(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動式センサ(５)であって、
振動信号を生成するように構成された振動要素(１０４)と、
該振動要素(１０４)から振動信号を受信する受信回路(１３４)と、
前記受信回路(１３４)と振動要素(１０４)に結合されて、前記振動要素(１０４)を振動させる駆動信号を生成する駆動回路(１３８)を備え、
前記駆動回路(１３８)は、開ループ動作により、現在の振動周波数から以前の時間の第１の周波数ポイントω１ｔｉｍｅ＝(ｔ−１)まで非連続的に移行し、前記振動要素(１０４)の振動を開始させて、閉ループ振動工程により、特性を明らかにすべき流体について第１の目標位相差φ１に到達させ、対応する第１の周波数ポイントω１を決定し、開ループ動作により、現在の振動周波数から以前の時間の第２の周波数ポイントω２ｔｉｍｅ＝(ｔ−１)まで非連続的に移行し、前記振動要素(１０４)の振動を開始させて、閉ループ振動工程により、特性を明らかにすべき流体について第２の目標位相差φ２に到達させ、対応する第２の周波数ポイントω２を決定し、
前記第１の周波数ポイントω１及び第２の周波数ポイントω２を用いて、特性を明らかにすべき流体の粘度を決定する、振動式センサ(５)。
【請求項２】
前記駆動回路(１３８)は、更に、現在の振動周波数から前記振動要素(１０４)の振動を開始させて、閉ループ振動工程により、特性を明らかにすべき流体について第１の目標位相差φ１に到達させ、対応する第１の周波数ポイントω１を決定し、現在の振動周波数から前記振動要素(１０４)の振動を開始させて、閉ループ振動工程により、特性を明らかにすべき流体について第２の目標位相差φ２に到達させ、対応する第２の周波数ポイントω２を決定するように構成されている、請求項１に記載の振動式センサ(５)。
【請求項３】
前記受信回路(１３４)は前記駆動回路(１３８)に連結され、前記受信回路(１３４)は振動信号の振幅及び振動信号の周波数を前記駆動回路(１３８)に付与し、前記駆動回路(１３８)は振動信号の振幅及び振動信号の周波数を用いて前記振動要素(１０４)用の駆動信号を生成する、請求項１に記載の振動式センサ(５)。
【請求項４】
前記振動式センサ(５)は、振動歯センサ(５)を備え、前記振動要素(１０４)は音叉構造(１０４)を備える、請求項１に記載の振動式センサ(５)。
【請求項５】
振動式センサにて流体の粘度を決定する方法であって、
開ループ動作により、現在の振動周波数から以前の時間の第１の周波数ポイントω１ｔｉｍｅ＝(ｔ−１)まで非連続に移行し、前記振動式センサの振動要素の振動を開始させて、閉ループ振動工程により、特性を明らかにすべき流体について第１の目標位相差φ１に到達させ、対応する第１の周波数ポイントω１を決定する工程と、
開ループ動作により、現在の振動周波数から以前の時間の第２の周波数ポイントω２ｔｉｍｅ＝(ｔ−１)まで非連続に移行し、前記振動要素の振動を開始させて、閉ループ振動工程により、特性を明らかにすべき流体について第２の目標位相差φ２に到達させ、対応する第２の周波数ポイントω２を決定する工程と、
前記第１の周波数ポイントω１及び第２の周波数ポイントω２を用いて、特性を明らかにすべき流体の粘度を決定する工程を備えている、方法。
【請求項６】
更に、現在の振動周波数から前記振動要素の振動を開始させて、閉ループ振動工程により、特性を明らかにすべき流体について第１の目標位相差φ１に到達させ、対応する第１の周波数ポイントω１を決定し、現在の振動周波数から前記振動要素の振動を開始させて、閉ループ振動工程により、特性を明らかにすべき流体について第２の目標位相差φ２に到達させ、対応する第２の周波数ポイントω２を決定するように構成されている予備工程を備える、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記振動式センサは、振動歯センサを備え、前記振動要素は音叉構造を備える、請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動式センサ及び振動式センサにて振動を変える方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
問題の記述
振動式デンシトメータ及び振動式粘度計のような振動式センサは、特性を明らかにすべき流体の存在下で振動する振動要素の動作を検知することにより作動する。密度、粘度、温度等の流体に関連する特性は、振動要素に繋がった１以上の動きトランスデューサから受信する信号を処理することにより決定される。振動要素の信号は流体と組み合わさる振動要素の結合された質量、剛性及び減衰特性によって一般に影響される。
【０００３】
流体の粘度は、組み合わされた流体と振動式センサの共振周波数ω０より高く且つ共振周波数ω０未満のω１とω２にて振動応答を生成することにより測定される。共振周波数ω０にて、位相差φ０は約９０°である。２つの周波数ポイントω１とω２は、夫々駆動信号の位相及び振動信号の位相が位相差φ１とφ２だけ異なる駆動周波数として規定される。位相差φ１は、駆動信号の位相と振動信号の位相の間の位相差が約１３５°であるポイントとして規定される。位相差φ２は、駆動信号の位相と振動信号の位相の間の位相差が約４５°であるポイントとして規定される。
【０００４】
これら２つの周波数ポイントω１とω２(即ち、ω１とω２の間の周波数差)は、項目Ｑを決定するために使用され、該Ｑは公式によって近似される。
粘度≒Ｑ＝ω０/(ω２−ω１)        (１)
共振周波数ω０は２つの周波数ポイントω１とω２の中心にある。従って、共振周波数ω０は以下のように定義される。
ω０≒０.５＊(ω２＋ω１)        (２)
センサ要素が特性を明らかにすべき流体と相互作用するときに、周波数ポイントω１とω２は決定される。周波数ポイントω１とω２を適切に決定すべく、従来技術の駆動システムは２つの位相ポイント(φ１とφ２)間で行き来するようにセンサ要素を駆動し、これらのポイントにおける振動周波数ω１とω２を記録する閉ループ駆動を用いる。閉ループ駆動を用いることにより、従来技術の駆動システムは振動周波数ω１とω２が決定されると、位相差の測定が安定することを確実にする。
【０００５】
或いは、周波数ポイントω１とω２は半分のパワーポイントとして規定される、と言うのは、周波数ポイントは振動信号のパワーが共振周波数ω０の半分のパワーを有する周波数ポイントであり、又は半分のパワーのポイントの振幅Ａｈａｌｆは(Ａｈａｌｆ＝Ａ０/√２)である。項目Ａ０は共振周波数ω０における振動信号の振幅である。２つの周波数ポイントω１とω２はまた、３ｄＢポイントとして知られ、振動信号のパワーは共振周波数のパワーから３ｄＢ低い。
【０００６】
