本发明涉及用于确定和/或监控介质的过程变量的方法，其中，向可机械振荡的单元(1)施加激励信号(SA)；其中，接收来自可机械振荡单元(1)的接收信号(SE)；其中，如此生成激励信号(SA)，以使得激励信号(SA)与接收信号(SE)之间的相位差等于可预定的相位值。本发明设置为，预定至少一个准则，所述准则对激励信号(SA)和接收信号(SE)或者与激励信号(SA)有关的信号或者与接收信号(SE)有关的信号之间的相位差的确定进行评价，在满足对相位差的确定进行评价的准则的情况下，对相位差的调整进行闭环控制；而在与之不同的情况下，对相位差的调整进行开环控制。此外，本发明还涉及相应的装置。
1.用于确定和/或监控介质的至少一个过程变量的方法，其中，向至少一个可机械振荡的单元(1)施加激励信号(SA)；其中，接收至少一个来自所述可机械振荡的单元(1)的接收信号(SE)；其中，生成所述激励信号(SA)使得所述激励信号(SA)和所述接收信号(SE)之间的相位差基本等于可预定的相位值，其特征在于，预定至少一个准则，所述准则用于对所述激励信号(SA)和所述接收信号(SE)之间或者所述激励信号(SA)和一个与所述激励信号(SA)或与所述接收信号(SE)有关的信号之间的相位差的确定进行评价；在对相位差的确定进行评价的所述准则被满足的情况下，对相位差的调整进行闭环控制；而在没有满足对相位差的确定进行评价的所述准则的情况下，对相位差的调整进行开环控制，其中，用于评价相位差的测量的至少一个准则是两个信号具有相同的信号占空比和/或相同的信号形状。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对相位差的调整进行闭环控制，直至所述相位差基本等于所述可预定的相位值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述激励信号(SA)和/或所述接收信号(SE)的至少一个特征参数，和/或将一个与所述激励信号(SA)和/或与所述接收信号(SE)有关的信号的至少一个特征参数用于所述开环控制。
4.根据权利要求1至3中的至少一项所述的方法，其特征在于，将所述接收信号(SE)预放大成预放大信号(SV)，并且对所述激励信号(SA)与所述预放大信号(SV)之间的相位差进行确定以及进行闭环控制或者开环控制。
5.根据权利要求1至4中的至少一项所述的方法，其特征在于，为了对相位差的调整进行开环控制，使用所述激励信号(SA)和/或所述接收信号(SE)和/或所述预放大信号(SV)的频率。
6.根据权利要求1至5中的至少一项所述的方法，其特征在于，为了对相位差的调整进行开环控制，使用在制造中生成和存储的数据和/或更新的数据。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在对相位差的确定进行评价的所述准则被满足的情况下，将用于闭环控制的数据与为了对相位差的调整进行开环控制而存储和/或更新的数据进行比较，并且在偏差超出预定临界值的情况下，用于开环控制的数据被新获得的数据更新并且得到存储。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在预测性维护方面分析所述新获得的数据和所述存储的数据。
9.根据权利要求6至8中的至少一项所述的方法，其特征在于，以预定时间间隔自动生成用于对相位差的调整进行开环控制的数据。
10.根据权利要求1至9中的至少一项所述的方法，其特征在于，向作为可机械振荡的单元(1)的振荡叉或者单杆或者薄膜施加所述激励信号(SA)。
11.根据权利要求1至9中的至少一项所述的方法，其特征在于，向作为可机械振荡的单元(1)的管施加所述激励信号(SA)，介质至少暂时位于所述管内。
12.根据权利要求1至11中的至少一项所述的方法，其特征在于，至少确定和/或监控所述介质的密度或者物位或者粘度或者流量。
13.用于确定和/或监控介质的至少一个过程变量的装置，所述装置具有：至少一个可机械振荡的单元(1)；至少一个驱动/接收单元(2)，所述驱动/接收单元(2)激励所述可机械振荡的单元(1)进行机械振荡并且接收所述可机械振荡的单元(1)的所述机械振荡；
