专利名称：涡街质量流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法，用于使用旋涡流量测量装置测量管道中流动的流体的质量流量。
旋涡流量测量装置经常用于测量管道中流动的流体的流量，特别是在高温和/或高压气体或蒸汽的情况。例如在以下美国专利中公开了这种旋涡流量测量装置的典型的结构变型和使用US-A 4,448,081，US-A 4,523,477，US-A 4,716,770，US-A 4,807,481，US-A 4,876,897，US-A 4,973,062，US-A 5,060,522，US-A 5,121,658，US-A 5,152,181，US-A5,321,990，US-A 5,429,001，US-A 5,569,859，US-A 5,804,740，US-A6,003,384，US-B 6,170,338,US-B 6,351,999，或US-B 6,352,000.
通常的旋涡流量测量装置的工作方式是基于使用卡尔曼涡街中的周期性压力波动。正如已经知道的，当允许流体相对障碍物例如阻流体流动时，产生这些压力波动。旋涡周期性地从这个阻流体释放至其下游侧，并且它们形成所述的涡街。旋涡形成的重复频率在扩展的雷诺数范围上与流体的流速成比例，这意味着实际上可以直接利用这种旋涡流量测量装置测量体积流量，即体积流速。
所述类型的旋涡流量测量装置通常包括预定长度的测量管，其腔内设置所述的阻流体，优选地阻流体沿所述测量管的直径设置。测量管的入口和出口端连接至引导待测流体的管道，使得在旋涡流量测量装置的工作期间，可以允许流体流经与管道相通的测量管，并且因而令流体朝向阻流体流动。
用于产生这种旋涡的阻流体的特征在于，它们在上游侧具有基本平坦的流动碰撞表面，其侧面陡然终止，以形成至少两个尽可能尖锐的分离边缘。然后，阻流体从分离边缘开始，向下游侧变窄。这可以例如连续地发生，或者甚至例如US-A 5,569,859所示，分级发生。除了两个分离边缘之外，阻流体还可以具有其它分离边缘。
最终，至少一个传感器元件位于阻流体中，或者在测量管壁的内侧或在壁外侧或在壁之中设置在阻流体的下游。利用设置在阻流体自身内或其下游的例如电容、电感或压电工作的传感器元件，记录与旋涡相关的压力波动并将其转换为可电子处理的信号。可电子处理的信号的频率与测量管中的体积流量成比例。
传感器元件产生的电子信号由旋涡流量测量装置的相应电子评价设备处理，并且可以例如当场显示和/或在更高级的评价单元中进一步处理。
正如已经叙述的，可以利用这种旋涡流量测量装置直接测量待测流体的流速和/或由其得到的体积流量。从测量的体积流量和与其同步或之后记录的瞬时流体密度出发，可以间接确定瞬时质量流量，正如例如在WO-A 95/11,425和以下美国专利US-A 4,876,897，US-A4,941,361，US-A 5,121,658或US-A 5,429,001所述。正如美国专利US-A 4,448,081，US-A 4,523,477，US-A 4,807,481，US-A 4,973,062，US-A5,060,522，US-A 5,152,181，US-A 5,429,001，US-A 5,804,740或US-A6,170,338所述，进一步有可能利用这种旋涡流量测量装置，使用测量的体积流量和在流体的流动方向上作用的动态压力，确定质量流量。
