专利名称：粘度测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及管道中流动的流体的粘度测量装置。
背景技术：
在测量-和自动化技术领域中，为测定管道中流动的流体，特别是液体的粘度，常常使用这种测量装置，它借助于旋转式测量传感器或者振动式测量传感器和与其连接的测量电子装置在流经的流体中产生内摩擦力，并且装置通过该摩擦力导出产生与当时的粘度相应的粘度信号。相应的粘度测量装置以及借助于这种测量装置测量粘度的方法在以下专利文献中有所介绍US-A 45 24 610，US-A 47 04 898，US-A47 54 640，US-A 49 20 787，US-A 49 22745，US-A 51 57 962，US-A 5228 331，US-A 54 48 921，WO-A 95/16 897，EP-A 527176，EP-A 1158289以及未提前公开的欧洲专利申请01 120343.7或者01 121869.0，其中，那里所介绍的粘度测量装置为在流体中产生切力，各自包括一个电子-机械测量传感器，带有与管道连通的流体引导测量管。
原则上这种所称的“在线”测量的粘度测量装置，可以划分为这样几种一种包括浸入流体内的振动式或者旋转式励磁元件，例如振动叉或者旋转圆筒，一种使引导流体的测量管振动。后者例如在US-A 45 24 610，WO-A 95/16 897或者EP-A 1 158 289以及未提前公开的欧洲专利申请01 120343.7或者01 121869.0中有所介绍，其中，那里所介绍的粘度测量装置分别包括- 振动式测量传感器-- 带有与管道连通的并在工作时振动的引导流体的测量管，-- 带有使测量管振动的励磁器设置，-- 带有传感器设置，用于检测测量管的振动和产生体现测量管振动的至少一种传感器信号以及- 测量电子装置，它-- 提供供给励磁器设置的励磁电流和-- 至少一个瞬时体现流体粘度的粘度测量值。
所述类型的粘度测量装置为接外部电源的测量装置，为此必须具有至少两个电线，也就是导线。产生和发送与粘度相应的，特别是与粘度成比例的粘度信号，要符合对此常用的标准，例如符合处于4mA和20mA之间的电流标准和/或者常用的频率标准和/或者数字标准；为此一直需要至少两个其他的导线。
特别是在一个设备上使用多个这种粘度测量装置时和/或者在将粘度测量装置安装在与外部供电距离很远的位置上时，使用附加的线路材料就要明显增加布线费用。
此外，在测量-和自动化技术领域中，这种测量装置和例如置于其上的控制-和调节单元之间需要具有标准化的或者至少相当统一的接口。人们也在努力使大量的这种接口尽可能地保持一览无余。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种管道内流动的流体的粘度测量装置，该粘度测量装置包括- 振动式，特别是弯曲振动式测量传感器，-- 带有至少一个与管道连通的，在工作时振动的测量管，用于引导流体和产生在流体中作用的摩擦力，-- 带有励磁器设置，用于使至少一个测量管振动以及- 具有可预先确定电功率需求的测量电子装置，它-- 提供供给励磁器设置的励磁电流和-- 瞬时体现流体粘度的粘度测量值，-- 其中，测量电子装置与双导线-程序控制受电器连接并由其供给电能，-- 其中，测量电子装置将与粘度测量值相应的粘度信号传输给双导线-程序控制受电器或者对其进行调整。
按本发明的第一构成，- 测量电子装置对电功率的需求量可以变化- 测量电子装置包括控制电路，用于调整电功率的需求量。
按第二构成，测量电子装置包括- 励磁电路，用于产生励磁电流和- 计值电路，用于检测传感器信号和用于测定粘度测量值，其中，- 控制电路为降低电功率的需求量有时停用励磁电路和/或者计值电路。
按本发明的第三构成，测量电子装置包括连接在双导线-程序控制受电器上的能量缓冲器，它至少部分地和/或者有时提供测量电子装置需要的功率。
在第三构成的进一步构成中，控制电路给能量缓冲器有时充电。
按本发明的第四构成，粘度测量装置借助于双导线-程序控制受电器连接在现场总线上。
按本发明的第五构成，双导线-程序控制受电器输送直流电；在此方面，粘度信号优选为可变化的直流电，特别是包括4mA至20mA的范围，或者优选数字信号。
按本发明的第六构成，测量传感器具有传感器设置，用于检测测量管的振动和用于产生体现这种振动的至少一个传感器信号。
在第六构成的进一步构成中，测量电子装置借助于传感器信号调整励磁电流。
按本发明第七优选的构成，励磁电路包括振幅解调级，用于产生瞬时体现振动测量管振幅的输出信号，其中，将由传感器设置提供的传感器信号之一或其总和作为输入信号输送到振幅解调级。
在本发明第七构成的第一进一步构成中，励磁电路包括比较级，用于测定所检测的振动测量管的振幅与预先规定的额定振幅的偏差，其中，在输入端除了振幅解调级的输出信号外，将体现额定振幅的基准信号输送给比较级。