以及至少一个电子单元(3)，所述电子单元(3)向所述驱动/接收单元(2)施加电激励信号(SA)并且从所述驱动/接收单元(2)接收电接收信号(SE)，在所述电子单元(3)内设置至少一个相位测量单元(7)；在所述电子单元(3)内设置至少一个可调整的移相器(8)；并且在所述电子单元(3)内设置至少一个相位调整单元(6)，其特征在于：
预定至少一个准则，所述准则用于对所述激励信号(SA)与所述接收信号(SE)、或与所述激励信号(SA)有关或与所述接收信号(SE)有关的信号之间的相位差的确定进行评价；
其中用于对所述相位差的确定进行评价的至少一个准则是两个信号具有相同的信号占空比和/或相同的信号形状。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述相位调整单元(6)对由所述相位测量单元(7)执行的对电信号(SA、SE、SV)的相位或者对两个信号(SA、SE、SV)之间的相位差的至少一个测量的质量进行评价，并且所述相位调整单元(6)根据对所述激励信号(SA)或者与所述激励信号(SA)有关的信号(SV)和所述接收信号(SE)或者与所述接收信号(SE)有关的信号之间的相位差的调整的评价，通过应用所述移相器(8)而或者进行闭环控制或者进行开环控制。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述相位调整单元(6)根据至少一个可预定的准则对由所述相位测量单元(7)执行的对电信号(SA、SE、SV)的相位或者对两个信号(SA、SE、SV)之间的相位差的至少一个测量的质量进行评价。
16.根据权利要求14或15所述的装置，其特征在于，设置至少一个储存单元(9)，用于对相位差的调整进行开环控制的数据能够被存储在所述储存单元内。
17.根据权利要求13至16中的至少一项所述的装置，其特征在于，在相位或者相位差的测量满足所述可预定的准则的情况下，所述相位调整单元(6)通过应用所述移相器(8)而对相位差的调整进行闭环控制；而在与之不同的情况下，即，在相位或者相位差的测量不满足所述可预定的准则的情况下，所述相位调整单元通过应用所述移相器(8)而对相位差的调整进行开环控制。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，在所述相位调整单元(6)对相位差的调整进行闭环控制的情况下，所述相位调整单元(6)将闭环控制所需的参数与为了开环控制而存储的数据相比较，并且在偏差超出预定临界值的情况下更新用于开环控制的数据。
用于确定和/或监控介质的过程变量的方法以及相应装置
技术领域
[0001] 本发明涉及用于确定和/或监控介质的至少一个过程变量的方法，其中，向至少一个可机械振荡的单元施加激励信号；其中，接收至少一个来自可机械振荡单元的接收信号；其中，如此生成激励信号，以使得激励信号和接收信号之间的相位差基本等于可预定的相位值。本发明还涉及用于确定和/或监控介质的至少一个过程变量的装置，所述装置具有：至少一个可机械振荡的单元；至少一个驱动/接收单元，所述驱动/接收单元激励可机械振荡的单元进行机械振荡，并且所述驱动/接收单元接收可机械振荡的单元的机械振荡；以及至少一个电子单元，所述电子单元向驱动/接收单元施加电激励信号并且从驱动/接收单元接收电接收信号。所述介质例如是液体或者松散材料。此外过程变量例如是介质的物位、密度或者粘度。介质例如位于容器内或者管内。
背景技术
[0002] 现有技术公开了一种测量设备，其中，作为可机械振荡的单元的所谓振荡叉或者单杆或者薄膜被激励振荡。因为振荡或者说其特征参数(如频率、振幅和相位)取决于与介质的接触或者说取决于介质特性(如密度或者粘度)，所以根据振荡的特征参数能够推断出测量参数。因此，这种测量设备例如允许监控物液位或者测量密度。