特别地，在WO-A 95/11,425和美国专利US-A 5,429,001或US-B6,170,338中，建议使用以旋涡的重复频率周期性改变的旋涡测量信号的幅度曲线，特别是时间平均的幅度曲线，确定动态压力，该旋涡测量信号对应于在涡街本地记录的压力-时间曲线图。然而，研究显示，这种旋涡测量信号的幅度曲线或平均幅度曲线仅在稳态流的情况下才与动态压力成比例。除此之外，例如在US-A 4,448,081中建议，基于由流体撞击的阻流体的弹性形变的幅度与时间的关系确定动态压力。
相反，US-A 5,152,181中公开的旋涡流量测量装置记录流体的占主导地位的无旋涡区域中的动态压力，以测量质量流量。这是使用在测量管中位于阻流体上游的腔内设置的附加压力传感器完成的。
由于现有技术的上述情况，本发明的目的是改进利用旋涡流量测量装置的质量流量测量，使得它们在非稳态流，特别是扰动流，的情况中也具有高精确度。另外，即使现有的旋涡流量检测器类型也应该能够执行改进的测量。除此之外，本发明的目的是使用所述类型的旋涡流量测量装置中产生的测量信号，特别是旋涡测量信号，获得代表流体或流体流动的其它测量参数，特别是流体的粘度。
为了达到该目的，本发明包括一种用于确定管道中流动的流体的质量流量的方法，该方法包括以下步骤-在流体中利用阻流体产生旋涡，特别是卡尔曼旋涡，其中流体围绕阻流体流动，阻流体具有至少两个分离边缘；并且确定产生旋涡的重复频率；-基于确定的重复频率生成流动测量值，其代表体积流量或流动速度；-本地记录在在第一测量点作用于流体的第一压力，该第一测量点在流动方向上位于阻流体的两个分离边缘附近或者至少一个分离边缘的下游和/或设置在位于阻流体的两个分离边缘之间构成的流入平面的内部；以及-本地记录在第二测量点作用于流体中的第二压力，该第二测量点在流动方向上与第一测量点分离；--其中，通过生成的旋涡的作用，至少一个记录的压力至少暂时以重复频率周期性改变；-通过使用记录的第一和第二压力，生成压力测量值，其代表在平均时间周期上在流动方向上作用的平均动态压力；以及
-基于压力测量值和流量测量值，生成代表质量流量的质量流量测量值。
根据本发明的方法的第一发展，基于至少一个记录的压力产生旋涡的重复频率。
根据本发明的方法的第二发展，至少一个测量点位于阻流体或其内部。
根据本发明的方法的第三发展，确定两个本地记录的压力之间的压力差，以生成压力测量值。
根据本发明的方法的第四发展，差压传感器，特别是在阻流体内部的差压传感器，特别是同时地经受第一和第二压力，以记录压力差。
根据本发明的方法的第五发展，从本地记录的压力得出压力差信号，以代表压力差。
根据本发明的方法的第六发展，压力差信号被低通滤波，以生成压力测量值。
根据本发明的方法的第七发展，压力差信号被数字化，以生成压力测量值。
根据本发明的方法的第八发展，基于压力差信号的谱分析确定压力测量值和/或流量测量值。
根据本发明的方法的第九发展，第一本地记录的压力是在流动方向上作用的总压力。
根据本发明的方法的第十发展，第二本地记录的压力是作用于流体中的静压力。
根据本发明的方法的第十一发展，在阻流体内部或下游设置的振荡体形式的传感器元件用于记录压力差。
本发明的基本思想是，一方面，基于在测量管腔内逐点记录的压力曲线确定质量流量测量所需的动态压力，该曲线至少部分在阻流体产生的旋涡的作用区域中延伸；另一方面，不仅从所有可能的叠加干扰中除去这样确定的压力，而且将它们在时间上进行平均以确定可变压力曲线的恒定部分。
特别地，本发明还在于认识到一方面，本质上周期性变化的压力曲线的时间平均带来了质量流量测量所需的信息；另一方面，已经具有优点地基于两个压力而以足够的精度估计了所述的压力曲线，这两个压力是在流动方向上在阻流体的分离边缘下游的流体中相互分离但是实际中可以任意选择的测量点上记录的。
