(57)【要約】【課題】位相結合の存在が外部のオシレータに関する情報なしに認識可能である測定装置を製造し、及び、位相結合の存在を外部のオシレータに関する情報なしに認識する、流量を測定する方法を開発することである。【解決手段】  位相増分から、すなわち、測定信号Ｓ（ｔ）から導き出された位相信号の瞬時値ｐｈｉ（ｔ）と、遅延時間だけ遅延された値ｐｈｉ（ｔ−ｔａｕ）との間の差から、結合指標値（ＫＩ）が形成されており、この結合指標値と結合基準値（ＫＲ）との比較によって、他のオシレータとの位相結合の存在が認識されることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オシレータに基づいている測定原理を有する測定装置、例えばボルテックスカウンタであって、評価ユニット（２）に供給されることができる測定信号（Ｓ（ｔ））を受信するセンサが設けられてなる測定装置において、
位相増分（ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ））から、すなわち、前記測定信号（Ｓ（ｔ））から導き出された位相信号の、瞬時値（ｐｈｉ（ｔ））と、遅延時間（ｔａｕ）だけ遅延された値（ｐｈｉ（ｔ−ｔａｕ））との間の差から、結合指標値（ＫＩ）が形成されており、この結合指標値と結合基準値（ＫＲ）との比較によって、他のオシレータとの位相結合の存在が認識されることができることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
位相信号値を或る時間間隔に亘って一時記憶させるための信号一時記憶装置（１６）が設けられていて、前記位相増分及び前記結合指標値（ＫＩ）はこの信号一時記憶装置からの位相信号値によって形成されることができることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記結合指標値（ＫＩ）は、前記位相増分（ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）の分散の評価値（Ｖ）であることを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記位相増分（ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ））の分散の前記評価値（Ｖ）は、前記位相増分（ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ））の関数の可動平均値から形成されていることを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
【請求項５】
前記位相増分（ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ））の分散の前記評価値（Ｖ）は、前記位相増分（ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ））の二乗の可動平均値から形成されていることを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
【請求項６】
前記結合基準値（ＫＲ）は、前記遅延時間（ｐｓｉ（ｔａｕ／ｌ，ｔ）＝ｐｈｉ（ｔ）−ｐｈｉ（ｔ−ｔａｕ／ｌ））の分数によって形成される位相増分の分散の前記評価値（Ｖ）の倍数（ｌ倍数）であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の測定装置。
【請求項７】
前記結合指標値（ＫＩ）は、位相増分（ｐｓｉ´（ｔａｕ，ｔ）＝Ｋ＊ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）＝Ｋ＊ｐｈｉ（ｔ）−Ｋ＊ｐｈｉ（ｔ−ｔａｕ））の整数倍数の、前記評価された分布関数（ｐ（ｐｓｉ´））から形成されていることを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
【請求項８】
前記位相増分の整数倍数の前記評価された分布関数（ｐ（ｐｓｉ´））は、ヒストグラムから形成されていることを特徴とする請求項７に記載の測定装置。
【請求項９】
前記結合基準値（ＫＲ）は、基準測定において測定され、結合基準値記憶装置（１４）に記憶されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記遅延時間（ｔａｕ）は、渦放出周波数（ｆ）に逆比例していることを特徴とする請求項６に記載の測定装置。