図１は、従来技術の振動式センサ要素及び該センサ要素に連結された信号プロセッサ信号を含む振動式センサを示す。従来技術の振動式センサは、センサ要素を振動させるドライバ、及び振動に応じて振動信号を生成するピックオフセンサを含む。振動信号は、本来正弦波である。信号プロセッサは振動信号を受信し、該振動信号を処理して、１以上の流体特性又は流体測定を生成する。信号プロセッサは、振動信号の周波数と振幅の両方を決定する。振動信号の周波数と振幅は更に処理されて、流体の密度を決定する、又は粘度のような更なる又は他の流体特性を決定すべく処理される。
【０００７】
従来技術の信号プロセッサは、閉ループ駆動回路を使用して、ドライバ用の駆動信号を生成する。駆動信号は、一般的には受信した振動信号に基づき、従来技術の閉ループ駆動回路は、受信した振動信号を処理して駆動信号を作成する。
駆動信号は受信した振動信号の周波数及び振幅に基づき、受信した振動信号は、従来技術の駆動システムが目標とする振動を達成することを可能にするフィードバックを備える。従来技術の振動式センサは、閉ループ駆動及びフィードバック要素を用いてセンサ要素を駆動し、閉ループ駆動は駆動周波数を漸増的に増加し、目標とする点に達するまでフィードバック要素を監視する。所望の終了ポイントは、駆動信号と生じるピックオフ信号の間で位相差(φ)を備えて、位相差φ１又は位相差φ２を達成する。
【０００８】
図２は、流体の粘度を測定する従来技術の振動式センサの動作方法のフローチャートである。下記のステップ１-４は、第１の周波数ポイントω１の周波数を決定し、一方、ステップ５-８は、第２の周波数ポイントω２の周波数を決定する。
ステップ１にて、振動の設定ポイントは、第１の目標位相差φ１に設定され、センサ要素は現在の振動周波数から振動する。第１の目標位相差φ１は駆動信号の周波数を変えることにより達成され、現在の振動周波数から開始する。現在の振動周波数は閉ループの方法で、現在の位相差と目標位相差の間の差に関するフィードバックのような受信したフィードバックに従って、徐々に変化する。振動周波数は、位相差が増加すべきか減少すべきかに基づいて、現在の振動周波数から漸増的に増加し又は減少する。
【０００９】
ステップ２にて、現在の位相差は第１の目標位相差φ１と比較される。第１の目標位相差φ１が達成されると、方法はステップ４に進む。第１の位相差φ１が達成されなければ、方法は第１の目標位相差φ１が達成されるまで、ステップ３に分岐する。
ステップ３にて、待機が実行される。従って、方法は振動の設定ポイントが達成されるまで、ループし待機する。従って、従来技術の振動式センサは、振動の設定ポイントに達するべく、センサ要素の実際の振動を待つ。閉ループ駆動の動作故に、センサ要素は少なくとも既知の待機時間が経過するまでは、振動が振動の設定ポイントに達しない。
【００１０】
待機は一定の所定時間であり又は長さが変わる。目標位相差に達するべく、周囲の条件は予測した時間よりも長い時間を要求する。待機の長さは最初の位相差から目標位相差までの距離に基づく。待機の長さはセンサ要素の物理的特性に基づく。待機の長さは測定される流体の性質に基づく(流体の密度及び/又は粘度を含む)。待機の時間は従来技術の振動式センサに利用可能なパワーに基づく。
【００１１】
ステップ４にて、振動の設定ポイントが達成され、駆動センサ信号とピックオフセンサ信号の間の位相差が、第１の位相差φ１に相当すると、対応する第１の振動周波数ω１が記録される。第１の周波数ポイントω１は、第１の目標位相差φ１を生成する振動周波数を備える。第１の振動周波数ω１は、駆動信号の位相とピックオフ信号の位相の間の位相差が例えば約１３５°である周波数を備える。
【００１２】
ステップ５にて、振動の設定ポイントは、第２の目標位相差φ２に設定され、センサ要素は現在の振動周波数から振動する。第２の目標位相差φ２は駆動信号の周波数を変えることにより達成され、現在の振動周波数から開始する。現在の振動周波数は閉ループの方法で、現在の位相差と目標位相差の間の差に関するフィードバックのような受信したフィードバックに従って、徐々に変化する。振動周波数は、位相差が増加すべきか減少すべきかに基づいて、現在の振動周波数から漸増的に増加し又は減少する。従って、開始する振動周波数は現在の振動周波数であり、上記のステップ４にて得られた振動周波数を備える。
【００１３】
ステップ６にて、現在の位相差は、第２の目標位相差φ２と比較される。第２の目標位相差φ２が達成されると、方法はステップ８に進む。第２の目標位相差φ２が達成されなければ、方法は第２の目標位相差φ２が達成されるまで、ステップ７に分岐する。
ステップ７にて、待機が実行される。従って、方法は振動の設定ポイントが達成されるまで、ループし待機する。閉ループ駆動の動作故に、センサ要素は少なくとも既知の待機時間が経過するまでは、振動が振動の設定ポイントに達しない。
【００１４】
ステップ８にて、振動の設定ポイントが達成され、駆動センサ信号とピックオフセンサ信号の間の位相差が、第２の位相差φ２に相当すると、対応する第２の振動周波数ω２が記録される。第２の周波数ポイントω２は、第２の目標位相差φ２を生成する振動周波数を備える。第２の振動周波数ω２は、駆動信号の位相とピックオフ信号の位相の間の位相差が例えば約４５°である周波数を備える。
【００１５】
図３は、図１の従来技術の振動式センサの閉ループ振動応答のグラフである。縦軸は振動周波数(ω)を表し、横軸は時間(ｔ)を表す。従来技術の振動式センサは、第１の振動周波数ω１と第２の振動周波数ω２にて交互に振動し、このパターンは反復して繰り返されることが判る。第１及び第２の周波数ポイントω１及びω２は必ずしも一定ではないことは理解されるべきである。第１及び第２の振動周波数ω１及びω２は、例えば振動式センサにより特性を明らかにすべき流体内の変化ゆえに、変化する。
【００１６】
従来技術の振動式センサの駆動部の閉ループ構成により、実際の振動周波数はスムーズ且つ連続して変化するが、遅いことが判る。駆動周波数内の各変化は、目標位相差を達成するのに用いられるフィードバック故に、達成するのに閉ループ時間ＴＣＬを必要とする。その結果、従来技術の振動式歯センサは、ω１及びω２における素早い変化を測定できず、従って、特性を明らかにすべき流体の粘度の素早い変化を測定できない。更に、時間ＴＣＬが短い場合でさえ、時間ＴＣＬが繰り返され、従って加算され、従来技術の振動式センサの動作に影響を与えることが判るだろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
発明の態様
発明の一態様において、振動式センサは、
振動信号を生成するように構成された振動要素と、
該振動要素から振動信号を受信する受信回路と、
前記受信回路と振動要素に結合されて、前記振動要素を振動させる駆動信号を生成する駆動回路を備え、