这还具有以下优点，即，可以直接在阻流体上设置根据本发明的方法所需的用于记录压力的所有测量点。结果，即使例如在阻流体内部的压敏传感器元件也可以用于记录压力。另外，可以利用现有的例如设置在阻流体内部或外部的传感器元件，检测体积流量测量所需的旋涡重复频率。因此，与现有的旋涡流量测量装置相比，仅需要微小的结构改变以实现本发明的方法。
现在根据附图中所示的实施例详细解释本发明。在附图中，相同的零件具有相同的参考符号。附图中
图1是旋涡检测器的部分剖面图；图2是具有根据图1的旋涡检测器的旋涡流量测量装置的截面图3a、b以两个不同的截面示意性示出了根据图1的旋涡检测器的传感器设置；图4a、5a、6a示出了用于根据图1的旋涡检测器的阻流体的实施例的各个情况；图4b、c；5b、c；6b、c是使用图2的旋涡流量测量装置的操作中获得的压力-时间曲线图；图4d、5d、6d是图2的旋涡流量测量装置的操作过程中，从图4b、c、图5b、c或图6b、c的压力-时间曲线得到的测量信号-时间曲线图；图7a、b是根据图1的旋涡检测器的进一步发展的实施例的两个不同视图；图8a、b是根据图1的旋涡检测器的进一步发展的另一实施例的两个不同视图；图9是根据图2的旋涡流量测量装置的电子测量转换电路的实施例；图10是根据图2的旋涡流量测量装置的电子测量转换电路的另一实施例；和图11a、b是利用图2的旋涡流量测量装置的操作期间获得的压力-时间曲线图。
图1和2示意性显示了适用于本发明的方法的旋涡检测器1的结构。
旋涡检测器1包括测量管11，当与流体引导管相连时，被测流体，例如液体、气体或蒸汽，流经工作中的该测量管11。测量管11通常由金属制成，例如高质量的不锈钢或铸铁；然而，测量管11的材料也可以是合适的硬质塑料。
测量管11具有纵轴、内表面、入口端11+和出口端11#。这固定了流体的流向；在图2中，纵轴和流向均垂直于绘图平面，贯穿由测量管11形成的流动通路12。
另外，测量管11具有内部尺寸和与其相适配的壁厚。这两个尺寸是制成的旋涡检测器的额定尺寸和流体的允许压力的函数。当测量管11具有圆形截面时，正如图1和2所示，内部尺寸是测量管11的管腔的直径。入口端11+与管腔形成轮廓线；这通常是一个圆，因为入口端11+是平坦的并且位于垂直于纵轴的平面中。
在位于图1顶部的测量管11的面上，形成平坦区域13，径向孔14由其延伸进入测量管内部。管状外壳喷嘴15固定在平坦区域13上，在它的与测量管11相对的末端上具有电子装置舱16，其包含旋涡流量计的电子测量转换电路。
在测量管11的内部设置阻流体20，其在流动通路12的直径上径向延伸，跨越流动通路12并且如图1和2所示，在每一端在第一固定区域71和第二固定区域72与测量管11的壁的内表面机械固定连接。这个机械固定连接通常通过焊接在相通的金属测量管中实现。
这样形成阻流体20，使其在流动介质中产生旋涡。
为此，正如这种类型的旋涡检测器中通常的那样，形成阻流体20作为具有棱柱轴和截面区域的直棱柱，该截面区域具有由制造者选择的几何形式并且垂直于棱柱轴。在图1和2中，这个几何形式基本上是等腰三角形或等边三角形。代替直棱柱，可以用于阻流体的其它例子例如有直的完全或部分圆柱或者甚至是具有T形截面的支柱。
阻流体20这样设置在测量管11内，使得用作撞击表面73的底面基本上与流体交叉面对，撞击表面73由第一和第二分离边缘74、75侧向终结。
操作中，当允许被测流体朝向阻流体20的撞击表面73流动时，在两个分离边缘74、75重复产生旋涡。以已知的方式，通过瞬时Strouhal数将参考时间的频率或重复频率与瞬时体积流速相关。Strouhal数在很大范围的雷诺数上几乎是恒定的。因为旋涡在每一分离边缘交替分离并且由流动的流体带走，这导致阻流体20下游形成卡尔曼涡街或两个平行的涡街，其中一个涡街的旋涡相对于另一涡街的旋涡发生位移。