[0003] 事实表明在激励信号和接收信号之间存在一定的相位差范围，在该相位差范围内，振荡系统的特性会受到影响。于是，这允许进行或者抑制泡沫检测。此外能够补偿振荡对粘度变化的依赖(参见DE 10057974A1)。然而为了获得这种效果需要尽可能精确地设定期望的相位值。但是这里的问题在于，相位的测量不可能总是最优的。
发明内容
[0004] 本发明的任务在于提出一种确定或者监控过程变量的方法，在该方法中始终尽可能最优地调整激励信号和接收信号之间的相位差。另一任务是提出相应的装置。
[0005] 本发明通过下述方法解决该任务，在该方法中：预定至少一个准则，所述准则用于对激励信号和接收信号或者一个与激励信号或与接收信号有关的信号之间的相位差的确定进行评价；在满足用于评价相位差确定的准则的情况下，对相位差的调整进行闭环控制；而在此外的情况下，对相位差的调整进行开环控制。
[0006] 在闭环控制的情况下，结果(输出变量)通过反馈影响修正变量。也就是说，与开环控制相反，进行反馈。因而也称为封闭控制回路。另一方面，开环控制没有反馈。开环控制不考虑输出值或者待控制参数的状态。由于实际变量的反馈是断开的，因此在控制理论中称之为开放控制回路。
[0007] 在根据本发明的方法中，在激励信号和接收信号之间的相位差或者一个与激励信号或与接收信号有关的信号之间的相位差的确定满足预定准则的情况下，闭环控制激励信号和接收信号之间的相位差。因而该准则被用于确定是否能够如此准确确定相位差，以使得因此能够对相位差的调整进行闭环控制。如果该准则没有被满足，也就是在与先前情况不同的情况下，那么相位差的确定在质量方面不足以执行闭环控制，因而执行开环控制。为此优选应用存储的数据。
[0008] 或者换句话说：如果能够可靠地确定相位差，则对差的调整进行闭环控制。如果相位差的确定不够准确，则对相位差的调整进行开环控制。
[0009] 根据本发明的方法的一个方案，一直对相位差的调整进行闭环控制，直至该相位差基本等于可预定的相位值。也就是说，通过重复确定相位差来改变修正变量(例如调用反馈电子设备内的移相器)，直至相位差相应于希望的相位值。
[0010] 根据本发明的方法的一个方案：为了开环控制而使用激励信号和/或接收信号和/或一个与激励信号和/或与接收信号有关的信号的至少一个特征参数。因此确定至少一个信号的至少一个特征参数，并且根据该特征参数并且与已知的开环控制参数相结合地适当地对相位差的调整进行开环控制。于是，例如将激励信号的频率作为相位差的量度，以便依赖于存储数据适当调整例如移相器。
[0011] 根据本发明方法的一个方案，将接收信号预放大成预放大信号，并且对激励信号与预放大信号之间的相位差进行确定以及进行闭环控制或者开环控制。在该设计方案中，接收信号不被应用于闭环控制或者开环控制或者确定相位差，而是首先将该接收信号放大成预放大信号，并且采用这个经过预放大或者还经过平滑处理的信号来确定相位差。
[0012] 根据本发明方法的一个方案：为了将对相位差的调整进行开环控制而使用激发信号和/或接收信号和/或预放大信号的频率。就开环控制而言必需的是，待调整信号的至少一个特征参数是已知的。于是，相应于该特征参数以及根据所存储的数据适当改变一个或者多个修正变量，从而能够出现希望的效果，也就是相位等于预定值。在这种情况下，将所参与的信号中的至少一个的频率用于开环控制。
[0013] 根据本发明方法的一个方案，为了对相位差的调整进行开环控制而使用在制造中生成和存储的数据和/或更新的数据。优选在制造中生成用于相位差的调整进行开环控制的第一组数据，并且适当地存储在测量设备内。在另一变型方案中，在安装测量设备的现场，也就是在首次开始运转之前生成并存储这些数据。优选在测量设备工作期间(也就是例如在已经安装的状态下)，因此也即借助实际的过程数据进行数据更新。
