DE102008046891B4 - Messeinrichtung vom Vibrationstyp - Google Patents

Abstract

Messeinrichtung (10) vom Vibrationstyp, mit einer Erregeranordnung (2), die eine zeitabhängige, periodische Kraft F (ω, ψF) auf ein von einem Medium durchströmbares Messrohr (1) ausübt und dadurch das Messrohr (1) in Schwingungen versetzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung einen Phasenkomparator (6) umfasst, der eine Phasenverschiebung Δψ zwischen der Kraft F und einem Sensorsignal oder dem Mittelwert aus wenigstens einem ersten und zweiten Sensorsignal S1 (ω, ψS1) bzw. S2 (ω, ψS2) bestimmt, sowie einen Frequenzgenerator (7), der die Anregungsfrequenz ω und die Phase ψF der Kraft F in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung Δψ einstellt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung vom Vibrationstyp, mit einer Erregeranordnung, die eine zeitabhängige Kraft F (ω, ψ_F) auf ein von einem Medium durchströmbares Messrohr ausübt und dadurch das Messrohr in Schwingungen versetzt.
• Bei einer gattungsgemäßen Messeinrichtung vom Vibrationstyp kann eine Erregeranordnung vorhanden sein, die eine zeitabhängige Kraft F (ω, ψ_F) mit mindestens einer sinusoidalen, beispielsweise harmonischen, oder auch nicht sinusoidalen, also anharmonischen, Komponente mit einstellbarer Anregungsfrequenz ω auf ein von einem Medium durchströmbares Messrohr ausübt und dadurch das Messrohr in Schwingungen versetzt, sowie weiterhin ein erster und ein zweiter Messwertaufnehmer, die an unterschiedlichen Stellen am Messrohr angebracht sind und ein erstes bzw. ein zweites Messsignal S1 (ω, ψ_S1) bzw. S2 (ω, ψ_S2) ausgeben, sowie weiterhin eine Auswerteeinheit, die eine erste Phasenverschiebung zwischen dem ersten und zweiten Messsignal bestimmt und daraus eine Messgröße des Mediums ermittelt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer Messeinrichtung vom Vibrationstyp, bei der von einer Erregeranordnung eine zeitabhängige, periodische Kraft F (ω, ψ_F) auf ein von einem Medium durchströmbares Messrohr ausgeübt und dadurch das Messrohr in Schwingungen versetzt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
• Gattungsgemäße Messeinrichtungen vom Vibrationstyp werden auch als Coriolis-Durchflussmessaufnehmer bezeichnet. Mit ihnen kann der Durchfluss eines das Messrohr durchströmenden fluiden Mediums gemessen werden. Es können auch, entweder in Ergänzung zum Durchfluss oder allein, andere Parameter des Mediums gemessen werden, wie beispielsweise die Viskosität oder die Dichte des Mediums.
• Ein Coriolis-Durchflussmessaufnehmer hat eine Frequenzcharakteristik mit einer stark ausgeprägten Resonanzfrequenz ω₀ bzw. f₀ (bekanntermaßen ist der Zusammenhang zwischen ω₀ und f₀ gegeben durch die Beziehung ω₀ = 2Π × f₀) bei der balancierten Mode. Die Ermittlung der Messgröße erfolgt vorteilhafterweise bei Anregung mit dieser Resonanzfrequenz, da die Amplituden der gemessenen Signale bei der Resonanzfrequenz maximal sind.
• Die Resonanzfrequenz f₀ verschiebt sich aber im realen Betrieb des Coriolis-Durchflussmessaufnehmers aufgrund äußerer und innerer Einflüsse, in erster Linie mit der Dichte ρ des Mediums innerhalb des Messrohrs. Weiter kann sich die Resonanzfrequenz f₀ auch als Funktion der Temperatur und anderer Umgebungsbedingungen verändern.
• Daher haben Coriolis-Durchflussmessaufnehmer eine Steuer- und Auswerteelektronik, deren Ziel es ist, das System immer bei der Resonanzfrequenz f₀ anzuregen.