在本发明第七构成的第二进一步构成中，励磁电路包括在输入端与比较级的输出端连接的振幅调制级，用于产生励磁器设置的驱动信号，它具有取决于所测定偏差的信号振幅，其中，在输入端除了体现所检测振幅与预先规定的额定振幅偏差的误差信号外，将振幅解调级的输入信号输送给振幅调制级。
在本发明第七构成的第三进一步构成中，励磁电路包括在输入端与比较级的输出端连接的脉冲宽度调制级，用于产生励磁器设置的脉冲驱动信号，它具有取决于所测定偏差的脉冲宽度，其中，在输入端除了体现所检测振幅与预先规定的额定振幅偏差的误差信号外，将振幅解调级的输入信号输送给脉冲宽度调制级。
本发明特别是以此为依据，即发明者成功地制造出带有可振动测量管的粘度测量装置；令人惊异地仅利用通过所述类型的双导线-程序控制受电器最小传递的，也就是在这种双导线测量装置正常工作时所期待的最小电能量便可驱动。在这种情况下还表明，所要测量的粘度在绝大部分应用领域内仅有如此缓慢的变化，以至于可以是粘度测量值的低频实际值，由此测量传感器也可以只是暂时工作。由此还可以毫无问题地如此大范围地测量粘度测量值单个实际值之间时间上的间隔-或者换句话说，可以如此小地测量实际频率或者还有扫描频率-以至于即使对可能出现的这种情况来说，即通过双导线-程序控制受电器传递的能量一时不能满足粘度测量装置的功率需求的话，能量缓冲器可以很快地充电，由此需要的电功率或能量可以始终可支配地保持在测量电子装置内。
通过本发明，第一次产生市场化的适用于测量管道内流动的流体的双导线粘度测量装置。双导线-程序控制受电器的两个导线既用于供电，为此从外部电源，最好是直流电源，施加到两个导线上，也用于传递粘度信号，例如借助利用粘度测量值调制变化的直流电。
优选粘度测量装置这样构成，两个导线内的电流特别是尽可能成比例地显示借助于物理-电转换器产生的转换器信号；在该测量装置中，物理-电转换器为在与励磁器设置和需要时传感器设置共同作用下的至少一个可振动的测量管。在依据本发明上述处于4mA和20mA之间的电流标准设计的粘度测量装置中，双导线-程序控制受电器中电流的处于该电流范围内的瞬时电流值完全相当于瞬时粘度测量值。它造成在例如12V工作电压下的供电仅提供从48mW至240mW数量级的功率，下面称其为小功率；然而，仅4mA以下的电流范围就可持久供粘度测量装置的供电使用。
依据本发明的粘度测量装置由于其工作所要求的小功率可以毫无问题地遵守不同防爆等级的规程。在此方面，测量装置以特别的方式也适合在存在爆炸危险，仅允许使用本身安全的装置的环境下使用。
此外，双导线-粘度测量装置可以简单的方式这样构成，从而可以与常用的现场总线之一共同工作。它一方面可以直接连接在现场总线上，例如相应于FIELDBUS-协议(FIELDBUS为FIELBUSFOUNDATION的注册商标)，另一方面可以借助于总线耦合元件间接共同工作，例如根据所谓的HART-协议(HART为本集团HART的注册商标)。
现借助示出优选实施例的附图对本发明的其他优点和发明本身作详细说明。功能相同的部件在各附图中采用相同的参考符号，然而这些参考符号在下面的附图中仅在具有意义的情况下重复。其中图1示出用于产生粘度测量值的粘度测量装置的侧视图；图2部分示出适合图1粘度测量装置使用的振动式测量传感器实施例的第一侧视图；图3示出图2测量传感器的第二侧视图；图4示出图2测量传感器电子-机械励磁器设置的实施例；图5示出适合图1-4粘度测量装置使用的测量电子装置优选构成的方框图；图6示出依据本发明第一变化的励磁器电路实施例的电路图，部分为方框图形式；图7示出依据本发明第二变化的励磁器电路实施例的电路图，部分为方框图形式；图8示出依据本发明第一变化的励磁器电路实施例的电路图，部分为方框图形式；图9示出按图6励磁器电路优选末级实施例的电路图；图10示出按图7励磁器电路优选末级实施例的电路图；以及图11示出按图8励磁器电路优选末级实施例的电路图。
具体实施例方式
图1示出粘度测量装置1，带有优选安装在转换器外壳100内的振动式测量传感器10，以及带有电子装置外壳200，里面装有与测量传感器10电连接的测量电子装置50；下面还要对其详细介绍。
粘度测量装置1的作用是，检测管道内流体的粘度η并在瞬时体现该粘度η的粘度测量值Xη内显示；为使视图一目了然没有示出管道。为了能够测量粘度η，借助于由测量电子装置50励磁振动的测量传感器10在流经的流体中产生摩擦力，它取决于粘度η并可测量地反作用于测量传感器10，也就是可进行传感器检测和电子计值。
图2和3示出作为测量传感器10使用的振动式物理-电转换器设置的实施例。这类转换器设置的结构例如在US-A 60 06 609中作过详细介绍，但是用于测量其他的流动参数。
为引导所要测量的流体，测量传感器10包括至少一个具有入口端11和出口端12的测量管13，可预先规定的在工作时弹性变形的测量管内径13A和可预先规定的公称内径。
