[发明专利]科氏质量流量测量设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的科氏质量流量测量设备，包括至少一个通一介质的测量管。这类质量流量测量设备主要用作用于过程仪表的现场设备。

背景技术

过程技术系统使用多种用于过程仪表的现场设备来控制过程。测量变换器用于对介质的温度、压力、料位、质量流量、密度或气体浓度等过程变量进行检测。在测得过程变量的基础上，可由执行元件依据(例如)控制站所规定的策略对流程施加影响。执行元件例如是调节阀、加热器或泵。特别是在工艺技术系统中，测量变换器是测量质量流量的重要传感组件。为了实现最佳系统特性并长久保持高产品质量，需要提供高质量测量变换器，其即使在极端条件下也能提供稳定而错误较少的测量值。

科氏质量流量测量设备通常具有单独一个测量管或者一定数量的(例如一对)测量管，需要测定质量流量的介质(例如流体)从该测量管或这些测量管中流过。关于这些测量管的布置方式和几何结构，现有技术中存在多种不同的已知方案。

举例而言，有些科氏质量流量测量设备仅包括单独一个直测量管，部分科氏质量流量测量设备则具有两个平行布置的弯曲测量管。为了达到质量平衡，后一种成对采用相同设计的测量管在布置在中间区域的激励装置的激励下发生相对振动，亦即，两个测量管的振动相对移相180°。在此过程中，由两个测量管所构成的系统的质心位置大体保持稳定，所产生的作用力基本得到补偿。有利的一点是，这个振动系统对外几乎不产生振动效果。激励装置前后均安装有振动传感器，当有介质流过时，这些振动传感器的输出信号之间会产生相差。这个相差是由介质流动时所存在的科氏力引起，也就是由质量流量引起。介质密度对振动系统的谐振频率有影响。因此除质量流量外，还能测定流动介质的密度。

EP 0 874 975 B1揭示一种将插入式线圈用作振动传感器的科氏质量流量测量设备。为此需要在测量设备的框架上固定线圈，在测量管上固定磁体。测量管振动时，磁体在线圈中的插入深度发生变化，使线圈中感应产生电压形式的测量信号。振动传感器受测量管振动及质量流影响产生两个基本呈正弦形的信号，这两个信号之间有小幅相移。由评价设备测定相差并据此计算出质量流量。特别是在恶劣条件下，电磁干扰场有可能使测量信号失真，从而影响测量结果。叠加在测量信号上的干扰信号加大了精确计算测量值的难度。

另一个问题是如何减小科氏质量流量测量设备的尺寸。振动测量管越短，弯度越小，流过测量管的介质的压力损失就越小。然而，与此同时测量管的振幅也会降低，这就需要使用能提供较高测量值分辨率但测量值标准差又较小的振动传感器。

现有技术中已存在多种作为已知插入式线圈的替代方案的光学振动传感器。举例而言，EP 1 700 086 A2揭示一种用于科氏质量流量测量设备的振动传感器，由光发射器、集光器和所谓的光导管构成。光导管的开口截面以及透射光通量如光阑般随着测量管振动状态的改变而改变。力求在接收到的光通量与测量管位置之间建立线性关联。US 5,020,380揭示一种包括发光器、光纤和集光器的振动传感器。透射光或反射光的强度随测量管振动状态的改变而改变。US 5,038,620揭示另一种包括发光器、光纤和集光器的振动传感器的结构。测量管振动时光纤发生弯曲。在光纤的弯曲半径发生变化的过程中，输出耦合到光纤上的光通量的强度也发生变化，将这个强度作为测量信号加以测定。US 6,722,209 B1揭示一种用法布里-珀罗干涉仪检测测量管振动的科氏质量流量测量设备。US 6,805,013 B2提到了多种关于科氏质量流量测量设备测量振动的物理学原理，但未予详细说明。

发明内容

本发明的目的是提供一种振动传感器具有更佳分辨率、但其制造成本与难度仍相对较低的科氏质量流量测量设备。

为了达成这一目的，本发明所提供的前述新型科氏质量流量测量设备具有权利要求1特征部分所述的特征。从属权利要求给出的是有利改进方案。