由于在阻流体20处产生的旋涡，可以在阻流体20的区域，特别是其附近的区域甚至有时是它的上游，中的流体中本地地记录压力，这些压力以旋涡的重复频率改变。
然而，为了本地记录流动的流体中作用的压力，特别是为了本地记录在阻流体20的区域中随时间变化的第一和第二压力，旋涡检测器1包括压敏传感器装置8。优选地，传感器装置8还同时记录由旋涡在流体中本地产生的压力波动，并且以合适的方式将它们转换为至少一个电子测量信号，其不仅代表了对应于作用于流动方向上的动态压力的信号幅度，而且代表了对应于旋涡的重复频率的信号频率。
在图1的实施例中，传感器装置8至少部分直接位于阻流体20中。为了接收传感器装置的零件，在阻流体20中形成轴向空腔21。这个空腔从图1中阻流体的上端延伸超过其长度的较大部分。在阻流体20内部这样设置空腔21，使得它基本与孔14同轴地延伸。
空腔21优选地是圆柱形的并且具有与孔14相同的内径。另外，空腔21通过至少一对管路22、23与测量管11的流动通路12相连。
在图1和2所示的实施例中，管路22横穿流动方向通过阻流体20，使得以它在分离边缘74下游的管腔侧上的出口定义第一测量点M1。相应地，第一压力p1作用于第一测量点M1，这个压力至少部分是那里存在的静态压力的函数。
根据本发明的进一步发展，如图4a或5a示意性显示的，管路23以这样的方式在阻流体20中延伸，使得在撞击表面73内部形成以其在管腔侧上的出口定义的第二测量点M2。以这样的方式，第二压力p2作用于第二测量点M2，该压力是那里存在的静态压力和流动方向上作用的动态压力的函数，因而对于实际应用对应于测量点M2处的总压力。于是，在两种设置中，两个测量点之一，这里是测量点M2，相对于流动方向设置在两个分离边缘74、75附近或者至少它们的水平高度上。
根据本发明的另一进一步发展，如图6a所示，管路23以这样的方式在阻流体20中延伸，使得在分离边缘74的下游类似地形成以其管腔侧的出口定义的测量点M2，并且该测量点在流动方向上移动离开第一测量点。
还应当注意，管路22、23优选地大约在相同的高度，例如在阻流体20的一半高度；如果需要，至少两个管路22、23还可以在高度上沿阻流体20相互偏移。另外，除两个管路22、23之外，还可以在阻流体20中设置其它管路，例如在阻流体20的上端通过测量管11的壁或在空腔21的下端。
在图1和2所示的实施例中，根据情况，传感器设置包括对于压力或压力波动敏感的传感器元件30，其通过孔14突出入空腔21，在这里它几乎在分隔壁29正上方延伸。传感器元件30由法兰31支持，法兰31由螺丝钉32固定在平坦区域13上。
图3a、3b以截面显示了传感器元件30的细节。它基本上由两个部件组成。第一部件是管状传感器外罩33，其在一端与法兰31相连并且在另一端通过端壁34固定。法兰31具有中央开口35，其与传感器外罩33同轴并且其直径等于传感器外罩33的内径。另外，法兰31具有环绕其外围分布的多个孔36用来接收螺丝钉32，通过螺丝钉32将其固定在平坦区域13上(图2)。传感器外罩33可以和端壁34一起与法兰31一体形成，它们由相同材料制成，例如钢。
传感器元件30的第二部件是电极夹具40，其通过法兰31的中央开口35突出进入传感器外罩33的内部。电极夹具40由管41制成，管41与第二法兰42相连并且优选地与法兰42一体制成，例如同样由钢制成。法兰42由螺丝钉43固定在法兰31的上侧，使得电极夹具34通过中央开口35突出进入传感器外罩33的内部，在这里它延伸至端壁34附近。