测量管内径13A的弹性变形在这里的意思为，为产生流体内部的并因此表明流体的反作用力，即产生测量传感器10的切力或者还有摩擦力，以可预先规定的方式，周期性特别是循环地改变测量管13弹性区内部的测量管内径13A的空间形状和/或者空间位置，参照例如US-A 48 01 897，US-A 56 48 616，US-A 57 96 011和/或者US-A 60 06609。
在这里需要明确指出，为实现本发明，取代依据图2和3实施例的测量传感器，实际上可以使用现有技术中介绍的测量其他流动参数的任何测量传感器，特别是那种弯曲振动式测量传感器，带有仅以或者至少部分以弯曲振动方式振动的弯曲的或者直线的测量管。
适合这种作为测量传感器10使用的转换器设置的其他实施方式，例如在US-A 53 01 557，US-A 53 57 811，US-A 55 57 973，US-A 5602 345，US-A 56 48 616或者US-A 57 96 011中有详细介绍，其公开属于申请的公开。
作为图2和3中直线测量管13的材料，特别适用例如钛合金。但也可以使用其他常用于这类特别是弯曲的测量管的材料，例如不锈钢或者锆等来代替钛合金。
以通常方式在入口端和出口端与输送或排出流体的管道连通的测量管13，可振动夹紧在刚性的，特别是弯曲刚性和扭曲刚性的，优选由转换器外壳100包绕的支承框架14内。
支承框架14在测量管13上入口端借助于入口板213并在出口端借助于出口板223定位，其中，后两者分别由测量管13相应的延长件穿过。此外，支承框架14具有第一侧板24和第二侧板34，两个侧板24，34分别这样在入口板213和出口板223上定位，使它们实际上与测量管13平行分布并与其以及彼此相距设置，参阅图2。因此，两个侧板24，34彼此靠近的侧面同样彼此平行。
纵杆25在侧板24，34上与测量管13相距定位，作为使测量管13停止振动的平衡锤使用。如图3所示，纵杆25实际与测量管13的整个可振动长度平行延伸；但也并不是非得如此不可，不言而喻，如果需要，纵杆25也可以缩短。
带有两个侧板24，34，入口板213，出口板223和纵杆25的支承框架14因此具有纵向重心轴线，它实际与想象中连接入口端11和出口端12的测量管-中轴线13B平行分布。
在图2和3中，通过所示螺丝的头部表明，侧板24，34在入口板213，出口板223和纵杆25上的上述定位可以通过螺丝连接完成；但也可以采用其他适用的并为专业人员所熟悉的固定方法。
对于测量传感器10可松开地与管道进行连接安装的情况来说，在测量管13上入口端制成第一法兰19，出口端制成第二法兰20，参阅图1；取代法兰19，20的也可以例如是可松开地与管道连接的其他管道连接件，例如图2中所示的所谓吊灯式连接。如果需要，测量管13也可以直接与管道连接，例如借助于焊接或者硬焊等。
为产生上述摩擦力，测量管13在测量传感器10工作时由与测量管连接的电子-机械励磁器设置16驱动，在可预先规定的振动频率下，特别是在自然谐振频率下，在所谓的有效模式中使其振动，由此以可预先规定的方式弹性变形；应当注意，这种谐振频率也取决于流体的密度。
在示出的实施例中，振动的测量管13如在这种弯曲振动式转换器设置中通常的那样，从静止位置在空间上，特别是侧向偏移；实际上同样也适用于这种转换器设置，其中，一个或者多个弯曲的测量管环绕相应的，想象中连接各自入口端和出口端的纵轴线进行悬臂振动，或者也适用于这种转换器设置，其中，一个或者多个直线测量管仅环绕其测量管纵轴线进行平面的弯曲振动。
在另一种情况下，例如像上述WO-A 95/16 897中所介绍的那样，作为测量传感器10使用的是蠕动径向振动式转换器设置，振动测量管的横截面以常用于此的方式对称变形，而测量管纵轴线保持在其静止位置上。
励磁器设置16的作用在于，在对由测量电子装置50馈给的电励磁功率Pexc进行转换之下，产生作用于测量管13的励磁力Fexc。励磁功率Pexc实际上仅用于补偿通过机械的和流体内部的摩擦从振动系统抽走的功率部分。为取得尽可能高的效率，励磁功率Pexc尽可能精确地这样调整，使测量管13的振动以有效模式，例如基本-谐振频率的振动得到实际保持。
为达到将励磁力Fexc传递到测量管13上的目的，励磁器设置16如图4所示具有刚性的电磁和/或者电动式驱动的杠杆设置15，带有在测量管13上抗弯曲定位的悬臂154和磁轭163。磁轭163同样抗弯曲地定位在悬臂154与测量管13相距的末端上，具体说是设置在测量管13的上面并与其垂直。
作为悬臂154例如可以使用金属圆盘，它在孔内接受测量管13。对于杠杆设置15其他适用的实施方式来说，在这里可以参阅上述的US-A 60 06 609。杠杆设置15为T形并这样设置，参阅图4，使它大致在入口端和出口端11，12之间的中心上作用于测量管13，由此使测量管在工作时中心进行其最大侧向偏移。