• In einer Applikation, wie sie beispielsweise in der DE 10 2007 059 804 gezeigt ist, wird die Anregung durch eine Torsion in der Mitte des Messrohrohres bewirkt.
• Symmetrisch zur Anregung (strömungsauf- und abwärts) befinden sich Sensoren (S₁ und S₂), die die Auslenkungen des Messrohres registrieren und so die Anregungsfrequenz f aufnehmen und mit denen die Phasenverschiebung dieser Punkte zur Anregung gemessen werden. Die Bedingung für die Resonanz des Systems ist erreicht, sobald der Strom durch den Aktor I_Aktor und die mittlere Phasenverschiebung der Sensorsignale in Phase liegen. Der Strom durch den Aktor ist bei den als Aktor oft verwendeten Tauchankergebern ein Maß für die Kraft der Anregung.
• Die eigentliche Messgrösse des Coriolis-Durchflussmessaufnehmers ist die Phasenverschiebung φ zwischen den Sensorsignalen S₁ und S₂ (strömungsauf- und abwärts zur Anregung) bei der Anregung bei der Resonanzfrequenz f₀. Dieses Signal entspricht dem Massendurchflusses (m') des Coriolis-Durchflussmessaufnehmers.
• Wenn eine andere Messgröße, beispielsweise die Viskosität des Messmediums, erfasst werden soll, wird unter Umständen nur ein Sensor benötigt. Es wird dann beispielsweise die Dämpfung des Sensorsignals gemessen und daraus die Viskosität ermittelt, oder es könnte auch die Änderung der Phasenlage des einen Sensorsignals bezogen auf die Anregende Kraft gemessen werden, und daraus dann die Viskosität oder auch die Dichte ermittelt werden.
• Allen Messverfahren ist jedoch heute gemeinsam, dass man möglichst bei der Resonanzfrequenz messen möchte.
• Um die Resonanzfrequenz bei einer Änderung im System nachzuführen, steuert ein Regelkreis bei bekannten Coriolis-Durchflussmessaufnehmern die Anregungsfrequenz so lange, bis die Resonanzbedingung erfüllt ist, d. h., bis der Mittelwert der Phasen der Sensorsignale in Phase mit dem Strom der Anregung ist. Bei einem Viskositätsmessgerät mit nur einem Sensor würde entsprechend die Frequenz so lange gesteuert, bis die Phase des einen Sensorsignals in Phase mit dem Strom der Anregung ist. Dazu muss die Frequenz variiert werden, bis die Phasen der Signale die Bedingung erfüllen.
• Dieser Vorgang benötigt aber aufgrund innerer mechanischer Ausgleichs- oder Relaxationsprozesse eine gewisse Zeit. Wenn eine neue Frequenz angelegt wird, so schwingt das Gerät noch eine Zeit lang mit der der alten Frequenz zugehörigen Phase, und es dauert eine gewisse Zeit, bis dieser „verschobene Anteil” der mechanischen Schwingung durch Dämpfung verschwunden ist. Bis man die der neuen Frequenz zugehörige neue Phase zuverlässig messen kann, muss man also etwas warten, und zwar um so länger, je besser die Güte des Systems ist. Die Geschwindigkeit, mit der die Eigenfrequenz nachgeführt werden kann, ist also durch die mechanische Relaxation des Systems begrenzt.
• In Kutin, J. et al.: Phase-locking control of the Coriolis meter's resonance frequency based an virtual instrumentation, Sensors&Actuators A 104 (2003), Seiten 86–93, wird ein Coriolis Massendurchflussmessgerät besprochen, dessen Controller als Eingangssignal das Anregungssignal, d. h., ein Spannungssignal proportional zur Anregungskraft, und das Antwortsignal, d. h., ein Spannungssignal proportional zur Beschleunigung des Rohres, erhält. Im Resonanzfall ist die Phasendifferenz zwischen Anregung und Antwort 3/2π. Die Regelung erfolgt nun so, dass die Frequenz der Anregung verändert wird, bis die Phasendifferenz den Wert 3/2π hat. Ein „amplifying feedback loop” stellt eine Phasenverschiebung zwischen Anregung und Antwort fest ein, es handelt sich dabei um eine Rückkopplung des Antwortsignals auf den Eingang, mit einer fest eingestellten Phasenverschiebung, wobei die Phasenverschiebung bei einem solchen feedback loop die Phasenverschiebung zwischen Antwort und Anregung ist.
