科裡奧利流量計的製作方法

2023-06-20 14:37:31

專利名稱：科裡奧利流量計的製作方法
技術領域：
本發明涉及科裡奧利(Coriolis)流量計，具體而言，本發明涉及確定被測流體 (在下文中稱作「目標流體」)中氣泡狀態的科裡奧利流量計。
背景技術：
科裡奧利流量計用於測量在化工廠(或類似地方)執行的流速控制中的目標流體 的流速。在JP-A-8-29229中例舉了示例科裡奧利流量計的配置。除了能夠測量流速，科裡奧利流量計還能夠檢測目標流體中的氣泡，並且在 JP-T-2002-525623中說明了 一種用於檢測氣泡的方法。參考圖9說明了該用於檢測氣泡的 方法。圖9是示出了驅動電路的驅動增益隨時間變化的示圖，該驅動電路激活科裡奧利流 量計傳感器的測量管道。當氣泡進入了目標流體時，測量管道的驅動能量中的損耗增加，使得測量管道的 振動幅度變小。在此情況中，為了保持預定的振動，驅動電路的驅動增益和從該驅動電路輸 出的驅動電壓升高。當驅動增益超過閾值時，能夠檢測到氣泡的混入。在圖9中，用於檢測氣泡的閾值取606。在從時間、到時間、的時間段期間，在 目標流體中沒有混入氣泡，並且驅動增益小於閾值606。從時間tl，氣泡開始進入目標流體，並且在時間段600的期間混入在目標流體中。 從而，在此時間段期間，驅動增益超過閾值606，並且檢測氣泡的混入。然而，當目標流體的壓力較高時，氣泡的直徑小於當壓力較低時所獲得的氣泡的 直徑。因此，驅動能量中的損耗變得較小，並且在如圖9所示的時間段600的期間驅動增益 降低。當在時間段600的期間獲得的平均驅動增益變得稍大於閾值606時，由於驅動增 益的波動，驅動增益會相對於閾值606上升和下降。驅動增益的波動導致在時間段600的 期間發生重複的氣泡出現與消失的問題，該問題進而使得不能夠精確地檢測氣泡。

發明內容
本發明涉及科裡奧利流量計，並且提供一種無論流體壓力如何變化都能精確地確 定被測流體中的氣泡狀態的科裡奧利流量計。為了實現上述目的，根據本發明的第一方面，提供一種科裡奧利流量計，該科裡奧 利流量計振動其中流過被測流體的測量管道，檢測其中包括由于振動而在流體中產生的科 裡奧利力的振動，並且根據檢測信號測量該流體的總體流速，該科裡奧利流量計包括
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波動計算部件，該波動計算部件基於檢測信號計算波動；狀態值計算部件，該狀態值計算部件根據由波動計算部件計算的波動來計算表示 流體中氣泡狀態的狀態值；以及確定部件，該確定部件根據由狀態值計算部件計算的狀態值確定氣泡的狀態。根據本發明的第二方面，提供一種如第一方面所述的科裡奧利流量計，其中所述波動計算部件包括基準信號產生部件，該基準信號產生部件通過使用基於檢測信號計算得到的頻率 或角速度產生基準信號；平均值計算部件，該平均值計算部件基於由基準信號產生部件產生的基準信號以 及基於檢測信號計算平均值；以及平均值變化計算部件，該平均值變化計算部件計算由平均值計算部件計算得到的 平均值中的變化來作為波動。根據本發明的第三方面，提供一種如第二方面所述的科裡奧利流量計，其中，該基準信號產生部件產生第一基準信號和與該第一基準信號有90°相位差 的第二基準信號；並且其中，該平均值計算部件計算第一平均值和第二平均值，其中第一平均值是檢測 信號與第一基準信號的乘積的平均值，第二平均值是檢測信號與第二基準信號的乘積的平 均值。根據本發明的第四方面，提供一種如第二或第三方面所述的科裡奧利流量計，其中，該平均值變化計算部件基於當前平均值、倒數第一個平均值和倒數第二個 平均值計算平均值中的變化作為波動。