电极夹具34的管41具有不同直径的三个部分。第一部分41a位于法兰31的中央开口35中，具有与中央开口35的直径相等的外径，从而保证了电极夹具的可靠就位以及精确定位。形成电极夹具的最大长度部分的第二部分41b的外径略小于传感器外罩33的内径，使得外围上在第二部分41b和传感器外罩33之间存在狭窄的环形间隙。管41的末端部分41c通过向内的突肩44与中间部分41b相连并且具有显著减小的直径。这个末端部分41c支持绝缘袖45，其外径略小于中间部分41b的外径。绝缘袖45可以例如由陶瓷制成。在绝缘袖45上是两个电容电极46和47，它们覆盖外表面的最大部分以及绝缘袖45的较低端面，但是保持在两个径向相对的位置通过间隙48、49相互机械且电分离，正如图3b的下端面视图所示。电容电极46、47可以由施加在绝缘袖45上的金属化形成，或者通过附着联结在其上的金属箔形成。这样选择绝缘袖45和电容电极46、47的厚度，使得在外围周围存在具有较小间隙宽度的环形间隙50。
每一电容电极46、47与传感器外罩33的相对部分(作用为其相反电极)形成一个电容，其电介质是空气。这些电容的每一个的电容值与电容电极的表面面积成比例并且与电容电极和传感器外罩之间的间隙宽度成反比。
两个屏蔽电缆51、52的内部导线焊接在电容电极46和47的覆盖绝缘袖45较低端面的部分上，这两个屏蔽电缆51、52穿过电极夹具40的中空内部并且穿过管状外壳喷嘴15，以将电容电极46、47与位于电路外壳16中的旋涡流量计的电子评价电路相连。
正如图2所示，传感器元件30的传感器外罩33的外径略小于阻流体20的空腔21的内径，使得传感器外罩33在所有侧面都与空腔21的壁相间。于是，在空腔21中具有围绕传感器外罩33的自由空间。通过管路22和27将这个自由空间填充流动介质，该介质流经测量管11的流动通路12。传感器元件30这样安装在阻流体20中，使得电容电极46、47相对于轴向中央平面对称，该平面包含测量管11和阻流体20的轴并且在图3b中由线X-X指示。
所述的旋涡流量计10的结构这样起作用传感器元件30的两个部件中的每一个，即，传感器外罩33和电极夹具40，代表延长的振荡体，其在其一个末端被支撑并且其自由端可以通过外部力的作用而横断其纵向方向移出图2或图3a中所示的静止位置。
当流动介质流经测量管11并且在阻流体形成两个卡尔曼涡街时，相对于阻流体侧面产生压力波动。这些周期性的波动相互异相，被通过管路22和23传输进入空腔21并且作用于传感器外罩33。在来自这些旋涡压力波动的力的影响下，传感器外罩33被交替地向横断于其轴向以及横断于流动方向的两个相对的方向偏转。由于传感器外罩33在其上端被紧固地夹钳，偏转为弯曲的形式，使得传感器外罩在旋涡压力波动的作用下执行弯曲振荡。这些弯曲振荡的频率等于压力波动的频率。传感器外罩33的弯曲振荡表征谐振频率远远高于旋涡压力波动的最高发生频率，使得传感器外罩33的弯曲振荡被亚临界地激励并且在频率和相位上精确地跟随旋涡压力波动。弯曲振荡的幅度非常�。⑶掖衅髟�30的部件被这样形成并定尺寸，使得传感器外罩33在其最大发生振荡幅度情况下既不撞击空腔21的壁也不撞击电极夹具40。
阻流体20中的上管路24、25和下管路26、27允许在空腔21和流动通路12之间的流动介质的自由循环，使得流动介质可以自由地往复跟随传感器外罩33的弯曲振荡。下管路26和27之间的分割壁29防止了在传感器外罩的下端周围的直接压力均衡。
