(57)【要約】  共振測定システム（１）、殊にコリオリ質量流量測定装置の動作方法を開示する。当該共振測定システム（１）は少なくとも１つの調整器（２）と、少なくとも１つの電気的なアクチュエータ（３）と、振動発生部としての少なくとも１つの電磁的な駆動部（４）と、少なくとも１つの振動部材（５）と、少なくとも１つの振動検出器（６）とを含んでいる。ここで前記調整器（２）は、前記電気的なアクチュエータ（３）を駆動制御するための調整器出力信号（ｕ１）を生成し、前記電気的なアクチュエータ（３）は、前記電磁的な駆動部（４）を励起する電気的な励起信号（ｕ２）を提供し、前記電磁的な駆動部（４）は前記振動部材（５）を少なくとも１つの固有振動モードで振動させ、前記振動部材（５）の前記励起された振動は前記振動検出器（６）によって検出され、少なくとも１つの出力信号（ｙ）として出力される。共振測定システムの動作点である共振点の迅速かつ確実な到達、保持および追従は、次のことによって実現される。すなわち、調整回路内で、前記振動検出器（６）の前記出力信号（ｙ）と前記調整器出力信号（ｕ１）との間の調整器−振動検出器−位相差（Δφ（ｙ、ｕ１））を検出し、所定の位相差（ΔφＳ１）と、前記調整器−振動検出器−位相差（Δφ（ｙ、ｕ１））とから調整偏差（ｅ）を計算し、当該調整偏差（ｅ）を前記調整器（２）に入力信号として供給することによって実現される。
2015521736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振測定システム（１）、殊にコリオリ質量流量測定装置の動作方法であって、
当該共振測定システム（１）は少なくとも１つの調整器（２）と、少なくとも１つの電気的なアクチュエータ（３）と、振動発生部としての少なくとも１つの電磁的な駆動部（４）と、少なくとも１つの振動部材（５）と、少なくとも１つの振動検出器（６）とを含んでおり、
前記調整器（２）は、前記電気的なアクチュエータ（３）を駆動制御する調整器出力信号（ｕ１）を生成し、
前記電気的なアクチュエータ（３）は、前記電磁的な駆動部（４）を励起する電気的な励起信号（ｕ２）を提供し、
前記電磁的な駆動部（４）は前記振動部材（５）を、少なくとも１つの固有振動モードで振動するように励起し、
前記振動部材（５）の前記励起された振動は前記振動検出器（６）によって検出され、少なくとも１つの出力信号（ｙ）として出力される形式の方法において、
調整回路内で、前記振動検出器（６）の前記出力信号（ｙ）と前記調整器出力信号（ｕ１）との間の調整器−振動検出器−位相差（Δφ（ｙ、ｕ１））を検出し、
所定の位相差（ΔφＳ１）と、前記調整器−振動検出器−位相差（Δφ（ｙ、ｕ１））とから調整偏差（ｅ）を計算し、
当該調整偏差（ｅ）を前記調整器（２）に入力信号として供給する、
ことを特徴とする、共振測定システムの動作方法。
【請求項２】
前記振動部材（５）が少なくとも１つの固有振動モードにおいて、共振してまたは共振点近傍で励振されるように、前記所定の位相差（ΔφＳ１）を選択する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記電磁的な駆動部（４）の状態量（ｉｓ）と、前記調整器出力信号（ｕ１）との間の調整器−駆動部−位相差（Δφ（ｉｓ、ｕ１））を求め、当該調整器−駆動部−位相差Δφ（ｉｓ、ｕ１）を所定の位相差（ΔφＳ１）として使用する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記電磁的な駆動部（４）の状態量（ｉｓ）と、前記調整器出力信号（ｕ１）との間の調整器−駆動部−位相差（Δφ（ｉｓ、ｕ１））を求め、当該調整器−駆動部−位相差（Δφ（ｉｓ、ｕ１））と、別の所定の位相差（ΔφＳ２）とから、前記所定の位相差（ΔφＳ１）を計算する、請求項１または２記載の方法。
【請求項５】
前記電磁的な駆動部の状態量（ｉｓ）として、駆動コイル（８）の電流を検出する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記電気的なアクチュエータ（３）は、前記電磁的な駆動部（４）を励起する電気的な励起信号（ｕ２）として、電圧（ｕｓ）を供給し、