前記駆動回路は、命令された第１の周波数にて開始するように且つ開ループの方法で前記振動要素を振動させて、特性を明らかにすべき流体について第１の目標位相差φ１に到達させ、対応する第１の周波数ポイントω１を決定し、命令された第２の周波数にて開始するように且つ開ループの方法で前記振動要素を振動させて、第２の目標位相差φ２に到達させ、対応する第２の周波数ポイントω２を決定し、第１の周波数ポイントω１及び第２の周波数ポイントω２を用いて、特性を明らかにすべき流体の粘度を決定する。
【００１８】
前記振動式センサは、振動させ決定する工程を反復して実行するのが好ましい。
命令された第１の周波数は、以前の時間の第１の周波数ポイントω１ｔｉｍｅ＝(ｔ−１)を含み、命令された第２の周波数は、以前の時間の第２の周波数ポイントω２ｔｉｍｅ＝(ｔ−１)を含むのが好ましい。
前記駆動回路は、目標位相差に達するように駆動信号を生成し、現在の振動周波数で開始する閉ループ駆動部と、目標位相差に達するように駆動信号を生成し、第１又は第２の周波数にて開始する開ループ駆動部を備えるのが好ましい。
【００１９】
開ループの方法で振動式センサの振動要素を振動させる工程は、駆動回路が振動の設定ポイントを第１の目標位相差φ１に設定する工程と、駆動回路が振動要素を開ループの方法で命令された第１の周波数で振動させる工程と、駆動回路が現在の第１の位相差と第１の目標位相差φ１とを比較して、現在の第１の位相差が第１の目標位相差φ１と大凡等しくなるまで待機する工程と、現在の第１の位相差が第１の目標位相差φ１と等しければ、駆動回路は対応する第１の周波数ポイントω１を記録し、達成した第１の目標位相差φ１は振動要素に第１の周波数ポイントω１を生成する工程と、駆動回路が振動の設定ポイントを第２の目標位相差φ２に設定する工程と、駆動回路が振動要素を開ループの方法で命令された第２の周波数で振動させる工程と、駆動回路が現在の第２の位相差と第２の目標位相差φ２とを比較して、現在の第２の位相差が第２の目標位相差φ２と大凡等しくなるまで待機する工程と、現在の第２の位相差が第２の目標位相差φ２と等しければ、駆動回路は対応する第２の周波数ポイントω２を記録し、達成した第２の目標位相差φ２は振動要素に第２の周波数ポイントω２を生成する工程を備えるのが好ましい。
【００２０】
前記駆動回路は更に、振動が現在の振動周波数にて開始する状態で、閉ループの方法で振動要素を振動させて、特性を明らかにすべき流体について第１の目標位相差φ１に到達させ、対応する第１の周波数ポイントω１を決定し、振動が現在の振動周波数にて開始する状態で、閉ループの方法で振動要素を振動させて、特性を明らかにすべき流体について第２の目標位相差φ２に到達させ、対応する第２の周波数ポイントω２を決定するように構成されているのが好ましい。
駆動回路は特性を明らかにすべき流体が大凡安定していれば、開ループ動作を選択するのが好ましい。
【００２１】
駆動回路は更に、命令された第１の周波数で開始し且つ開ループの方法で振動要素を振動させて、特性を明らかにすべき流体について第１の目標位相差φ１に近づけ、閉ループの方法で振動要素を振動させて第１の目標位相差φ１を達成し、対応する第１の周波数ポイントω１を決定し、命令された第２の周波数で開始し且つ開ループの方法で振動要素を振動させて、特性を明らかにすべき流体について第２の目標位相差φ２に近づけ、閉ループの方法で振動要素を振動させて第２の目標位相差φ２を達成し、対応する第２の周波数ポイントω２を決定し、第１の周波数ポイントω１と第２の周波数ポイントω２を用いて、特性を明らかにすべき流体の粘度を決定するように構成されているのが好ましい。
【００２２】
受信回路は駆動回路に連結され、受信回路は振動信号の振幅及び振動信号の周波数を駆動回路に付与し、駆動回路は振動信号の振幅及び振動信号の周波数を用いて振動要素用の駆動信号を生成するのが好ましい。
振動式センサは、振動歯センサを備え、振動要素は音叉構造を備えるのが好ましい。
【００２３】
発明の一態様において、振動式センサにて振動を変える方法は、
命令された第１の周波数にて開始するように且つ開ループの方法で振動式センサの振動要素を振動させて、特性を明らかにすべき流体について第１の目標位相差φ１に到達させ、対応する第１の周波数ポイントω１を決定する工程と、
命令された第２の周波数にて開始するように且つ開ループの方法で前記振動要素を振動させて、第２の目標位相差φ２に到達させ、対応する第２の周波数ポイントω２を決定する工程と
第１の周波数ポイントω１及び第２の周波数ポイントω２を用いて、特性を明らかにすべき流体の粘度を決定する工程を備える。
【００２４】
方法は、振動させ決定する工程を反復して実行するのが好ましい。
命令された第１の周波数は、以前の時間の第１の周波数ポイントω１ｔｉｍｅ＝(ｔ−１)を含み、命令された第２の周波数は、以前の時間の第２の周波数ポイントω２ｔｉｍｅ＝(ｔ−１)を含むのが好ましい。
【００２５】
開ループの方法で振動要素を振動させる工程は、振動の設定ポイントを第１の目標位相差φ１に設定する工程と、振動要素を開ループの方法で命令された第１の周波数で振動させる工程と、現在の第１の位相差と第１の目標位相差φ１とを比較して、現在の第１の位相差が第１の目標位相差φ１と大凡等しくなるまで待機する工程と、現在の第１の位相差が第１の目標位相差φ１と等しければ、対応する第１の周波数ポイントω１を記録し、達成した第１の目標位相差φ１は振動要素に第１の周波数ポイントω１を生成する工程と、振動の設定ポイントを第２の目標位相差φ２に設定する工程と、振動要素を開ループの方法で命令された第２の周波数で振動させる工程と、現在の第２の位相差と第２の目標位相差φ２とを比較して、現在の第２の位相差が第２の目標位相差φ２と大凡等しくなるまで待機する工程と、現在の第２の位相差が第２の目標位相差φ２と等しければ、対応する第２の周波数ポイントω２を記録し、達成した第２の目標位相差φ２は振動要素に第２の周波数ポイントω２を生成する工程を備えるのが好ましい。
【００２６】
方法は更に、閉ループの方法で振動要素を振動させて、特性を明らかにすべき流体について第１の目標位相差φ１に到達させ、振動が現在の振動周波数にて開始する状態で対応する第１の周波数ポイントω１を決定し、閉ループの方法で振動要素を振動させて、特性を明らかにすべき流体について第２の目標位相差φ２に到達させ、振動が現在の振動周波数にて開始する状態で対応する第２の周波数ポイントω２を決定する予備工程を備えるのが好ましい。
【００２７】
方法は、特性を明らかにすべき流体が大凡安定していれば、開ループ動作を選択するのが好ましい。
方法は、命令された第１の周波数で開始し且つ開ループの方法で振動要素を振動させて、特性を明らかにすべき流体について第１の目標位相差φ１に近づけ、閉ループの方法で振動要素を振動させて第１の目標位相差φ１を達成し、対応する第１の周波数ポイントω１を決定し、命令された第２の周波数で開始し且つ開ループの方法で振動要素を振動させて、特性を明らかにすべき流体について第２の目標位相差φ２に近づけ、閉ループの方法で振動要素を振動させて第２の目標位相差φ２を達成し、対応する第２の周波数ポイントω２を決定し、第１の周波数ポイントω１と第２の周波数ポイントω２を用いて、特性を明らかにすべき流体の粘度を決定する工程を含むのが好ましい。