为驱动杠杆设置15，励磁器设置16依据图4包括第一励磁线圈26和从属的第一永磁衔铁27以及第二励磁线圈36和从属的第二永磁衔铁37。两个电优选串联的励磁线圈26，36在磁轭163下面测量管13的两侧在支承框架14上特别是可松开地这样定位，使它们连同其分别从属的衔铁27或37在工作时交替作用。不言而喻，如果需要，两个励磁线圈26，36也可以彼此并联。
如图2和4所示那样，两个衔铁27，37这样彼此相距在磁轭163上定位，使测量传感器10工作时，衔铁27实际由励磁线圈26的磁场通过，衔铁37实际由励磁线圈36的磁场通过，并由于相应的电动式的和/或者电磁的力作用而运动。
借助于励磁线圈26，36的磁场产生的衔铁27，37的运动，由磁轭163和悬臂154传递到测量管13上。衔铁27，37的这种运动这样构成，使磁轭163可选择地在侧板24的方向上或者在侧板34的方向上从其静止位置偏移。相应的，与上述测量管-中轴线13B平行的杠杆设置15的旋转轴线可以例如通过悬臂154分布。
此外，支承框架14包括与侧板24，34特别是可松开连接的电子机械励磁器设置16的支架29，特别是用于支承励磁线圈26，36和需要时支承下面还要介绍的电磁制动设置217的各个部件。
在该实施例的测量传感器10中，固定夹紧在入口端11和出口端12上的振动测量管13的侧向偏移同时也产生其测量管内径13A的弹性变形，这种变形实际上在测量管13的整个长度上构成。
此外，在测量管13内由于通过杠杆设置15作用于测量管上的扭矩，与侧向偏移的同时至少分段式强制环绕测量管中轴线13B扭转，从而测量管13实际上在作为有效模式使用的混合弯曲振动-扭转模式内振动。
在此方面，测量管13的扭转可以这样构成，使悬臂154与测量管13相距的末端的侧向偏移，与测量管13的侧向偏移或者同向或者反向。测量管13因此可以在符合同向情况的第一弯曲振动-扭转模式内或者在符合反向情况的第二弯曲-扭转模式内扭转振动。然后在依据该实施例的测量传感器10中，第二弯曲振动-扭转模式900Hz的自然基本-谐振频率约为第一弯曲振动-扭转模式的两倍。
对于测量管13工作时仅在第二弯曲振动-扭转模式中振动的情况来说，将以涡流原理为依据的电磁制动设置217与励磁器设置16相结合，用于稳定上述旋转轴线的位置。因此，借助于电磁制动设置217可以确保测量管13始终在第二弯曲振动-扭转模式内振动，并因此对测量管13各方面的外部扰动不会导致自发变换到另一个，特别是第一弯曲振动-扭转模式内。这种电磁制动设置的细节在US-A 60 06 609内有详细介绍。
这里还要提及的是，在按照这种方式依据第二弯曲振动-扭转模式偏移的测量管13中，设想的中轴线13B实际上仅轻微变形，因此振动时展开的不是平面，而是略微凸起的表面。此外，处于该表面上的，由测量管-中轴线的中心描述的轨迹具有由测量管-中轴线描述的所有轨迹的最小曲率。
为检测测量管13的变形，测量传感器10还包括传感器设置60，它至少借助于一个对测量管13的振动产生反应的第一传感器17，产生体现该振动的第一，特别是模拟的传感器信号s1。传感器17例如可以借助于永磁衔铁构成，它在测量管13上定位，并与由支承框架14支承的传感器线圈交替作用。
作为传感器17，特别适用在电动式原理基础上检测测量管13偏移速度的传感器。但也可以使用测量加速度的电动式或者测量行程的电阻式或者光学传感器。不言而喻，也可以使用其他对专业人员公知的和适合检测这种振动的传感器。
传感器设置60还包括特别是与第一传感器17相同的第二传感器18，借助于该传感器同样提供体现测量管13振动的第二传感器信号s2。两个传感器17，18在该构成中沿测量管13彼此相距，特别是以与测量管13的中心相同的距离这样设置在测量传感器10内，使借助于传感器设置60无论是测量管13入口端还是出口端的振动均能得到局部检测，并在相应的传感器信号s1或s2中显示。
通常各自具有与测量管13的瞬时振动频率相应的信号频率的第一和需要时第二传感器信号s1或s2，如图5所示输送到测量电子装置50。
为使测量管13振动，励磁器设置16借助于由测量电子装置50提供的同样振动的可调振幅和可调励磁频率fexc的励磁电流iexc这样馈电，使励磁线圈26，36在工作时由该励磁电流流过并已相应的方式产生衔铁27，37运动所要求的磁场。励磁电流iexc为正弦形。
励磁电流iexc的励磁频率fexc在该实施例中这样选择并这样调整，使侧向振动的测量管13尽可能仅在第二弯曲振动-扭转模式中扭转振动。
图5示出适合图1-4粘度测量装置使用的测量电子装置50的优选构成的方框图。在图5中，右侧示出测量管13，励磁器设置16和传感器设置60，其中，特意标出励磁线圈26；它处于振动测量装置1的电路零点SN上。
所述的测量电子装置50通过虚线框示出，并与下面简称为受电器的双导线-程序控制受电器2L连接。测量电子装置从粘度测量装置1例如通到程序控制台70。在那里，受电器2L与由将受电器电流供给到受电器2L内的外部电源71，例如直流电源和由测量电阻R组成的串联电路连接；该电阻具有两个测量接口72，73，作为电压降的粘度信号可以分接在上面，电压降可以显示出来或者进一步进行信号处理。电源70因此供给测量电子装置50工作所需要的电能。如果受电器2L按照工业测量技术领域长期以来采用的4mA至20mA的电流标准工作的话，0mA和3.6mA之间的电流范围可供供电使用。