在密封的传感器外罩33的内部中放置的电极夹具40不接触流动介质，并且因而与其压力波动完全解耦。因此，电极夹具40不由旋涡压力波动而执行弯曲振荡，而是保持静止。由于这个情况，传感器外罩33的自由端在旋涡压力波动的影响之下，相对于电极夹具的固定的自由端移动，如图3a中由双箭头F指示的。在这个相对运动的过程中，电极46、47和传感器33的相对壁之间的气隙50的宽度以相反的意义改变当传感器外罩33和电极46之间的间隔减小时，传感器外罩33和电极47之间的间隔同时变大；反之亦然。结果，由两个电极46、47和传感器外罩33形成的电容的电容值与旋涡压力波动的频率相反地改变。
这里应当注意，代替这里显示的传感器元件30，传感器设置也可以包括与两个测量点相通的压力测量单元。特别是当使用这种压力测量单元时，测量点可以是例如设置在管壁，即，压力测量单元可以在外部附着在相互隔开的测量管上。另外，为了确定至少两个压力和/或旋涡频率，也可以使用例如桨状振荡体，其可以以本领域技术人员熟知的方式设置在涡街内，于是在阻流体20的下游。
根据图7a、7b中显示的本发明的进一步的发展，提供侵入阻流体20下游的流体的第二传感器元件40，用于记录第二压力p2以及第三压力p3。正如这种类型的流量计所常用的，传感器元件40作为桨状振荡体形成，通过卡尔曼旋涡激励其以旋涡的重复频率振荡。
在使用在阻流体20下游设置的桨状振荡体中，其中第二测量点M2有利地位于振荡体的一侧，除两个测量点M1、M2之外这样创建了第三测量点，在这里可以记录第三压力p3，即，该第三测量点在离开测量点M2的振荡体侧面上。至少通过这种流体在其两侧上流过的桨状振荡体，可以直接记录在两个压力p2、p3之间的压力差。在这个位置应当注意，当使用这种周围流动流体的振荡体作为传感器元件30时，根据情况，每一记录的压力p2或p3是在振荡体的合适侧面上平均的平均压力p2、p3，并且因而，记录的压力差是平均压力差。
根据本发明的这个意义的进一步发展，如图8a、8b中示意性示出的，这样在测量管11中设置传感器元件40，例如在WO-A 95/16186中，至少一个侧表面以这样的方式相对于测量管11的纵轴定位，使得对于这个侧表面的法线与纵轴形成大于0°且小于90°的角度，例如在20°和60°之间的角度。在本发明的这个进一步的发展的情况中，两个记录的压力p2、p3涉及代表了动态压力成分和静态压力成分的压力。
在电子装置外壳16中的旋涡流量计的电子测量转换电路可以使用测量电容CM1、CM2由于旋涡引起的电容改变来产生电测量信号，特别是周期性改变的电测量信号，其一方面指示旋涡压力波动的频率并且因而指示测量管11中的流速，和/或另一方面指示动态压力或其随时间的改变；关于这一点，参见图4b、4c、5b、5c或6b、6c。
图9或10中示出的实施例的电子测量转换电路被这样构造，使得它产生测量信号UD，该信号依赖于旋涡传感器的两个测量电容CM1、CM2的差并且因而可以用作代表在测量点22、23记录的压力p1、p2之间的差p1-p2的压力差信号；关于这一点，参见图4d、5d或6d。为了进一步的处理，随后将这样产生的且是压力差p1-p2的函数的测量信号UD送入低通电路TP。
由于两个电容相反地改变，测量信号对应于电容改变的值的二倍，而测量信号中放弃相等大小的基础电容。这一方面使得能够非常精确且敏感地检测电容变化，并且另一方面使得能够消除其它扰动的影响，这些扰动能够影响旋涡流量计的功能。这对于流体的温度特别重要。
旋涡流量计可以应用在非常不同的温度条件中，并且在相同的使用区域中流体的温度可以在较宽的范围中变化。由于不同部件所用的材料的热膨胀系数，温度变化影响旋涡传感器的部件尺寸。当部件具有相同的热膨胀系数时，它们的尺寸以相同比率改变，使得在两个电容值中没有显示出改变。在部件具有不同的热膨胀系数的情况中，电极夹具的传感器外壳的不同长度改变对于两个电容值没有影响。确实，这些部件的不同直径改变导致基础电容的变化，但是这对于信号记录时没有后果的，因为在形成差值信号中放弃了基础电容；被单独记录的电容差保持不受与温度相关的改变的影响。