[0014] 根据本发明方法的一个方案，在满足用于评价相位差确定的准则的情况下，将用于闭环控制的数据与为了对相位差的调整进行开环控制而存储和/或更新的数据进行比较，并且在偏差超出预定临界值的情况下，用于开环控制的数据被新获得的数据更新并被存储。在该设计方案中也对该控制数据进行适配。如果用于可靠确定相位差的准则被满足了，也就是说能够进行闭环控制，则将由闭环控制得到的修正变量与针对这种状态为了开环控制而存储的数据相比较。如果这些值之间出现偏离(这例如可能是测量设备内的老化过程导致的)，则通过由闭环控制获得的新数据来更新存储数据或者说先前也许已经更新过的数据，也就是说从该调节时间点开始，随后的开环控制使用经过更新的数据。
[0015] 根据本发明的方法的一个方案，在预测性的维护方面分析新获得的数据和存储的数据。因而根据用于开环控制的数据的发展进程来认识发展趋势并且也可以预见发展进程。
[0016] 根据本发明的方法的一个方案，以预定的时间间隔自动生成用于对相位差的调整进行开环控制的数据。另选地，这可以通过控制指令来实现。为此生成适当的值，分析特性并且存储开环控制数据。
[0017] 根据本发明的方法的一个方案，向作为可机械振荡的单元的振荡叉或者单杆或者薄膜施加激励信号。
[0018] 根据本发明的方法的一个方案，向作为可机械振荡单元的管施加激励信号，介质至少暂时地位于所述管内。
[0019] 根据本发明的方法的一个方案，至少确定和/或监控介质的密度或者物位或者粘度或者流量。
[0020] 此外本发明在装置方面如此解决该任务，即，在电子单元内设置至少一个相位测量单元，在电子单元内设置至少一个可调整的移相器，并且在电子单元内设置至少一个相位调整单元。
[0021] 根据本发明的装置的一个方案，相位调整单元如此构造，以使得相位调整单元对由相位测量单元执行的对电信号相位或者对两个信号之间的相位差的至少一个测量的质量进行评价，并且相位调整单元根据对激励信号或者与激励信号有关的信号和接收信号或者与接收信号有关的信号之间的相位差的调整的评价，通过应用移相器而或者进行闭环控制或者进行开环控制。就对相位差的调整进行闭环控制而言必需的是，至少一个相位能够被足够准确地测量。因此在该设计方案中，在质量方面评价至少一个相位的至少一个测量，并且根据该评价，或者通过闭环控制或者通过开环控制执行相位差的调整。另选的是，相位差的测量质量用于决定是进行闭环控制还是进行开环控制。
[0022] 根据本发明的装置的一个方案，相位调整单元根据至少一个可预定的准则对由相位测量单元执行的对电信号相位或者对两个信号之间的相位差的至少一个测量的质量进行评价。用于评价两个相位测量的准则例如是，应该被分别确定相位的两个信号是否具有相同频率和/或相同曲线形状和/或相同的占空比。用于评价信号相位测量的准则是，由上升沿或者下降沿得到的那些相位值是否分别相等。
[0023] 根据本发明的装置的一个方案，设有至少一个储存单元，用于对相位差的调整进行开环控制的数据能够被存储在该储存单元内。
[0024] 根据本发明的装置的一个方案，相位调整单元如此构造，以使得在相位或者相位差的测量满足可预定准则的情况下，相位调整单元通过应用移相器而对相位差的调整进行闭环控制；而在与之不同的情况下，相位调整单元通过应用移相器而对该相位差的调整进行开环控制。
[0025] 根据本发明的装置的一个方案，在相位调整单元对相位差的调整进行闭环控制的情况下，相位调整单元将闭环控制所需的参数与为了开环控制而存储的数据相比较，并且在偏差超出预定临界值的情况下更新用于开环控制的数据。例如在制造中获得用于开环控制的第一数据并且适当地将其存储。由老化过程或者由温度、压力等对测量设备造成的影响会发生变化，因此该开环控制数据不再是适当的。为此，在该方案中如此执行自适应学习，即，在能够进行闭环控制的情况下将获得的调整值与存储的控制数据相比较，并且在超出临界值的情况下更新控制数据。在另一方案中，为了预测性维护而使用存储数据和相应实际数据之间的比较。
[0026] 根据本发明的装置的一个方案，用于评价相位差测量的至少一个准则是两个信号具有相同频率和/或相同占空比和/或相同信号形状。
附图说明
[0027] 结合以下附图进一步说明本发明。图中：
[0028] 图1示出测量设备的示意图；并且
[0029] 图2示出测量设备的电子单元的细节框图。
具体实施方式