振動式センサは、振動歯センサを備え、更に振動要素は音叉構造を備えているのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
同じ符号は全ての図面上の同じ要素を表す。図面は必ずしも縮尺通りではない。
【図１】図１は、振動センサ要素と該センサ要素に連結される信号プロセッサを備える従来技術の振動式センサを示す。
【図２】図２は、流体の粘度を測定する従来技術の振動式センサの動作の方法のフローチャートである。
【図３】図３は、図１の従来技術の振動式センサの閉ループ振動応答のグラフである。
【図４】図４は、本発明の実施形態に従った振動式センサを示す。
【図５】図５は、本発明の実施形態に従った振動式センサを示す。
【図６】図６は、本発明の実施形態に従った振動式センサの振動を変える方法のフローチャートである。
【図７】図７は、振動式センサの組み合わせれた閉ループ及び開ループの振動応答のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図４−図７及び以下の記述は特定の例を記載して、本発明の最良のモードを作り使用する方法を当業者に開示する。進歩性を有する原理を開示する目的で、いくつかの従来の態様は単純化されたか省略された。
当業者は、これらの例示から本発明の範囲内にある変形例を理解するだろう。当業者は、下記に述べられた特徴が種々の方法で組み合わされて、本発明の多数の変形例を形成することを理解するだろう。その結果、本発明は、下記に述べられた特定の例にではなく特許請求の範囲とそれらの等価物によってのみ限定される。
【００３０】
図４は、本発明の実施形態に従った振動式センサ５を示す。振動式センサ５は、振動要素１０４とメータ電子機器２０を備え、該振動要素１０４はリード１００によってメータ電子機器２０に連結されている。いくつかの実施形態では、振動式センサ５は振動歯センサ又はフォーク密度センサを含む(図５及びそれに伴う記載を参照)。しかし、他の振動式センサも考慮され、それらは記載と特許請求の範囲内である。
【００３１】
振動式センサ５は、特性を明らかにすべき流体内に少なくとも部分的に浸される。例えば、振動式センサ５はパイプか導管に取り付けられる。振動式センサ５は流体を保持するためにタンク又は容器、或いは構造に取り付けられる。振動式センサ５は流体流れを向けるべく、マニホールド又は同様の構造に取り付けられる。しかし、他の取付け構成が考慮され、それらは記載と特許請求の範囲内である。
流体は液体を含む。流体はガスを含む。或いは、流体は混入ガス、混入固体、多数液体又はそれらの組み合わせを含む液体のような多相流体である。
【００３２】
振動式センサ５は、流体の測定を提供するために作動する。振動式センサ５は、１以上の流体密度及び流体粘度を含む流体測定を提供し、流体は流れ又は非流れ流体を含む。
振動式センサ５は、流体の質量流量、流体の体積流量及び/又は流体の温度を含む流体の測定を提供する。このリストは完全なものではない。且つ、振動式センサ５は他の流体の特性を測定し決定する。
【００３３】
メータ電子機器２０は、リード１００を介して振動要素１０４に電力を供給する。
メータ電子機器２０は、リード１００を介して振動要素１０４の動作を制御する。例えば、メータ電子機器２０は駆動信号を生成し、振動要素１０４に駆動信号を供給し、振動要素１０４は、駆動信号を使用して、１つ以上の振動部品の振動を生成する。駆動信号は振動の振幅を制御する。駆動信号は振動持続時間及び/又は振動タイミングを制御する。
【００３４】
メータ電子機器２０はリード１００を介して、振動要素１０４から振動信号を受信する。メータ電子機器２０は例えば、振動信号を処理して、密度測定を生成する。他の又は追加の測定が振動信号から生成され得ることは理解されるべきである。
メータ電子機器２０は、振動要素１０４から受信した振動信号を処理して、信号の周波数を決定する。周波数は、流体の共振周波数を含む。共振周波数は流体の密度を決定するために使用され得る。更に又は加えて、メータ電子機器は振動信号を処理して、例えば流体の流量を決定されるべく処理される粘度又は信号間の位相シフトである流体の他の特性を決定する。他の振動の応答特性及び/又は流体の測定も考えられ、それらは記載と特許請求の範囲の範囲内である。
【００３５】
メータ電子機器２０は、更に通信リンク２６に連結される。メータ電子機器２０は、通信リンク２６を介して振動信号を通信する。メータ電子機器２０は、受信した振動信号を処理して測定値を生成して、通信リンク２６を介して測定値を通信する。
更にメータ電子機器２０は、通信リンク２６を介して情報を受信する。メータ電子機器２０はコマンド、更新、運用値又は運用値の変更及び/又はプログラムの更新又は変更を、通信リンク２６を介して受信する。
【００３６】
図５は、本発明の実施形態に従った振動式センサ５を示す。示された実施形態中の振動式センサ５は、示された実施形態中のシャフト１１５によって振動要素１０４に連結されたメータ電子機器２０を含む振動歯センサ５である。シャフト１１５は任意の所望長さである。シャフト１１５は少なくとも、部分的に中空であり、ワイヤ又は他の導体はシャフト１１５を通ってメータ電子機器２０と振動要素１０４の間を延びる。
メータ電子機器２０は、示された実施形態内にて、受信回路３１４、駆動回路１３８及びインターフェース回路１３６のような回路部品を含む。
【００３７】
示された実施形態では、受信回路１３４及び駆動回路１３８は、示された実施形態の振動要素１０４のリードに直に連結される。或いは、メータ電子機器２０は、振動要素１０４から分離した部品又はデバイスを含み、図４に示すように、受信回路１３４及び駆動回路１３８はリード１００を介して振動要素１０４に連結される。
【００３８】
示された実施形態中の振動式センサ５の振動要素１０４は、音叉構造１０４を備え、振動要素１０４は、測定されるべき流体に少なくとも部分的に浸される。振動要素１０４は、パイプ、導管、タンク、容器、マニホールド又は他の流体取り扱い構造のような別の構造に固定されるハウシング１０５を含む。ハウシング１０５は振動要素１０４を保持し、その一方で振動要素１０４は少なくとも部分的に露出され続けている。従って、振動要素１０４は流体に浸されるように構成される。
【００３９】
示された実施形態中の振動要素１０４は、少なくとも部分的に流体内に延びるように構成されら第１歯１１２及び第２歯１１４を含む。第１歯１１２及び第２歯１１４は、任意の所望の断面形状を有する長く延びた要素である。第１歯１１２及び第２歯１１４は本来可撓性で弾性である。
