專利名稱：質(zhì)量流量計(jì)變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及質(zhì)量流量計(jì)變換器，更具體地涉及一種適用于諸如直管型科氏流量計(jì)(straight tube type coriolis flowmeter)之類檢測(cè)靈敏度低的質(zhì)量流量計(jì)的變換器，同時(shí)該變換器可在高靈敏度下沒有因操作電路漂移引起過渡時(shí)間變化的情況下以時(shí)間差形式測(cè)量作用于科氏流量計(jì)的流量管上的科氏力，該科氏力正比于質(zhì)量流量。
科氏流量計(jì)是眾所周知，基于如下事實(shí)的質(zhì)量流量計(jì)當(dāng)流體流入其兩端支承在支承部件的一條流量(測(cè)量)管，而所述管其中央部位受垂直其軸向方向上交變振蕩驅(qū)動(dòng)時(shí)，在流量管的兩個(gè)相對(duì)的對(duì)稱位置之間產(chǎn)生相位差，而且所述相位差正比于質(zhì)量流量。實(shí)際上，在兩端支承在支承部件的流量管的中央設(shè)置由一驅(qū)動(dòng)電路激勵(lì)的驅(qū)動(dòng)線圈，而在流量管的中部與兩端之間的對(duì)稱地相對(duì)位置上設(shè)置有兩個(gè)檢測(cè)線圈。由科氏力作用所產(chǎn)生的與質(zhì)量流量成比例的相位差信號(hào)被檢測(cè)并從該相位差值確定質(zhì)量流量。若假設(shè)驅(qū)動(dòng)振蕩頻率是恒定的，則由流量管在對(duì)稱位置通過一條標(biāo)準(zhǔn)線(standard line)時(shí)獲得的時(shí)間差信號(hào)可檢測(cè)相位差信號(hào)。
當(dāng)兩端為支承裝置所支承的流量管在中部受到垂直其軸向方向上的交變自然振蕩的驅(qū)動(dòng)時(shí)，則在一個(gè)小驅(qū)動(dòng)能量下獲得對(duì)應(yīng)于流量管尺寸和材料以及可測(cè)流體密度的恒定的驅(qū)動(dòng)頻率，因此，可確定對(duì)應(yīng)于該驅(qū)動(dòng)頻率的流體密度。為此，通常采用以流量管的固有振蕩頻率去驅(qū)動(dòng)流量管。
用于以固有振蕩頻率驅(qū)動(dòng)流量管的電路是一個(gè)通過將從一個(gè)檢測(cè)線圈輸出的正弦波信號(hào)輸入到一驅(qū)動(dòng)電路而將輸入信號(hào)控制在一恒定電平的正反饋電路。
通過如此結(jié)構(gòu)的科氏質(zhì)量流量計(jì)對(duì)質(zhì)量流量的精確測(cè)量取決于對(duì)時(shí)間差信號(hào)的穩(wěn)定與精確的測(cè)量。時(shí)間差是通過對(duì)該段時(shí)差期間規(guī)定頻率的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)測(cè)得的。在有其直管的高剛度的直管型科氏流量計(jì)情況下，由科氏力作用產(chǎn)生的相位差信號(hào)很小，因此，與相位差信號(hào)成比例的時(shí)差信號(hào)的時(shí)差值也小。這樣小的時(shí)差可能必需利用100MHz和類似量級(jí)的時(shí)鐘脈沖發(fā)生器以在該科氏質(zhì)量流量計(jì)中作進(jìn)一步測(cè)量的這種精度才能檢測(cè)到，而使用這種發(fā)生器是昂貴的。為高精度地穩(wěn)定測(cè)量小的時(shí)差值，還有一個(gè)涉及時(shí)差檢測(cè)電路本身的穩(wěn)定性問題，例如，該電路出現(xiàn)零點(diǎn)漂移便可降低檢測(cè)精度。此外，科氏流量計(jì)本身可受由于溫度變化引起可測(cè)流體的膨脹的影響。
本發(fā)明的一個(gè)主要目的是提供一種質(zhì)量流量計(jì)的變換器，借此在流量管支點(diǎn)周圍受到以恒定頻率交流驅(qū)動(dòng)。該流量管上作用的科氏力是作為在相對(duì)對(duì)稱位置上檢測(cè)到的成對(duì)位移信號(hào)之間的時(shí)間差ΔT加以檢測(cè)的，以確定與時(shí)間差ΔT成比例的質(zhì)量流量，其中檢測(cè)線圈輸出具有恒定幅度不同相位的各個(gè)正弦波信號(hào)，其中之一個(gè)信號(hào)被變換成一個(gè)梯形電壓波信號(hào)，該電壓波信號(hào)在相對(duì)于參考時(shí)間軸的正和負(fù)方向上有相等的高度并有時(shí)間T的斜率，而另一信號(hào)被轉(zhuǎn)換成具有比例于科氏力的時(shí)間差ΔT的梯形波信號(hào)；根據(jù)這兩種各自梯形波信號(hào)分別選擇有規(guī)定波高值的(T＋ΔT)和(T－ΔT)脈沖并將脈寬值等于從各自梯形波信號(hào)中得到的超前時(shí)間(T＋ΔT)和滯后時(shí)間(T－ΔT)的特定脈沖確定為輸入脈沖；同時(shí)地將N個(gè)(T＋ΔT)脈沖和N個(gè)脈沖(T－ΔT)取樣送入相同時(shí)間常數(shù)的各自積分器；充電之后的各自電荷利用基準(zhǔn)電源被放電并測(cè)量零-交叉電壓的時(shí)間差，檢測(cè)放大了2N倍的時(shí)間差信號(hào)，從而即使在存在一些流量變化時(shí)也能獲得精確靈敏度的質(zhì)量流量。
本發(fā)明另一目的是提供一種質(zhì)量流量計(jì)變換器，借此在通常測(cè)量時(shí)，將各按N個(gè)的(T＋ΔT)脈沖和(T－ΔT)脈沖輸入有相同時(shí)間常數(shù)用于充電和放電的積分器，而在測(cè)試時(shí)，將(T＋ΔT)脈沖和(T－ΔT)脈沖轉(zhuǎn)換地輸入不同側(cè)的積分器，然后檢測(cè)各個(gè)2NΔT之間產(chǎn)生的時(shí)間偏差ΔT并加以存儲(chǔ)，而當(dāng)出現(xiàn)時(shí)間偏差時(shí)，該時(shí)間偏差由所儲(chǔ)存的時(shí)間偏移值加以校正，從而可輸出一個(gè)供長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定的質(zhì)量流量測(cè)量信號(hào)。
本發(fā)明另一目的是提供一種能通過對(duì)N個(gè)(T＋ΔT)脈沖和N個(gè)(T－ΔT)脈沖進(jìn)行充電和放電而高精度地測(cè)量時(shí)間差ΔT的質(zhì)量流量計(jì)變換器，其特點(diǎn)是時(shí)間測(cè)量誤差小，這歸因于用于對(duì)每N個(gè)(T＋ΔT)和(T－ΔT)脈沖的充電的充放電電路的漂移可通過每個(gè)充放電周期如此轉(zhuǎn)換這些充放電電路以使N個(gè)(T＋ΔT)脈沖和N個(gè)(T－ΔT)脈沖能在每一周期進(jìn)入不同的電路來加以補(bǔ)償，從而能在一個(gè)長(zhǎng)的使用期內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定和精確的時(shí)間差測(cè)量。
本發(fā)明的又一目的是提供供科氏流量計(jì)使用的質(zhì)量流量計(jì)變換器，該科氏流量計(jì)有支承在至少兩點(diǎn)的流量管，當(dāng)流量管受到以圍繞支承點(diǎn)的規(guī)定固有振蕩頻率驅(qū)動(dòng)時(shí)，以相位差(phase difference)形式檢測(cè)作用在流量管上的科氏力，并測(cè)量對(duì)應(yīng)于測(cè)得相位差的時(shí)間差，其特征在于，由于固有頻率可隨流體密度和流量管尺寸不同而變并產(chǎn)生與該固有頻率的倒數(shù)(reciprocal)成比例的零點(diǎn)漂移，檢測(cè)該固有頻率，計(jì)算對(duì)該時(shí)間差檢測(cè)到的固有頻率的倒數(shù)(reciprocalnumber)，則將測(cè)得的時(shí)間差補(bǔ)償對(duì)固有頻率算出的零點(diǎn)漂移，以得到檢測(cè)各種流體的質(zhì)量流量的高精度。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)和高精度的質(zhì)量流量計(jì)變換器，其中一個(gè)積分器被N個(gè)有給定峰值的(T＋ΔT)脈沖充電，然后該充電電壓被有不同峰值和不同極性的N個(gè)(T－ΔT)脈沖放電，從而將N個(gè)充電脈沖減去N個(gè)放電脈沖，以獲得一個(gè)對(duì)應(yīng)于2NΔT的模擬電壓，由此計(jì)算出質(zhì)量流率。
本發(fā)明的另一目的是提供一種供雙直管型的科氏流量計(jì)用的質(zhì)量流量計(jì)變換器，該科氏流量計(jì)包括允許可測(cè)流體流過的內(nèi)流量管，一個(gè)基本為剛性直管，同心地圍繞內(nèi)流量管和支承在內(nèi)流量管兩端的配重(counter balance)以及一個(gè)用于使支承在兩端的雙直管發(fā)生振蕩的驅(qū)動(dòng)裝置，借此在接近支(承)點(diǎn)的相對(duì)位置上測(cè)量與相位差成比例的質(zhì)量流量，確定對(duì)應(yīng)于固有頻率的密度，然后對(duì)獲得的質(zhì)量流量與算出的密度作測(cè)量流量管的溫度和配重溫度方面的校正，從而使該質(zhì)量流量計(jì)能在寬廣的溫度范圍內(nèi)以高精度地測(cè)量質(zhì)量流量。