• Die DE 10 2007 059 804 A1 zeigt ein Verfahren zum Betrieb einer Messeinrichtung vom Vibrationstyp, bei dem die Anregungsfrequenz in Abhängigkeit der Phasendifferenz geändert wird.
• Die EP 0 262 573 A2 zeigt eine Anordnung zur Erzeugung von Eigenresonanzschwingungen, bei der das Erregungssignal mit der Frequenz des Antwortsignals, aber mit einer festen Phasendifferenz von 90° zwischen Erregung und Antwort erzeugt wird.
• Die EP 0 926 473 A2 zeigt ein Coriolis-Massendurchflussmessgerät mit zwei Treibern für je einen Schwingungsanreger und einem Output-Generator, der Anregungssignale für die beiden Treiber erzeugt, und bei dem die Phasendifferenz zwischen zwei Sensorsignalen dem Output-Generator zugeführt wird.
• Die DE 10 2006 031 198 A1 zeigt ein Verfahren zum Betreiben eines Coriolis-Massendurchflussmessgerätes, das wenigstens ein Messrohr aufweist, wobei das Messrohr mit einer vorbestimmten Anregungsfrequenz und einer vorbestimmten Anregungsphase zu Schwingungen angeregt wird. Die dadurch erzielte Antwortphase und die Änderungsgeschwindigkeit der Antwortphase werden erfasst und die Anregungsfrequenz wird um einen derartigen Frequenzbetrag geändert, der sich mittels einer vorbestimmten Funktion aus der erfassten Änderungsgeschwindigkeit der Antwortphase ergibt.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Messeinrichtung vom Vibrationstyp anzugeben, bei der die Nachführung der Resonanzfrequenz beschleunigt ist, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Messeinrichtung vom Vibrationstyp anzugeben, durch das ein schnelles Nachführen der Resonanzfrequenz gewährleistet ist.
• Die Aufgabe wird hinsichtlich der Messeinrichtung erfindungsgemäß gelöst durch eine gattungsgemäße Messeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9.
• Erfindungsgemäß also umfasst die Messeinrichtung einen Phasenkomparator, der eine Phasenverschiebung Δψ zwischen der Kraft F und einem Sensorsignal oder dem Mittelwert aus wenigstens einem ersten und zweiten Sensorsignal S1 (ω, ψ_S1) bzw. S2 (ω, ψ_S2) bestimmt, sowie einen Frequenzgenerator, der die Anregungsfrequenz ω und die Phase ψ_F der Kraft F in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung Δψ einstellt. Vorteilhafterweise sind die Anregungsfrequenz ω und/oder die Phase ψ_F der Kraft F so gesteuert, dass die Frequenz des Systems der Eigenfrequenz entspricht und die Phasendifferenz zwischen dem Sensorsignal oder dem Mittelwert aus dem wenigstens ersten und zweiten Sensorsignal und der Kraft F zu Null wird.
• Als Sensorsignal eignet sich dazu insbesondere eine verallgemeinerte Geschwindigkeit. Damit ist folgendes gemeint. Übliche Sensoren, die bei gattungsgemäßen Messeinrichtungen vom Vibrationstyp verwendet werden, messen ein verallgemeinertes Wegsignal, nämlich beispielsweise die Auslenkung der Rohrwand. Im Resonanzfall ist dieses verallgemeinerte Wegsignal, die Auslenkung, maximal. Die Phasenverschiebung zwischen der anregenden Kraft und dem verallgemeinerten Wegsignal beträgt im Resonanzfall –90°. Wird nun als Sensorsignal anstatt des verallgemeinerten Wegsignals ein verallgemeinertes Geschwindigkeitssignal genommen, also beispielsweise die Ableitung der Auslenkung nach der Zeit, so ist der Resonanzfall dadurch gekennzeichnet, dass dann die Phasenverschiebung zwischen der anregenden Kraft und dem verallgemeinerten Geschwindigkeitssignal zu Null wird.