【請求項１１】
前記信号一時記憶装置（１６）は、前記評価ユニット（２）の部分であることを特徴とする請求項１０に記載の測定装置。
【請求項１２】
前記信号一時記憶装置（１６）は、前記評価ユニット（２）の外部に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の測定装置。
【請求項１３】
前記評価ユニット（２）は、位相結合の存在を表示するための表示ユニット（２０）を有することを特徴とする請求項１２に記載の測定装置。
【請求項１４】
前記評価ユニット（２）は、位相結合の存在に関する情報を中央ユニットに伝達するためのデータインタフェース（２２）を有することを特徴とする請求項１３に記載の測定装置。
【請求項１５】
オシレータに基づいている測定原理を有し、センサ（６）によって受信された測定信号（Ｓ（ｔ））が評価ユニット（２）供給されてなる流量計で流量を測定する方法において、
位相増分（ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ））から、すなわち、前記測定信号（Ｓ（ｔ））から導き出された位相信号の、瞬時値（ｐｈｉ（ｔ））と、遅延時間（ｔａｕ）だけ遅延された値（ｐｈｉ（ｔ−ｔａｕ））との間の差から、結合指標値（ＫＩ）を形成して、この結合指標値と結合基準値（ＫＲ）との比較によって、他のオシレータとの位相結合の存在を認識することを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記位相信号値を、或る時間間隔に亘って、前記評価ユニット（２）の内部又は外部に設けられた前記信号一時記憶装置（１６）に一時記憶し、前記位相増分及び前記結合指標値をこの信号一時記憶装置からの位相信号値から形成することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
結合指標値（ＫＩ）として前記位相増分（ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ））の分散の前記評価値（Ｖ）を形成することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記位相増分（ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ））の分散の前記評価値（Ｖ）を、前記位相増分（ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ））の関数の可動平均値から形成することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記位相増分（ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）の分散の前記評価値（Ｖ）を、前記位相増分（ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ））の二乗の可動平均値から形成することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記結合基準値（ＫＲ）として、前記遅延時間（ｐｓｉ（ｔａｕ／ｌ，ｔ）＝ｐｈｉ（ｔ）−ｐｈｉ（ｔ−ｔａｕ／ｌ））の分数によって形成される位相増分の分散の前記評価値（Ｖ）の倍数（ｌ倍数）を形成することを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれか１に記載の方法。
【請求項２１】
前記結合指標値（ＫＩ）を、位相増分（ｐｓｉ´（ｔａｕ，ｔ）＝Ｋ＊ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）＝Ｋ＊ｐｈｉ（ｔ）−Ｋ＊ｐｈｉ（ｔ−ｔａｕ））の整数倍数の、前記評価された分布関数（ｐ（ｐｓｉ´））から形成することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記位相増分の整数倍数の前記評価された分布関数（ｐ（ｐｓｉ´））をヒストグラムから形成することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記結合基準値（ＫＲ）を基準測定において測定し、結合基準値記憶装置（１４）に記憶することを特徴とする請求項１５乃至２２のいずれか１に記載の方法。
【請求項２４】
前記遅延時間（ｔａｕ）を渦放出周波数（ｆ）に逆比例に形成することを特徴とする請求項１５乃至２３のいずれか１に記載の方法。