当該電圧（ｕｓ）を殊に、クランプ電圧として前記電磁的な駆動部（４）の駆動コイル（８）に用いる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記求められた調整器−駆動部−位相差（Δφ（ｉｓ、ｕ１））をローパスフィルタ（１１）でフィルタリングし、殊に、秒領域の時定数を有しているローパスフィルタ（１１）でフィルタリングする、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記調整器−振動検出器−位相差（Δφ（ｙ、ｕ１））、および／または、前記調整器−駆動部−位相差（Δφ（ｉｓ、ｕ１））を前記調整器（２）によって前記調整器出力信号（ｕ１）として求めるために、高調波ベース信号を生成し、
前記高調波ベース信号と、前記調整器（２）によって供給される、前記高調波ベース信号と直交する別の高調波ベース信号とを用いて各対象信号（ｙ、ｉｓ）を復調することによって前記各位相差（Δφ（ｙ、ｕ１）、Δφ（ｉｓ、ｕ１））を求める、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
共振測定システム（１）、殊にコリオリ質量流量測定装置であって、
当該共振測定システム（１）は少なくとも１つの調整器（２）と、少なくとも１つの電気的なアクチュエータ（３）と、振動発生部としての少なくとも１つの電磁的な駆動部（４）と、少なくとも１つの振動部材（５）と、少なくとも１つの振動検出器（６）とを含んでおり、
前記共振測定システム（１）の動作時に、前記調整器（２）は、前記電気的なアクチュエータ（３）を駆動制御する調整器出力信号（ｕ１）を生成し、前記電気的なアクチュエータ（３）は、前記電磁的な駆動部（４）を励起する電気的な励起信号（ｕ２）を提供し、前記電磁的な駆動部（４）は前記振動部材（５）を少なくとも１つの固有振動モードで振動するように励起し、前記振動部材（５）の前記励振された振動は前記振動検出器（６）によって検出され、少なくとも１つの出力信号（ｙ）として出力される形式の共振測定システムにおいて、
請求項１から８までのいずれか１項記載の方法が前記共振測定システムによって具体的に実行可能であるように、調整回路が実装されている、
ことを特徴とする、共振測定システム。
【請求項１０】
前記電気的なアクチュエータ（３）は、電圧制御された電圧変換器である、請求項９記載の共振測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振測定システム、殊に、コリオリ質量流量測定装置の動作方法に関する。ここで、この共振測定システムは、少なくとも１つの調整器と、少なくとも１つの電気的なアクチュエータと、振動発生部である少なくとも１つの電磁的な駆動部と、少なくとも１つの振動部材と、少なくとも１つの振動検出器とを含んでいる。ここでこの調整器は調整器出力信号ｕ１を電気的なアクチュエータを駆動制御するために生成し、電気的なアクチュエータは電気的な励起信号ｕ２を電磁的な駆動部を励起するために提供し、電磁的な駆動部は振動部材を少なくとも１つの固有振動モードで振動させ、振動部材の励振された振動は振動検出器によって検出され、少なくとも１つの出力信号ｙとして出力される。さらに本発明は、上述の方法によって動かされる共振測定システムにも関する。
【０００２】
上述した様式の共振測定システムは、コリオリ質量流量測定装置の形態でだけでなく、音叉原理に従った密度測定装置または充填レベル監視装置、クオーツクリスタルバランス、帯式粘度計等としても何年も前から知られている。この共振測定システムはプロセスと関連しており、プロセスと共振測定システムは相互に影響を与え合う。
【０００３】
以降では、コリオリ質量流量測定装置の例に即して共振測定システムを説明するが、本願はこの例に制限されない。本願では、極めて一般的に、固有周波数における特定されるべきプロセス量（測定量）に関する情報がコード化されているシステム、および／または、動作点が測定システムの固有周波数上に設定されているシステムが共振測定システムと称される。これら全ての定義に当てはまるシステムにおいて、以降の実施形態が使用可能である。コリオリ質量流量測定装置では、測定管は共振測定システムの振動部材に相当する；振動部材のこの特別な構成も、共振測定システムに一般的に使用可能な説明を制限するものではない。