圖1是用于說明一個(gè)傳統(tǒng)質(zhì)量流量計(jì)的結(jié)構(gòu)的方塊圖。
圖2是用于解釋用科氏流量計(jì)測(cè)量時(shí)間差的一個(gè)實(shí)例的視圖。
圖3是用于測(cè)定時(shí)差ΔT的一種傳統(tǒng)質(zhì)量流量計(jì)變換器的方塊圖。
圖4是用于說明按本發(fā)明一個(gè)質(zhì)量流量計(jì)變換器的實(shí)施例的電路圖。
圖5是用于說明圖4所示質(zhì)量流量計(jì)變換器的時(shí)序圖。
圖6是用于說明本發(fā)明另一實(shí)施例的質(zhì)量流量計(jì)變換器的電路圖。
圖7A和7B是用于說明圖6所示質(zhì)量流量計(jì)變換器的電路操作的輸出電壓特性曲線圖。
圖8表示時(shí)差ΔT與質(zhì)量流量QM之間的關(guān)系。
圖9描繪出幾種實(shí)驗(yàn)結(jié)果，用以說明自然振蕩與時(shí)差的漂移值之間的一種關(guān)系。
圖10是用于說明本發(fā)明另一實(shí)施例的質(zhì)量流量計(jì)變換器的一個(gè)電路圖。
圖11是用于說明本發(fā)明另一實(shí)施例的質(zhì)量流量計(jì)變換器的一個(gè)電路圖。
圖12是用于說明圖11所示質(zhì)量流量計(jì)變換器的工作的脈沖串的時(shí)序圖。
圖13是表示圖12所示時(shí)序圖中從t1至t2的時(shí)段以及從t2至t3時(shí)段期間的充-放電電壓的電壓-時(shí)間特性曲線。
圖14表示一個(gè)本發(fā)明質(zhì)量流量計(jì)變換器的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。
圖15是用于說明本發(fā)明另一實(shí)施例的質(zhì)量流量計(jì)變換器的電路圖。
圖16是表示對(duì)圖15所示質(zhì)量流量計(jì)變換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換的一個(gè)示范性時(shí)序圖。
在一個(gè)科氏流量計(jì)中包括兩端固定在支撐件的流量管帶有置于其中心的驅(qū)動(dòng)裝置和對(duì)稱地安置在流量測(cè)量管上驅(qū)動(dòng)裝置相對(duì)兩側(cè)的檢測(cè)線圈，其內(nèi)所用的一個(gè)質(zhì)量流量計(jì)變換器有一個(gè)電路——當(dāng)流過管子的流體以某一給定幅度的恒定頻率，例如由驅(qū)動(dòng)裝置給定的固有頻率振蕩時(shí)，該電路便接收來自檢測(cè)線圈的檢測(cè)信號(hào)，檢測(cè)與科氏力成比例的相位差信號(hào)并輸出質(zhì)量流量檢測(cè)信號(hào)。
圖1是一個(gè)用于說明一種傳統(tǒng)質(zhì)量流量計(jì)變換器結(jié)構(gòu)的方塊圖，其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)部分置于其內(nèi)流過可測(cè)流體的流量管(未示出)和外殼(未示出)的中部。該驅(qū)動(dòng)部分，例如，包括驅(qū)動(dòng)線圈102，接收來自驅(qū)動(dòng)線圈102的磁力的芯體(未示出)。檢測(cè)線圈103和104各由檢測(cè)線圈和電磁鐵(未示出)組成并對(duì)稱地設(shè)置在流量管當(dāng)中并位于流量管上所述驅(qū)動(dòng)部分和外殼的支承壁之間的對(duì)稱位置。
驅(qū)動(dòng)線圈102被連接到驅(qū)動(dòng)電路101的輸出端，電路101的輸入端被連接到一個(gè)由檢測(cè)線圈103檢測(cè)的正弦波信號(hào)并經(jīng)由一全波整流電路整流后的直流(DC)信號(hào)。由檢測(cè)線圈103，全波整流電路106組成的正反饋電路，驅(qū)動(dòng)電路101和驅(qū)動(dòng)線圈102構(gòu)成一個(gè)正弦波振蕩電路，用以產(chǎn)生流量管102的固有頻率。檢測(cè)線圈在P點(diǎn)上輸出檢測(cè)信號(hào)并將該信號(hào)傳送到全波整流電路106，電路106又將該接收到的檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成DC電壓。驅(qū)動(dòng)電路102將DC電壓值同一基準(zhǔn)電壓值作比較并控制檢測(cè)線圈，以在P點(diǎn)得到恒定的正弦波信號(hào)。這樣，從檢測(cè)線圈103和104輸出的正弦波信號(hào)就是速度信號(hào)，因而被輸入相位檢測(cè)電路104，在其內(nèi)它們被積分并轉(zhuǎn)換成位置信號(hào)。結(jié)果，檢測(cè)線圈104測(cè)得的電壓變成一個(gè)恒定幅度的正弦波信號(hào)它相對(duì)于檢測(cè)線圈103的正弦波信號(hào)有一與科氏力成比例的相位差。該相位差經(jīng)相位檢測(cè)電路105檢測(cè)并變換成時(shí)間差和傳送到CPU(中央處理單元)，CPU又將時(shí)差信號(hào)轉(zhuǎn)換成質(zhì)量流量信號(hào)并將其輸出。下面將參照?qǐng)D2描述相位檢測(cè)電路105的工作情況。
圖2是表示由一科氏流量計(jì)測(cè)量時(shí)間差的一個(gè)實(shí)例。在圖2(a)中，該圖示出一梯形波信號(hào)，對(duì)水平軸標(biāo)以時(shí)間和垂直軸標(biāo)以電壓，該信號(hào)通過對(duì)流量管上某檢測(cè)位置所檢測(cè)到的具有相位差，恒定幅度下的一個(gè)等幅正弦信號(hào)進(jìn)行放大和整形而獲得的。梯形ABCD…和梯形A1B1C1D1…是流量管的位移信號(hào)——它們由相對(duì)于時(shí)間軸X-X在正和負(fù)方向(±E)上有相同絕對(duì)峰值而相位不同的電壓表示。這些位移信號(hào)在時(shí)間軸上是相同的連續(xù)梯形波。用于給定相位差的參考時(shí)間，例如，是梯形波ABCD的斜邊CD的峰值C(+E)或D(-E)與所述邊與時(shí)間軸相交點(diǎn)0之間的時(shí)間T。假如梯形ABCD和A1B1C1D1的位移信號(hào)在相位上彼此不同，則就斜邊CD和C1D1而言的相位差信號(hào)將描述如下方形CC1DD1是一個(gè)平行四邊形而平行邊CD和C1D1之間的時(shí)間差ΔT是一個(gè)相位差信號(hào)。邊CC1和DD1的長(zhǎng)度等于時(shí)間軸OO1段的長(zhǎng)度。當(dāng)從點(diǎn)C1和D1到時(shí)間軸的投影點(diǎn)分別由O2和O3表示時(shí)，邊O2O便表示時(shí)間(T－ΔT)和邊OO3表示(T+ΔT)。
時(shí)間(T－ΔT)是由圖2-(c)的脈沖表示，而時(shí)間(T＋ΔT)是由圖2-(d)的脈沖表示。CPU108如下確定時(shí)間差ΔT由于時(shí)長(zhǎng)2M是對(duì)應(yīng)于圖2-(b)中所示梯形波一個(gè)周期的脈寬時(shí)間M的兩倍，故為求平均值要在2M寬度內(nèi)每個(gè)脈沖寬度的相加數(shù)相減，例如{4(T＋ΔT)－4(T－ΔT)}/8＝ΔT.....(1)圖3是用于測(cè)定時(shí)間差ΔT的一種傳統(tǒng)質(zhì)量流量計(jì)變換器的方塊圖，其中計(jì)數(shù)器114以時(shí)鐘脈沖發(fā)生器111所產(chǎn)生的時(shí)鐘脈計(jì)數(shù)來量測(cè)脈沖(T＋ΔT)脈沖和(T－ΔT)的脈沖寬度(持續(xù)時(shí)間)值，并且CPU115由此計(jì)算與質(zhì)量流量成比例的數(shù)字值并在接線端116輸出。
在圖3的傳統(tǒng)質(zhì)量流量計(jì)變換器中，與測(cè)量管的相位差成比例的時(shí)間是作為時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)的數(shù)字值來量測(cè)的。為確保質(zhì)量流量測(cè)值的高度精確，必須以足夠的分辨率去測(cè)量時(shí)間差，即，必須獲得對(duì)流量測(cè)量的整個(gè)范圍內(nèi)與時(shí)間差成比例的足夠的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)。在有軸向?qū)ΨQ彎曲的流量管的科氏流量計(jì)中，其中科氏力是在該彎曲測(cè)量管在垂直于對(duì)稱軸方向上被交流振蕩所驅(qū)動(dòng)時(shí)圍繞對(duì)稱軸而產(chǎn)生的，故有可能通過增大圍繞對(duì)稱軸的轉(zhuǎn)矩而以足夠高的靈敏度來測(cè)量時(shí)間差，從而能通過對(duì)時(shí)鐘脈沖的計(jì)數(shù)來測(cè)定時(shí)間差。在有高撓性剛度的測(cè)量管因而有高固有頻率的直管型科氏流量計(jì)中，因科氏力作用所產(chǎn)生的時(shí)間差信號(hào)極小，因而應(yīng)利用能產(chǎn)生例如高達(dá)100MHz振蕩頻率的時(shí)間脈沖振蕩器來加以測(cè)量?？僧?dāng)今現(xiàn)有的時(shí)鐘脈沖振蕩器沒有足夠的可靠性和穩(wěn)定性。實(shí)際上要以廉價(jià)成本獲得一個(gè)高精度的時(shí)鐘振蕩器是相當(dāng)困難的。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的質(zhì)量流量計(jì)變換器(實(shí)施例1)的電路方塊圖。在圖4的質(zhì)量流量計(jì)變換器電路中，有脈寬為時(shí)間(T＋ΔT)和恒定電壓值(-E)的負(fù)越前脈沖(T＋ΔT)(此后稱為(T＋ΔT)脈沖)進(jìn)入輸入端1，輸入端1連到要由開關(guān)SW1打開和關(guān)斷的接點(diǎn)7，由輸入電阻R1和反饋電容C1組成的充電/放電電路以及此后的一個(gè)由運(yùn)算放大器12組成的積分器。一個(gè)脈寬為對(duì)間(T－ΔT)并有恒定電壓值(-E)的負(fù)滯后脈沖(T－ΔT)(此后稱為(T－ΔT)脈沖與(T＋ΔT)脈沖同步地進(jìn)入輸入端2，輸入端2連接到要由開關(guān)SW1打開和關(guān)斷的接點(diǎn)8，由輸入電阻R2和反饋電容C2組成的充-放電電路以及一個(gè)由運(yùn)算放大器13組成的積分器。