【請求項２５】
位相結合の存在をデータインタフェース（２２）によって中央ユニットに伝達することを特徴とする請求項１５乃至２４のいずれか１に記載の方法。
【請求項２６】
位相結合の存在を表示ユニット（２０）で表示することを特徴とする請求項１５乃至２５に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に記載の測定装置及び請求項１５の前提部分に記載の流量を測定するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、オシレータに基づいている測定原理を有する測定装置を前提としており、該測定装置は、流れる物質の体積流量又は流速を測定するために用いられる例えばボルテックスカウンタ（渦流量計ともいう）の場合に該当する。
【０００３】
渦流量計の測定原理は、流れの中にある障害物体の後方で放出される渦の放出周波数が、流速と関数関連にあることに基づいている。周波数からは、流速が算出され、管の形状寸法が知られている場合には、管を通る流量が算出される。
【０００４】
より正確に見るならば、渦流量計の機能方法は以下のように説明される。障害物体によって引き起こされる物理的作用は、障害物体の縁部で流れが断ち切れて、その後方では、交互に及び逆方向に回転する渦が形成され、その渦が流れによって連行されるという作用である。渦放出の周波数及び位相位置を特徴とする渦列が形成される。この作用は、以前から、「カルマン渦列」として知られている。
【０００５】
渦流量計の基礎になっている測定原理は、渦放出周波数が流速にほぼ比例していることに基づいている。
【０００６】
渦放出周波数を測定技術的に検出するために、ボルテックスカウンタの場合に渦発生体（Wirbelkoerper）において交互に放出される渦が、適切なセンサ、例えば、圧電式の圧力センサによって検出される、速度及び圧力の局部的な変化を発生させるという事実が利用される。センサの測定信号からは、導管内の媒体の渦放出周波数従ってまた流速が算出される。
【０００７】
測定信号は、少なくとも、アナログ式の電子信号の形で、存在し、更なる処理及び評価のために評価ユニットに供給される。評価ユニットでは、アナログ式の電気信号が、知られた方法で離散化され、ディジタル化され、これによって、ディジタル信号に変換される。
【０００８】
測定原理を基礎づける、障害物体の後方にある渦列は、物理学的には、非線形のオシレータである。ボルテックスカウンタでは、その脇に、更なる物理的作用が観察されることができる。このような作用は、他の振動（ここでも、再度周波数及び位相位置を特徴とする外部のオシレータとも言われる）という結果を生む。このような作用は例えば線圧内の脈動、流量の脈動又は管の機械的振動である。このような更なるオシレータの特徴は、特に、これらの振動が突然にかつ意外にも生じて、再度また消えることがあり、測定技術的な検出に利用し得ないか、かなりのコストを用いてのみ利用し得ることである。
【０００９】
渦列における渦放出の位相位置が、このような他の振動の位相位置に結合する（つまり位相結合の）傾向にあり、このことによって、流量計の不正確な表示が生じることがあることは、知られている。
【００１０】
位相結合のこのような正に記述した作用は、以下のように、抽象的に一般化される。非線形のオシレータに基づく測定装置は、しばしば、測定装置の部分であるオシレータ（Ｏ１）の位相ｐｈｉ１（ｔ）が、他の外部のオシレータ（Ｏ２）の位相ｐｈｉ２（ｔ）に結合する傾向にある、という傾向を有する。位相は、ここでは、時間の連続関数として検出される。位相は大きさ２＊ｐｉの間隔に限定されていない。位相の時間導関数の時間的平均値は振動周波数である。相対位相ｐｈｉ［ｎ，ｍ］：＝ｎ＊ｐｈｉ１（ｔ）−ｍ＊ｐｈｉ２（ｔ）から形成される周期的な相対位相Ｄｅｌｔａ ｐｈｉ［ｎ，ｍ］（ｔ）：＝ｐｈｉ［ｎ，ｍ］（ｔ）ｍｏｄ（２＊ｐｉ）が一定であり、幾つかの僅かな、好ましい値のみを仮定するか、不規則的な分配のみを有するという作用が、位相結合と呼ばれる。但し、ｎ及びｍは自然数ではない。ｎ及びｍが指定されることが意図されるとき、ｎ：ｍの位相結合について語られる。
【００１１】