【０００４】
コリオリ質量流量測定装置として構成されている共振測定システムは殊に、工業的なプロセス測定技術において、高い精度で、質量流量が特定されなければならない箇所で使用される。コリオリ質量流量測定装置の作用は次のことに基づいている。すなわち、媒体が流れる少なくとも１つの測定管、すなわち振動部材が、振動発生部によって励振されることに基づいている。ここでこの振動発生部は、電磁的な駆動部であると仮定される。このような電磁的な駆動部では、通常、コイルに電流が流される。ここで、このコイル電流には直接的に、振動部材への力作用が結び付いている。コリオリ質量流量測定装置では、作用は次のことに基づいている。すなわち、質量を有している媒体が、２つの直交する運動（流れの運動と測定管の運動）によって生じたコリオリ慣性によって、測定管の壁で跳ね返される、ということに基づいている。測定管での媒体のこの跳ね返りによって、測定管の、媒体が流れていない振動状態と比べて、測定管振動が変化する。媒体が流れているコリオリ測定管の振動のこの特異性を検出することによって、測定管を通る質量流量を高い精度で特定することができる。
【０００５】
特に重要なのは、コリオリ質量流量測定装置の固有周波数ないしはコリオリ質量流量測定装置の可振動部分の固有周波数である。すなわち、実質的に、振動部材である測定管の固有周波数である。なぜなら、コリオリ質量流量測定装置の動作点は通常、測定管の固有周波数に設定されているからである。これによって、最小のエネルギー消費でコリオリ力の誘導に必要な振動を加えることができる。測定管によって生じた振動は、特定の形態を有しており、これは、各励起の固有振動モードと称される。
【０００６】
従来技術から、振動部材を励振させるために、調整器によって高調波ベース信号を調整器出力信号として正弦形状電圧の形態で生成し、この正弦形状電圧が電気的なアクチュエータを駆動制御することが公知である。ここでこの電気的なアクチュエータのタスクは、自身の出力側において、電磁的な駆動部を適切に、かつ、充分な出力で駆動制御することを可能にするのに相応の出力を供給することである。従って電気的なアクチュエータは、実際には、調整器と共振測定システムの電磁的な駆動部との間の、高性能結合素子である。
【０００７】
調整器はさらに、振動部材を共振で動かすために用いられる。このために、共振測定システムの入力量と出力量とが共振に相当する位相差を有しているか否かが求められなければならない。コリオリ質量流量測定装置の場合には、これは、入力側では、振動部材である測定管を励振する力であり、出力側では、測定管の速度である。この振動システムのベースとなる関係に基づいて、入力側の力作用と出力側の測定管速度とが０°の位相差Δφを有する場合に、共振が存在する。このような位相条件が満たされると、所望の共振が存在する。従って、従来技術から公知の、上位概念に記載されている共振測定システムを動作させる調整回路は、位相調整回路である。
【０００８】
電磁的な駆動部を備えた共振測定システムは、電磁的な駆動部の駆動コイルを流れる電流と、これによって生じる、電気的なアクチュエータとしての、ないしは電気的なアクチュエータの一部としての力作用との間の直接的な関係に基づいて、しばしば、電圧制御された電流源を有する。これは広い帯域幅を有していなければならず、周波数動作領域において、付加的な位相シフトを生じさせることがほぼない。従って位相調整器は通常、測定管速度と電気的なアクチュエータの駆動制御電圧との間の位相測定に基づいている。これは、位相差への、アクチュエータの影響および／または電磁的な駆動部自体の影響が無視できるものである、ということを想定している。これは、種々の観点において問題である。
【０００９】