運(yùn)算放大器12和13的反饋電容C1和C2配置有分別與其并聯(lián)連接并分別可由開關(guān)SW4和SW5驅(qū)動(dòng)的接點(diǎn)14和15。開關(guān)SW4和SW5僅僅在充電操作前接通以將電容C1和C2放電。運(yùn)算放大器電路12和13分別配置有零交叉檢測(cè)電路16和17，借此檢測(cè)零交叉信號(hào)并將其送至CPU18。選擇阻值與電容值彼此相等，即，R1＝R2和C1＝C2。另一方面，可由開關(guān)SW2驅(qū)動(dòng)的接點(diǎn)9被串聯(lián)連接在接點(diǎn)7和電阻R1之間，而可由開關(guān)SW3驅(qū)動(dòng)的接點(diǎn)10被串聯(lián)連接在接點(diǎn)8和電阻R2之間。用于產(chǎn)生正參考電壓Es的參考電壓源11被連接在接點(diǎn)9和10之間。
以下將參照?qǐng)D5描述上述質(zhì)量流量計(jì)變換器的工作情況。
圖5是用于說明圖4所示質(zhì)量流量計(jì)變換器的時(shí)序圖。對(duì)于本例，在該時(shí)序圖中的瞬時(shí)t1開始測(cè)量。先操作開關(guān)SW4和SW5以接通接點(diǎn)14和15(圖5-(i)和(h))，從而使反饋電容器C1和C2放電。此后，開關(guān)SW1的高電平信號(hào)(圖5-(c))同時(shí)閉合接點(diǎn)7和8持續(xù)從t1至t2一段時(shí)間，在此期間N個(gè)脈沖(T＋ΔT)(圖5-(a))進(jìn)入電阻R1，并同時(shí)N個(gè)脈沖(T－ΔT)(圖5-(b))進(jìn)入電阻R2。對(duì)于這段周期，開關(guān)SW2和SW3有低電平信號(hào)(圖5-(d)和(e))以保持接點(diǎn)9和10斷開(OFF)。
結(jié)果，R1-C1積分器接收N個(gè)脈沖(T＋ΔT)的輸入并有一個(gè)沿線AB(圖5-(f))與輸入脈沖輸入數(shù)成比例增大的輸出電壓。同時(shí)，R2-C2積分器接收N個(gè)脈沖(T－ΔT)的輸入并具有一個(gè)沿線AD(圖5-(f))與輸入脈沖輸入數(shù)成比例增大的輸出電壓。顯然脈沖(T＋ΔT)的寬度大于脈沖(T－ΔT)，因而點(diǎn)B的電壓大于點(diǎn)D的電壓。接著在t2至t3時(shí)間周期內(nèi)，開關(guān)SW1的低電平信號(hào)(圖5-(c))使接點(diǎn)打開，該斷開信號(hào)使開關(guān)SW2和SW3產(chǎn)生高電平輸出信號(hào)(圖5-(d)，(e))借此使接點(diǎn)9和10閉合，以將參考電壓源11的正參考電壓E3加到R1-C1積分器和R2-C2積分器。在t1至t2周期內(nèi)累積的電荷被放泄。當(dāng)成對(duì)電阻R1和R2相同(R1＝R2)以及成對(duì)電容相同(C1＝C2)時(shí)，R1-C1積分器和R2-C2積分器分別按照線路BC和線路DE放電(圖5-(f))而且各放電線路與零電壓線相交于各自零交叉點(diǎn)(時(shí)間位置E和D)。時(shí)間常數(shù)R1C1和R2C2是彼此相等的(R1C1＝R2C2)同時(shí)放電是通過參考電壓源13的負(fù)參考電壓Es，彼此并行的線路BC和DE以及彼此成比例的線路BD和EC進(jìn)行的。線EC代表時(shí)間軸。零-交叉點(diǎn)C是由零-交叉檢測(cè)器16作為零-交叉時(shí)間信號(hào)g1檢測(cè)的，而零-交叉點(diǎn)E是由零-交叉檢測(cè)器17作為零-交叉時(shí)間信號(hào)g2檢測(cè)的。檢測(cè)器16輸出一個(gè)脈寬為g1的脈沖，而檢測(cè)器17輸出脈寬為g2的脈沖(圖5-(g))。時(shí)間信號(hào)g1和g2之間的周期是時(shí)間差ΔT的2N倍的時(shí)差信號(hào)，這如下式表達(dá)N(T＋ΔT)－N(T－ΔT)＝2NΔT.....(2)零-交叉時(shí)間信號(hào)g1和g2被輸入到CPU18，通過CPU18被轉(zhuǎn)換成數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)再經(jīng)進(jìn)一步處理以形成與被測(cè)質(zhì)量流量成比例的2N倍的時(shí)間差ΔT信號(hào)然后被輸出。
對(duì)開關(guān)SW2，SW3，SW4和SW5的操作如下開關(guān)SW2的高電平信號(hào)(圖5-(d))——由此作用使接點(diǎn)10在時(shí)間t2閉合，在時(shí)間g2通過放電線DE(圖5-(g))的零-交叉信號(hào)g2被轉(zhuǎn)換成低電平信號(hào)。同時(shí)，零-交叉信號(hào)g2使開關(guān)SW5產(chǎn)生高電平信號(hào)(圖5-(h))并閉合接點(diǎn)15，以泄放(T－ΔT)脈沖側(cè)積分器的電容器C2的電荷。開關(guān)SW5高電平信號(hào)因確定隨后一個(gè)測(cè)量周期開始(圖5-(h))的時(shí)間t3的開關(guān)SW1的高電平信號(hào)而變?yōu)榈碗娖叫盘?hào)。同樣，開關(guān)SW3的高電平信號(hào)(圖5-(e))——借助該信號(hào)接點(diǎn)9在時(shí)間t2閉合，由放電線BC(圖5-(g))的零-交叉信號(hào)g1轉(zhuǎn)換為低電平信號(hào)。同時(shí)，零-交叉信號(hào)g1使開關(guān)SW4形成高電平信號(hào)(圖5-(i))并閉合接點(diǎn)14，以泄放(T＋ΔT)脈沖側(cè)積分器的電容C1的電荷。開關(guān)SW4的高電平信號(hào)由于確定隨后一個(gè)測(cè)量周期開始時(shí)間t3的開關(guān)SW1的高電平信號(hào)(圖5-(c))而變成低電平信號(hào)(圖5-(i))。
如圖5-(j)所示，從t1至t2的周期是同時(shí)充以N個(gè)脈沖(T＋ΔT)和N個(gè)脈沖(T－ΔT)的充電周期Tc，t2和t3之間的周期是一個(gè)準(zhǔn)備周期TD，在此周期內(nèi)，同時(shí)泄放電荷，確定(T＋ΔT)脈沖的零交叉時(shí)間g1和(T－ΔT)脈沖的零-交叉時(shí)間g2，測(cè)量2NΔT的時(shí)間差，在為接著發(fā)生的一個(gè)周期作準(zhǔn)備的g2和t3之間的一個(gè)周期內(nèi)，對(duì)積分電容器C1和C2放電。因此，一個(gè)測(cè)量循環(huán)是t1和t3之間起始于用N個(gè)(T＋ΔT)脈沖和N個(gè)(T－ΔT)脈沖充電并結(jié)束于為下一測(cè)量循環(huán)作準(zhǔn)備的積分電容器C1和C2放電的一個(gè)周期。然后重復(fù)該測(cè)量周期。
在包括圖4所示實(shí)施例1的質(zhì)量流量計(jì)變換器中，選擇了時(shí)間常數(shù)R1C1＝R2C2，但電阻R和電容C可受溫度影響并可能在該長(zhǎng)工作周期內(nèi)發(fā)生變化。因此，時(shí)間常數(shù)的可能變化給時(shí)間差的測(cè)量值帶來了誤差。本發(fā)明另一實(shí)施例2涉及到一個(gè)用于檢測(cè)由于時(shí)間數(shù)R1C1和R2C2的變化引起的時(shí)差偏差的檢測(cè)電路。該實(shí)施例旨在就檢測(cè)時(shí)差偏差而言實(shí)現(xiàn)對(duì)所測(cè)質(zhì)量流量值的校正。
圖6是實(shí)施本發(fā)明另一質(zhì)量流量計(jì)變換器的電路圖。在圖6電路中，接點(diǎn)23被連接在施加(T＋ΔT)脈沖的線上的接點(diǎn)7和電阻R1之間。接點(diǎn)24連接在施加(T－ΔT)脈沖的線上的接點(diǎn)8和電阻R2之間。接點(diǎn)23和24由同輸入端20連接的開關(guān)SW6的高-電平信號(hào)驅(qū)動(dòng)。此外，反相器25同輸入端20相連，而接點(diǎn)21和22是由開關(guān)SW6的低電平信號(hào)閉合的。反相器26與反相器25相連，接點(diǎn)24實(shí)際上由開關(guān)SW6的高電平信號(hào)驅(qū)動(dòng)。
