专利名称：用于科里奥利质量流量计工作的装置和方法
技术领域：
本发明涉及按权利要求1前序部分所述的用于科里奥利质量流量计工作的装置和方法。
背景技术：
一种公知的方法是，流量计具有两个用于探测测量管运动的传感器和一个用于机械激励测量管的激励器。
此外，还有一个用于测量测量管温度的传感器和有时候有一个用于测量外壳温度的传感器。
WO98/52000介绍了一种方法和装置，用于识别和补偿零点对科里奥利质量流量计的影响，其中有三个用于探测测量管运动的传感器和一个用于机械激励测量管的激励器。
在这些公知的设置中，使用了用于探测测量管运动的传感器线圈和用于产生测量管振动所需力的激励器线圈。在仪器中费用和误差概率随着所使用的激励器和传感器的数量上升。
发明内容
本发明的目的在于，为科里奥利质量流量计提供一种简化的装置和一种简化的方法。
该目的在装置方面通过权利要求1所述特征得以实现，在方法方面通过权利要求9所述特征得以实现。
依据本发明，在测量管上安装至少两个有功组件，它们分别作为激励器(执行元件)和/或者测量信号接收器(传感器)工作。
在特别优选的实施方式中，有功组件是由活动铁心传感器构成，带有各自一个线圈和可在线圈内移动的磁芯。这种活动铁心传感器以公知的方式这样工作，作为传感器工作时磁芯的移动在线圈内感应产生电压，而作为激励器工作时施加到线圈上的交流电压周期性激励磁芯进行振动。
在依据本发明的方案中，每个线圈或者作为传感器用于检测测量管运动或者作为激励器用于产生测量管振动的力。
由此测量管可以不同的振动方式工作。
此外，线圈通过充分利用电压和电流之间的相位信息同时作为激励器和传感器工作。
此外存在一种冗余度，从而该测量装置即使在一个传感器/激励器断开后仍正常工作。激励器可以通过瞬时紧急运行的警告得到通知，并因此可以准备备件或者修理。
通过可以测量每个传感器/激励器的电流和电压，可以确定线圈的电阻。因此可以识别电缆断裂或者测量温度。
(铜的电阻随着温度变化而变化)因为模拟-数字转换器同步，所以可以测量激励器电流和电压之间的，但也可以测量激励器和传感器之间的延迟。
在一特别重要和简单的设计中，每个单个线圈同时作为激励器和传感器工作。为此既测量各自线圈电流的振幅也测量相位。从所施加的激励器电压和线圈电流之间的相位关系和振幅比中可以计算出通过测量管振动感应的电压。从中特别是得出测量管振动的相位。
通过所述的将线圈同时作为激励器和传感器使用，该流量测量装置也可以利用总计仅两个线圈工作。
第一次实现了可以在迄今为止的这些装置(现有技术)中简单取消激励器。但也可以设想其他的设置。现在仅有两个线圈的位置例如既可以对传感器功能也可以对执行元件功能进行优化。(传感器应尽可能远离装置中心，以便含有较大的相移。相反，如果激励器尽可能靠近该中心的话，会优化其力传递。)可能在该装置上存在带有最大可能电动势的位置，也就是不处于装置中心上最大可能的偏移。
此外应考虑这种设置对线圈和磁铁形状提出特殊要求。所以在现有技术中的装置上，一般情况下传动装置和传感器的线性电动机具有不同的结构。
图1示出本发明可能的实施例。
A，C，B为传感器线圈，但它们同样也可以作为激励器使用。
图1中示出的其他部件为
DSP/CPU 数字信号处理器/中央处理器(微处理器)ADC 模拟-数字转换器DAC 数字-模拟转换器TP低通滤波器SA，SB，SC传感器/执行元件的开关A，B，CTp1，Tp2，Th 温度传感器，用于探测管温度(Tp1，Tp2)或环境温度(Th)VA，VA′，VB，VB′，VC，VC′ 放大器SA，SB，SC 传感器/执行元件单元A，B，C的传感器信号UA，UB，UC 传感器/执行元件单元A，B，C的控制电压IA，IB，IC 传感器/执行元件单元A，B，C的电流测量装置具体实施方式
通过由数字信号处理器控制的开关SA，SB和SC各自将传感器线圈A，B或者C在作为传感器或者作为激励器工作方式之间进行转换。
传感器工作在作为传感器工作时，感应的传感器电压借助一个输入放大器放大，限制频带(图形保真滤波器)并随后输送到模拟-数字转换器ADC。在图1的实施例中，例如线圈A的传感器信号通过开关SA输送给放大器VA，在那里放大，输送给低通滤波器TP并在其之后输送给模拟-数字转换器ADC，此后将按照这种方式预处理的传感器信号SA然后输送给数字信号处理器DSP做进一步处理。线圈C和B的相应线路内的信号处理类似完成。