渦流量計に関して、位相結合によって引き起こされる、流量測定の妨害的な影響の発生を認識したいという、ユーザの尤もな望みがある。その目的は、これらの値に基づいた制御又は調整装置にとって場合によっては致命的な結果が生じてしまうので、不正確な流量測定値を、間違って正しいと仮定しないようにするためである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の課題は、位相結合の存在が外部のオシレータに関する情報なしに認識可能である測定装置を製造し、及び、位相結合の存在を外部のオシレータに関する情報なしに認識する、流量を測定する方法を開発することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題は、測定装置に関しては、請求項１の特徴部分によって解決され、方法に関しては請求項１５の特徴によって解決される。
【００１４】
本発明では、測定信号Ｓ（ｔ）からは位相信号ｐｈｉ（ｔ）が導き出されることができ、位相増分ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）から、すなわち、位相信号の瞬時値ｐｈｉ（ｔ）と、遅延時間ｔａｕだけ遅延された値ｐｈｉ（ｔ−ｔａｕ）との間の差から、結合指標値が形成されており、この結合指標値と結合基準値との比較によって、他のオシレータとの位相結合の存在が認識されることができる。位相信号ｐｈｉ（ｔ）は、評価ユニットではしかもディジタル化の前後では機能ブロック（以下、位相抽出器ともいう）では、知られた方法、例えば、フェーズロックドループ、遅延空間での埋め込み、「分析信号」の計算を用いて、あるいは、適切なフィルタの通過後の信号の引数からの位相の算出によって、測定信号から導き出される。
【００１５】
本発明に係わる装置によって、上記課題は、非常に精密な方法で解決される。この場合、位相結合が２種類で存在するという認識が利用される。一方の種類は、相対位相が希にしか又は２＊ｐｉより大きい範囲を越えずに変化するいわゆる密結合であって、このような変化は位相ジャンプとも呼ばれる。第２では、２＊ｐｉより大きい位相ジャンプすなわち相対位相の変化が頻発するいわゆる粗結合が生じることがある。
【００１６】
測定信号の位相増分からは結合指標値が導き出されることができ、この結合指標値と結合基準値との比較によって、第２の他のオシレータのより詳しい情報なしに、位相結合の存在が認識されることができることが見出された。
【００１７】
本発明に係わる装置の利点は、位相結合の認識のためには、位相増分の形成及び更なるリンケージによって、測定信号に存在する情報の広範な利用のみがなされればよいのであって、他の振動が測定技術的に利用され得かつ検出される必要はないことにある。
【００１８】
本発明の非常に好都合な実施の形態では、他の機能ブロックとしては、位相信号値を或る時間間隔に亘って一時記憶させるための信号一時記憶装置が設けられていることができる。位相増分及び結合指標値はこの信号一時記憶装置からの位相信号値によって形成されることができる。この場合、信号一時記憶装置は評価ユニットの部分として設けられているか、評価ユニット外部に設けられていてもよい。
【００１９】
好都合な実施の形態では、結合指標値は位相増分ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）の分散の評価値であってもよい。この場合、位相増分ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）の分散の評価値は、位相増分ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）の関数から、特に、位相増分ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）の二乗の可動平均値から形成されていてもよい。
【００２０】
結合指標値は、位相増分ｐｓｉ´（ｔａｕ，ｔ）＝Ｋ＊ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）＝Ｋ＊ｐｈｉ（ｔ）−Ｋ＊ｐｈｉ（ｔ−ｔａｕ）の整数倍数の評価された分布関数ｐ（ｐｓｉ´）から形成されていてもよい。この場合では、特に好都合な実施の形態では、位相増分の整数倍数の評価された分布関数ｐ（ｐｓｉ´）はヒストグラムから形成されていてもよい。
【００２１】
結合基準値が基準測定において測定されており、更なる処理のために結合基準値記憶装置に記憶されていることは好都合である。
【００２２】
非常に好都合な実施の形態では、評価ユニットは位相結合の存在を表示するための表示ユニットを有する。流量計のユーザは、これによって、位相結合の存在の有無の指標を得ることができる。ユーザは、流量に関する算出された平均値が位相結合の故に不正確であり得ることを警告される。表示装置は、位相結合の有無を表示するように構成されていることができる。それ故に、ユーザは表示によって常に正確に流量測定の信頼性について知らされる。