接點(diǎn)21一側(cè)連接在接點(diǎn)23和7之間施加(T＋ΔT)脈沖線上而另一側(cè)連接在接點(diǎn)24與電阻R2之間施加(T－ΔT)脈沖的線上。同樣，接點(diǎn)22的一端連接在接點(diǎn)24和8之間施加(T－ΔT)脈沖線上而其另一端連接在接點(diǎn)23和電阻R1之間施加有(T＋ΔT)脈沖的線上。
在圖6所示電路中，對(duì)測(cè)量時(shí)間差(質(zhì)量流量)周期而言，接點(diǎn)23和24是因開關(guān)SW6的高電平信號(hào)而閉合。與圖4的質(zhì)量流量計(jì)變換器電路類似，檢測(cè)的是與質(zhì)量流量成比例的g2與g1之間的時(shí)間差(圖5-(g))。
然而，在測(cè)試時(shí)間常數(shù)R1C1和R2C2是否隨時(shí)效惡化而變化時(shí)，接點(diǎn)23和24是因開關(guān)SW6的低電平信號(hào)而打開并同時(shí)接點(diǎn)21和22閉合，從而使加到輸入端1的N個(gè)(T＋ΔT)脈沖被傳送到時(shí)間常數(shù)為R2C2的積分器以及加到輸入端2的N個(gè)(T－ΔT)脈沖被傳送至?xí)r間常數(shù)R1C1的積分器。質(zhì)量流量測(cè)量出的時(shí)間差信號(hào)與測(cè)試過程中的時(shí)間差信號(hào)彼此加以比較。
圖7A和7B是用于說明圖6所示質(zhì)量流量計(jì)變換器工作情況的輸出電壓特性。圖7A表示在通常質(zhì)量流量測(cè)量時(shí)該變換器電路的時(shí)間差輸出電壓特性和圖7B表示測(cè)試時(shí)該變換電路的時(shí)間差輸出電壓特性。
在表示通常質(zhì)量-流量測(cè)量時(shí)獲得的時(shí)差信號(hào)的圖7A中，加到輸入端1的N個(gè)(T＋ΔT)脈沖是從周期開始時(shí)t1被輸入時(shí)間常數(shù)為R1C1的積分器的，該積分器按線A1B1被充電直到與輸入的脈沖N成比例的時(shí)間t2為止。與此同時(shí)，在同一周期加到輸入端2的N個(gè)(T－ΔT)脈沖被輸入到時(shí)間常數(shù)為R2C2的積分器，該積分器按線A1D1充電直至?xí)r間t2。開關(guān)SW1，SW2和SW3動(dòng)作以使兩積分器通過參考電壓源11按各自線B1C1，D1E1放電，然后根據(jù)以下表達(dá)式E1XC1＝2N×ΔT＝ΔT1確定測(cè)量時(shí)間差值。
參考圖7B，以下述方式獲得測(cè)試時(shí)的時(shí)間差信號(hào)ΔT2通過輸入端1的N個(gè)(T＋ΔT)脈沖被輸入時(shí)間常數(shù)為R2C2的積分器，然后積分器輸出按線A2-D2的充電電壓，與此同時(shí)，通過輸入端2的N個(gè)(T－ΔT)脈沖被輸入時(shí)間常數(shù)為R1C1的積分器，該積分器輸出按線A2B2的充電電壓。
在隨后的t2和g3之間的周期內(nèi)，兩積分器按照各自的線D2E2和B2C2通過參考電壓源11放電并確定測(cè)量的時(shí)間差E3×C2＝2N×ΔT＝ΔT2。
在時(shí)間常數(shù)R1C1等于時(shí)間常數(shù)R2C2的情況下，若被測(cè)時(shí)間差ΔT1＝ΔT2則判定兩個(gè)時(shí)間常數(shù)R1C1和R2C2都沒有時(shí)效偏差(ageddeviation)。當(dāng)時(shí)間常數(shù)R1C1-R2C2等于ΔTε時(shí)，則如下式所表示的被測(cè)時(shí)間誤差ΔTε是作為雙倍值檢測(cè)的|ΔT1－ΔT2|＝2|ΔTε|.....(3)該被測(cè)時(shí)間差包括引起被測(cè)流量值的誤差的偏差。CPU18測(cè)定該被測(cè)時(shí)間誤差ΔTε并就計(jì)算得到的誤差值來校正該測(cè)得的質(zhì)量流量值。
如上所述，在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖6中所示的質(zhì)量流量變換器除了用圖4所示實(shí)施例1所提到的效果以外，還可以給定時(shí)間間隔測(cè)量由于元件老化性能惡化和/或溫度影響引起的基本時(shí)間常數(shù)的變化而造成的測(cè)量值可能誤差，并能相對(duì)檢測(cè)到的誤差校正測(cè)得的流量值，從而確保在增大靈敏度時(shí)的質(zhì)量流量測(cè)值的可靠性和精度。雖然2NΔT是一個(gè)極小的值并可能隨質(zhì)量流量計(jì)變換器的環(huán)境條件而有顯著不同，但必須采用一種極復(fù)雜的技術(shù)，以便單一地確定校正周期并以給定間隔執(zhí)行該周期。本發(fā)明即為提供一種用于單一地確定誤差校正周期的簡(jiǎn)化方法。
為解決上述問題，本發(fā)明的以下實(shí)施例是提供一種消除時(shí)間序列中的漂移和積分電路的時(shí)效變化的方法，該方法不用專用校正裝置而是以這種方式進(jìn)行，即利用通過充電和泄放N個(gè)(T＋ΔT)脈沖和N個(gè)(T－ΔT)脈沖以高靈敏度測(cè)量時(shí)間差ΔT的品質(zhì)(merit)，作為2N倍放大值出現(xiàn)的時(shí)間差ΔT的測(cè)量誤差ΔTε在測(cè)量周期和下一測(cè)量周期之間得到校正并且以時(shí)間序列重復(fù)這種校正。在圖6所示的質(zhì)量流量計(jì)中，有N個(gè)(T＋ΔT)脈沖輸入的第一積分電路27和有N個(gè)(T－ΔT)脈沖輸入的第二積分電路28同時(shí)以各自的充電電壓被充電然后又同時(shí)通過參考電壓放電，從而獲得零-交叉信號(hào)。該零-交叉信號(hào)包括對(duì)每個(gè)測(cè)量周期而言的時(shí)間測(cè)量誤差。在下一測(cè)量周期，將N個(gè)(T＋ΔT)脈沖輸入到第二積分電路28和將N個(gè)(T－ΔT)脈沖輸入到第一積分電路27。將由兩個(gè)連續(xù)測(cè)量周期獲得的時(shí)間差彼此相加以獲得其中不含誤差的時(shí)間差信號(hào)2N(ΔT)。該方法描述如下方程(1)中的N(T＋ΔT)和N(T－ΔT)是分別包含第一積分電路27和第二積分電路28的漂移(包含時(shí)效變化)的時(shí)間信號(hào)。
N(T＋ΔT)＝ta2＋to2.....(4)N(T－ΔT)＝ta1＋to1.....(5)其中ta1和ta2是對(duì)應(yīng)于質(zhì)量流量的精確時(shí)間，to1和to2是對(duì)應(yīng)于漂移的時(shí)間。
所以將方程(2)變換為N{(T＋ΔT)－(T－ΔT)}＝(ta2＋to2)－(ta1＋to1)＝(ta2－ta1)＋(to2－to1).....(6)假設(shè)(to2－to1)＝0，則可將方程(6)簡(jiǎn)化成ΔT＝(ta2－ta1)/2N .....(6’)為獲得(to2－to1)＝0，方程(5)中的第一測(cè)量周期將N個(gè)(T＋ΔT)脈沖加到第一積分電路27而將N個(gè)(T－ΔT)脈沖加到第二積分電路28并確定2N(ΔT)。在下一測(cè)量周期，將N個(gè)(T＋ΔT)脈沖加到第二積分電路28并將N個(gè)(T－ΔT)脈沖加到第一積分電路27并確定2N(ΔT)。由第一測(cè)量周期和第二測(cè)量周期獲得的兩個(gè)時(shí)間差值象等式(5)那樣加以組合N{(T＋ΔT)－(T－ΔT)}＝(ta2＋to1)－(ta1＋to2)＝(ta2－ta1)＋(to1－to2).....(7)因此，將等式(6)和(7)彼此作如下相加4NΔT＝(ta2－ta1)＋(to2－to1)＋(ta2－ta1)＋(to1－to2)＝2(ta2－ta1)ΔT＝(ta2－ta1)/2 .....(8)等式(8)與等式(6′)相同。因此，該方法能精確地確定與質(zhì)量流量成比例的時(shí)間差ΔT而不受漂移影響。在第一測(cè)量周期內(nèi)由第一積分電路27測(cè)量N個(gè)(T＋ΔT)脈沖，由第二積分電路28測(cè)量N個(gè)(T－ΔT)脈沖，而在第二測(cè)量周期內(nèi)由第二積分電路28測(cè)量N個(gè)(T＋ΔT)脈沖和由第一積分電路27測(cè)量N個(gè)(T－ΔT)脈沖。于是如上所述那樣這兩個(gè)積分電路輪換地進(jìn)行連續(xù)測(cè)量周期。第一和第二積分電路27和28的漂移值就能如此得以相互補(bǔ)償。
輸入到圖4和6中所示質(zhì)量流量計(jì)變換器中的脈沖(T＋ΔT)和(T－ΔT)脈沖是有恒定峰值和相同的正和負(fù)電壓值的電壓脈沖。N個(gè)(T＋ΔT)脈沖和N個(gè)(T－ΔT)脈沖被同時(shí)輸入各自的積分電路然后又同時(shí)通過采用參考電壓源放電，以測(cè)量2N倍的零交叉時(shí)差值(2NΔT)以消除各自積分電路中引起的時(shí)間誤差(ΔTε)。不過，得到的時(shí)差值2NΔT包括時(shí)間測(cè)量的另一種誤差。例如，如圖8所示，當(dāng)流量測(cè)量周期開始時(shí)的零流量下的時(shí)差ΔT必須等于零。但是可能因?yàn)闄z測(cè)線圈103和104可能有不同的檢測(cè)增益而不等于0留下一個(gè)失調(diào)(offset)時(shí)間Toff。所以，在開始流量測(cè)量之前必須對(duì)流量計(jì)變換器進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整。然而，在零點(diǎn)調(diào)整之后，零點(diǎn)漂移可能由于任何狀態(tài)變量隨時(shí)間流逝而發(fā)生的變化而出現(xiàn)。從而導(dǎo)致測(cè)量誤差。