在作为传感器工作时，开关SA，SB和SC不处于图1示出的开关位置上，而是相应地处于其他开关位置上。
执行元件工作如果让传感器线圈A，B，C作为执行元件工作的话，那么开关SA，SB和SC进入图1中所示的开关位置内，由数字信号处理器DSP发出的信号控制，正如通过相应的箭头连接所示那样。从数字信号处理器输出线圈电压UA，UB，UC的各自预先规定值，并通过数字-模拟转换器DAC从中产生正弦波信号，该信号借助后置的低通滤波器TP限制频带，然后通过相应配置的功率放大器VA′，VB′，VC′施加到各自的执行元件线圈A，B或者C上。
同时执行元件电流从放大器VA′，VB′，VC′返回，通过低通滤波器TP首先限制频带，然后通过模拟-数字转换器ADC数字化并作为电流测量值IA，IB或IC输送给数字信号处理器做进一步处理。
模拟-数字转换器在此方面同步，从而随时了解有关各执行元件电流IA，IB或IC和各执行元件电压UA，UB或UC之间相位关系的信息。
此外，可以进行至少一次测量管温度(Tp1，Tp2)的测量以及另一次外壳温度(Th)的测量。上述温度传感器的测量值如图1右上侧所示，也通过相应的前置放大器、低通滤波器和模拟-数字转换器作为温度信号输送给数字信号处理器做进一步处理。
储存在数字信号处理器内的程序现在确定三个线圈A，B，C的哪一个作为执行元件，哪一个作为传感器工作。例如线圈C可以作为执行元件工作，开关SC然后处于图1中所示的位置上。另外两个线圈A，B然后作为传感器线圈工作，然后相应的开关SA和SB处于其他开关位置上。
但一种很有意义的工作状态也可以在于，线圈A作为执行元件，线圈C和B作为传感器工作。然后开关SA处于其图1中所示的开关位置上，而开关SB和SC各自处于其他开关位置上。
但总体上在图1的实施方式中，每个线圈仅以一种预先选择的工作方式工作，即或者作为执行元件或者作为传感器。
图2示出本发明的另一可能的实施例。在图2的实施例中，线圈之一的各自工作方式的配置，它们可作为传感器还可作为执行元件工作，比图1的实施方式操作更为灵活。另一区别在于，图2的实施方式中在测量管上安装四个线圈，即A，B，C，D。在图2的实施例中也具有用于检测管输入端和管输出端上管温度的温度传感器Tp1和Tp2以及用于检测外壳温度的温度传感器Th。但与图1的区别在于，信号检测线路-放大器、低通滤波器TP、模拟-数字转换器ADC-为检测温度信号而简化了，参见图2右上侧。多路复用器的作用是，由数字信号处理器DSP通过数字信号处理器和该多路复用器之间相应的有效线路控制，可以分别依次轮流询问三个温度传感器Tp1，Tp2，Th的温度信号。这种实施方式节省了几个部件，因为温度传感器-信号检测线路仅需简单构成。
与图1带有那里示出的相对固定配置线圈工作方式的实施方式相反，在图2的实施方式中，单个线圈工作方式的配置通过多路复用器实现。控制执行元件的激励器由电压-线路-电压信号U、数字-模拟转换器DAC、低通滤波器TP、放大器和相应反馈的电流信号-通过另一低通滤波器TP、通过模拟-数字转换器ADC模拟-数字转换成电流信号I组成，与图1相应已经进行了说明。在图2的实施方式中，具有两个这种激励器电路用于执行元件控制，采用UA或IA和采用UB或IB标注。通过各一个分配给放大器的多路复用器，可以将执行元件控制电压分配给四个线圈A，B，C，D的每一个。执行元件控制电压分配给各自线圈的哪一个，根据数字信号处理器DSP内具有的程序决定。多路复用器的选择和控制通过多路复用器控制线路进行。按照这种方式，可以非常灵活地选择四个线圈每一个的工作方式。
在图2控制执行元件激励器的下面，示出三个信号线路用于检测线圈的传感器电压。如上面在图1中已经说明的那样，该信号线路由一个放大器、一个低通滤波器以及一个模拟-数字转换器ADC组成。在图2的实施方式中，放大器和各自的线圈之间在这里也为信号线路各自分配一个多路复用器。这些信号线路-多路复用器也通过多路复用器-控制线路进行控制和选择。按照这种方式，四个线圈的每个可以非常灵活地接入三个信号线路的每一个，根据存储在数字信号处理器内的程序确定。该装置的工作由此可以非常灵活地操作。
图2实施方式的另一优点在于，一个线圈现在可以同时既作为执行元件又作为传感器工作。这一点在观察上述说明书的情况下产生。
例如，在相应接通两个相关多路复用器的情况下，线圈A通过执行元件控制线路UA/IA可以作为执行元件控制，同时通过信号线路C该线圈信号可以作为传感器信号检测。