• Wie oben bereits erwähnt, wird für die Messung des Massendurchflusses in der Regel ein erster und ein zweiter Sensor benötigt. Für die Messung von Dichte oder Viskosität reicht ein Sensor aus. Dieser eine Sensor könnte einer der beiden zur Durchflussmessung verwendeten Sensoren sein. Es könnte allerdings auch ein separater Sensor sein. Ein Gerät, mit dem sowohl Massendurchfluss, als auch Dichte und/oder Viskosität gemessen werden, könnte dann also drei oder auch mehr Sensoren aufweisen. Die erfindungsgemäße und weiter unten genauer an dem lediglich als exemplarisch zu betrachtenden Beispiel des Mittelwertes von zwei Sensoren beschriebene Regelung von Frequenz und/oder Phase der Kraftanregung kann in Abhängigkeit von nur einem Sensorsignal oder des Mittelwertes aus zwei oder drei oder mehreren Sensorsignalen erfolgen.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform umfasst die Messeinrichtung also wenigstens einen ersten und einen zweiten Messwertaufnehmer, die das erste bzw. zweite Messsignal S1 (ω, ψ_S1) bzw. S2 (ω, ψ_S2) ausgeben, und eine Auswerteeinheit, die die Phasen zumindest eines Teils der Messsignale bestimmt.
• In einer weiterhin sehr vorteilhaften Ausführungsform ermittelt die Auswerteeinheit dabei eine erste Phasenverschiebung φ zwischen dem ersten und zweiten Messsignal S1 (ω, ψ_S1) bzw. S2 (ω, ψ_S2) und bestimmt daraus eine Messgröße des Mediums, beispielsweise den Massendurchfluss.
• Bei einem erfindungsgemäß zu verwendenden Frequenzgenerator kann sowohl die Frequenz, die Amplitude und auch die Phase eingestellt werden.
• Damit das System in der Resonanzfrequenz angeregt werden kann, wird die Phasenverschiebung zwischen dem Anregungsstrom der Erregeranordnung, die im Folgenden auch kurz Aktor genannt wird, und welcher ein Maß für die Kraft ist, die der Aktor auf das Messrohr ausübt, und dem Mittelwert der Signale der Sensoren gemessen.
• Mit diesem Messresultat kann direkt der Frequenzgenerator programmiert werden und somit kann die Nachführung des Systems deutlich schneller geschehen als mit einer Regelung nur über die Frequenz, wie sie bisher im Stand der Technik bekannt ist.
• Beim Einstellen der neuen Frequenz kann nämlich gleichzeitig die neue Phase des Anregungssignals eingestellt werden, so dass die vorhandene verallgemeinerte Geschwindigkeit und die Anregung in Phase sind. Daher muss man nicht warten, bis außer Phase schwingende mechanische Oszillatoren ausgedämpft sind und damit die mechanische Relaxation des Systems ausgeklungen ist.
• Eine abgewandelte Betriebsweise ist auch dahingehend möglich, dass nur die Phase der anregenden Kraft eingestellt wird. Da der Resonanzfall dadurch gekennzeichnet ist, dass die Phasenverschiebung zwischen der Kraft und der verallgemeinerten Geschwindigkeit zu Null wird, kann auch über eine reine Phaseneinstellung die Resonanzbedingung sehr schnell erreicht werden.
• Eine erfindungsgemäße Messeinrichtung kann auch so gestaltet sein, dass das Messsystem gezielt neben der Resonanzfrequenz betrieben wird. Die Einstellung von Frequenz und/oder Phase der anregenden Kraft erfolgt dann wie oben beschrieben, nur dass die Bedingung lautet „stelle einen definierten, vorgebbaren Abstand zur Resonanzfrequenz und/oder eine definierte, vorgebbare, von Null verschiedene Phase ein”.