コイルを有している電磁的な駆動部内に電流を入力することによって、必然的に、高く、かつ、ノイズのある電圧が駆動コイルに生じてしまう。なぜなら、調整器出力信号内の跳躍的変化（これがデジタル／アナログ信号の量子化段のみによって生じているとする）が、電磁的な駆動部によって電流内での跳躍的変化として生じ、ここで駆動コイルによって「微分」されるからである（ｕ＝Ｌ＊ｄｉ／ｄｔ）。これは殊に、高いスルーレート、すなわち電流の高い上昇速度を有するアクチュエータに当てはまる。これは、電磁両立性の点において問題であり、信号ノイズ間隔の低減にもつながり、ひいては、種々のプロセス量（コリオリ質量流量測定装置の場合には質量流量）の測定時および共振測定システムの種々のパラメータ（コリオリ質量流量測定装置の場合には例えば、測定管の剛性）の特定時の測定不正確さの拡大にもつながる。このような状況の故に、駆動電流を迅速に測定することも不可能である。なぜなら、相対的に小さい駆動電流は極めてノイズが多く、これは、充分に平滑な信号を得るまでに長い平均化時間を必要とするからである。
【００１０】
本発明の課題は、共振測定システムの動作点である共振点の迅速かつ確実な到達、保持および追従を可能にする、共振測定システムの動作方法を提供することである。
【００１１】
本発明の、上述した課題が解決される共振測定システムの動作方法は、第一におよび実質的に次の特徴を有する。すなわち、調整回路において、振動検出器の出力信号ｙと調整器出力信号ｕ１との間の調整器−振動検出器−位相差Δφ（ｙ、ｕ１）が検出され、所定の位相差ΔφＳ１と、調整器−振動検出器−位相差Δφ（ｙ、ｕ１）とから、調整偏差ｅが計算され、この調整偏差ｅが、調整器に入力信号として供給される、という特徴を有する。適切に設定された位相差ΔφＳ１を選択することによって、振動部材の入力信号と出力信号との間の、通常は考慮されない位相シフトが修正される。
【００１２】
本発明の方法はまず、意図的に、電磁的な駆動部の状態量（例えばコイル電流）の問題ある検出を放棄し、その代わりに、よく知られた調整器出力信号を用いる。通常、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラ内に、デジタル調整アルゴリズムによっておよび後続の信号発生器によって実装されており、それ故にユーザーに開放されている調整器によって生成されるので、調整器出力信号は知られている。
【００１３】
ローパスフィルタリングおよび平滑化の領域における、比較的大きい時定数を有している測定時間を回避することができるので、本発明の方法はスピーディーである。その代わり、共振点と直接的に関連している共振測定システムのパラメータが測定技術を用いて検出される場合のようには正確に測定結果が共振点に達しない恐れがある、ということは甘受される。この、生じ得る不正確さは、殊に、調整器と電磁的な駆動部との間の伝送特性、ひいては伝送素子の位相影響が考慮されないままである、ということに由来している。
【００１４】
所期の修正を実施することを可能にするために、および、殊に、振動部材の入力信号と出力信号との間の所定の位相シフトをできるだけ迅速に認識することを可能にするために、この方法の有利な発展形態では、振動部材以外の、調整回路の全ての部材の位相シフトが周波数に依存して検出され、本方法を実現する機器である計算ユニット（例えばＤＳＰ）内に格納される（周波数応答）。その後、有利にはまず最初に、ここから静的な修正が導出される。これらは技術的に様々に実現可能である。例えば、調整回路内に、相応する位相修正を行う付加的な伝送素子を加えることによって、または、調整器の出力信号ｕ１と振動検出器の出力信号ｙとの間の位相シフト用に、相応する目標値を設定することによって実現される。
【００１５】
所定の位相差ΔφＳ１は、共振測定システムの伝送特性に従って、および、調整器出力信号ｕ１と振動検出器の出力信号ｙとの比に従って選択される。電気的なアクチュエータである電圧制御された電流源とともに作動する、共振測定システムとしての、冒頭に記載されたコリオリ質量流量測定装置では、この所定の位相差ΔφＳ１は一次近似的に、零に設定される。従って、検出された調整器−振動検出器−位相差を実際には、直接的に調整偏差として調整器にフィードバックすることができる。
【００１６】