受电器2L利用其测量电子装置50内部的两个导线首先通到调压器81，该调压器从电源70大多波动的电压中产生足够恒定的电压。利用该恒定的电压，测量电子装置50的所有分电路得到持续或者断续的供给，对此参阅下面的介绍。
测量电子装置50为利用所述的励磁电流iexc为励磁器设置16供电包括励磁电路160；其中的优选实施例借助附图6-11说明。在这里，首先介绍传感器16的传感器信号s1输送到励磁电路160。
如图5所示，励磁电路160也与计值电路90的微处理器91形成接触，励磁电路160从微处理器接收例如需要的工作数据或者向其发送励磁电路160内部产生的调整信号和/或者调整参数，特别是已调整的励磁电流iexc的信息和/或者供给测量传感器的励磁功率Pexc。作为对微处理器91的附加或者取代，计值电路90也可以具有用于产生测量-和工作数据的数字式信号处理器。
计值电路90一侧产生的和/或者接收的测量-或者工作数据，例如可以暂时储存在数据存储器92内。
依据本发明一优选的实施例，传感器信号s1也可以直接输送到计值电路90。在那里，后者通过模拟-数字-转换器93数字化到达微处理器和信号处理器91，处理器借助于传感器信号s1提供粘度测量值Xη。微处理器和信号处理器91分配得到系统脉冲-振荡器65和监视级和复位级66。
借助于前面连接了由数字粘度测量值Xη供给的数字/模拟-转换器99的电流调节器96，测量电子装置50将粘度测量值Xη调整到受电器2L内受电器电流的振幅。换句话说，通过在取决于瞬时粘度测量值Xη的情况下调整受电器电流的振幅，测量电子装置50将与粘度测量值Xη相应的粘度信号提供给受电器2L。
依据本发明一优选的实施例，在测量电子装置50内还具有通信接口97，用于除了粘度测量值Xη外，还将内部测量装置参数转换成通过受电器2L传递的信号并输送到受电器2L里面，或者也从外部接收通过受电器2L传递的测量装置参数。在这种情况下，作为通信接口97例如可以是按照依据HARTCommunication Foundation，AustinTX的HART-现场通信协议的接口，也就是使用FSK-编码的高频交流电压作为信号载体。
依据本发明另一优选的实施例，测量电子装置50包括至少一个连接在受电器2L上的能量缓冲器；在图5中可以看到其中的两个，即能量缓冲器82，83。借助于这种能量缓冲器，可以至少部分和/或者至少有时提供测量电子装置50需要的功率，特别是受电器2L瞬时提供的能量不够用于测量电子装置50工作使用的情况下。
能量缓冲器82无论在调压器81上还是在计值电路90上持续存在，从而它根据需求充电和放电。与此相比，能量缓冲器83通过开关处于励磁电路160上，借助于开关可以中断放电。
依据本发明另一优选的实施例，测量电子装置50对电功率的需求量也就是其消耗功率可以变化，因此可与实际可供支配的电功率匹配。在此方面，测量电子装置50的功率需求量的变化例如在取决于瞬时可支配功率的情况下可以控制或者定时脉冲完成。为达到控制消耗功率的目的，在测量电子装置50上还具有控制电路84，例如借助于微处理器和信号处理器91可以实现。
在此方面，调节电功率的需求量例如可以这样进行，使控制电路84有时停用励磁电路160和/或者计值电路90，以减少消耗功率。在这种情况下，停用计值电路90的意思例如是说，将后者置于低消耗功率的工作状态，其中，工作中至少保留控制能量存储器或重新激活计值电路所要求的功能；其中，将计值电路90重新激活后工作所要求的测量数据和/或者工作参数相应地可支配地保持在数据存储器，例如暂时数据存储器92内。此外，励磁电路例如也可通过将其完全断开而停用。
图6示出与本发明第一变化相符的励磁电路160的电路图，部分为方框图形式。将传感器17，18之一提供的传感器信号或者例如其总和作为输入信号输送到振幅解调级pd。因此，振幅解调级pd在输入端与传感器17，18之一连接-在图6中为传感器17。振幅解调级pd的作用是不断确定测量管振动的振幅。此外，振幅解调级pd的作用还在于提供输出信号，例如体现这种所测定振幅的普通直流信号。为此依据本发明一优选构成，在振幅解调级pd中具有输入信号的峰值检波器。取代该峰值检波器也可以使用例如检测振幅的同步整流器，由与输入信号同相位的基准信号发射脉冲。
比较级sa的第一输入端与振幅解调级pd的输出端连接；将预先规定测量管13振动振幅的可调基准信号Sr输送到比较级sa的第二输入端。比较级sa测定振幅解调级pd输出信号与基准信号Sr的偏差，并将其作为相应的输出信号输出。该偏差可以例如在使用所检测振幅和通过基准信号Sr预先规定振幅之间基本差值的情况下以绝对振幅误差的形式，或者例如在使用所检测和预先规定振幅的商的情况下以相对振幅误差的形式确定并继续发送。