根據本發明的第五方面，提供一種如第一到第四方面中的任一方面所述的科裡奧 利流量計，其中，該狀態值計算部件計算波動的均方值、均方根值、平均絕對值、或者平均絕 對值的平方根。根據本發明的第六方面，提供一種如第三方面所述的科裡奧利流量計，其中，該平均值變化計算部分基於第一平均值的當前值、第一平均值的倒數第一 個值和第一平均值的倒數第二個值計算第一平均值中的變化作為第一波動，並且基於第二 平均值的當前值、第二平均值的倒數第一個值和第二平均值的倒數第二個值計算第二平均 值中的變化作為第二波動；並且該狀態值計算部件計算第一波動的平方與第二波動的平方的平均值、該平均值的 平方根並計算第一波動的絕對值和第二波動的絕對值的平均值或者該平均值的平方根。根據本發明的第七方面，提供一種如第一到第六方面中的任一方面所述的科裡奧 利流量計，其中，該確定部件將狀態值與閾值進行比較，以確定氣泡的狀態。根據本發明的第八方面，提供一種如第七方面所述的科裡奧利流量計，還包括閾值產生部件，該閾值產生部件基於沒有氣泡時所計算的狀態值產生作為閾值的值。根據本發明的第九方面，提供一種如第一方面所述的科裡奧利流量計，
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其中，該波動計算部件包括第一移位部件，該第一移位部件產生與由一個振動檢測部件檢測的第一檢測信號 有90°相位差的第一移位檢測信號；平均值計算部件，該平均值計算部件基於由第一移位部件產生的第一移位檢測信 號、由另一個振動檢測部件檢測的第二檢測信號、和第一檢測信號來計算平均值；以及平均值變化計算部件，該平均值變化計算部件計算由平均值計算部件計算得到的 平均值中的變化作為波動。根據本發明的第十方面，提供一種如第一方面所述的科裡奧利流量計，其中，該波動計算部件包括第一移位部件，該第一移位部件產生與由一個振動檢測部件檢測的第一檢測信號 有90°相位差的第一移位檢測信號；第二移位部件，該第二移位部件產生與由另一個振動檢測部件檢測的第二檢測信 號有90°相位差的第二移位檢測信號；平均值計算部件，該平均值計算部件基於由第一移位部件產生的第一移位檢測信 號、由第二移位部件產生的第二移位檢測信號、第一檢測信號、和第二檢測信號來計算平均 值；以及平均值變化計算部件，該平均值變化計算部件計算由平均值計算部件計算得到的 平均值中的變化作為波動。


現將參考

實現本發明的各種特徵的一般結構。提供附圖以及相關說明是 為了圖解說明本發明的實施例，而非限制本發明的範圍。圖IA和IB示出了科裡奧利流量計的檢測單元，其中圖IA是示例性框圖，圖IB是 示例性操作圖；圖2是應用本發明的科裡奧利流量計的示例性框圖；圖3是應用本發明的氣泡診斷處理的示例性操作流程圖； 圖4A和4B是當氣泡混入或沒有混入時所獲得的平均值Sl和S2的示例圖；圖5是應用本發明的科裡奧利流量計的另一個示例性框圖；圖6是應用本發明的氣泡診斷處理的另一個示例性操作流程圖；圖7是應用本發明的科裡奧利流量計的另一個示例性框圖；圖8是應用本發明的氣泡診斷處理的另一個示例性操作流程圖；以及圖9是結合相關技術進行說明的示出了驅動電路的驅動增益隨時間變化的示例 圖，該驅動電路激活科裡奧利流量計傳感器的測量管道。