• Der Phasensprung kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform dadurch realisiert werden, dass für einen Durchgang (ein Sampling) des Oszillators ein Wert angelegt wird, der der Summe der aktuellen Phasenlage und des zu generierenden Phasensprunges entspricht.
• Der Funktionsgenerator kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein rückgekoppeltes System sein, in etwa vergleichbar mit einem Infinite Impulse Response Filter (IIR), das bei einer vorgegebenen Frequenz schwingt. Zusätzlich kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform die Amplitude des Oszillators auf einem konstanten Wert gehalten werden, indem die Summe der Quadrate des SIN- und COS-Ausgangs des Frequenzgenerators so kontrolliert wird, dass dieser Wert immer bei 1 liegt.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
• Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, wird die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben.
• Es zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung 10. Diese umfasst ein Messrohr 1 und eine Elektronikeinheit 9.
• In dem Messrohr 1 kann von einem Messrohreingang 1E zu einem Messrohrausgang 1A in Richtung des Pfeiles P ein fluides Medium strömen. Das Messrohr 1 verfügt eingangs- und ausgangsseitig noch über weitere Anbauteile, insbesondere über Flansche, mit denen es in ein Rohrleitungssystem einer Prozessanlage eingebaut werden kann, beispielsweise in ein Rohrleitungssystem einer chemischen Anlage oder einer Lebensmittelfabrik. Zusätzlich können an dem Messrohr 1 auch weitere Anbauteile, wie beispielsweise Balanzierungselemente oder Teile eines Gehäuses angebracht sein. Alle diese Zusatzteile sind hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
• Etwa in der Mitte des Messrohres 1 befindet sich eine Erregeranordnung 2, auch als Aktor 2 bezeichnet. Diese regt das Messrohr 1 zu mechanischen Schwingungen an. Oft wird die Erregeranordnung 2 durch eine Tauchspule realisiert. Dann ist der Strom durch die Tauchspule I(t) ein Maß für die Kraft, die der Aktor 2 auf das Messrohr 1 ausübt. Der Aktor 2 kann so auf das Messrohr 1 einwirken, dass eine Anregung des Messrohres 1 zu Biegeschwingungen erfolgt, oder zu Torsionsschwingungen, oder, ggf. im Zusammenwirken mit speziellen weiteren, hier nicht dargestellten, Anbauteilen, zu kombinierten Biege- und Torsionsschwingungen. Die Anregung erfolgt mit einer Anregungsfrequenz ω. Die Anregungsfrequenz ω wird dem Aktor von einem Frequenzgenerator 7 vorgegeben, der Teil der Elektronikeinheit 9 ist. Der Frequenzgenerator 7 wird weiter unten noch näher besprochen. Das Stromsignal I(t) des Aktors 2 hat eine gegenüber der Anregung verschobene Phase ψ_I: I(t) = I(ω, ψ_I).
• Symmetrisch zu der Erregeranordnung 2 befindet sich strömungsaufwärts ein erster Messwertaufnehmer 3 und strömungsabwärts ein zweiter Messwertaufnehmer 4. Die Messwertaufnehmer 3, 4 werden hier auch als Sensoren 3, 4 bezeichnet. Die Sensoren 3, 4 registrieren die Auslenkungen des Messrohres 1 und die zeitliche Ableitung der Auslenkung, also die Geschwindigkeit. Das Signal des Sensors 3 ist hier mit S₂ (ω, ψ_S2) bezeichnet. Es hat die Anregungsfrequenz ω, ist aber gegenüber dem Anregungssignal um die Phase ψ_S2 phasenverschoben. Das Signal des Sensors 2 ist hier mit