象一般的容積式流量計(jì)一樣，科氏流量計(jì)必然在諸如流量范圍，溫度，壓力等等的各種測(cè)量條件下對(duì)各種類型的流體進(jìn)行流量測(cè)量。對(duì)于科氏流量計(jì)而言，其流量管在諧振或自然振蕩頻率下的振蕩可能例如視乎可測(cè)流體的密度，流量管的直徑，長(zhǎng)度和幾何形狀不同而變化，這些因素可對(duì)于給定的流量測(cè)量范圍而加以選擇。就理想的科氏流量計(jì)而言，若可測(cè)流體密度恒定和其流量管的固有頻率是恒定的，則要測(cè)量的時(shí)間差ΔT就是一定的而質(zhì)量流量與該時(shí)間差ΔT成比例。事實(shí)上，時(shí)間差ΔT在恒定自然頻率下不與質(zhì)量流量成比例，而產(chǎn)生漂移。關(guān)于通過改變流量管的自然頻率可發(fā)生與科氏力成比例的時(shí)間差ΔT漂移現(xiàn)象，本申請(qǐng)人已研究了時(shí)間差ΔT的漂移值Zf與自然頻率f之間的一種關(guān)系。
圖9示出研究流量管自然頻率f和時(shí)間差的漂移值Zf之間關(guān)系的一種實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其中水平軸標(biāo)為自然頻率f而垂直軸標(biāo)有漂移值(時(shí)間)Zf。當(dāng)自然頻率f由較低頻率變至較高頻率時(shí)漂移值Zf逐漸減小。本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)具有下列表達(dá)式的這種關(guān)系Zf∝f-m.....(9)(m≥n≥1；m＝1，...，∞)出現(xiàn)這種關(guān)系的原因如下即使當(dāng)輸入到圖1所示驅(qū)動(dòng)電路101的信號(hào)大小發(fā)生變化時(shí)，檢測(cè)線圈的正弦波信號(hào)也受控而具有恒定峰值，而且加之，經(jīng)由對(duì)相位檢波電路105的恒定幅度正弦波檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大和整形獲得的圖2所示梯形信號(hào)ABCD對(duì)時(shí)間軸X-X有一恒定的電壓高度(±E)和梯形斜邊AB和CD的傾斜角隨自然頻率變化，但斜邊AB和CD不是精確的而是近似于直線。因此圖9表示的系數(shù)K為常數(shù)。
Zf＝K×f-n.....(10)(m≥n≥1；m＝1，...，∞)該關(guān)系使其有可能對(duì)漂移值作出校正。
圖10是用于說明按本發(fā)明另一實(shí)施例的質(zhì)量流量計(jì)變換器的視圖。驅(qū)動(dòng)電路31，驅(qū)動(dòng)線圈32，檢測(cè)線圈33和34以及相位檢測(cè)電路的功能均與圖10所示相應(yīng)部件相同。頻率表37是用于測(cè)量流量管自然頻率的裝置，實(shí)際上頻率表測(cè)量的是來自產(chǎn)生與自然頻率相同頻率的檢測(cè)線圈33的檢測(cè)信號(hào)的頻率。檢測(cè)線圈33的檢測(cè)信號(hào)被整形并以CPU38的時(shí)鐘計(jì)數(shù)檢測(cè)對(duì)應(yīng)于半頻(half-frequency)或某一頻率的得到的矩形波的零交叉時(shí)間，然后確定自然頻率f。＂5-m(m≥n≥1； m＝1，…，∞)＂由倒數(shù)計(jì)算部分39計(jì)算。將值n(例如，1)存入CPU38。這是表達(dá)式(9)中所示的漂移值Z5。因此，校正后的時(shí)間差Tx由下式表達(dá)Tx＝Ta－Zf……(12)其中Ta是對(duì)應(yīng)于檢測(cè)時(shí)間差ΔT的相位檢測(cè)數(shù)據(jù)。
取作Toff的圖9中所示零-點(diǎn)調(diào)整的失調(diào)數(shù)據(jù)被加到等式(12)，以進(jìn)一步改善測(cè)量精度。值Toff被存入CPU38以得到下列等式Tx＝Ta－Toff－Zf.....(13)表達(dá)式(9)能引出下式1Za×f+Zb+Zc-----------(14)]]>此處Za，Zb和Zc是Z的系數(shù)，根據(jù)表達(dá)式(14)可校正漂移值Zf。不用說，可應(yīng)用等式(14)的倒數(shù)表達(dá)。如上所述，從根據(jù)等式(13)對(duì)漂移值所作校正的時(shí)差值可確定精確的質(zhì)量流量。
對(duì)于上述所有情況而言，要輸入到質(zhì)量流量計(jì)的(T＋ΔT)脈沖和(T－ΔT)脈沖都是具有相同峰值的相同電壓。以下說明涉及輸入脈沖(T＋ΔT)脈沖和(T－ΔT)都有不同符號(hào)和不同峰值的質(zhì)量流量計(jì)變換器。
圖11是體現(xiàn)本發(fā)明的另一質(zhì)量流量計(jì)變換器的電路方塊圖。例如，有峰值(-E1)的脈沖(T＋ΔT)被加到端子42而有峰值(+E2)的脈沖(T－ΔT)被加到端子43。端子42有串聯(lián)連接的接點(diǎn)44而端子43有串聯(lián)連接的接點(diǎn)45。這些脈沖通過端子42和43輸入到由積分常數(shù)RC(輸入電阻R和電容C)和運(yùn)算放大器電路47組成的積分器。一個(gè)給定的正參考電壓(未示出)被加到運(yùn)算放大器電路47的正輸入端。要由開關(guān)SW2閉合和打開的接點(diǎn)48被并聯(lián)連接到反饋電容器C。
運(yùn)算放大器電路47同電壓保持電路49相連，后者又連到A/D轉(zhuǎn)換電路50和CPU51。
圖12示出用于說明圖11所示質(zhì)量流量計(jì)變換器工作情況的脈沖序列時(shí)序圖。圖12-(a)表示一列有峰值(-E1)的脈沖(T＋ΔT)，圖12-(b)表示一列有峰值(+E2)的脈沖(T－ΔT)，圖12-(c)表示門電路驅(qū)動(dòng)開關(guān)SW1的電壓信號(hào)，圖12-(d)表示開關(guān)SW2的脈沖信號(hào)，以及圖12-(e)是顯示一測(cè)量周期的計(jì)算圖。
當(dāng)加到開關(guān)SW1的門驅(qū)動(dòng)電壓為高-電平信號(hào)時(shí)，使接點(diǎn)44閉合(通)和接點(diǎn)45打開(斷)。相反，當(dāng)加到開關(guān)SW1的門驅(qū)動(dòng)電壓是低電平信號(hào)時(shí)，使接點(diǎn)44打開(斷)和通過反相器46接點(diǎn)45閉合(通)。開關(guān)SW1的門驅(qū)動(dòng)電壓的脈沖寬度確定門電路通(ON)的持續(xù)時(shí)間——在此期間，脈沖(T＋ΔT)或(T－ΔT)被取樣，門驅(qū)動(dòng)電壓的脈沖寬度被設(shè)計(jì)為每N個(gè)(N＞1)的輸入脈沖(T＋ΔT)和(T－ΔT)所必需的時(shí)間。
對(duì)于門驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)的t1與t2之間的高電平周期，接點(diǎn)45是斷和接點(diǎn)44是通，允許電壓脈沖(T＋ΔT)(-E)通過端子42進(jìn)入由電阻R，反饋電容C組成的積分器和運(yùn)算放大器電路47。電容C通過由開關(guān)SW2(圖12-(d))驅(qū)動(dòng)的接點(diǎn)28完全放電直到輸入脈沖(T＋ΔT)的時(shí)間t1。開關(guān)SW2的轉(zhuǎn)換操作由CPU51編程。在恒定流速下，N個(gè)(T＋ΔT)脈沖有相同面積((T＋ΔT)×(-E))。因此，當(dāng)輸入脈沖(T＋ΔT)(-E1)時(shí)，反相脈沖(T＋ΔT)通過積分器輸出并被積分。即，積分器電路變成充電電路并當(dāng)輸入脈沖(T＋ΔT)數(shù)目增多時(shí)其輸出電壓成比例地增大。
圖13是在圖12中所示時(shí)序圖中分別為t1與t2之間和t2和t3之間周期內(nèi)充電和放電的電壓對(duì)時(shí)間特性圖。在t1和t2間充電周期期間，積分電路充電電壓隨輸入脈沖(T＋ΔT)數(shù)增加而按直線AB從點(diǎn)A至點(diǎn)B成比例地增大的。
在t2與t3之間周期內(nèi)，開關(guān)SW1的門驅(qū)動(dòng)電壓被保持為低電平信號(hào)使接點(diǎn)44打開但接點(diǎn)45由來自反相器46的高電平信號(hào)保持為閉合(通)，從而僅僅輸入電壓(+E2)的脈沖(T－ΔT)通過端子43進(jìn)入積分器。此時(shí)，積分器變成經(jīng)由脈沖(T－ΔT)的反向輸出放電的放電電路。通過脈沖(T＋ΔT)將積分器充電至點(diǎn)B的電壓隨時(shí)間減小了對(duì)應(yīng)于脈沖(T－ΔT)的數(shù)(N)的電壓。由于脈沖(T＋ΔT)寬于脈沖(T－ΔT)，積分器(充/放電電路)輸出電壓V對(duì)應(yīng)于按等式(2)N(T＋ΔT)－(T－ΔT)＝2NΔT確定的值。
如圖12(e)所示，t1與t3之間的周期是測(cè)量周期，用于輸出與2NΔT成比例的模擬輸出電壓V。輸出電壓V是由電壓保持電路49保持由A/D轉(zhuǎn)換電路50轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。CPU51讀出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)和確定質(zhì)量流量。通過泄放對(duì)應(yīng)于電壓V的積分電容C上的電荷從而提供時(shí)間供計(jì)算質(zhì)量流量和準(zhǔn)備隨后的測(cè)量周期是必要的。