具體實施例方式參考附圖，將在下文中說明根據本發明的各種實施例。(第一實施例)圖IA是科裡奧利流量計的檢測單元SNS的框圖；圖IB是用於說明檢測單元SNS 的操作的示例性操作圖；圖2是應用本實施例的科裡奧利流量計10的框圖。參考這些附圖進行說明。在圖IA中，測量管道可以是其他類型；例如，可以是U型管道類型。為了簡明起 見，將參考直的管道類型提供說明。附圖標記1表示允許被測流體(在下文中稱作「目標流體」)流動的測量管道，並 且目標流體從左到右流過管道。將測量管道1的兩端分別固定到支撐元件2和3。在測量 管道1的中間區域附近設置振動裝置4，其在垂直方向上機械地振動測量管道1。將檢測測量管道1的振動的上遊傳感器5A(—個振動檢測部件)和下遊傳感器 5B(另一個振動檢測部件)固定在支撐元件2和3支撐測量管道1的區域的附近。在支撐 元件3的附近設置用於對溫度進行補償的溫度傳感器6。檢測單元SNS包括上述元件。在圖IB中，當目標流體在振動裝置4將振動以由附圖標記Ml和M2表示的主模式 的形狀傳遞給測量管道1的情況下流入測量管道1時，在該目標流體中產生科裡奧利力，並 且測量管道1按照由M3和M4表示的次模式的形狀進行振動。實際上，當這兩種類型的振動模式疊加時測量管道1經受振動。科裡奧利流量計 基於上遊傳感器5A (其檢測由測量管道1的振動引起的變形)所產生的位移信號SA(第一 檢測信號)和下遊傳感器5B(其檢測同樣由測量管道1的振動引起的變形)所產生的位移 信號SB(第二檢測信號)來測量目標流體的總體流速。在圖2中，應用本實施例的科裡奧利流量計10的特徵在於包括波動計算部件 50，其具有基準信號產生部件51、平均值計算部件52和平均值變化計算部件53 ；狀態值計 算部件60 ；確定部件70 ；以及閾值產生部件80。基準信號產生部件51接收位移信號SA並且向平均值計算部件52輸出基準信號 DR。平均值計算部件52從基準信號產生部件51接收基準信號DR，從低通濾波器(LPF) 20 接收輸出信號DA3，並且向平均值變化計算部件53輸出平均值。平均值變化計算部件53從 平均值計算部件52接收平均值並且向狀態值計算部件60輸出波動F。狀態值計算部件60從平均值變化計算部件53接收波動F並且向確定部件70輸 出狀態值DS。確定部件70從狀態值計算部件60接收狀態值DS，並且從閾值產生部件80 接收閾值，從而確定氣泡的狀態。現在說明針對從檢測單元SNS輸出的位移信號SA和SB的跟隨保持(T&H)電路18 和24的操作、模數轉換器(A/D) 19和25的操作、以及低通濾波器(LPF) 20和26的操作。不考慮測量管道1的振動，時鐘信號振蕩器17產生具有預定採樣周期的時鐘信號 TC。例如，將位移信號SA以AXSin(coAXt+0A)的形式輸入到跟隨保持電路18，在此 通過確定了採樣時間點的時鐘信號TC來對所述位移信號SA進行連續採樣和保持。跟隨保 持電路18向模數轉換器19輸出AX sin (ω AX t⑴+ΦΑ)。參考標記A表示位移信號SA的電壓幅度(V) ;ωΑ表示位移信號SA的角速度(rad/ s)；變量「i」表示以時間順序分配給採樣時間點的連續編號(整數)；並且t(i)表示採用 時間點「i」的時間(s)。此外，參考標記ΦΑ表示位移信號SA與稍後將要說明的基準信號 DRl (正弦波sin( Xt))之間的相位差(rad)。將保持的位移信號SA輸入到模數轉換器19，在此將信號連續地轉換成數位訊號 DA2。將數位訊號DA2輸出到以數字格式進行處理的低通濾波器20。