振幅解调级pd的输入信号输送到振幅调制级am的第一输入端，比较级sa的输出信号输送到第二输入端。振幅调制级am的作用是，调制振幅解调级pd的输入信号，利用该信号使比较级sa的输出信号振幅。在此方面，一个传感器信号或两个传感器信号的总和-或与此各自成比例的信号，参阅下面-载频信号和借助于比较级sa产生的误差信号为调制信号，它可以-始终缓慢地-变化。误差信号表示测量管13的瞬时振幅与通过基准信号Sr体现的它的或它们的额定振幅的偏差。此外，振幅调制级am的作用还在于，为励磁器设置1 6提供携带驱动能量的驱动信号。为此，振幅调制级am具有相应的末级ps，用于放大利用调制信号调制的载频信号。
为了达到载频信号与调制信号调幅的目的，依据本发明一优选的构成，在振幅调制级am中具有乘法器m，参阅图7。
图7根据本发明的第二变化示出励磁电路160实施例的电路图，部分为方框图形式。图7的实施例与图6实施例的不同之处在于，取代其振幅调制级am的是具有脉冲宽度调制级pwm，它带有由外部交流信号发出脉冲的脉冲持续时间调制器pm。如图7所示，脉冲持续时间调制器pm在恒定的正第一直流电压+U1上工作，并处于电路零点SN上。
将振幅解调级pd的输入信号输送到脉冲持续时间调制器pm的第一输入端-它是载频信号的输入端。因此，该第一输入端与传感器之一连接-在图7中它还是传感器7。将与所要测定的振幅误差成比例的误差信号输送到脉冲持续时间调制器pm的第二输入端-它是调制信号的输入端。脉冲持续时间调制器pm的输出端再次与末级ps｀的输入端连接，该末级在输出端上供给励磁器设置16相应的驱动信号。在这种情况下，由末级ps′提供的驱动信号为矩形信号，它利用振幅解调级pd输入信号的信号频率发出脉冲，并具有利用比较级sa的输出信号调制的脉冲宽度。
图8根据本发明的第一变化示出励磁电路160另一实施例的电路图，部分为方框图形式。图8的实施例与图6实施例的不同之处在于，取代其乘法器m的是具有比较器kk和直流变压器dc，变压器至少提供驱动励磁器设置16内励磁电流的供电电压。该供电电压的振幅再次取决于比较级sa的输出信号，因此应视为非恒定的。根据供电电压的设计参数，励磁电流可以是双极的，但也可以是单极的。
因此，依据图8本发明一优选构成，直流变压器dc提供带有正第一电位+u和负第二电位-u的供电电压，其中，用于调节电位的直流变压器dc的控制输入端接收比较级sa的输出信号。由直流变压器dc提供的，在其振幅上匹配的供电电压作为工作电压，施加到相应的，用于供给励磁器设置16的脉冲宽度调制级pwm的末级ps″上。此外，末级ps″在输入端与比较器kk的输出端连接。比较器k1在恒定的正第一直流电压+U1上工作，并处于电路零点SN上。将峰值检波器pd的输入信号输送到比较器kk的输入端。因此，比较器kk在输入端与传感器之一连接-在图8中它还是传感器17。
在图6-7中虚线分别表示，取代传感器17，18传感器信号之一的，也可以是其总和，被输送到峰值检波器pd和乘法器m或脉冲持续时间调制器pm或比较器kk；然后这些传感器信号通过加法器s传输。
在图6-7中，可以看到其他虚线示出的分电路，它们是优选励磁电路的优选进一步构成。
在励磁电路160的进一步构成中具有前置放大器vv，连接在峰值检波器pd或者需要时在同步整流器的前面。
在励磁电路160的另一进一步构成中具有放大器v，它在比较级sa的输出信号作为误差信号到达振幅调制级am之前对其放大。这种放大器可以是运算放大器op，其非转换输入端处于电路零点SN上，其转换输入端通过前置电阻wv与比较级sa的输出端并通过分路电阻ws与放大器的输出端连接。这样布线的运算放大器op在图6-7中右上方可见。
在励磁电路160的另一进一步构成中具有积分放大器vi，它在比较级sa的输出信号作为误差信号到达乘法器m之前对其放大和积分。这种放大器可以是运算放大器op′，其非转换输入端处于电路零点SN上，其转换输入端通过前置电阻wv′与比较级sa的输出端并通过分路电阻ws′和电容器k的串联电路与放大器的输出端连接。这样布线的运算放大器op′在图6-7中间的右侧可见。
在励磁电路160的另一进一步构成中具有微分和积分放大器vd，它在比较级sa的输出信号作为误差信号到达乘法器m之前对其放大，微分和积分。这种放大器可以是运算放大器op″，其非转换输入端处于电路零点SN上，其转换输入端通过前置电阻wv″和第一电容器k1的并联电路与比较级sa的输出端并通过分路电阻ws″和第二电容器k2的串联电路与放大器的输出端连接。这样布线的运算放大器op″在图6-7中右下可见。
图6-7中借助箭头表示，各自的放大器v，vi，vd应处于虚线示出的正方形q位置上，该正方形或者处于比较级sa的输出端和振幅调制级am的第二输入端之间，或者处于比较级sa的输出端和脉冲宽度调制级pwm的调制信号-输入端之间。