振動式センサ５は更に、圧電水晶素子を備える対応する第１のピエゾ要素１２２及び第２のピエゾ要素１２４を含む。第１のピエゾ要素１２２及び第２のピエゾ要素１２４は、夫々第１歯１１２及び第２歯１１４に隣接して位置している。第１のピエゾ要素１２２及び第２のピエゾ要素１２４は、第１歯１１２及び第２歯１１４に接触し、機械的に相互作用するように構成されている。
【００４０】
第１のピエゾ要素１２２は、第１歯１１２の少なくとも一部と接触する。第１のピエゾ要素１２２は、駆動回路１３８に電気的に連結され、駆動回路１３８は時間変動駆動信号を第１のピエゾ要素１２２に付与する。第１のピエゾ要素１２２は時間変動駆動信号を受けたとき、拡大し収縮する。その結果、第１のピエゾ要素１２２は、第１歯１１２を振動動作で側方から側方へ交互に撓ませ変位させて(点線参照)、周期的で往復運動する方法で流体を攪乱する。
【００４１】
第２のピエゾ要素１２４は、流体内で第２歯１１４の撓みに対応して時間変動振動応答信号を生成する受信回路１３４に連結される。従って、第２歯１１４の動きは第２のピエゾ要素１２４によって、対応する電気的な振動信号を生成させる。第２のピエゾ要素１２４はメータ電子機器２０に振動信号を送信する。メータ電子機器２０は振動信号を処理し、振動信号の振幅及び/又は振動信号の周波数を測定する。
【００４２】
メータ電子機器２０はインターフェース回路１３６を含む。インターフェース回路１３６は外部デバイスと通信するように構成される。インターフェース回路１３６は振動測定信号を通信し、１以上の外部デバイスに決定された流体特性を通信する。メータ電子機器２０は、振動信号周波数及び/又は振動信号の振動信号振幅のような振動信号特性をインターフェース回路１３６を介して送信する。メータ電子機器２０は、とりわけ流体の密度及び/又は粘度のような流体測定をインターフェース回路１３６を介して送信する。他の流体測定も考えられ、これらは記載と特許請求の範囲の範囲内である。更に、インターフェース回路１３６は、例えば測定値を生成するためのコマンド及びデータを含む通信を外部デバイスから受信する。
【００４３】
いくつかの実施形態では、受信回路１３４は駆動回路１３８に連結され、受信回路１３４は振動信号の振幅及び振動信号の周波数を駆動回路１３８に提供し、駆動回路１３８は振動信号の振幅及び振動信号の周波数を用いて、振動要素１０４用に駆動信号を生成する。
【００４４】
駆動回路１３８は振動信号を受信し、振動信号から駆動信号を生成し、駆動信号を生成するために振動信号の特性を修正する。周囲の流体によって影響を受けるので、振動要素１０４は一般に共振周波数に維持される。振動要素１０４は、一般的に駆動回路１３８によって共振周波数に維持される。駆動回路１３８は、流体内に所望の振動攪乱を生成するように、振動信号を修正する。駆動回路１３８は例えばメータ電子機器２０と振動要素１０４の間のリードの長さを補償する、及び/又は振動信号内の他の損失を補償するために、更に振動信号を修正する。
駆動回路１３８は閉ループ駆動部１４３及び開ループ駆動部１４７を含む。駆動回路１３８によって閉ループ駆動部１４３又は開ループ駆動部１４７の何れかが用いられて、駆動信号を生成し、振動要素１０４に(即ち、第１のピエゾ要素１２２に)駆動信号を付与する。
【００４５】
閉ループ駆動部１４３は、閉ループ駆動信号を生成し、閉ループ駆動部１４３は、振動要素１０４(即ち、第２のピエゾ要素１２４からの)から受信した振動信号を使用する。従って、閉ループ駆動部１４３は、フィードバック及びフィードバック・アルゴリズムに基づいて作動する。フィードバックは、現在の振動と命令された振動目標の間の差を含む。駆動信号は、振動信号(つまりフィードバック)が振動目標に達するまで、閉ループ駆動部１４３によって滑らかに連続的に変えられる。
従って、最初の周波数ポイントω１が命令されれば、閉ループ駆動部１４３は、ω１の目標振動が最終的に結局達成されるまで、ω２の現在の振動周波数から漸増的に変化する。
【００４６】
いくつかの実施形態では、駆動回路１３８は、現在の振動周波数で開始して目標位相差を達成するように駆動信号を生成する閉ループ駆動部１４３、及び命令された振動周波数で開始して目標位相差を達成するように駆動信号を生成する、開ループ駆動部１４７を含む。
開ループ駆動部１４７は命令された振動目標に基づいた駆動信号を生成するように構成される。従って、第１の振動周波数が命令されれば、駆動回路１３８が第２の振動周波数で振動要素１０４を振動させても、開ループ駆動部１４７は第１の振動周波数で駆動信号を生成する。開ループ駆動部１４７はフィードバックに基づいて作動せず、従って、開ループ駆動部１４７は命令された振動目標で直ちに振動することが出来る。
【００４７】
いくつかの実施形態において、駆動回路１３８は命令された第１の周波数で開ループの方法で開始して、特性を明らかにすべき流体について第１の目標位相差φ１に到達させ、対応する第１の周波数ポイントω１を決定し、命令された第２の周波数にて開始するように且つ開ループの方法で振動要素１０４を振動させて、第２の目標位相差φ２に到達させ、対応する第２の周波数ポイントω２を決定し、第１の周波数ポイントω１及び第２の周波数ポイントω２を用いて、特性を明らかにすべき流体の粘度を決定する。
命令された第１及び第２の周波数が、第１及び第２の周波数ポイントω１及びω２の近似のみであることは理解されるだろう。流体の密度は時間経過で変わるように、命令された第１及び第２の周波数が正確には、第１及び第２の周波数ポイントω１及びω２の最終的な値ではない。
【００４８】
いくつかの実施形態では、開ループ方法で振動式センサ５の振動要素１０４を振動させることは、第１の目標位相差φ１に振動設定ポイントを設定する駆動回路１３８を備え、駆動回路１３８は命令された第１の周波数で開ループの方法で開始して、振動要素１０４を振動させ、駆動回路１３８は現在の第１の位相差と第１の目標位相差φ１とを比較して、現在の第１の位相差が第１の目標位相差φ１と大凡等しくなるまで待機し、現在の第１の位相差が第１の目標位相差φ１と等しければ、駆動回路１３８は対応する第１の周波数ポイントω１を記録し、達成した第１の目標位相差φ１は振動要素１０４に第１の周波数ポイントω１を生成し、駆動回路１３８は振動の設定ポイントを第２の目標位相差φ２に設定し、駆動回路１３８は振動要素１０４を開ループの方法で命令された第２の周波数で振動させ、駆動回路１３８は現在の第２の位相差と第２の目標位相差φ２とを比較して、現在の第２の位相差が第２の目標位相差φ２と大凡等しくなるまで待機し、現在の第２の位相差が第２の目標位相差φ２と等しければ、駆動回路１３８は対応する第２の周波数ポイントω２を記録し、達成した第２の目標位相差φ２は振動要素１０４に第２の周波数ポイントω２を生成する。
【００４９】