【００２３】
当然乍ら、評価ユニットは位相結合の存在に関する情報を中央ユニットに伝達するためのデータインタフェースを有することができる。中央ユニットが、流量の測定値を更に処理するユニット、例えば制御コンピュータであることは好都合である。中央ユニットでは、例えば、流量の測定値は、位相結合の存在に関する情報が伝達されて、誤りが防がれる限りは、無視されることができる。
【００２４】
流量を測定するための本発明に係わる方法は、位相増分ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）から、すなわち、測定信号Ｓ（ｔ）から導き出された位相信号の、瞬時値ｐｈｉ（ｔ）と、遅延時間ｔａｕだけ遅延された値ｐｈｉ（ｔ−ｔａｕ）との間の差から、結合指標値を形成して、この結合指標値と結合基準値との比較によって、他のオシレータとの位相結合の存在を認識することを特徴とする。
【００２５】
この場合、位相信号値は、評価ユニットの内部又は外部に設けられた信号一時記憶装置に或る時間間隔に亘って一時記憶されることができる。位相増分及び結合指標値はこの信号一時記憶装置からの位相信号値から形成される。
【００２６】
結合指標値として、位相増分ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）の分散の評価値が形成されることができる。
【００２７】
しかし、結合指標値は、位相増分ｐｓｉ´（ｔａｕ，ｔ）＝Ｋ＊ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）＝Ｋ＊ｐｈｉ（ｔ）−Ｋ＊ｐｈｉ（ｔ−ｔａｕ）の整数倍数の、評価された分布関数ｐ（ｐｓｉ´）から形成されることができる。
【００２８】
本発明の他の好都合な実施の形態及び改善並びに他の利点は、従属請求項から読み取られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の２つの実施の形態が示されている図面を参照して、本発明と、本発明の他の好都合な実施の形態及び改善と、本発明の利点とを詳述する。図１はボルテックスカウンタとして形成されている渦計量流量計を示している。流れる媒体３は測定管１を貫流し、障害物体４にぶつかる。この障害物体は、ここでは、台形の横断面を有し、管の中央で中心に設けられている。当然乍ら、本発明の実施可能性は、障害物体のこの特殊な形状に限定されていない。むしろ、障害物体の、従来の技術で知られたすべての形状及び構造が用いられることができる。次いで、障害物体４の後方には、カルマン渦列５と呼ばれる渦が形成される。圧電式のセンサ６は、渦放出によって生じる周期的な圧力変化を測定し、かくて、測定信号Ｓ（ｔ）を発生する。この測定信号は評価ユニット２に伝送される。
【００３０】
この評価ユニットは、位相抽出器１０と、信号一時記憶装置１６と、結合指標値形成装置１８と、結合基準値記憶装置１４と、比較装置１２と、位相結合表示装置４０と、データインタフェース４２とを有する。
【００３１】
位相抽出器１０では、測定信号Ｓ（ｔ）から、位相信号ｐｈｉ（ｔ）が導き出される。次に、位相信号ｐｈｉ（ｔ）は信号一時記憶装置１６に供給される。信号一時記憶装置では、位相信号は時間間隔Ｔの間に、記憶される。従って、信号一時記憶装置では、位相信号ｐｈｉ（ｔ）の時間的経過が時間間隔Ｔに亘って自由に使用される。時間間隔Ｔの時点ｔでは、この時点における位相信号ｐｈｉ（ｔ）の値と、この時点ｔに時間間隔ｔａｕだけ先行する、従って時間間隔ｔａｕだけ遅延された位相信号値ｐｈｉ（ｔ−ｔａｕ）とが、信号一時記憶装置から取り出される。
【００３２】
位相信号値ｐｈｉ（ｔ）と、この位相信号値に対し遅延した位相信号値ｐｈｉ（ｔ−ｔａｕ）とは、信号一時記憶装置１６から結合指標値形成装置１８に供給される。この結合指標値形成装置では、結合指標値ＫＩが形成され、比較装置１２では、そこにファイルされた規則に従って、結合基準値記憶装置１４からの結合基準値ＫＲと比較される。結合基準値ＫＲは事前に外部で算出されて、結合基準値記憶装置１４にファイルされた。比較の結果は、位相結合があるか、位相結合がないかの識別である。
【００３３】