在这一点，还应当注意，由于传感器外罩的圆柱形状，所述的旋涡传感器的实施例具有特别好的压缩强度，并且因而适用于高工作压力或高工作压力波动的应用场合。
图9和10各自显示了电容测量电路，其特别适合于所述旋涡流量计的电子评价电路的输入级。这个电容测量电路被根据“开关电容”(switched capacitors)的已知原理而构造，并且可以例如以美国专利No.4,716,770中所述的方式操作。它使得可以非常敏感并且精确地测量电容改变，即使这些改变非常小。另外，这样构造图9或10的电容测量电路，使得它能够以非常简单的方式得到有源屏蔽。
正如已经提到的，传感器设置8产生的电信号由电子评价装置处理并且以常见的方式显示和/或传递。这可以具有优点地例如通过数字化来自测量转换电路传递的电信号并进一步利用位于电子装置外壳16中的微计算机μP处理而实现。为此，经低通滤波的测量信号UD位于第一模数转换器AD1的输入端；这里，已经提到的低通电路TP也可以用作消除混叠滤波器。
现在，流动的流体的质量流速的确定通过确定流体中作用的动态压力并且归一化流动的流体的体积流量或流速而进行。
为了根据本发明确定质量流速，测量信号UD用于形成压力测量值Xp，其代表在时间上平均的在流动方向上作用的平均动态压力；关于这一点，参见图11a。另外，以本领域熟知的方式，由已经提到的Strouhal函数、测量的重复频率和相应的标定因数Kv，确定流速测量值Xv。具有优点地，重复频率可以类似地直接由测量信号UD得到。实际上基于记录的第一压力p1和记录的第二压力p2而确定的压力测量值Xp现在被关于流速测量值Xv而归一化，即被除以它。于是，应用下式Xm＝Km.Xv/Xp(1)，其中Km是用于计算质量流速的标定因数，其通过合适的标定措施而确定。
根据本发明的优选实施例，这样选择低通电路TP的极限频率以产生压力测量值Xp，使得最低期望旋涡频率以及可能发生的干扰信号频率可以被过滤在提供的测量信号之外，并且因而，可以在低通电路TP的输出端得到压力信号，该压力信号基本上遵循测量信号的时间平均曲线。
这里注意到，例如从经数字化的测量信号或模拟压力信号的信号幅度特别是采样的信号幅度得到的测量值可以用作压力测量值Xp。以相应的方式，流速测量值Xv也可以例如是从以重复频率改变的先前形成的频率测量信号得到的测量值。
为了产生相应的频率测量信号，本发明的优选实施例还具有以下特征产生代表两个测量电容CM1、CM2的测量电压UC1，UC2，并且通常相互相移的这些测量电压UC1，UC2被分别由合适的带通滤波器BP1和BP2滤波，如图10所示。带通滤波器BP1、BP2可以类似地根据开关电容的原理，例如与低通滤波器电路相同的方式形成。
然后这样将经滤波的测量电压置于比较器COMP的输入端，使得产生二进制的矩形电压，其信号频率对应于重复频率。反过来，矩形电压被送入微计算机μP并且可以在那里被进一步处理，用于确定重复频率。
特别在使用上述微计算机μP时，压力测量值或者还有流速测量值可以具有优点地也基于压力差信号的谱分析，例如基于离散傅立叶变换而确定，其中，在频谱中，压力测量值可以对应于零频率处的幅度。
根据本发明的另一实施例，测量信号UD，特别是从测量信号UD得到的压力测量值Xp用于产生代表测量管11中流动的流体的粘度的粘度测量值Xη。