例如可以这样看出四个线圈A，B，C，D控制的可能很有意义的次序，使线圈A和B作为执行元件线圈工作，线圈C和D作为传感器线圈工作，并在此后不久使线圈C和D作为执行元件工作，使线圈A和B作为传感器线圈工作。
此外，图1和2的实施例中介绍的电子组件，如放大器、多路复用器、低通滤波器、模拟-数字转换器、数字-模拟转换器为公知的电子组件，并可根据现有技术利用最现代化的元件进行制造，就此而言是普通专业人员可以探测的知识。这一点同样适用于所介绍的数字信号处理器DSP。
权利要求
1.用于科里奥利质量流量计工作的装置，该流量计带有至少一个测量管，其特征在于，在测量管上安装至少两个有功组件，它们分别作为激励器(执行元件)和/或者测量信号接收器(传感器)工作。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，有功组件是带有磁芯的活动铁心传感器。
3.按权利要求2所述的装置，其特征在于，每个有功组件或者作为传感器或者作为执行元件工作。
4.按权利要求2所述的装置，其特征在于，每个有功组件同时作为执行元件和作为传感器工作。
5.按前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，每个有功组件通过与它们对应的开关在作为传感器和执行元件的工作方式之间转换。
6.按前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，为作为传感器工作方式的每个有功组件对应至少一个前置放大器、一个低通滤波器和一个模拟-数字转换器。
7.按前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，为作为执行元件工作方式的每个有功组件为激励对应至少一个模拟-数字转换器、一个低通滤波器和一个功率放大器。
8.按前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，开关、模拟-数字转换器和数字-模拟转换器与微处理器连接。
9.用于科里奥利质量流量计工作的方法，带有至少一个测量管，其特征在于，测量管上安装至少两个有功组件，每个有功组件作为激励器(执行元件)和/或者测量信号接收器(传感器)工作。
10. 按权利要求9所述的方法，其特征在于，有功组件作为活动铁心传感器工作。
11.按权利要求9或10所述的方法，其特征在于，每个有功组件通过由微处理器控制的一个开关在传感器和执行元件-工作之间转换。
12.按权利要求11所述的方法，其特征在于，在作为传感器工作时信号电压经放大、滤波和在一个模拟-数字转换器中数字化后输送到微处理器。
13.按权利要求9-12之一所述的方法，其特征在于，在执行元件工作时从数字-模拟转换器产生一个正弦波信号，该信号借助低通滤波器限制频带并然后通过功率放大器施加到有功组件的线圈上。
14.按权利要求13所述的方法，其特征在于，执行元件电流通过另一个模拟-数字转换器测量并输送到微处理器。
15.按权利要求9-14之一所述的方法，其特征在于，测量测量管和/或者外壳的温度。
16.按权利要求9-15之一所述的方法，其特征在于，每个单个的有功组件同时作为执行元件和传感器工作。
17.按权利要求16所述的方法，其特征在于，既测量各自线圈电流的振幅也测量相位，并从所施加的执行元件电压和线圈电流之间的振幅比中计算出通过测量管振动感应的电压。
18.按权利要求9-17之一所述的方法，其特征在于，该方法由一个微处理器控制。
全文摘要
本发明涉及用于科里奥利质量流量计工作的装置和方法，该流量计带有至少一个测量管，其特征在于，安装在测量管上的至少两个有功组件，它们分别作为激励器(执行元件)和/或者测量信号接收器(传感器)工作。有功组件是由带有磁芯的活动铁心传感器构成。每个有功组件或者作为传感器或者作为执行元件或者同时作为执行元件和作为传感器工作。每个有功组件通过与它们对应的开关在作为传感器和执行元件的工作方式之间转换。
文档编号G01F1/84GK1624432SQ20041001042
公开日2005年6月8日 申请日期2004年10月29日 优先权日2003年10月31日
发明者R·勒斯贾克, R·弗里德里奇斯, J·格哈德特, S·科尔勒, F·卡斯苏贝克 申请人:Abb专利有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