位相結合があることに関する情報は比較装置１２から位相結合表示装置４０へ導かれ、そこで、適切な方法で、ユーザに表示される。例えば、ディスプレイ上では、テキスト通知、例えば「位相結合」がなされることができる。その代わりに又は追加的に、警告灯が点滅又は明滅することもできる。追加的に、音響的な警告がなされることもできる。
【００３４】
これと平行的に、位相結合があることに関する情報はデータインタフェース４２に伝送される。データインタフェースは、次に、情報を、適切に符号化された形で、上位のデータ処理又はプロセス制御装置に再送信する。データインタフェース４２は、知られておりかつプロセス工業で通常のあらゆるデータインタフェース、特に、例えば直列または並列のインタフェース、あるいはフィールドバス結合、しかしまた無線のデータインタフェース、例えばブルートゥース・インタフェースであってもよい。
【００３５】
図２は、ブロック回路図として、密位相結合（以下、単に密結合ともいう）を認識するための評価ユニット２で測定信号を本発明に基づき処理する特別の実施の形態を示している。
【００３６】
より良く理解するために、ここでは、まず、密結合を認識する方法のための基本的な考察を以下に示してみよう。
【００３７】
理想的には、非結合のオシレータの位相が時間と共に線形に増大する。すなわち、例えば、ｐｈｉ（ｔ）＝ｏｍｅｇａ１＊ｔ。但し、ｏｍｅｇａ１は、ｐｈｉ（ｔ）という、時間導関数の長期的な時間平均値として定められている。オシレータから導き出された測定信号から測定された位相は、典型的には、オシレータの位相と同一ではないが、それとはほんの僅か異なっている。相違は限定されている。しかし、実際の、非結合の、非線形のオシレータに関して、位相のこのような線形のドリフトは、例えばオシレータ内の動的ノイズによって又はオシレータ自体の非線形力学によって引き起こされることができる不規則運動（「ランダムウォーク」）によって、オーバレイされている。この不規則運動は、余りに大きな時間間隔｜ｐｈｉ（ｔ）−ｏｍｅｇａ１＊ｔ｜があらゆる限度を越えて増大することを、もたらす。
【００３８】
外部のオシレータＯ２への密結合の場合に、この不規則運動は抑制される。
【００３９】
不規則運動の抑制は図２のブロック回路図として示された方法によって、認識される。さて、この方法の機能方式を以下のように記述する。
【００４０】
まず、適切に選択された遅延ｔａｕに関して、位相増分ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）：＝ｐｈｉ（ｔ）−ｐｈｉ（ｔ−ｔａｕ）の実際の分散が評価される。分散の評価のためには、例えば、短時間遅れている時間間隔での、ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）の平均の、二乗の変化が用いられることができる。その代わりに、可動平均値（gleitender Mittelwert）が用いられることができる。
【００４１】
ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）の分散の評価値Ｖは、測定装置に記憶された目標値ＫＲと比較される。この目標値は、非結合のオシレータに関して、Ｖの期待値に対応する。外部のオシレータへの結合による不規則運動の抑制は、Ｖの値が、測定の不確実性を考慮に入れても、ＫＲよりも下であることによって、認識される。
【００４２】
ｔａｕの適切な選択には以下のことが当て嵌まる。すなわち、粗結合を検出することができるためには、ｔａｕが、ＫＲが少なくとも約２＊ｐｉ２であるほどに、ほぼそれ程大きく選択されるべきだろう。検出方法の応答を改善するために、ｔａｕのより小さい値を選択することが有効であり得る。
【００４３】
渦流量計では、遅延時間ｔａｕを渦放出周波数に逆比例に選択することは適切である。但し、周波数は例えば時間的長さの間隔Ｔに亘って平均化することによって計算される。流体力学的考察から明らかなように、Ｖ０は管の流れのレイノルズ数Ｒｅにのみ依存しており、この依存は弱い。従って、Ｒｅの大凡の値はＫＲを測定するためには十分である。レイノルズ数は、知られた流量及び流体の場合に計算されるか、信号から直接に測定される。
【００４４】
目標値ＫＲは特に以下の部分方法の任意の１によって測定されることができる。
【００４５】
ａ）目標値は、メーカー側で、基準測定において測定され、電気式に測定装置に記憶される。
【００４６】
ｂ）ユーザはトレーニング位相で目標値を測定する。この目的のために、ユーザは、非結合の場合、決まった実行時間又はユーザ定義の実行時間で、トレーニングルーチンを開始する。実行時間に受信されたデータから目標値Ｖ０が算出される。