用于輸出電壓V(時(shí)間t3)和輸入隨后的一串N個(gè)脈沖(t3-t4)的時(shí)間寬度t3-t4是包含CPU51的上述操作周期Tc(t1-t31)和為反饋電容C進(jìn)行放電的準(zhǔn)備周期TD(t31-t4)的周期以準(zhǔn)備下一測(cè)量循環(huán)。該周期被給定與指配給t1和t2之間的周期和t2和t3之間的周期的時(shí)間寬度相同。因此，一個(gè)測(cè)量循環(huán)是一個(gè)對(duì)應(yīng)于用于輸入脈沖數(shù)(3N)的t1與t4之間周期的周期。
反饋電容器C的放電時(shí)間是由來自開關(guān)SW2的電壓脈沖的高電平信號(hào)給定的。高電平信號(hào)由CPU51的操作結(jié)束(end)信號(hào)建立并在一個(gè)測(cè)量循環(huán)結(jié)束時(shí)的時(shí)間t4由開關(guān)SWj所產(chǎn)生的信號(hào)來下降(trailed)下一測(cè)量循環(huán)是對(duì)應(yīng)于從高電平信號(hào)下降時(shí)間t4起算輸入3N個(gè)輸入脈沖的時(shí)間周期。從時(shí)間t4開始并對(duì)應(yīng)于輸入3N個(gè)脈沖周期的后續(xù)測(cè)量循環(huán)與上述t1與t4之間的時(shí)間周期的前一測(cè)量循環(huán)彼此不同，因?yàn)殚_關(guān)SW1的門驅(qū)動(dòng)電壓的極性，即高-電平信號(hào)是對(duì)t1與t4間的測(cè)量循環(huán)周期被給定的，而低-電平信號(hào)是對(duì)t4和t7(未示出)之間的后續(xù)測(cè)量循環(huán)周期給定的。
為此，在后續(xù)測(cè)量循環(huán)中，第一時(shí)長(zhǎng)t4-t5是為用由N個(gè)具有恒定峰值(+E2)的脈沖(T－ΔT)的反相輸出的負(fù)電壓對(duì)積分電路充電的，而接著的時(shí)長(zhǎng)t5-t6是為用由N個(gè)具有恒定峰值(-E1)的脈沖(T＋ΔT)的反相輸出的正電壓對(duì)積分電路放電。因此，輸出電壓V與從t1至t4的前一測(cè)量循環(huán)的輸出電壓相同。
由積分器各在前一測(cè)量循環(huán)的時(shí)間t3和后續(xù)測(cè)量循環(huán)的時(shí)間t6輸出電壓V＝2NΔT并將其保存在電壓保持電路。該保持的模擬電壓被輸入A/D轉(zhuǎn)換器電路10，借此被轉(zhuǎn)換成與模擬電壓成比例的數(shù)字信號(hào)并輸出之。然后將該數(shù)字信號(hào)傳送到CPU51，CPU51對(duì)接收到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算以獲得與電壓V成比例的質(zhì)量流量。計(jì)算結(jié)果從CPU51通過端子52輸出。如上所述，N個(gè)脈沖(T＋ΔT)和N個(gè)脈沖(T－ΔT)是通過用開關(guān)SW1的門驅(qū)動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換接點(diǎn)44和45實(shí)現(xiàn)的充電和放電操作而被處理的。這樣輸出一個(gè)具有兩倍增大(2N)的靈敏度的質(zhì)量流量信號(hào)。
輸出電壓V是通常通過運(yùn)算放大器(OP-Amp)輸出的模擬電壓。不過，若輸出電壓V的值小到接近于零時(shí)，則運(yùn)算放大器可能進(jìn)入一個(gè)使測(cè)量可受零點(diǎn)漂移的不穩(wěn)定的工作范圍。若脈沖(T＋ΔT)的峰值(-E1)例如是等于脈沖(T－ΔT)的峰值(+E2)，即|E1|＝|E2|，那末運(yùn)算放大器的輸出電壓為零，沒有可測(cè)流體流過(即ΔT＝0時(shí))。放大器可在零點(diǎn)漂移的影響下工作不穩(wěn)定。通過選擇|E1|＞|E2|的關(guān)系而得到待測(cè)輸出電壓V的沒有零-電平電壓的穩(wěn)定范圍。
為獲得輸出電壓V中不含零-電壓的負(fù)電壓范圍，必須這樣選擇n(n＞1)值，即致使脈沖(T－ΔT)的峰值乘以值“n”可使沒有流量時(shí)輸出電壓為負(fù)。在圖13中用虛線示出這樣選擇的電壓(+nE2)的脈沖(T－ΔT)，它能使測(cè)量電壓在由虛線(圖13)所示負(fù)壓范圍(-V1)內(nèi)為負(fù)。
如上所述，圖11所示質(zhì)量流量計(jì)變換器能確定時(shí)差信號(hào)2NΔT-它代表從N個(gè)脈沖(T＋ΔT)減去N個(gè)脈沖(T－ΔT)的余數(shù)乘以系數(shù)2N。該特點(diǎn)使得質(zhì)量流量計(jì)在不用專門的時(shí)鐘振蕩器僅通過選擇合適的N值情況下便能以高靈敏度和高精度測(cè)量質(zhì)量流量。
以下說明是有關(guān)用于校正流量測(cè)值的誤差校正裝置，誤差可隨著，科氏流量計(jì)流量管中的可測(cè)流體的溫度變化而產(chǎn)生。特別是以較低檢測(cè)靈敏度為特征的直型流量管更是如此。如前所述，科氏力是作為相位差信號(hào)檢測(cè)的，它是支承在兩端和受交流振蕩驅(qū)動(dòng)的流量管上對(duì)稱的相對(duì)兩點(diǎn)的測(cè)值之差。該相位差信號(hào)極小。為精確地檢測(cè)科氏力，有必要設(shè)計(jì)一種產(chǎn)生較大相位差的流量管。為此，許多流量計(jì)采用各種彎曲的流量管，然而，這類彎管不僅增大了尺寸而且易于在管子的每一彎曲部分的內(nèi)底壁上累積雜質(zhì)(例如殘?jiān)?。
因此，從與其顧及檢測(cè)靈敏度不如使用簡(jiǎn)單性好的觀點(diǎn)出發(fā)，在許多流量計(jì)中仍采用直管。然而，檢測(cè)科氏力的靈敏度較低的直管易受干擾影響。在直管型科氏流量計(jì)中，直型流量管同軸地支承在通過一法蘭同管系(piping)連接的外管內(nèi)，同時(shí)用于交變地振蕩流量管(此后稱為內(nèi)管)的驅(qū)動(dòng)裝置和用于檢測(cè)相位差信號(hào)的檢測(cè)裝置被置于內(nèi)管和外管之間。直管型科氏流量計(jì)必須測(cè)量在其內(nèi)管中的不同溫度和不同密度下的各種流體。在測(cè)量流量時(shí)，內(nèi)管隨其內(nèi)流過流體的溫度變化而膨脹或收縮而外管可能較少受流體溫度的影響并維持在實(shí)際外界溫度下。外殼與內(nèi)管的溫度差別在它們之間產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而改變內(nèi)管的自然頻率ω0，引起質(zhì)量流量m和密度ρ的變化。這導(dǎo)致該流量計(jì)的測(cè)量精度的下降。
圖14是用于說明按本發(fā)明另一實(shí)施例的質(zhì)量流量計(jì)變換器的結(jié)構(gòu)視圖?？剖狭髁坑?jì)61具有直型內(nèi)管63和圍繞內(nèi)管并在兩端設(shè)有連接環(huán)板65的直型外管64，兩管借助環(huán)板65同軸支承。一驅(qū)動(dòng)部分66置于內(nèi)管63上的中部。而檢測(cè)部分67和68對(duì)稱地安置在內(nèi)管上驅(qū)動(dòng)部分的兩側(cè)。內(nèi)溫度檢測(cè)元件69置于內(nèi)管63的外壁上而外溫度檢測(cè)元件70置于外管64的內(nèi)壁上。在這樣構(gòu)造的科氏流量計(jì)61中，可測(cè)流體流過的內(nèi)管63受到驅(qū)動(dòng)部分66垂直于流體流量軸方向上的交變自然頻率驅(qū)動(dòng)。在處于振蕩中的內(nèi)管上產(chǎn)生的科氏力是由檢測(cè)部分67和68在各自位置上不同的相位方向上檢測(cè)。兩檢測(cè)部分67和68的檢測(cè)信號(hào)是不同的相位信號(hào)。
用于溫度校正的算術(shù)處理部件62是一個(gè)變換器，它接收由內(nèi)溫度檢測(cè)元件69和外溫度檢測(cè)元件70檢測(cè)的溫度值和溫度差值并就溫度而言校正質(zhì)量流量和密度。驅(qū)動(dòng)部分66檢測(cè)部分67，68和溫度檢測(cè)元件69，70是用導(dǎo)線66C，67C，68C，69C和70C互相連接的。
進(jìn)入內(nèi)管63的流體可有視其用途而定的特定溫度，密度和壓力。內(nèi)管63可改變其處于受流體熱量影響的壁溫。因此，內(nèi)管本身會(huì)膨脹或收縮并可改變楊氏模量。另一方面，與內(nèi)管脫離的外管64是暴露于周圍空氣；可能不直接受到來自內(nèi)管63的熱量影響但受其間空氣層的溫度影響。當(dāng)然，外界空氣溫度與流體溫度差別越大則內(nèi)管與外管間的空間中的溫度變化也越大。
即使內(nèi)管63和外管64由相同材料制成，它們之間也可產(chǎn)生熱膨脹差。因此內(nèi)管在其軸向和徑向產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而使其自然頻率ω0發(fā)生變化。這種變化也影響到測(cè)量的質(zhì)量流量m。另一方面，流體密度ρ是作為內(nèi)管的質(zhì)量和彈簧常數(shù)(spring constant)以及流體質(zhì)量的函數(shù)而給定的。所以測(cè)得密度值ρ包含誤差。