さらに、電気的なアクチュエータが動作点において、ある程度の平均的な位相シフトを生じさせることが既知である場合には、本発明の方法の第１の発展形態において、所定の位相差ΔφＳ１をちょうどこの値に設定することができ、これによって、位相シフトを相応に補償することができる。本発明の方法が、調整器−振動検出器−位相差に基づいて、共振動作点における、ないしは、共振動作点近傍での、エネルギー的に完全に許容可能である偏差を伴う良好な調整結果をもたらすことは明らかである。
【００１７】
通常の場合には、所定の位相差ΔφＳ１は次のように選択される。すなわち、振動部材が、少なくとも１つの固有振動モードで、共振において、または、共振点近傍で励振されるように選択される。しかし位相差ΔφＳ１を診断目的のために、例えば選択的なパラメータ識別目的とは完全に異なって選択する（ここでは例えば＋／−４５°で選択する）ことも望まれ得る。
【００１８】
本発明の方法の特に有利な構成では、付加的な調整器−駆動部−位相差Δφ（ｉｓ、ｕ１）が形成される。すなわち、電磁的な駆動部の状態量ｉｓと調整器出力信号との間の位相差が形成される。ここでこの調整器−駆動部−位相差は、所定の位相差ΔφＳ１として使用される。この付加的な措置によって、調整器と電磁的な駆動部との間に位置する伝送部材の位相シフトに関する情報を得ることが可能になる。ここでこれらの部材、ここでは電気的なアクチュエータは、上述した、スピーディーであるが意図的に若干不正確にされている調整回路を実現するために、意図的に無視されている。
【００１９】
上述した方法の変形では、同様に、再び、電磁的な駆動部の状態量ｉｓと、調整器出力信号との間の調整器−駆動部−位相差Δφ（ｉｓ、ｕ１）が求められる。ここで、所定の位相差ΔφＳ１が、今回は、調整器−駆動部−位相差Δφ（ｉｓ、ｕ１）と、別の所定の位相差ΔφＳ２とから計算される。このような措置によって、調整器回路に再び外部から、「通常の」動作点とは異なる位相長を、例えば診断目的で設定することが可能になる。
【００２０】
調整器−駆動部−位相差が求められるこの変形方法では、調整器−駆動部−位相差がローパスフィルタによってフィルタリングされ、これによって平滑化されることが有利であることが判明している。殊に、共振測定システムがコリオリ質量流量測定装置である場合には、ローパスフィルタに対して秒領域の時定数が選択可能である。経験から言えば、調整器−駆動部−位相差はこのような使用例において、格段に短い時定数が必要となるほど、迅速には変化しない。
【００２１】
驚くべきことに本発明の方法は、さらなる利点を有している。すなわち、調整器−振動検出器−位相差への共振測定システムの調整、殊に、調整器−駆動部−位相差を求めることによる付加的な修正を伴った調整が良好に機能し、調整回路の設計、殊に、高い帯域幅を有するように電気的な調整回路を設計することが不必要になる、という利点を有している。従って、電気的なアクチュエータを、高速かつ比較的高価な部品で実現する必要がなくなる。なぜなら、本発明の調整は充分に迅速に、位相シフトが周波数動作領域において特定の値の下に留まることを保証するからである。従来技術から公知の方法では、調整の質は、電気的なアクチュエータによって生じる位相シフトに強く依存している。ここでは、さらに、次のことが考慮されるべきである。すなわち、位相シフトが比較的大きい場合には、殊に、直接的にフィードバック結合された共振測定システムが振動する傾向にあることが考慮されるべきである。従って従来技術においては、電気的なアクチュエータ（例えば電圧制御された電流源）によって生じる位相シフトが、動作周波数領域において、例えば５°を下回るように設計されなければならない。これによって、高価な基準部品とアナログ修正回路を使用しなければならなくなる。調整器−振動検出器−位相差をベースにしたスピーディーな調整回路と、調整器−駆動部−位相差をベースにした修正値の緩慢な計算とを伴う本発明によって、この必要はなくなる。
【００２２】
上述した課題はさらに、冒頭に記載した共振測定システムでは、調整回路が次のように構成されていることによって解決される。すなわち、上述した、共振測定システムの動作方法がこの共振測定システムによって具体的に実行可能であり、かつ、調整動作（共振動作点の調整、保持および追従）において実行されるように構成されていることによって解決される。「実行可能」とは、この方法が共振測定システム上に実行のために実装されており、基本的にはこの共振測定システム上にのみ実装可能でないことを意味している。