低通濾波器20去除高於測量管道的振動頻率的頻率成分，並且向平均值計算部 件52輸出數位訊號DA3。例如，低通濾波器20採用FIR(有限脈衝響應)濾波器(一種數 字濾波器)。同時，例如，將位移信號SB以B X sin (ω BX t+ ΦB)的形式輸入到跟隨保持電路24， 在此通過確定了採樣時間點的時鐘信號TC對所述位移信號SB進行連續的採樣/保持。跟 隨保持電路24向模數轉換器25輸出BX sin (ω BX t⑴+ΦΒ)。參考標記B表示位移信號SB的電壓幅度(V) ;ωΒ表示位移信號SB的角速度(rad/ s)；變量「i」表示以時間順序分配給採樣時間點的連續編號(整數)；並且t(i)表示採用 時間點「i」的時間(s)。此外，參考標記ΦΒ表示位移信號SB與稍後將要說明的基準信號 DRl (正弦波sin( Xt))之間的相位差(rad)。將保持的位移信號SB輸入到模數轉換器25，在此將信號連續地轉換成數位訊號 DB2。將數位訊號DB2輸出到以數字格式進行處理的低通濾波器26。低通濾波器26具有與低通濾波器20相同的配置；去除高於測量管道的振動頻率 的頻率成分；並且向平均值計算部件52輸出數位訊號DB3。當低通濾波器20和26是FIR 濾波器時，還要預先共同選擇濾波器的增益特徵、群時延頻率特徵等。將位移信號SA輸入到激勵電路32，並且將與位移信號SA相當的激勵電壓輸出到 振動裝置4。激活振動裝置4使得呈現例如正弦波的波形。進一步參考圖3，現在說明通過使用在波動計算部件50中提供的基準信號產生部 件51、平均值計算部件52和平均值變化計算部件53 ；狀態值計算部件60 ；確定部件70 ；以 及閾值產生部件80執行的氣泡診斷處理。圖3是氣泡診斷處理的操作流程圖。通過使用位移信號SA來說明氣泡診斷處理；然而，也可以替代使用位移信號SB。在圖3所示的步驟SlO中，基準信號產生部件51將「j」(變量)設置為一。參考 標記「j」表示分配給每個平均值Sl和S2以及每個波動Fl和F2的時間序列值的連續編號 (整數)。在步驟S15中，基準信號產生部件51計算位移信號SA的角速度ω (rad/s)並且 在步驟S20中將「i」(變量)設置為一。例如，在預定的時間段之中，對位移信號SA的電壓變為零的次數進行計數，並且 可以使用該預定的時間段和該計數值計算角速度ω。可替換地，計算位移信號SA的頻率 「f」(Hz)而非角速度ω，然後可以使用該頻率「f」計算角速度ω (ω = 2X π Xf ( 「 π 」是 圓周率))。在步驟S25中，針對每個時間t(i)，基準信號產生部件51通過使用角速度ω產生 基準信號DRl sin( Xt(i))(正弦波第一基準信號)和與基準信號DRl有90°相位差 的基準信號DR2 cos (ω Xt (i))(餘弦波第二基準信號)。將基準信號DRl和DR2輸出到 平均值計算部件52。在步驟S30中，平均值計算部件52從低通濾波器20接收通過信號 AXsin( AXt(i)+0A)的數字轉換所產生的信號(DA3)。在步驟S35中，平均值計算部件52通過使用在下面提供的等式(1)計算通過將信 號DA3和基準信號DRl的乘積除以M所確定的平均值Sl (j)(第一平均值)。此外，平均值 計算部件52還通過使用在下面提供的等式(2)計算信號DA3和基準信號DR2的乘積的M
8平均值S2(j)(第二平均值)[數學表達式1]
權利要求
一種科裡奧利流量計，該科裡奧利流量計振動其中流過被測流體的測量管道，檢測其中包括由于振動而在流體中產生的科裡奧利力的振動，並且根據檢測信號測量該流體的總體流速，該科裡奧利流量計包括波動計算部件，其基於檢測信號計算波動；狀態值計算部件，其根據由波動計算部件計算的波動來計算表示流體中氣泡狀態的狀態值；以及確定部件，其根據由狀態值計算部件計算的狀態值來確定氣泡的狀態。