在本发明的框架内，图6-7各分电路的功能通过相应的模拟的或者数字的分电路实现，在后一种情况下，例如借助于适当编程的微处理器，其中，将所要输送到该微处理器的信号事先进行模拟/数字-转换，并将其输出信号需要时进行数字/模拟-转换。
图9示出末级ps第一优选实施例的电路图，例如可以在依据图6的振幅调制级am中使用。运算放大器ov在正的和负的各自恒定的直流电压+U，-U上工作并如下布线。转换输入端通过第一电阻w1处于电路零点SN上，非转换输入端通过第二电阻w2处于乘法器m的输出端上。
运算放大器ov的输出端在第三电阻w3的中间连接下与变压器tf初级线圈的第一极pp1连接；初级线圈的第二极pp2处于电路零点SN上。变压器tf也有次级线圈，借助于其两个极sp1，sp2连接在励磁器设置16上。
初级线圈具有初级线圈匝数N1，次级线圈具有次级线圈匝数N2。变压器tf为电流上行变压器，并具有例如201的变压比N1/N2。
运算放大器ov的转换输入端通过第四电阻w4连接在初级线圈的第一极pp1上。非转换输入端通过第五电阻w5与输出端连接。
五个电阻w1，w2，w3，w4，w5具有相应的电阻值R1，R2，R3，R4，R5。电阻值R1按等于电阻值R2以及电阻值R4等于电阻值R5选择。如果乘法器m的输出电压采用um标注的话，如下得出励磁器设置16内交流电流ii=Um·R5R1·R3·N1N2]]>图10示出末级ps′第二优选实施例的电路图，例如可以在依据图7的脉冲宽度调制级pwm中使用。该末级为互补的推挽末级的这种构成的“核心”是，P-电路-增强型-绝缘体层-场效应-晶体管P的控制电流电路的串联电路，带有N-电路-增强型-绝缘体层-场效应-晶体管N，下面简称为晶体管。
在控制电流电路的连接点上，连接励磁器设置16。为每个控制电流电路并联一个保护二极管dn，dp，其中，各自的阴极处于各自晶体管的正点上。
串联电路P-晶体管侧的末端处于恒定的正第二直流电压+U2上，其N-晶体管侧的末端处于相应的负直流电压-U2上。晶体管N，P的控制极相互并与比较器kk′的输出端连接。比较器kk′的非转换输入端处于脉冲持续时间调制器pm的输出端上，参阅图7。
比较器kk′的转换输入端与由电阻r1和电阻r2组成的分压器的分接头连接。电阻r1，r2具有相同的电阻值，处于正直流电压+U1和电路零点SN之间。电阻r1，r2和比较器kk′用于与直流电压+U1的半值相关的使脉冲持续时间调制器pm的输出信号对称。
因此，励磁器设置16在传感器17的输出信号或传感器17，18的输出信号的总和每次正过零时得到正电流脉冲，在传感器17的输出信号或传感器17，18的输出信号的总和每次负过零时得到负电流脉冲。这些电流脉冲各自的持续时间这样自动调整，使其达到通过基准信号Sr预先规定的测量管13的振幅。
图11示出末级ps″第三优选实施例的电路图，例如可以在依据图8的振幅调制级am中使用。该末级为互补的推挽末级的这种构成的“核心”是，在这里也如图10所示那样，P-电路-增强型-绝缘体层-场效应-晶体管P′的控制电流电路的串联电路，带有N-电路-增强型-绝缘体层-场效应-晶体管N′，下面简称为晶体管。
在控制电流电路的连接点上，连接励磁器设置16。为每个控制电流电路并联一个保护二极管dn′，dp′，其中，各自的阴极处于各自晶体管的正点上。
串联电路P-晶体管侧的末端处于取决于比较级sa输出信号的正直流电压+u上，其N-晶体管侧的末端处于取决于比较级sa输出信号的负直流电压-u上。晶体管N′，P′的控制极相互并与比较器kk″的输出端连接。比较器kk″的非转换输入端处于比较器kk的输出端上，参阅图8。
比较器kk″的转换输入端与由电阻r3和电阻r4组成的分压器的分接头连接。电阻r3，r4具有相同的电阻值，处于恒定正第一直流电压+U1和电路零点SN之间。电阻r3，r4和比较器kk″用于与直流电压+U1的半值相关的使比较器kk的输出信号对称。
因此，励磁器设置16在传感器17的输出信号或传感器17，18输出信号的总和每次正半波期间得到正电流脉冲，而在传感器17的输出信号或传感器17，18输出信号的总和每次负半波期间得到负电流脉冲。这些电流脉冲各自的振幅在其方面取决于依赖比较级sa输出信号的直流电压+u，-u，从而使通过基准信号Sr预先规定的测量管13的振幅自动调整。
所提及的直流电压+U1，+U2，-U2在由双导线-程序控制受电器提供的能量的基础上以通常的方式产生。也可以取代两个正直流电压+U1，+U2，仅具有唯一的正直流电压。
在本发明中，所提及的双导线-程序控制受电器一方面优选输送用于供电的直流电流，其中，特别是测量信号同时是例如依据标准包括4mA至20mA范围的直流电流。另一方面，该测量信号也可以优选为数字信号，从而双导线-程序控制受电器可以连接在现场总线上。
本发明的励磁电路与测量管13共同组成调节电路，它既电适应测量管13励磁振动的机械谐振频率，也适应借助于基准信号Sr预先规定的该振动的振幅。