【００２３】
詳細には、本発明の方法および本発明の共振測定システムをアレンジし、発展させる、種々の方法がある。これに関しては、請求項１と請求項９に従属する請求項と、図面に関連した有利な実施例の説明を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来技術から公知であり、本発明の方法にも使用可能である、コリオリ質量流量測定装置の形態の共振測定システムの構造の概略図
【図２】電気的なアクチュエータを有している、電磁的な駆動部内に含まれているコイルの等価回路図
【図３】本発明の、共振測定システムの動作方法のブロック回路図
【図４】本発明の、共振測定システムの動作方法の拡張された実施例のブロック回路図
【図５】本発明の、共振測定システムの動作方法の別の拡張された実施例のブロック回路図
【図６】コンポーネントが示されている、本発明の、共振測定システムの動作方法の最後の拡張された実施例のブロック回路図
【実施例】
【００２５】
図１は、コリオリ質量流量計の形態の共振測定システム１を示している。ここで、この共振測定システム１は、デジタル信号プロセッサ内に組み込まれている調整器２と、電気的なアクチュエータ３と、振動発生部である電磁的な駆動部４とを有している。
【００２６】
この電磁的な駆動部４は、振動部材５、ここでは、媒体が通流可能な測定管を固有振動モードで振動させる、というタスクを有している。固有振動モードの様式によっては、このために必要な電磁的な駆動部４は１つだけであり、より高いモードも励振されるべき場合には、２つまたはそれよりも多くの電磁的な駆動部４が必要になる場合がある。
【００２７】
図１では、共振測定システム１はコリオリ質量流量測定装置の形態で、２つの部分に分けて示されている。１つのユニットを形成しているコリオリ質量流量測定装置の半分部分は図の右端で終了しており、見やすくするために、別の半分部分が、再び、図の左側で始まっている。図１では、共振測定システム１がさらに振動検出器６も有しており、これらの振動検出器が、この例では速度信号の形態である出力信号ｙを送出することが見て取れる。この出力信号は、測定管運動、すなわち振動部材５の速度に関する情報を提供する。調整器２は、電気的なアクチュエータ３を駆動制御するために調整器出力信号ｕ１を生成し、電気的なアクチュエータ３はこれに続いて電気的な励起信号ｕ２を電磁的な駆動部４を励起するために生成する。振動検出器６には、実質的に信号伝搬に用いられる多数の伝送部材が接続されている。これらは例えば、複数の増幅器から成る整合電子回路７ａ、種々の切り替え可能な測定チャネルを実現するハードウェア乗算器７ｂ、別の整合電子回路７ｃおよびアナログ／デジタル変換器７ｄである。このアナログ／デジタル変換器は、アナログ測定された信号を、調整器２に、デジタル信号の形態で再び供給する。
【００２８】
従来技術では、このように実装された調整回路は位相調整回路を形成し、電磁的な駆動部４のコイル８内の電流ｉｓの印加に基づいている。このコンセプトは、明確にするために、図２に再度示されている；電磁的な駆動部４は、ここで、駆動コイル８を有している。これは、図２に示された等価回路図において、コイルインダクタンスＬＳと、オームコイル抵抗ＲＳと、速度に比例して誘導される電圧源ｕｉｓとを有している（ｕｓ＝ｉｓＲｓ＋Ｌ＊ｄｉｓ／ｄｔ＋ｋ＊ｄｖ／ｄｔ）。電気的なアクチュエータ３は、電圧制御された電流源９とともに動作する。この電流源は、デジタル／アナログ変換器１０から量子化された電流信号を得る。これは、電圧制御された電流源９の出力側で、コイル電流ｉｓの跳躍的な変化を招く。この電流印加は、必然的に、コイル８でのクランプ電圧ｕｓのより不安定な変化を招いてしまい、全体として、コイル８に極めてノイズが多いクランプ電圧ｕｓが生じてしまう。これは、種々の影響によって、ノイズを有している電流信号ｉｓも招いてしまう。
【００２９】