【００４７】
ｃ）ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）の分散が、非結合の場合、ｔａｕと共にほぼ線形に増大するという事実を利用する。例えば、ＫＲを、ｐｓｉ（ｔａｕ／ｌ，ｔ）の分散の実際の評価値のｌ倍数として選択する。但し、ｌ＞１，例えばｌ＝２。
【００４８】
図２の本発明に係わる装置では、上記の方法が以下に実行されている。
【００４９】
周波数形成装置２０では、渦周波数は位相信号ｐｈｉ（ｔ）から形成され、遅延形成装置２２では、遅延時間ｔａｕは渦周波数から形成される。位相信号ｐｈｉ（ｔ）と共に、遅延時間ｔａｕは信号一時記憶装置１６に供給される。位相信号ｐｈｉ（ｔ）及び遅延した位相信号ｐｈｉ（ｔ−ｔａｕ）は、双方とも、信号一時記憶装置１６から結合指標値形成装置１８の内部の増分形成装置２４に供給される。この増分形成装置は位相増分ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）を形成する。分散評価装置２６は位相増分ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）から位相増分の評価値を形成する。この評価値は結合指標値ＫＩである。この特別な場合に、この値を、ここで、Ｖとも呼ぶ。
【００５０】
結合基準値記憶装置１４からは結合基準値ＫＲが、分散評価装置２６からは、結合指標値Ｖが比較装置１２に供給される。この比較装置では、ＫＲがＶよりも大きいか小さいかが比較される。ＫＲがＶよりも大きいとき、位相結合は存在し、小さいときは、位相結合は存在しない。
【００５１】
結合基準値ＫＲは、上でａ）及びｂ）に記述したように、比較測定から得られ、結合基準値記憶装置１４に記憶されることができる。しかし、結合基準値は、上でｃ）に記述したように、ｐｓｉ（ｔａｕ／ｌ，ｔ）（但し、ｌ＞１，例えばｌ＝２）の分散の実際の評価値のｌ倍数として選択されることもできる。この場合、分数形成装置２３で、遅延時間ｔａｕから、新たな遅延時間ｔａｕ´＝ｔａｕ／ｌが形成され、信号一時記憶装置１６での位相増分の形成のために用いられる。次に、分散評価装置２６はｐｓｉ（ｔａｕ／ｌ，ｔ）の分散の評価値Ｖを形成し、この評価値にｌを掛けて、この値を基準値として比較装置１２に供給する。この場合、結合基準値ＫＲは結合基準値記憶装置１４からでなく、同様に分散評価装置２６から来る。
【００５２】
結合基準値ＫＲを形成するためにはどの路を行くのかは、評価ユニット１２の内部制御で決められている。この評価ユニットは、評価ユニット２に存するすべての機能ブロックと接続されているが、図１乃至３では、一目瞭然の理由から、描かれていない。
【００５３】
図３は、ブロック回路図として、ここでは粗位相結合（以下、単に粗結合ともいう）を認識するための評価ユニット２で測定信号を本発明に基づいて処理する他の特別な実施の形態を示している。
【００５４】
ここでも、より良い理解のために、まず、粗結合を認識するための方法のための幾つかの基本的な考察を示すことにしよう。
【００５５】
この方法は、粗結合の場合に位相ジャンプが頻発することを利用する。位相ジャンプの検出によって、粗結合が認識される。位相ジャンプを検出するために、以下の方法が利用される。
【００５６】
評価された位相ｐｈｉ（ｔ）からは、大きさｐｈｉ´（ｔ）：＝Ｋｐｈｉ（ｔ）が計算される。但し、Ｋは以下の式によって定められる。対称なしのｎ：ｍ位相結合に関しては、Ｋ＝ｎである。対称に基づいて位相ｐｈｉ１（ｔ）が位相ずれに関して２ｐｉ／ｌだけ同変しているとき、Ｋに関しては、ｎ及びｌの最小公倍数が選択される。
【００５７】
まず、適切に選択された遅延時間ｔａｕに関して、位相増分ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）：＝ｐｈｉ´（ｔ）−ｐｈｉ´（ｔ−ｔａｕ）の分布関数（確率密度）が評価される。分布関数の評価のためには、例えば、ヒストグラムが用いられることができる。このヒストグラムは例えば可動平均化（gleitende Mittelung）によって定められることができる。
【００５８】
評価された分布関数ｐ（ｐｓｉ）は、この分布関数が、最大限約２ｐｉの間隔で、位相ジャンプに特徴的な、マルチモードの構造を有するか否かに基づいて、調査される。
【００５９】
このことは、例えば、
【数１】
2005091367.tif 000003
【００６０】
によって定義された大きさｅｔａの計算によって、なされる。但し、
【数２】