另外，基于偏转测量值X30确定粘度测量值Xη，该偏转测量值代表作为振荡体形成的传感器元件30的振荡运动的瞬时或最大偏转。具有优点的，振荡运动以及偏转测量值X30可以类似地直接从测量信号UD中得到；关于这一点，也参见图11b。为了产生粘度测量值，在本发明的这个实施例中的压力测量值Xp被关于偏转测量值X30归一化，即，除以它。有下式Xη＝Kn.X30/Xp(2)，其中Kn是用于计算粘度的标定因数，通过相应的标定方法而确定。
根据本发明的实施例，通过将测量信号UD发送至第三低通电路BP3而产生粘度测量值Xη，从第三低通电路中这样选择中频，使得在操作中允许通过信号频率对应于重复频率的信号部分。为了这样产生的交流信号的数字化的进一步处理，它利用第二模数转换器AD2数字化，并且之后被送入微计算机μP。
权利要求
1.一种用于确定管道中流动的流体的质量流量的方法，该方法包括以下步骤-利用流体围绕其流动的阻流体(20)在流动的流体内产生旋涡，特别是卡尔曼旋涡，该阻流体(20)具有至少两个分离边缘(74，75)；并且确定产生旋涡的重复频率，-基于确定的重复频率生成流动测量值(XV)，其代表体积流量或流速，-在第一测量点(M1)本地记录作用于流动的流体中的第一压力p1，该第一测量点参考流动方向位于阻流体(20)的两个分离边缘(74，75)附近或者在分离边缘(74，75)的至少一个的下游，和-在第二测量点(M2)本地记录作用于流动的流体中的第二压力p2，该第二测量点在流动方向上与第一测量点(M1)相分离，--其中通过生成的旋涡的作用，至少一个记录的压力p1、p2至少以重复频率周期性地改变，-使用记录的第一压力p1和记录的第二压力p2，生成压力测量值(XP)，其代表在时间上平均的至少部分在流动方向上作用的平均动态压力，以及-使用压力测量值(XP)和流动测量值(XV)，生成代表质量流量的质量流量测量值(Xm)。
2.如权利要求1所述的方法，其中产生旋涡的重复频率是基于至少一个记录的压力p1、p2而确定的。
3.如权利要求1所述的方法，其中至少一个测量点(M1、M2)位于阻流体(20)上或其内部。
4.如权利要求1所述的方法，其中为了生成压力测量值而确定两个本地记录的压力之间的压力差。
5.如权利要求3或4所述的方法，其中为了记录压力差，设置在阻流体(20)之内的差压传感器(30)特别是同时地经受第一和第二压力p1、p2。
6.如权利要求4所述的方法，其中由本地记录的压力p1、p2生成代表压力差的压力差信号(UD)。
7.如权利要求6所述的方法，其中为了产生压力测量值(Xp)而将压力差信号(UD)数字化。
8.如权利要求6所述的方法，其中基于压力差信号(UD)的谱分析，特别是数字谱分析，确定压力测量值(Xp)和/或流动测量值(XV)。
9.如权利要求1所述的方法，其中本地记录的压力p1、p2之一是在流动方向上作用的总压力和/或作用于流体中的静态压力。
10.如权利要求1所述的方法，其中为了确定压力差，使用设置在阻流体(20)内部或下游的构造为振荡体的传感器元件(30，40)。
全文摘要
本发明涉及一种方法，其中利用阻流体(20)在流体中产生旋涡，并且确定产生旋涡的重复频率。确定的重复频率用于计算流动测量值(X
文档编号G01F1/32GK1692273SQ03820649
公开日2005年11月2日 申请日期2003年8月28日 优先权日2002年8月28日
发明者赖纳·赫克尔, 马马迪·凯塔, 奥利弗·波普 申请人:恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司
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