いくつかの実施形態では、駆動回路１３８は命令された第１の周波数で開始し且つ開ループの方法で振動要素１０４を振動させて、特性を明らかにすべき流体について第１の目標位相差φ１に近づけ、閉ループの方法で振動要素１０４を振動させて第１の目標位相差φ１を達成し、対応する第１の周波数ポイントω１を決定し、命令された第２の周波数で開始し且つ開ループの方法で振動要素１０４を振動させて、特性を明らかにすべき流体について第２の目標位相差φ２に近づけ、閉ループの方法で振動要素１０４を振動させて第２の目標位相差φ２を達成し、対応する第２の周波数ポイントω２を決定し、第１の周波数ポイントω１と第２の周波数ポイントω２を用いて、特性を明らかにすべき流体の粘度を決定するように構成されている。
【００５０】
非フィードバックコントローラとも呼ばれる開ループコントローラは、システムの現状及びシステムのモデルだけを使用して、システムへの入力を計算する。開ループコントローラの特徴は、出力が入力の所望のゴールを達成したかどうか判断するために、フィードバックを使用しない点である。これは、システムが、制御している工程の出力を観察しないことを意味する。従って、真の開ループシステムは、所望の且つ達成された値における誤りを修正することができない。更に、システムでの外乱を補償しない。しかし、高度な開ループシステムは使用され得て、制御方法論は自己学習型になりえて適応性がある。
その結果、何れの実施形態に従った振動式センサも、従来の開ループ制御工程、又は適応性のある開ループ制御工程の何れをも使用することができ、あるフィードバック又はは外部の値が用いられて、駆動信号の位相と振動信号の位相の間の現実の位相差が目標位相差に近似し、接近することを確実にする。
【００５１】
駆動回路１３８は、振動要素１０４を開ループ駆動にて駆動することにより、振動要素１０４を所望の振動周波数に近い振動周波数にて強制的に、最後に測定された周波数ポイントの値で振動させる。例えば、最後に測定されたω１の値から得られる周波数を用いて、センサをω１(ω１ｔｉｍｅ＝(ｔ−１)と言及する)にて駆動することにより、駆動システムは第１の周波数ポイントω１の新たな値に大凡位置することが出来る。一旦、命令された第１の周波数に達すると、駆動システムは閉ループ動作又は適応する開ループ動作に戻るように遷移し、ω１の正確な値に位置する。同様に、ω２にてセンサを駆動することにより、最後に測定されたω２の値(ω２ｔｉｍｅ＝(ｔ−１)と言及する)から得られる周波数を用いて、駆動システムは第２の周波数ポイントω２の新たな値に大凡位置することが出来る。一旦、命令された第２の周波数に達すると、駆動システムは閉ループ動作又は適応する開ループ動作に戻るように遷移し、ω２の正確な値に位置する。
【００５２】
上記の如く、振動式センサの振動を開始するのに、純粋な閉ループ振動が用いられる。次に振動は開ループ振動を用いるように切り換えられ、又は結合された開ループ振動及び閉ループ振動を用いるように切り換えられ、反復の開ループ部分は反復時間を著しく短縮する。
更に又は或いは、メータ電子機器２０は種々の周辺要因をチェックすることにより、各反復におけるように、開ループ振動を用いるか否かを決定する。例えば、特性を明らかにすべき流体が大凡安定していれば、メータ電子機器２０は開ループ振動を用いる。所定時間に亘って、流体の密度が所定の密度許容差以上に変化しなければ、測定された流体の密度は、安定していると決定される。
【００５３】
図６は、本発明の実施形態に従った振動式センサの振動を変化させる方法のフローチャートである。閉ループ方法の下記のステップ６０１-６０４は、閉ループの方法で第１の周波数ポイントω１の周波数を決定し、その一方、閉ループ方法のステップ６０５-６０８は、閉ループの方法で第2の周波数ポイントω２の周波数を決定する。
開ループ方法の下記のステップ６２０-６２４は、開ループの方法で第１の周波数ポイントω１の周波数を決定し、その一方、開ループ方法のステップ６２５-６２９は、開ループの方法で第２の周波数ポイントω２の周波数を決定する。
【００５４】
ステップ６０１で、振動の設定ポイントは第１の目標位相差φ１に設定され、振動要素が振動する。目標位相差は現在の振動周波数から開始して、駆動信号の周波数を変えることにより達成される。現在の振動周波数は、閉ループの方法で、及び現在の位相差と目標位相差の間の差に関するフィードバックによって、徐々に変更される。振動周波数は、位相差が増加されるべきか減少されるべきかに依存して、現在の振動周波数から漸増的に増加され又は減少される。
ステップ６０２で、現在の位相差は第１の目標位相差φ１と比較される。第１の目標位相差φ１が達成されると、方法はステップ６０４に進む。第１の目標位相差φ１が達成されなければ、方法は第１の目標位相差φ１が達成されるまで、ステップ６０３に分岐する。
【００５５】
ステップ６０３で、待機が実行される。従って、振動の設定ポイントが達成されるまで、方法はループし待機する。従って、振動式センサは、振動要素の実際の振動が振動の設定ポイントに達するのを待つ。閉ループ駆動の動作により、少なくとも既知の待機時間が経過するまで、振動要素は振動の設定ポイントにて振動を達成しない。
待機は一定の所定時間であり、又は長さが変わるかもしれない。周囲の条件により、目標位相差を達成するのに予測した時間よりも長い時間が必要になる。待機時間の長さは種々の要因に依存する。待機時間の長さは初期位相差から目標位相差への距離に依存する。
待機時間の長さは、振動要素の物理的特性に依存する。待機時間の長さは、測定される流体の性質(流体の密度及び/又は粘度を含む)に依存する。待機時間の長さは振動式センサに利用可能な電力に依存する。
利用可能な電力が制限された場合、振動式センサは、目標位相差、対応する周波数ポイントω１及びω２に素早く上がることができない。
【００５６】
ステップ６０４にて、振動の設定ポイントは達成され、駆動センサ信号とピックオフセンサ信号との間の位相差は、第１の目標位相差φ１に相当し、対応する第１の周波数ポイントω１が記録される。第１の周波数ポイントω１は、第１の目標位相差φ１を生成する振動周波数を備える。第１の周波数ポイントω１は、幾つかの実施形態にて、駆動信号の位相とピックオフ信号の間の位相差が約１３５°である周波数を備える。
【００５７】
ステップ６０５にて、振動の設定ポイントは第２の目標位相差φ２に設定され、振動要素は現在の振動周波数から振動する。第２の目標位相差φ２は現在の振動周波数から開始して、駆動信号の周波数を変えることにより達成される。現在の振動周波数は、閉ループの方法で、及び現在の位相差と目標位相差の間の差に関するフィードバックのような受信フィードバックによって、徐々に変更される。
振動周波数は、位相差が増加されるべきか減少されるべきかに依存して、現在の振動周波数から漸増的に増加され又は減少される。従って、開始する振動周波数が現在の振動周波数であり、それは上記のステップ６０４で得られた振動周波数を含むことは理解されるべきである。