因此，不需要以前常用的那些励磁电路，即为电调节谐振频率和振幅具有调幅级和相位联锁受电器，所谓的PLL。以前的励磁电路不仅在所需元件的数量方面非常繁杂，而且它们需要的电能远远超过双导线-测量装置中可供支配的电能。
本发明的励磁电路160仅需要少量的元件，它们整体上也具有实际上可以忽略不计的损耗功率，从而可供支配的少量电能就完全可供励磁使用。
权利要求
1.管道内流动的流体的粘度测量装置，该粘度测量装置包括- 振动式，特别是弯曲振动式测量传感器(10)，-- 带有至少一个与管道连通的，在工作时振动的测量管(13)，用于引导流体和产生在流体中作用的摩擦力，-- 带有励磁器设置(16)，用于使至少一个测量管(13)振动以及- 具有可预先确定电功率需求的测量电子装置(50)，它-- 提供供给励磁器设置(16)的励磁电流(iexc)和-- 瞬时体现流体粘度的粘度测量值(Xη)，-- 其中，测量电子装置(50)与双导线-程序控制受电器连接并由其供给电能，-- 其中，测量电子装置(50)将与粘度测量值(Xη)相应的粘度信号输送到双导线-程序控制受电器(2L)或者对其进行调整。
2.按权利要求1所述的粘度测量装置，- 其中，测量电子装置(50)对电功率的需求量可以变化- 其中，测量电子装置(50)包括控制电路(84)，用于调整电功率的需求量。
3.按权利要求2所述的粘度测量装置，其中，测量电子装置包括- 励磁电路(160)，用于产生励磁电流和- 计值电路(90)，用于检测传感器信号(17，18)和用于测定粘度测量值(Xη)，其中，- 控制电路(84)为降低电功率的需求量有时停用励磁电路(160)和/或者计值电路(90)。
4.按权利要求2或3所述的粘度测量装置，其中，测量电子装置(50)包括至少一个连接在双导线-程序控制受电器(2L)上的能量缓冲器(82，83)，它至少部分和/或者有时提供测量电子装置(50)需要的功率。
5.按权利要求4所述的粘度测量装置，其中，控制电路(84)给能量缓冲器(82，83)有时充电。
6.按权利要求1-5之一所述的粘度测量装置，其中，粘度测量装置借助于双导线-程序控制受电器(2L)连接在现场总线上。
7.按权利要求1-6之一所述的粘度测量装置，其中，作为粘度信号为双导线-程序控制受电器(2L)内，特别是可在4mA至20mA范围内变化的直流电，或者数字信号。
8.按权利要求1-7之一所述的粘度测量装置，其中，测量传感器具有传感器设置(60)，用于检测测量管(13)的振动和用于产生至少一个体现这种振动的传感器信号(s1)。
9.按权利要求8所述的粘度测量装置，其中，测量电子装置(50)借助于至少一个传感器信号(s1)调整励磁电流(iexc)。
10.按权利要求8或9所述的粘度测量装置，其中，励磁电路(160)包括振幅解调级(pd)，用于产生瞬时体现振动测量管(13)振幅的输出信号，其中，将由传感器设置(60)提供的传感器信号(s1，s2)之一或其总和作为输入信号输送到振幅解调级(pd)。
11.按权利要求10所述的粘度测量装置，其中，励磁电路(160)包括比较级(sa)，用于测定所检测的振动测量管(13)的振幅与预先规定的额定振幅的偏差，其中，在输入端除了振幅解调级(pd)的输出信号外，将体现额定振幅的基准信号(Sr)输送给比较级(Sa)。
12.按权利要求11所述的粘度测量装置，其中，励磁电路(160)包括在输入端与比较级(sa)的输出端连接的振幅调制级(am)，用于产生励磁器设置(16)的驱动信号，它具有取决于所测定偏差的信号振幅，其中，在输入端除了体现所检测振幅与预先规定的额定振幅偏差的误差信号外，将振幅解调级(pd)的输入信号输送给振幅调制级(am)。
13.按权利要求11所述的粘度测量装置，其中，励磁电路(160)包括在输入端与比较级(sa)的输出端连接的脉冲宽度调制级(pwm)，用于产生励磁器设置(16)的脉冲驱动信号，该信号具有取决于所测定偏差的脉冲宽度，其中，在输入端除了体现所检测振幅与预先规定的额定振幅偏差的误差信号外，将振幅解调级(pd)的输入信号输送给脉冲宽度调制级(pwm)。
全文摘要
粘度测量装置包括振动式测量传感器(10)，带有至少一个在工作时振动的测量管(13)，用于引导所要测量的流体和产生在流体中作用的摩擦力。为使至少一个测量管(13)振动，还具有工作时励磁电流(i
文档编号G01N11/16GK1516808SQ02812185
公开日2004年7月28日 申请日期2002年6月17日 优先权日2001年6月19日
发明者沃尔夫冈·德拉姆, 沃尔夫冈 德拉姆, 克里斯蒂安·马特, 蒂安 马特, 阿尔弗雷德·里德, 雷德 里德 申请人:恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司
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