図２に示されているように電磁的な駆動部４がコイル８を有している場合、コイル電流ｉｓが特に重要である。なぜなら、コイル電流ｉｓは、振動部材５への、電磁的な駆動部４の力作用に比例している、電磁的な駆動部４の状態量だからである。コリオリ質量流量測定装置として構成されている共振測定システム１の場合には、共振時には、振動部材５に作用する力、ひいては、コイル電流ｉｓと測定管運動の検出された速度ｙとの間の位相差は零である。電磁的な駆動部の入力量および状態量としてコイル電流ｉｓを用いて、かつ、振動検出部６の出力信号ｙとして速度信号を用いて、共振動作点を目指した位相調整を実現するのは問題である。使用される電気部品への要求はこの場合、非常に高くなってしまう。なぜなら、広い帯域で作用する素子は、動作点において低い位相偏差で使用されなければならないからである。これによって、この解決方法は全体的に、コストがかかるものになってしまう。
【００３０】
図３には、共振測定システム１の本発明の動作方法が、ブロック回路図で示されている。調整器２は、調整器出力信号ｕ１を介して、電気的なアクチュエータ３を駆動制御する。ここで、電気的なアクチュエータ３は、電気的な出力信号ｕ２を出力することによって、電磁的な駆動部４を駆動制御する。この電磁的な駆動部は、振動発生部として振動部材５を動かす。振動部材はここではコリオリ質量流量測定装置の測定管として存在する。電磁的な駆動部４は、概略的に示されたコイル８から成る。このコイルは、コアとして永久磁石を有している。ここで、図示されていない永久磁石は、コイル８の通電時に、ストローク運動を行い、このようにして、振動部材５は励振される。振動部材５の振動は、振動検出器６によって検出される。振動検出器はこの場合には、同様に、永久磁石とコイルを有している。ここで、コイル８内で誘導された電圧は、振動部材５に位置変化を評価するために用いられる。速度信号は、振動検出器６の出力信号ｙとして存在する。
【００３１】
本発明の方法では、まずは、振動検出器６の出力信号ｙと調整器出力信号ｕ１との間で調整器−信号検出器−位相差Δφ（ｙ、ｕ１）が検出され、所定の位相差ΔφＳ１とこの調整器−振動検出器−位相差Δφ（ｙ、ｕ１）とから、調整偏差ｅが計算される。ここでこの調整偏差ｅは、調整器２に入力信号として供給される。これによって、調整回路が実現される。この調整回路は調整器−振動検出器−位相差Δφ（ｙ、ｕ１）には反応し、共振測定システムの共振点への調整に元来重要である位相差には反応しない。これはここでは、振動検出器６の出力側でのコイル電流ｉｓと速度信号ｙとの間の位相差である。従って、誤差、すなわち、電気的なアクチュエータ３によって生じる、考慮されない位相シフトは甘受される。この位相シフトは誤って（しかし故意にも）、共振測定システム１の中心部に加えられる。すなわち、電磁的な駆動部４、振動部材５および振動検出器６に加えられる。本発明の方法の利点は、比較的ノイズの小さい信号による、調整器−振動検出器−位相差Δφ（ｙ、ｕ１）への調整によって、共振測定システム１の共振点の極めて近くにある動作点への極めてスピーディーな調整が実現可能である、というものである。従って、共振位相位置における小さい制限によって、極めて迅速な調整が実現され、高い帯域幅と動作周波数領域における電気的なアクチュエータの極めて僅かな位相シフトとを有する素子を使用することをもはや必要としない調整が実現される。
【００３２】
所定の位相差ΔφＳ１は、最も容易な場合には、次の値に設定される。すなわち、電気的なアクチュエータ３が実際には位相シフトを生じさせておらず、共振が生じている場合に、調整器出力信号ｕ１と信号検出器６の出力信号ｙの間の位相位置としてないしは位相差として理想的な値に設定される。コリオリ質量流量測定装置の図示のケースでは、これは、所定の位相差ΔφＳ１のゼロ設定に相当し、このような設定では、振動部材５は、共振のまたは共振点近傍での固有振動モードでの振動に励振される。
【００３３】
図４には、上述した方法の別の実施形態が示されている。ここでは、電磁的な駆動部４の状態量ｉｓと調整器出力信号ｕ１との間の調整器−駆動部−位相差Δφ（ｉｓ、ｕ１）が求められる。ここで、調整器−駆動部−位相差Δφ（ｉｓ、ｕ１）は、所定の位相差ΔφＳ１として使用される。この措置によって、位相調整における以前許されたエラーが再び補償される。
【００３４】