【００５８】
ステップ６０６にて、現在の位相差は第２の目標位相差φ２と比較される。第２の目標位相差φ２が達成されていれば、方法はステップ６０８に移る。第２の目標位相差φ２が達成されていなければ、第２の目標位相差φ２が達成されるまで、ステップ６０７へ分岐する。
ステップ６０７にて、待機が実行される。従って、振動の設定ポイントが達成されるまで、方法はループし待機する。前記の如く、少なくとも既知の待機時間が経過するまで、振動要素は振動の設定ポイントにて振動を達成しない。
【００５９】
ステップ６０８で、振動の設定ポイントが達成され、駆動センサ信号とピックオフセンサ信号の間の位相差が、第２の目標位相差φ２に相当する場合、対応する第２の周波数ポイントω２は記録される。第２の周波数ポイントω２は、第２の目標位相差φ２を生成する振動周波数を含む。いくつかの実施形態にて、第２の周波数ポイントω２は、駆動信号の位相とピックオフ信号の間の位相差が約４５°である周波数を備える。
【００６０】
上記の閉ループ方法のステップ６０１-６０８は、振動式流量計用の最初か操作開始反復を含む。いくつかの実施形態の閉ループ方法のステップ６０１-６０８は第１及び第２の周波数ポイントω１とω２の初期値を生成するために使用され得る。方法が開ループ方法のステップ６２０-６２９に進む前に、閉ループ方法のステップ６０１-６０８は、1回以上繰り返され得る。
ステップ６２０で、振動の設定ポイントは第１の目標位相差φ１に設定される。
【００６１】
ステップ６２１で、振動式センサは命令された第１の周波数で振動する。
従って、振動式センサの振動は、現在の振動周波数(即ち、このステップの直前にあったような振動周波数)から命令された第１の周波数内で付与される周波数値まで非連続的に移行する。従って、このステップの最初の振動周波数が現在の振動周波数でないことは理解されるべきである。従って、振動式センサの振動は少なくとも期間の間、開ループ振動の工程を含む。開ループの方法で振動する結果、振動が命令された第１の周波数で開始する場合、生じる位相差は第１の目標位相差φ１に非常に接近するだろう。
【００６２】
いくつかの実施形態では、命令された第１の周波数は、以前の時間の第１の周波数ポイントω１ｔｉｍｅ＝(ｔ−１)を備える。添字[time=(t-1)]は、第１の周波数ポイントω１は以前の時間(現在の反復[time=t])からであることを意味する。以前の時間の第１の周波数ポイントω１ｔｉｍｅ＝(ｔ−１)は、上記したステップ６０４の前の反復で得られた、又は以下のステップ６２４の前の反復で得られた第１の周波数ポイントω１を備える。しかし、方法は直前の周波数値に限定されず、周波数値はそのうちに反復から戻され得ることは理解されるべきである。或いは、以前の時間の第１の周波数ポイントω１ｔｉｍｅ＝(ｔ−１)は、特性を明らかにすべき所定の流体について予測される周波数値のような、以前に決定され又は受信されて振動式センサ内に格納された理想的な値を備える。
【００６３】
以前の時間の第１の周波数ポイントω１ｔｉｍｅ＝(ｔ−１)へ開ループ振動が移行した後に、振動は閉ループ又は開ループ振動工程に戻ることは理解されるべきである。その後、フィードバック(又は他の或いは追加情報)が、振動を洗練し且つ第１の目標位相差φ１に照準を合わせるために使用され得る。
ステップ６２２にて、現在の位相差は第１の目標位相差φ１と比較される。第１の目標位相差φ１が達成されると、方法はステップ６２４に進む。第１の目標位相差φが達成されなければ、方法は第１の目標位相差φ１が達成されるまで、ステップ６２３に分岐する。
【００６４】
ステップ６２３にて、待機が実行される。従って、振動の設定ポイントが達成されるまで、方法はループし待機する。待機は一定の所定時間であり、又は長さが変わるかもしれない。待機時間の長さは、初期位相差から目標位相差への距離、振動要素の物理的特性、測定される流体の性質(流体の密度及び/又は粘度を含む)、及び振動式センサに利用可能な電力のような種々の要因に依存する。
しかし、ステップ６２３の待機長さは上記のステップ６０３の待機長さよりも著しく短くなる、何故ならステップ６２１は開ループの方法で振動式センサを振動させ、最終周波数に近い周波数で開始し、振動式センサを目標位相差に到達させるのに必要な時間量は著しく減じられるからである。
【００６５】
ステップ６２４にて、振動の設定ポイントが達成され、駆動センサ信号とピックオフセンサ信号との間の位相差は、第１の目標位相差φ１に相当し、対応する第１の周波数ポイントω１が記録される。第１の周波数ポイントω１は、第１の目標位相差φ１を生成する振動周波数を備える。第１の周波数ポイントω１は、幾つかの実施形態にて、駆動信号の位相とピックオフ信号の間の位相差が約１３５°である周波数を備える。
いくつかの実施形態にて、新たに決定された第１の周波数ポイントω１は、開ループ方法のステップ６２０-６２４の将来的な反復にて、以前の時間の第１の周波数ポイントω１ｔｉｍｅ＝(ｔ−１)として使用される。
【００６６】
ステップ６２５にて、振動の設定ポイントは、第２の目標位相差φ２に設定される。
ステップ６２６にて、振動式センサは命令された第２の周波数にて振動する。従って、振動式センサの振動は、現在の振動周波数(即ち、このステップの直前にあったような振動周波数)から命令された第１の周波数内で付与される周波数値まで非連続的に移行する。従って、このステップの最初の振動周波数が現在の振動周波数でないことは理解されるべきである。従って、振動式センサの振動は少なくとも期間の間、開ループ振動の工程を含む。開ループの方法で振動する結果、振動が命令された第２の周波数で開始する場合、生じる位相差は第２の目標位相差φ２に非常に接近するだろう。
【００６７】
いくつかの実施形態において、命令された第２の周波数は、以前の時間の第２の周波数ポイントω２ｔｉｍｅ＝(ｔ−１)を備える。添字[time=(t-1)]は、第２の周波数ポイントω２は以前の時間(現在の反復[time=t])からであることを意味する。いくつかの実施形態において、以前の時間の第２の周波数ポイントω２ｔｉｍｅ＝(ｔ−１)は、上記したステップ６０８の前の反復で得られた、又は以下のステップ６２９の前の反復で得られた第２の周波数ポイントω２を備える。しかし、方法は直前の周波数値に限定されず、周波数値はそのうちに反復から戻され得ることは理解されるべきである。或いは、以前の時間の第２の周波数ポイントω２ｔｉｍｅ＝(ｔ−１)は、特性を明らかにすべき所定の流体について予測される周波数値のような、以前に決定され又は受信されて振動式センサ内に格納された理想的な値を備える。
【００６８】
