置(60)，用於檢測測量管(13)的振動和用於產生至少一個體現這種振動的傳感器信號(s1)。
9.按權利要求8所述的粘度測量裝置，其中，測量電子裝置(50)藉助於至少一個傳感器信號(s1)調整勵磁電流(iexc)。
10.按權利要求8或9所述的粘度測量裝置，其中，勵磁電路(160)包括振幅解調級(pd)，用於產生瞬時體現振動測量管(13)振幅的輸出信號，其中，將由傳感器設置(60)提供的傳感器信號(s1，s2)之一或其總和作為輸入信號輸送到振幅解調級(pd)。
11.按權利要求10所述的粘度測量裝置，其中，勵磁電路(160)包括比較級(sa)，用於測定所檢測的振動測量管(13)的振幅與預先規定的額定振幅的偏差，其中，在輸入端除了振幅解調級(pd)的輸出信號外，將體現額定振幅的基準信號(Sr)輸送給比較級(Sa)。
12.按權利要求11所述的粘度測量裝置，其中，勵磁電路(160)包括在輸入端與比較級(sa)的輸出端連接的振幅調製級(am)，用於產生勵磁器設置(16)的驅動信號，它具有取決於所測定偏差的信號振幅，其中，在輸入端除了體現所檢測振幅與預先規定的額定振幅偏差的誤差信號外，將振幅解調級(pd)的輸入信號輸送給振幅調製級(am)。
13.按權利要求11所述的粘度測量裝置，其中，勵磁電路(160)包括在輸入端與比較級(sa)的輸出端連接的脈衝寬度調製級(pwm)，用於產生勵磁器設置(16)的脈衝驅動信號，該信號具有取決於所測定偏差的脈衝寬度，其中，在輸入端除了體現所檢測振幅與預先規定的額定振幅偏差的誤差信號外，將振幅解調級(pd)的輸入信號輸送給脈衝寬度調製級(pwm)。
全文摘要
粘度測量裝置包括振動式測量傳感器(10)，帶有至少一個在工作時振動的測量管(13)，用於引導所要測量的流體和產生在流體中作用的摩擦力。為使至少一個測量管(13)振動，還具有工作時勵磁電流(i
文檔編號G01N11/16GK1516808SQ02812185
公開日2004年7月28日 申請日期2002年6月17日 優先權日2001年6月19日
發明者沃爾夫岡·德拉姆, 沃爾夫岡 德拉姆, 克裡斯蒂安·馬特, 蒂安 馬特, 阿爾弗雷德·裡德, 雷德 裡德 申請人:恩德斯+豪斯流量技術股份有限公司