S₁ (ω, ψ_S1) bezeichnet. Es hat die Anregungsfrequenz ω, ist aber gegenüber dem Anregungssignal um die Phase ψ_S1 phasenverschoben. Beide Sensorsignale werden einer Auswerteeinheit 5, die Teil der Elektronikeinheit 9 ist, zugeführt. In der Auswerteeinheit 5 wird eine erste Phasenverschiebung δ = ψ_S2 – ψ_S1 gebildet. Diese ist die eigentliche Messgröße des Coriolis-Massendurchflussmessgerätes, sie entspricht dem Massendurchfluss m' des Coriolis-Massendurchflussmessgerätes. In einer Anzeigeeinheit 8 wird aus der ersten Phasenverschiebung der Massendurchfluss ermittelt und angezeigt bzw. über eine (hier nicht dargestellte) Datenschnittstelle zur weiteren Verarbeitung an ein Messwerterfassungs- oder Regelungssystem weitergegeben.
• In der Auswerteeinheit 5 wird darüber hinaus ein Mittelwert der Phasen ψ_S2 und ψ_S1 der Sensoren 3, 4 gebildet. In der Figur ist er beispielhaft angegeben als arithmetischer Mittelwert ψ = ½(ψ_S2 + ψ_S1). Es könnten aber auch andere Arten der Mittelwertbestimmung zum Einsatz kommen, z. B. ein quadratischer Mittelwert.
• Der Mittelwert der Phasen ψ_S2 und ψ_S1 der Sensoren 3, 4 wird einem Phasenkomparator 6 zugeführt. In dem Phasenkomparator 6 wird die Differenz gebildet aus dem Mittelwert der Phasen ψ_S2 und ψ_S1 der Sensoren 3, 4 und der Phase ψ_I des Stromsignals des Aktors 2.
• Die so gewonnene zweite Phasenverschiebung Δψ = ψ – ψ_I ist null, wenn die Frequenz ω, mit der der Aktor 2 das Messrohr 1 anregt, der Eigenfrequenz wo des mechanischen Systems entspricht.
• Die zweite Phasenverschiebung Δψ = ψ – ψ_I wird dem oben bereits erwähnten Frequenzgenerator 7 zugeführt. Bei diesem kann sowohl die Frequenz, die Amplitude und auch die Phase eingestellt werden.
• Der Einstellvorgang läuft folgendermaßen ab. Zunächst wird während der Zeitdauer eines Integrationsintervalls T0 die zweite Phasenverschiebung Δψ = ψ – ψ_I ermittelt. Der Frequenzgenerator 7 bestimmt eine neue Frequenz ω des Anregungssignals I(t) jetzt so, dass die neue Phase des Anregungssignals um den Wert Δψ gegenüber der ursprünglichen Phase verringert ist. Man kann auch sagen, der Frequenzgenerator 7 bestimmt eine neue Frequenz ω des Anregungssignals I(t) so, dass die neue Phase der Summe der aktuellen Phasenlage und des zu generierenden Phasensprungs Δψ entspricht.
• Die so bestimmte neue Frequenz ω wird dem Anregungssignal nun aufgeprägt, und während einer zweiten Zeitdauer T₁ wird wieder die zweite Phasenverschiebung Δψ = ψ – ψ_I ermittelt. Sollte sie noch nicht zu null geworden sein, so wird der vorherige Schritt wiederholt.
• Auf diese Weise gelangt man mit sehr wenigen Iterationsschritten zu einer Anregungsfrequenz, bei der das mechanische System in seiner Eigenfrequenz wo schwingt. Denn beim Einstellen der neuen Frequenz wird gleichzeitig die neue Phase so eingestellt, dass die zweite Phasenverschiebung Δψ verschwindet und damit die Frequenz ω, mit der der Aktor 2 das Messrohr 1 anregt, der Eigenfrequenz ω₀ des mechanischen Systems entspricht.
• Der Funktionsgenerator ist ein rückgekoppeltes System, in etwa vergleichbar mit einem Infinite Impulse Response Filter (IIR), das bei einer vorgegebenen Frequenz schwingt. Er hat dazu einen SIN- und einen COS-Ausgang. Die Amplitude des Oszillators wird auf einem konstanten Wert gehalten, indem die Summe der Quadrate des SIN- und COS-Ausgangs des Frequenzgenerators 7 so kontrolliert wird, dass dieser Wert immer bei 1 liegt.
• Bezugszeichenliste