2005091367.tif 000004
【００６１】
かくて計算された値ｅｔａは、測定装置に記憶された目標値ｅｔａ０と比較される。この目標値は、非結合のオシレータに関しては、ｅｔａの期待値に対応する。外部オシレータへの結合による位相ジャンプの発生は、このときｅｔａの値が（測定誤差を考慮しても）ｅｔａ０の上にあることによって、認識される。
【００６２】
ｔａｕの適切な選択には、密結合の場合に関して上に記述されたのと類似の考察が当て嵌まる。
【００６３】
目標値ｅｔａ０は、特に、以下の方法で測定されることができる。
【００６４】
ａ）目標値は、メーカー側で、基準測定において測定され、電気式に測定装置に記憶される。
【００６５】
ｂ）ユーザはトレーニング位相で目標値を測定する。この目的のために、ユーザは、非結合の場合、決まった実行時間又はユーザ定義の実行時間で、トレーニングルーチンを開始する。実行時間に受信されたデータから目標値ｅｔａ０が算出される。
【００６６】
図３に示した本発明に係わる装置でこの方法の実施を記述するためには、以下、図１及び２に示した、前に既述した装置との相違のみを考察する。
【００６７】
図３に示した装置では、位相増分を形成する目的のために、信号一時記憶装置１６には、位相倍数器３０において係数Ｋが掛けられた位相関数ｐｈｉ´（ｔ）＝Ｋ＊ｐｈｉ（ｔ）が供給される。これに対し、遅延時間ｔａｕは、上で図２の場合に既述のように、元の位相信号ｐｈｉ（ｔ）からも導き出される。図２の分散評価装置の代わりに、結合指標値形成装置は、図３に示した実施の形態では、分布関数評価装置２８を有する。この分布関数評価装置は、位相増分ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）の、評価された分布関数ｐ（ｐｓｉ´（ｔａｕ，ｔ）を算出する。次に、評価された分布関数ｐ（ｐｓｉ´（ｔａｕ，ｔ）は他の機能ブロック（ここではｅｔａ形成装置と言う）に供給される。この機能ブロックは、上記のように、大きさｅｔａを測定する。このとき、この大きさは結合指標値ＫＩである。
【００６８】
比較装置１２では、は結合指標値ＫＩ（ここではｅｔａともいう）は、結合基準値記憶装置１４からの結合基準値ＫＲ（ここではｅｔａ０ともいう）と比較される。ｅｔａの値が基準値ｅｔａ０より大きいとき、位相結合は存在する。
【００６９】
一般的には、複数の機能ブロックを有する評価ユニット２は、電子回路として又はマイクロコンピュータの内部のプログラムとして実現されていることができる。このような電子回路又はプログラムを如何に構成かつ実現化されるべきかの詳細は、通常の当業者には知られている。このような詳細は従来の技術で知られている回路及びプログラミング法に基づいている。
【００７０】
ここでは図示されていない他の変更の実施の形態では、評価ユニット２は、密結合を認識するための機能ブロック及び粗結合を認識するための機能ブロックを有することができる。このような評価ユニット２を用いて、位相結合の全領域が完全に覆われることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】ボルテックスカウンタの原理図と、位相結合の存在に関する情報を導き出すために測定信号を本発明に基づいて処理するブロック回路図とを示している。
【図２】ボルテックスカウンタの原理図と、ここでは、密結合の存在に関する情報を導き出すために、測定信号を本発明に基づいて処理する第１の変更の実施の形態を示している。
【図３】ボルテックスカウンタの原理図と、ここでは、粗結合の存在に関する情報を導き出すために、測定信号を本発明に基づいて処理する第２の変更の実施の形態を示している。
【符号の説明】
【００７２】
２  評価ユニット
６  センサ
１４  結合基準値記憶装置
１６  信号一時記憶装置
２０  表示ユニット
２２  データインタフェース
Ｓ（ｔ）  測定信号
ｐｓｉ（ｔａｕ，ｔ）  位相増分
ｐｈｉ（ｔ）  瞬時値
ｔａｕ  遅延時間
ｐｈｉ（ｔ−ｔａｕ）  遅延時間だけ遅延された値
ＫＩ  結合指標値
ＫＲ  結合基準値
Ｖ  評価値
ｐ（ｐｓｉ´）  分布関数
ｆ  渦放出周波数
【図１】
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【図２】
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【図３】
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