[0030] 图1示意性示出根据本发明的测量设备，借助于该测量设备执行本发明的方法。所示的是所谓的振荡叉，其用作可机械振荡的单元1。振荡叉1被驱动/接收单元2激励执行机械振荡，或者来自驱动/接收单元2的机械振荡被接收并优选适当地被转换为电信号。
驱动/接收单元2例如是所谓的压电元件，通过该压电元件进行机械振荡与交流电压之间的转换。驱动/接收单元2与负责反馈的电子单元3连接。此外电子单元3接收来自驱动/接收单元2的接收信号SE，并且关于待确定和/或待监控的过程变量来评估该接收信号SE或者适当对其进一步处理。过程变量例如是介质的物位、密度、粘度、流量或者流速，而另一方面所述介质是液体或者松散材料或者通常是流体。这里未示出介质和容器，所述介质优选处于容器内。在另一设计方案中，介质位于管内，所述管在另一设计方案中本身是可机械振荡的单元。
[0031] 在这里电子单元3被简化至那些对说明本发明必不可少的组成部分。电子单元3首先具有预处理单元4，接收信号SE输入该预处理单元4。预处理单元4优选对接收信号SE进行滤波并且对所述接收信号SE进行第一次放大。从而得到预放大信号SV。所述信号SV进入后处理单元5，后处理单元5生成实际输出信号SA。特别是这包括将信号增大至最终的放大量。然而在此也要特别注意，激励信号SA具有相对于接收信号SE的特定的相位差。该相位差例如对于能够避免振荡依赖于一些过程变量而言是重要的。于是，例如就确定和/或监控密度而言必要的是，抑制振荡或者说振荡频率对粘度或者说粘度变化的依赖性。
[0032] 为了准确调整可适当预定的相位差，设置了相位调整单元6。预放大信号SV和输出信号SA输入相位调整单元6。随后，相位调整单元6根据这两个信号确定相位差，并且通过访问后处理单元5闭环控制或者开环控制所述相位差直至获得希望的或者预定的相位值。为了改变相位，例如在后处理单元5内设置移相器。
[0033] 根据本发明，针对相位差的确定的质量预先给定了至少一个准则，其中，该准则例如是，确定预放大信号SV和输出信号SA是否具有相同频率，它们是否具有相同曲线形状或者在这两种信号中的占空比是否相同。另一准则例如是，根据上升沿或者下降沿确定的相位差是否均相同。然而在这里重要的仅在于预先规定这样的准则，该准则能够表明该相位确定是否如此可靠，以使得能够相位差的闭环控制是有效的。
[0034] 如果所述准则得到满足或者由部分准则组合成的一个准则得到满足，则执行相位差的闭环控制，其中，例如相位调整单元6适当地干预后处理单元5，并且在后处理单元5上执行改变直至相位差与预定的相位值相同。在此闭环控制说明了这样的情况，即，对相应地在后处理单元5内给出的修正变量加以改变直至待调节变量(在此是相位差)等于目标值，或者说直至实际值和目标值之差基本等于零。
[0035] 如果至少一个部分准则或者如果所述准则没有得到满足，则通过开环控制来执行相位差的调整。为了所述开环控制，例如在相位调整单元6内适当存储后处理单元5的频率相位曲线。这意味着，根据激励信号SA的频率能够推断出，在后处理单元5上实现了哪些改变以使得在给定频率的情况下实现了期望的相位。所述频率可以是接收信号SE、预放大信号SV和/或激励信号SA的频率。因为激励信号SA在大多数情况下是振幅最大的信号，所以最好应用该信号的频率。
[0036] 根据另一方案，应该尽可能最优化用于开环控制相位差的数据。在制造测量设备时优选引用用于开环控制的第一组数据或者信息。在一个方案中，测量设备的微控制器自身测量整个控制回路，其中，微控制器令-已知频带通过并且测量或者确定封闭控制回路所需的控制参数。这实际上也可能发生在正常运行期间。也许为此需要足够的计算能力或者时间以及两个可切换的振荡回路。在一个振荡回路中适配有一传感器，对另一个振荡回路进行测量，并且所有这些是交替进行的。如果涉及到安全应用，则冗余的振荡回路是有意义的。