1

Messrohr

1E

Messrohreingang

1A

Messrohrausgang

2

Erregeranordnung, Aktor

3

Sensor, Messwertaufnehmer

4

Sensor, Messwertaufnehmer

5

Auswerteeinheit mit Mittelwertbildner

6

Phasenkomparator

7

Frequenzgenerator

8

Anzeigeeinheit

9

Elektronikeinheit

10

Messeinrichtung

P

Strömungsrichtung

Claims (11)

1. Messeinrichtung (10) vom Vibrationstyp, mit einer Erregeranordnung (2), die eine zeitabhängige, periodische Kraft F (ω, ψ_F) auf ein von einem Medium durchströmbares Messrohr (1) ausübt und dadurch das Messrohr (1) in Schwingungen versetzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung einen Phasenkomparator (6) umfasst, der eine Phasenverschiebung Δψ zwischen der Kraft F und einem Sensorsignal oder dem Mittelwert aus wenigstens einem ersten und zweiten Sensorsignal S1 (ω, ψ_S1) bzw. S2 (ω, ψ_S2) bestimmt, sowie einen Frequenzgenerator (7), der die Anregungsfrequenz ω und die Phase ψ_F der Kraft F in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung Δψ einstellt.
2. Messeinrichtung (10) nach Anspruch 1, mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Messwertaufnehmer (3, 4), die das erste bzw. zweite Messsignal S1 (ω, ψ_S1) bzw. S2 (ω, ψ_S2) ausgeben, und mit einer Auswerteeinheit (5), die die Phasen zumindest eines Teils der Messsignale bestimmt.
3. Messeinrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei die Auswerteeinheit (5) eine erste Phasenverschiebung φ zwischen dem ersten und zweiten Messsignal S1 (ω, ψ_S1) bzw. S2 (ω, ψ_S2) bestimmt und daraus eine Messgröße des Mediums ermittelt.
4. Messeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei bei dem Frequenzgenerator (7) sowohl die Frequenz, die Amplitude und auch die Phase einstellbar sind.
5. Messeinrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei der Frequenzgenerator (7) direkt mit dem Messwert der Phasenverschiebung Δψ programmierbar ist.
6. Messeinrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Frequenzgenerator (7) ein rückgekoppeltes System ist, das bei einer vorgebbaren Frequenz schwingt.
7. Messeinrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei der Frequenzgenerator (7) einen SIN- und einen COS-Ausgang aufweist, und die Amplitude des Oszillators auf einem konstanten Wert gehalten ist, indem die Summe der Quadrate des SIN- und COS-Ausgangs des Frequenzgenerators so kontrolliert sind, dass dieser Wert immer bei 1 liegt.
8. Messeinrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Phase und die Anregungsfrequenz so gesteuert sind, dass die Anregungsfrequenz der Eigenfrequenz des mechanischen Messsystems entspricht und die Phasendifferenz zwischen dem Sensorsignal oder dem Mittelwert aus dem wenigstens ersten und zweiten Sensorsignal und der Kraft F zu Null wird.
9. Verfahren zum Betrieb einer Messeinrichtung (10) vom Vibrationstyp, bei der von einer Erregeranordnung (2) eine zeitabhängige, periodische Kraft F (ω, ψ_F) auf ein von einem Medium durchströmbares Messrohr (1) ausgeübt und dadurch das Messrohr (1) in Schwingungen versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Phasenverschiebung Δψ zwischen der Kraft F und einem Sensorsignal oder dem Mittelwert aus wenigstens einem ersten und zweiten Sensorsignal S1 (ω, ψ_S1) bzw. S2 (ω, ψ_S2) bestimmt und die Anregungsfrequenz ω und die Phase ψ_F der Kraft F in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung Δψ eingestellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Phasenverschiebung Δψ gemessen und mit diesem Messresultat direkt ein Frequenzgenerator, bei dem sowohl die Frequenz, die Amplitude und auch die Phase eingestellt werden können, programmiert wird, so dass damit die Nachführung der Resonanzfrequenz des Systems deutlich schneller geschieht als mit einer Regelung nur über die Frequenz.
11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine gezielt einzustellende Phasenverschiebung Δψ dadurch realisiert werden kann, dass für einen Sampling-Durchgang des Oszillators ein Wert angelegt wird, der der Summe der aktuellen Phasenlage und der zu generierenden Phasenverschiebung Δψ entspricht.

Images