2.如權利要求1所述的科裡奧利流量計， 其中，所述波動計算部件包括基準信號產生部件，其通過使用基於檢測信號計算得到的頻率或角速度來產生基準信號；平均值計算部件，其基於由基準信號產生部件產生的基準信號以及檢測信號來計算平 均值；以及平均值變化計算部件，其計算由平均值計算部件計算得到的平均值中的變化來作為波動。
3.如權利要求2所述的科裡奧利流量計，其中，基準信號產生部件產生第一基準信號和與該第一基準信號有90°相位差的第二 基準信號；並且其中，平均值計算部件計算第一平均值和第二平均值，其中第一平均值是檢測信號與 第一基準信號的乘積的平均值，第二平均值是檢測信號與第二基準信號的乘積的平均值。
4.如權利要求2所述的科裡奧利流量計，其中，平均值變化計算部件基於當前平均值、倒數第一個平均值和倒數第二個平均值 計算平均值中的變化來作為波動。
5.如權利要求1所述的科裡奧利流量計，其中，狀態值計算部件計算波動的均方值、均方根值、平均絕對值、或者平均絕對值的 平方根。
6.如權利要求3所述的科裡奧利流量計，其中，平均值變化計算部分基於第一平均值的當前值、第一平均值的倒數第一個值和 第一平均值的倒數第二個值計算第一平均值中的變化來作為第一波動，並且基於第二平均 值的當前值、第二平均值的倒數第一個值和第二平均值的倒數第二個值計算第二平均值中 的變化來作為第二波動；並且狀態值計算部件計算第一波動的平方與第二波動的平方的平均值、該平均值的平方 根，並計算第一波動的絕對值和第二波動的絕對值的平均值或者該平均值的平方根。
7.如權利要求1所述的科裡奧利流量計，其中，確定部件將狀態值與閾值進行比較，以確定氣泡的狀態。
8.如權利要求7所述的科裡奧利流量計，還包括閾值產生部件，該閾值產生部件基於沒有氣泡時所計算得出的狀態值來產生作為閾值 的值。
9.如權利要求1所述的科裡奧利流量計， 其中，該波動計算部件包括第一移位部件，其產生與由一個振動檢測部件檢測的第一檢測信號有90°相位差的第 一移位檢測信號；平均值計算部件，其基於由第一移位部件產生的第一移位檢測信號、由另一個振動檢 測部件檢測的第二檢測信號、和第一檢測信號來計算平均值；以及平均值變化計算部件，其計算由平均值計算部件計算得到的平均值中的變化來作為波動。
10.如權利要求1所述的科裡奧利流量計， 其中，該波動計算部件包括第一移位部件，其產生與由一個振動檢測部件檢測的第一檢測信號有90°相位差的第 一移位檢測信號；第二移位部件，其產生與由另一個振動檢測部件檢測的第二檢測信號有90°相位差的 第二移位檢測信號；平均值計算部件，其基於由第一移位部件產生的第一移位檢測信號、由第二移位部件 產生的第二移位檢測信號、第一檢測信號、和第二檢測信號來計算平均值；以及平均值變化計算部件，其計算由平均值計算部件計算得到的平均值中的變化來作為波動。
全文摘要
本發明提供一種科裡奧利流量計(10)，該科裡奧利流量計振動其中流過被測流體的測量管道，從振動中檢測包括在流體中產生的科裡奧利力的振動，並且從檢測信號測量該流體的總體流速。該科裡奧利流量計的特徵在於包括波動計算部件(50)，該波動計算部件(50)根據檢測信號(SA)計算波動；狀態值計算部件(60)，該狀態值計算部件(60)根據由波動計算部件(50)計算得到的波動計算表示流體中氣泡狀態的狀態值；以及確定部件(70)，該確定部件(70)根據由狀態值計算部件(60)計算的狀態值確定氣泡的狀態。
文檔編號G01F1/84GK101957222SQ20101023255
公開日2011年1月26日 申請日期2010年7月16日 優先權日2009年7月16日
發明者吉野晶紀, 宮地宣夫, 飯野俊雄 申請人:橫河電機株式會社