[0037] 由于老化效应，或者例如由于介质对可机械振荡的单元1造成的影响，或者由于如温度这样的过程变量以及由于该过程变量对电子单元3造成的影响，在各个组件上会发生变化。为了在开环控制时考虑到这些老化现象，优选在应用现场设备的情况下(也就是在过程中已经装配好测量设备情况下)更新控制数据。为此在能够进行闭环控制的情况下，也就是说满足相位差评定用的适当准则的情况下，将闭环控制数据与有关开环控制数据适当地进行比较，并且在偏差超出可预给定的临界值的情况下，将开环控制数据匹配给定的闭环控制数据。随后为了应用开环控制数据，也许将补偿曲线(Ausgleichskurve)或者近似曲线(Approximation)匹配新的特征值。
[0038] 在一个方案中，为了预测性维护而使用存在或者存储的数据与更新后的数据的比较，也就是说根据开环控制数据的变化推断测量设备的变化，并且预测测量设备接下来可能出现的状况。
[0039] 在另一方案中，按照时间间隔和/或根据触发情况自动读入并且总体确定用于开环控制的数据。也就是说自动生成用于开环控制的完整数据组。这例如是通过微控制器输出频带并同时记录相位而实现的。
[0040] 因而借助于本发明的方法如此构造测量设备，即，在各个信号具有良好质量或者可以可靠确定相位差的情况下，通过闭环控制而执行相位差的调整；而在不能准确地或者不能足够可靠地确定相位差的情况下执行开环控制。为此将与电子单元相关的存储的数据或者信息应用于所述开环控制。在另一步骤中，在测量设备的应用中适当地匹配或更新这些开环控制数据。在另一方案中，这种自适应学习用于测量设备的预测性维护。
[0041] 图2以框图示意性示出测量设备的电子单元3的细节图。接收信号SE首先由例如被实施为滤波器级的预处理单元滤波并在此被预放大，从而得到预放大信号SV。在这里将所述预放大信号SV发送至相位调整单元6，在相位调整单元6内有相位测量单元7。在另外的方案中，相位调整单元6的各个组件可以是独立的单元，或者在附加方案中被作为函数存储在微控制器内。需要时，相位测量单元7可以从预放大信号SV确定相位。预放大信号SV继续进入此处用作移相器8的全通滤波器。在经过全通滤波器8之后，或者适当的相位被调整之后，这样经过相移的预放大信号SV进入后处理单元5或者例如特别是进入生成实际激励信号SA的后放大器，然后该激励信号SA又进入可机械振荡的单元或者说其驱动/接收单元，并因而生成另外的振荡。
[0042] 激励信号SA同样被传导给相位调整单元6，从而也根据该信号确定相位。如果这两个相位确定满足存储的质量准则，则能够根据确定的相位差对差的调整进行闭环控制。在不满足准则的情况中，不能进行闭环控制，并且因而借助于移相器8对相位差的调整进行开环控制。为此所需的控制数据存储在相应的储存单元9内。为了开环控制，例如采用激励信号SA的频率，其中将全通滤波器的必要的频率相位曲线存储在储存单元中。
[0043] 这意味着，在开环控制的情况中，测量激励信号SA的频率，在存储的表格或者在存储的函数关系中查找该激励信号SA，并且与作为移相器的全通滤波器相应地控制该激励信号SA。因而在信号尤其是接收信号SE或者预放大信号SV不具有适于闭环控制的质量的情况下也仍然能够非常准确地调整相位，从而能够设定测量所需的相应相位差。
[0044] 例如在一种方案中，在制造测量设备期间适当地存储用于开环控制相位差的调整的数据。在另一方案中，在新安装的测量设备中引用这些开环控制数据。这种固定存储的数据的缺点在于，没有考虑由于设备应用或者由于介质或者处理过程对测量设备造成的影响所发生的改变。因此，在另一方案中，在能够进行闭环控制时，也就是在出现的信号满足质量准则的情况下，测量设备或者说在这里的相位调整单元6比较根据闭环控制得到的参数数据和所存储的用于开环控制的数据，并且在实际数据与存储数据不一致的情况下，相应地更新存储数据。因而在该设计方案中执行了自适应学习，从而用于开环控制的数据与时间彼此匹配进而被优化。在一个附加方案中，根据实际数据与存储数据的比较执行预测性维护。
[0045] 附图标记列表：
[0046]1 可机械振荡的单元
2 驱动/接收单元
3 电子单元
4 预处理单元
5 后处理单元
6 相位调整单元
7 相位测量单元
8 移相器
9 储存单元
10 微控制器