図５に示された、本発明の発展形態では、まずは、付加的に、電磁的な駆動部４の状態量ｉｓと調整器出力子信号ｕ１との間の調整器−駆動部−位相差Δφ（ｉｓ、ｕ１）が求められる。次に、この調整器−駆動部−位相差Δφ（ｉｓ、ｕ１）と、別の所定の位相差ΔφＳ２とから、所定の位相差ΔφＳ１が計算される。これは、別の位相設定も別の動作モードも可能にする。これは例えば、ΔφＳ２＝＋／−４５°の位相設定での、コリオリ質量流量測定装置の位相選択的な励振である。
【００３５】
図４および図５に示された、この方法の変形では、電磁的な駆動部４の状態量ｉｓとして、ここで使用されている駆動コイル８内の電流が検出される。
【００３６】
これまで記載した方法では、電気的なアクチュエータ３として、電圧制御された電流源を使用することが可能であり、共振区間の直接的な入力量および出力量に向けられている位相調整時の、従来技術から知られている要求よりも僅かにだけ高い要求を満たす、電圧制御された電流源も電気的なアクチュエータとして使用可能である。これは、廉価な標準的な部品の使用を可能にする。
【００３７】
しかし特に有利には、この方法は、次のような場合に使用される。すなわち、電気的なアクチュエータ３が、電磁的な駆動部４を励起する電気的な励起信号ｕ２として電圧ｕｓを提供する場合である。これは図３〜図６に示された例の場合であり、ここでは、電圧ｕｓは、電磁的な駆動部４の駆動コイル８に接続電圧として加えられる。これは、振動検出器６の出力信号ｙと調整器出力信号ｕ１との間の調整器−振動検出器−位相差Δφ（ｙ、ｕ１）への唯一の迅速な位相調整の場合にも、電磁的な駆動部４の状態量ｉｓと調整器出力信号ｕ１との間の調整器−駆動部−位相差Δφ（ｉｓ、ｕ１）を求めることによる所定の位相差ΔφＳ１の付加的な修正の場合にも有利である。全ての場合において、これによって、電流印加とこれに付随する上述した妨害とが回避される。
【００３８】
図６は再度、詳細に、コリオリ質量流量測定装置の形態の共振測定システム１を示している。ここで、共振測定システム１は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）内に実装されている調整器２と、デジタル／アナログ変換器３ａとパワーユニットである電圧制御された電圧源３ｂとを有する電気的なアクチュエータ３とを有している。上述した例のように、電磁的な駆動部４は、振動発生部としてコイル８を有している。
【００３９】
下方の信号路内には、スピーディーな調整回路が実装されている。これは、信号検出器６の出力信号ｙと調整器出力信号ｕ１との間の調整器−振動検出器−位相差Δφ（ｙ、ｕ１）に基づいている。上方の信号路内には、緩慢な、位相差に対する修正値の計算部が実装されている。これは、電磁的な駆動部４の状態量ｉｓと調整器出力信号ｕ１との間の調整器−駆動部−位相差Δφ（ｉｓ、ｕ１）に基づいている。検出された電流信号は、検出された速度信号ｙのように、アナログ／デジタル変換器１１、１２によってデジタル化され、ＤＳＰに供給される。復調器１３、１４は測定量ｉｓおよびｙを、信号成分における直交するベース信号を用いて分析する。これは、ベース信号ｕ１に関する信号の位相位置の決定を可能にする。ここで、調整器−駆動部−位相差Δφ（ｉｓ、ｕ１）はさらに、ローパスフィルタ１５を介してフィルタリングされる。ここでこのローパスフィルタは、約２秒の時定数を有している。
【００４０】
電圧制御された電圧変換器としての、電気的なアクチュエータ３の実現は、さらに、予期されていない次の利点を有する。すなわち、電圧制御された電圧変換器の低い出力抵抗が駆動コイル８に関する「短絡」として作用し、測定管の速度に依存した、測定管の振動の減衰が実現される、という利点である。従って、それ自体僅かに減衰されているシステムを減衰する目的で、電磁的な駆動部４内に短絡リングを形成することを省くことができる。
【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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【国際調査報告】
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