以前の時間の第２の周波数ポイントω２ｔｉｍｅ＝(ｔ−１)へ開ループ振動が移行した後に、振動は閉ループ又は開ループ振動工程に戻ることは理解されるべきである。その後、フィードバック(又は他の或いは追加情報)が、振動を洗練し且つ第２の目標位相差φ２に照準を合わせるために使用され得る。
ステップ６２７にて、現在の位相差は第２の目標位相差φ２と比較される。第２の目標位相差φ２が達成されると、方法はステップ６２９に進む。第２の目標位相差φ２が達成されなければ、方法は第２の目標位相差φ２が達成されるまで、ステップ６２８に分岐する。
【００６９】
ステップ６２８にて、待機が実行される。従って、振動の設定ポイントが達成されるまで、方法はループし待機する。待機は一定の所定時間であり、又は長さが変わるかもしれない。待機時間の長さは、初期位相差から目標位相差への距離、振動要素の物理的特性、測定される流体の性質(流体の密度及び/又は粘度を含む)、及び振動式センサに利用可能な電力のような種々の要因に依存する。
しかし、ステップ６２８の待機長さは上記のステップ６０７の待機長さよりも著しく短くなる、何故ならステップ６２６は開ループの方法で振動式センサを振動させ、最終周波数に近い周波数で開始し、振動式センサを目標位相差に到達させるのに必要な時間量は著しく減じられるからである。
【００７０】
ステップ６２９にて、振動の設定ポイントが達成され、駆動センサ信号とピックオフセンサ信号との間の位相差は、第２の目標位相差φ２に相当し、対応する第２の周波数ポイントω２が記録される。第２の周波数ポイントω２は、第２の目標位相差φ２を生成する振動周波数を備える。第２の周波数ポイントω２は、幾つかの実施形態にて、駆動信号の位相とピックオフ信号の間の位相差が約４５°である周波数を備える。
いくつかの実施形態にて、新たに決定された第２の周波数ポイントω２は、開ループ方法のステップ６２５-６２９の将来的な反復にて、以前の時間の第２の周波数ポイントω２ｔｉｍｅ＝(ｔ−１)として使用される。
あらゆる実施形態に従った振動式センサ５は、開ループ動作を用いて特性を明らかにすべき流体の速い変化に反応する。
【００７１】
閉ループの方法のステップ６０１-６０８は、最初の又は開始の工程を備え、閉ループの方法のステップ６０１-６０８は少なくとも１回実行されることは理解されるべきである。閉ループの方法のステップ６０１-６０８は通常の動作中又は最初又は開始時の工程後は実行されない。いくつかの実施形態において、開ループの方法のステップ６２０-６２９は反復して実行され、閉ループ方法のステップ６０１-６０８は単に周波数ポイントω１及びω２の初期値を引き出すために実行される。或いは、いくつかの実施形態において、閉ループの方法のステップ６０１-６０８は、必要に応じて、例えば周期的又は断続的に実行され得る。
【００７２】
代替の実施形態では、第１及び第２の周波数ポイントω１及びω２は、振動信号のパワーを測定し、振動信号の半分のパワーのポイントから第１及び第２の周波数ポイントω１及びω２を決定することによって見出される。パワーを測定することにより見出される周波数は位相差を監視することにより見出される周波数ポイントと大凡同じであるが、正確に同じではないことは理解されるべきである。
【００７３】
図７は、図４-図５の振動式センサの結合した閉ループと開ループの振動応答及び/又は図６の方法の結合した閉ループと開ループの振動応答のグラフである。垂直軸は振動周波数(ω)を表し、水平軸は時間(t)を表す。従来技術の振動式センサが第１の周波数ポイントω１と第２の周波数ポイントω２にて交互に振動し、このパターンは反復して繰り返されるのが判る。周波数ポイントω１及びω２は一定として示されるが、第１及び第２の周波数ポイントω１及びω２は、例えば振動式センサによって特性を明らかにすべき流体内の変化により変わることは理解されるべきである。更に、第１の周波数ポイントω１と第２の周波数ポイントω２は、例えば温度及び/又は圧力の変化のような周囲の条件により変化する。
【００７４】
最初の２つの振動発生が２つの閉ループ時間ＴＣＬに亘る。最初の２つの振動発生は閉ループの方法の振動を備え、振動は周波数ポイントω１で開始し、振動が周波数ポイントω２に達するまで、振動はスムーズ且つ連続して変化する。または、振動は周波数ポイントω２で開始し、振動が周波数ポイントω１に達するまで、振動はスムーズ且つ連続して変化する。最初の２つの振動発生における閉ループ振動故に、実際の振動周波数はスムーズ且つ連続して変化するが、遅い。駆動周波数における各変化は、目標位相差に達するのに用いられるフェードバック故に、達成するのに閉ループ時間ＴＣＬを要求する。その結果、従来技術の振動歯センサは周波数ポイントω１及びω２における素早い変化を測定できず、従って特性を明らかにすべき流体の密度及び/又は粘度の素早い変化を測定することが出来ない。
【００７５】
図に示される次の７つの振動発生は、開ループの時間ＴＯＬに亘る。次の７つの振動発生は、開ループの方法の振動を含み、該振動は命令された目標振動にて開始し、振動は以前の振動から命令された目標振動に不連続的に移行する。例えば、最初の開ループの時間ＴＯＬの開始時(グラフのポイントＡ)にて、振動周波数が現在第２の周波数ポイントω２である場合、振動はそれにも拘らず第１の周波数ポイントω１(ポイントB)に不意に且つ不連続的に移行する。
【００７６】
上記の如く、純粋な閉ループ振動は振動を開始するのに用いられる。次に振動は純粋な開ループ振動を用いるように切り換えられ、又は結合された開ループ振動及び閉ループ振動を用いるように切り換えられ、反復の開ループ部分は反復時間を著しく短縮する。
更に又は或いは、メータ電子機器２０は種々の周辺要因をチェックすることにより、各反復におけるように、開ループ振動を用いるか否かを決定する。例えば、特性を明らかにすべき流体が大凡安定していれば、メータ電子機器２０は開ループ振動を用いる。所定時間に亘って、流体の密度が所定の密度許容差以上に変化しなければ、測定された流体の密度は、安定していると決定される。
【００７７】
上記の実施形態の詳細な記述は、本発明の範囲内にある発明者によって熟考された全ての実施形態の完全な記述ではない。実際に当業者は、さらに実施形態を作成するために上記実施形態のある要素が種々に組み合わせられるかもしれないし除去されるかもしれないことを認識している、そしてそのような、さらなる実施形態は現在の記述の範囲及び開示の範囲内にある。現在の記述の範囲及び開示の範囲内にある追加の実施形態を作成するために、上記実施形態の全部或いは一部が組み合わせられるかもしれないことも当業者には明白である。
従って、上記の実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲から決定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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