用于溫度校正的算術(shù)處理部件62是要計(jì)算由內(nèi)和外溫度檢測(cè)元件69和70檢測(cè)的溫度以及溫度差，確定沒有因溫度影響造成的誤差的正確質(zhì)量流量m和密度ρ，這是根據(jù)事先確定并存入CPU的由內(nèi)管與外管之間溫差引起的質(zhì)量流量和密度測(cè)量的誤差值計(jì)算確定的并通過端子62a輸出該項(xiàng)計(jì)算結(jié)果。
由于應(yīng)用這一誤差校正設(shè)施，使提供一種允許質(zhì)量流量計(jì)使用簡(jiǎn)單的直流量管的簡(jiǎn)單的低成本，高精度的變換器成為可能。
在圖14中所示科氏流量計(jì)中，外管64比內(nèi)管63有適當(dāng)?shù)妮^高剛性，即當(dāng)內(nèi)管被振蕩時(shí)，外殼可認(rèn)為是基本剛性體。反之，外殼64可有降低的剛性并進(jìn)一步配置一配重以使其具有同內(nèi)管63相同的自然頻率。這使得能提高科氏流量計(jì)的效率和靈敏度——該科氏流量計(jì)能在相同的自然(諧振)頻率下振蕩其內(nèi)管和外管。如此構(gòu)造的科氏流量計(jì)(未示出)與圖14流量計(jì)的不同點(diǎn)僅在于給內(nèi)管加了配重。根據(jù)本發(fā)明用于溫度誤差校正的算術(shù)處理部件62不僅可用于直管型科氏流量計(jì)而且也適用于彎管型科氏流量計(jì)。
圖15是按本發(fā)明另一實(shí)施例特別適用于爆炸危險(xiǎn)區(qū)中的質(zhì)量流量計(jì)變換器的電路方塊圖，內(nèi)電阻69和外電阻70例如是鉑電阻溫度計(jì)測(cè)溫包，被置于科氏流量計(jì)61中的特定位置并可彼此轉(zhuǎn)換連接以形成后面要描述的橋路各臂。內(nèi)電阻69與端子A1，B相連，外電阻70與端子b，A2相連。連接點(diǎn)B同另一端子b相連。它們進(jìn)一步同變換器80的各端A1，B，b，A2相連。端b接地。此外，科氏流量計(jì)61和信號(hào)處理部分80通過驅(qū)動(dòng)部分66和檢測(cè)部分67，68的導(dǎo)線66c，67c和68c互連——為簡(jiǎn)化圖15，省略了這些部分。實(shí)際上，科氏流量計(jì)61和信號(hào)處理部分80用一專用(多芯)電纜彼此連接的。一D/A轉(zhuǎn)換部分89和CPU90同信號(hào)處理部分80相連。電橋電路由電阻R1，電阻69或70和電阻R2，R3組成。電阻R1和R2各在一端同一恒定電壓電源VREF相連，此處R1＝R2。在橋路中，電阻R3，69和70各為100Ω。內(nèi)阻69和外阻70是通過由CPU90的端子E端出的控制信號(hào)操作的開關(guān)81或82轉(zhuǎn)換的。一個(gè)反相器83置于開關(guān)81和82之間，開關(guān)81和82彼此相反操作一個(gè)被接通時(shí)另一個(gè)即被關(guān)斷。
在橋路的連接點(diǎn)A3，B3之間產(chǎn)生溫度信號(hào)。該溫度信號(hào)通過等同的輸入電阻R4，R5進(jìn)入運(yùn)算放大器84，從而被放大和作為放大后模擬溫度信號(hào)輸出——該信號(hào)經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換部分89轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。該數(shù)字信號(hào)輸入至CPU90。CPU90產(chǎn)生一控制信號(hào)，內(nèi)管63和外管64的溫度信號(hào)即借助該控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成送入CPU90的新信號(hào)。CPU90根據(jù)這些溫度信號(hào)對(duì)由科氏流量計(jì)61測(cè)得的質(zhì)量流量和密度值進(jìn)行校正并輸出校正后的值。
根據(jù)本發(fā)明信號(hào)處理部分80被制成有內(nèi)部安全裝置，圖15所示變換電路結(jié)構(gòu)上帶有開關(guān)81和82用于轉(zhuǎn)換內(nèi)電阻69和外電阻70。這使得能提供運(yùn)算放大器84，齊納勢(shì)壘單元85和保險(xiǎn)絲87。齊納勢(shì)壘單元86和保險(xiǎn)絲88是為來自CPU90的控制信號(hào)而設(shè)置。一個(gè)恒定電壓源VREF也配置有齊納勢(shì)壘(為簡(jiǎn)化圖15起見未示出)。
根據(jù)一種一般的內(nèi)部安全電路結(jié)構(gòu)，每個(gè)傳感器要求一個(gè)運(yùn)算放大器，A/D轉(zhuǎn)換器和一齊納勢(shì)壘和接線，導(dǎo)致元件數(shù)量增多及整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性。因此，本發(fā)明旨在通過設(shè)置開關(guān)81和82減少昂貴的運(yùn)算放大器和齊納勢(shì)壘的數(shù)目。開關(guān)81和82可自由轉(zhuǎn)換。然而，可測(cè)流體溫度和周圍媒質(zhì)的溫度不總是恒定的，需要準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換開關(guān)81和82的編程時(shí)序圖。因此，本發(fā)明提供了在對(duì)溫度變化給予應(yīng)有考慮情況下所準(zhǔn)備的用于轉(zhuǎn)換溫度測(cè)量的步驟。
圖16是用于圖15所示質(zhì)量流量計(jì)變換器的轉(zhuǎn)換開關(guān)操作時(shí)序圖的一個(gè)實(shí)例。在圖16中，TA表示穩(wěn)態(tài)周期和TB表示當(dāng)溫度差超過一規(guī)定值時(shí)的開關(guān)操作時(shí)序圖。圖16(a)表示在內(nèi)阻69用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)81的脈沖p，圖16-(b)表示用于在外阻70驅(qū)動(dòng)開關(guān)81的脈沖Q。通(ON)狀態(tài)由影線表示。圖16-(c)表示內(nèi)管63的取樣溫度測(cè)量時(shí)間tx1而圖16-(d)表示外管64的取樣溫度測(cè)量時(shí)間tx2。
脈沖p的寬度和脈沖Q的寬度可設(shè)定在由CPU根據(jù)內(nèi)管63和外管64的測(cè)量溫度差所確定的時(shí)間。例如，脈沖p是“通”時(shí)，脈沖Q是“斷”(OFF)。脈沖p是斷時(shí)脈沖Q是通。
TA表示一段周期，在此周期內(nèi)，內(nèi)管63的溫度和外管64的溫度之間的差是穩(wěn)定的并保持在一定的范圍內(nèi)。內(nèi)管63的開關(guān)81的轉(zhuǎn)換時(shí)間(脈沖寬度P1)(其內(nèi)可更頻繁地發(fā)生溫度變化)被設(shè)定在長(zhǎng)于外管64的開關(guān)82的轉(zhuǎn)換時(shí)間(脈沖寬度Q1)的某一時(shí)間。這意味著為控制外管64和內(nèi)管63之間溫度之差，提高了對(duì)內(nèi)管溫度測(cè)量值的取樣頻率。例如，在脈沖P1周期期間，在時(shí)間Tm的時(shí)間tx1范圍內(nèi)(Tm＞tx1)以(N-1)次取樣進(jìn)行溫度測(cè)量。在最后一次轉(zhuǎn)換時(shí)間，在脈沖Q1的周期Tx期間的周期tx2(Tx＞tx2)內(nèi)進(jìn)行溫度測(cè)量。即，在每個(gè)內(nèi)脈沖p1的周期的Tm取樣時(shí)長(zhǎng)內(nèi)對(duì)內(nèi)管進(jìn)行9次溫度測(cè)量并在周期Q1(時(shí)間Tx)進(jìn)行一次外管的溫度測(cè)量。若進(jìn)行總計(jì)10次溫度測(cè)量的結(jié)果是內(nèi)管63與外管64之間的溫度差小于規(guī)定值，則將這些操作步驟確定為要重復(fù)的一個(gè)測(cè)量循環(huán)。
周期TB表示內(nèi)管和外管之溫度差超過規(guī)定值的情況。在各自脈沖持續(xù)時(shí)間Tm和Tx時(shí)輪流轉(zhuǎn)換開關(guān)81和82為“通”并分別各在時(shí)間tx1和時(shí)間tx2進(jìn)行溫度測(cè)量。溫度差的測(cè)量值彼此加以比較。在內(nèi)管63與外管64之間的溫度差變成小于規(guī)定值時(shí)，則可恢復(fù)測(cè)量循環(huán)(對(duì)穩(wěn)態(tài)周期TA的脈沖P1和脈沖Q1)。然而，若存在溫度變化，則立即轉(zhuǎn)換操作方式以控制異常溫度差。為避免不穩(wěn)定的(hunting)操作，將開關(guān)81和82彼此接連轉(zhuǎn)換M次。該時(shí)間例如為25秒。當(dāng)經(jīng)過25秒后測(cè)量的溫差小于規(guī)定值時(shí)，便可執(zhí)行正常測(cè)量循環(huán)。轉(zhuǎn)換頻率M是一個(gè)整數(shù)并等于N1/N2之比值(內(nèi)管63的轉(zhuǎn)換操作數(shù)/外管64的轉(zhuǎn)換操作數(shù))或差值N1-N2。
由于溫度測(cè)量裝置可根據(jù)基于內(nèi)管63和外管64之溫差的一種算法來選擇，因此總是在高精度下測(cè)得內(nèi)管與外管的溫度并因而能獲得對(duì)質(zhì)量流量的密度的精確測(cè)量值。
權(quán)利要求
1.一種用于質(zhì)量流量計(jì)的質(zhì)量流量計(jì)變換器，借此檢測(cè)作為在對(duì)稱相對(duì)位置上測(cè)得的成對(duì)位移信號(hào)之一和給定時(shí)間T之間的時(shí)間差ΔT的作用在以圍繞其支點(diǎn)的恒定頻率交流驅(qū)動(dòng)的流量管上的科氏力并確定與所述時(shí)間差ΔT成比例的質(zhì)量流量，該變換器具有作為有恒定峰值和脈寬(T＋ΔT)和脈寬(T－ΔT)的脈沖輸入的位移信號(hào)，該變換器包括以規(guī)定的時(shí)間間隔關(guān)閉和打開以輸入該輸入脈沖的門電路，第一充電和放電電路和第二充電和放電電路，用以通過打開的門電路同時(shí)輸入N(N＞1)個(gè)超前脈沖和滯后脈沖充電，當(dāng)門電路關(guān)閉時(shí)通過基準(zhǔn)電壓源泄放電荷，第一零交叉檢測(cè)部分用以檢測(cè)對(duì)第一充電和放電電路充電后放電的放電電壓零交叉，第二零交叉檢測(cè)部分用以檢測(cè)對(duì)第二充電和放電電路充電后放電的放電電壓零交叉，并有與所測(cè)時(shí)間差成比例的質(zhì)量流量的輸出。
2.如權(quán)利要求1所定義的質(zhì)量流量計(jì)變換器，其特征在于設(shè)置一輸入脈沖轉(zhuǎn)換電路，用以將第一充電和放電電路的輸入從超前脈沖轉(zhuǎn)換到滯后脈沖并用于將第三充電和放電電路的輸入從滯后脈沖轉(zhuǎn)換成超前脈沖，以及時(shí)效變化校正裝置，用以根據(jù)將超前脈沖輸入第一充電和放電電路所獲得的零交叉時(shí)間和由將滯后脈沖輸入第二充電和放電電路所得到的零交叉時(shí)間之間的零一交叉時(shí)間差與將滯后脈沖輸入第一充放電電路獲得的零交叉時(shí)間和由將超前脈沖輸入第二充放電電路獲得的零交叉時(shí)間之間的零交叉時(shí)間差的偏差來校正測(cè)得的質(zhì)量流量。
3.一種用于質(zhì)量流量計(jì)的質(zhì)量流量計(jì)變換器，借此檢測(cè)作為在對(duì)稱相對(duì)位置上測(cè)得的成對(duì)位移信號(hào)之一和給定時(shí)間T之間的時(shí)間差ΔT的作用在以圍繞其支點(diǎn)的恒定頻率交流驅(qū)動(dòng)的流量管上的科氏力并確定與所述時(shí)間差ΔT成比例的質(zhì)量流量，該變換器具有作為有恒定峰值和脈寬(T＋ΔT)和脈寬(T－ΔT)的脈沖輸入的位移信號(hào)，該變換器包括以規(guī)定的時(shí)間間隔關(guān)閉和打開以輸入該輸入脈沖的門電路，第一充電和放電電路和第二充電和放電電路，用以通過打開的門電路同時(shí)輸入N(N＞1)個(gè)超前脈沖和滯后脈沖充電，當(dāng)門電路關(guān)閉時(shí)通過基準(zhǔn)電壓源泄放電荷，第一零交叉檢測(cè)電路用以檢測(cè)對(duì)第一充電和放電電路充電后放電的放電電壓零交叉，第二零交叉檢測(cè)電路用以檢測(cè)對(duì)第二充電和放電電路充電后放電的放電電壓零交叉，一個(gè)轉(zhuǎn)換電路用以在通過第一充/放電電路和第二充/放電電路充/放電后檢測(cè)各自零交叉，確定直到開始隨后充/放電的時(shí)間作為一個(gè)測(cè)量循環(huán)，對(duì)每個(gè)測(cè)量循環(huán)輪流地轉(zhuǎn)換要輸入到第一充/放電電路和第二充/放電電路的脈沖(T＋ΔT)和脈沖(T－ΔT)，對(duì)每?jī)蓚€(gè)接續(xù)的測(cè)量循環(huán)中由第一零交叉檢測(cè)電路和第二零交叉檢測(cè)電路檢測(cè)的并由轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換的各自零交叉時(shí)間差相加，并有一個(gè)與相加的時(shí)間差成比例的質(zhì)量流量的輸出。
4.一種用于科氏流量計(jì)的質(zhì)量流量計(jì)變換器，借此作用在支承在至少兩點(diǎn)并以圍繞支點(diǎn)的某一恒定頻率被交流驅(qū)動(dòng)的流量管上的科氏力被作為相位差檢測(cè)，與該相位差成比例的時(shí)間差被計(jì)算并由此確定質(zhì)量流量，該變換器包括用于測(cè)定時(shí)間差的時(shí)差測(cè)量裝置，用于測(cè)量自然頻率的頻率測(cè)量裝置，倒數(shù)(reciprocal)計(jì)算裝置用以計(jì)算對(duì)該時(shí)間差所測(cè)自然頻率的倒數(shù)(reeiprocal number)，其特征在于由時(shí)間差測(cè)量裝置測(cè)得的時(shí)間差是用于校正與自然頻率對(duì)應(yīng)的零點(diǎn)漂移的。
5.一種用于質(zhì)量流量計(jì)的質(zhì)量流量計(jì)變換器，借此檢測(cè)作為在對(duì)稱相對(duì)位置上測(cè)得的成對(duì)位移信號(hào)之一和給定時(shí)間T之間的時(shí)間差ΔT的作用在以圍繞其支點(diǎn)的恒定頻率交流驅(qū)動(dòng)的流量管上的科氏力并確定與所述時(shí)間差ΔT成比例的質(zhì)量流量，該變換器具有作為有恒定峰值和脈寬(T＋ΔT)和脈寬(T－ΔT)的脈沖輸入的位移信號(hào)，該變換器包括可如此開關(guān)的門電路以致輪流地獲得N(N＞1)個(gè)脈沖(T＋ΔT)和N(N＞1)個(gè)脈沖(T－ΔT)，一個(gè)充/放電電路用以接連地充電在門電路閉合之后的N個(gè)(T＋ΔT)脈沖輸入周期所得到的N個(gè)(T＋ΔT)脈沖，獲得N個(gè)(T－ΔT)脈沖并從充電后電壓起泄放N個(gè)(T－ΔT)脈沖和輸出縮減后的電壓，以及一個(gè)電壓保持電路用以保持縮減后的輸出電壓，其特征在于與該保持電壓成比例的質(zhì)量流量被測(cè)定。
6.用于科氏流量計(jì)的流量計(jì)變換器，該流量計(jì)有一流體流過其內(nèi)的直內(nèi)管，基本為剛體圍繞內(nèi)管并支承在內(nèi)管兩端的直外管，以及驅(qū)動(dòng)裝置用于使內(nèi)管以其自然頻率繞其支承位置振蕩，該變換器能測(cè)定與在接近內(nèi)管上各自支承端的對(duì)稱相對(duì)位置上檢測(cè)到的相位差成比例的質(zhì)量流量，根據(jù)內(nèi)管的自然頻率確定流體密度并就內(nèi)管和外管溫度校正所確定的質(zhì)量流量和流體密度。
7.用于科氏流量計(jì)的質(zhì)量流量計(jì)變換器，該流量計(jì)有其內(nèi)流過流體的直的內(nèi)管，同軸地圍繞內(nèi)管并支承在內(nèi)管兩端的直的外管，附裝到內(nèi)管的配重，以使外管在其支承端有等于內(nèi)管自然率的固有頻率，以及驅(qū)動(dòng)裝置用以使內(nèi)管和外管以諧振頻率圍繞支承位置振蕩，所述變換能測(cè)定與在接近內(nèi)管上的各自支承端的對(duì)稱相對(duì)位置上檢測(cè)到的相位差成比例的質(zhì)量流量，根據(jù)諧振頻率確定流體密度以及就內(nèi)管和外管的溫度校正該確定的質(zhì)量流量和流體密度。
8.如權(quán)利要求6或7所定義的質(zhì)量流量計(jì)變換器，該變換器準(zhǔn)備用于在爆炸危險(xiǎn)區(qū)中工作的科氏流量計(jì)中，并包括一用以檢測(cè)內(nèi)管溫度的溫度檢測(cè)元件，一個(gè)用于檢測(cè)外管溫度的溫度檢測(cè)元件，用于轉(zhuǎn)換來自溫度檢測(cè)元件的信號(hào)的開關(guān)裝置，用于來自開關(guān)裝置的信號(hào)的放大器電路，以及連接在放大器電路和外部輸出之間的一個(gè)齊納勢(shì)壘單元，還有一溫度誤差校正裝置，用于根據(jù)通過齊納管的輸出信號(hào)校正測(cè)得的質(zhì)量流量和流體密度。
9.如權(quán)利要求6至8任一項(xiàng)所定義的質(zhì)量流量計(jì)變換器，其特征在于用于轉(zhuǎn)換來自溫度檢測(cè)元件的信號(hào)的開關(guān)裝置為在其間溫度差小于一規(guī)定值時(shí)連續(xù)檢測(cè)內(nèi)管溫度，而當(dāng)溫度差超過規(guī)定值時(shí)交替地檢測(cè)內(nèi)管溫度和外管溫度而工作。
全文摘要
一種適用于直管型科氏流量計(jì)之類的靈敏度低的質(zhì)量流量計(jì)變換器。該變換器包括以規(guī)定時(shí)間開關(guān)以輸入恒定峰值和脈寬(T+ΔT)和(T-ΔT)脈沖的門電路，第一和第二充放電電路，第一和第二零交叉檢測(cè)電路以檢測(cè)第一和第二放電電壓零交叉并有與所測(cè)時(shí)間差成比例的質(zhì)量流量的輸出。本變換器可長(zhǎng)時(shí)間地進(jìn)行穩(wěn)定和精確的時(shí)間差測(cè)量。
文檔編號(hào)G01F1/76GK1145472SQ9511573
公開日1997年3月19日 申請(qǐng)日期1995年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月14日
發(fā)明者北見大一, 阿部敏廣 申請(qǐng)人:株式會(huì)社橢圓