CN113167706B - 平面振动式粘度计、粘度计构件和相关方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种粘度计(700)，该粘度计用于确定粘度计中的气体的粘度。粘度计(700)包括驱动器(704)和能够通过驱动器(704)振动的平面振动构件(500，600)，该平面振动构件包括本体(502)和从本体(502)伸出的可振动部分(504)，其中，可振动部分(504)包括多个可振动悬臂式突出部。至少一个检出传感器(706)配置成检测振动构件(500，600)的振动。计量电子设备(900)包括接口(901)，该接口配置成向驱动器(704)发送激励信号并且从至少一个检出传感器(706)接收振动响应，测量平面振动构件(500，600)的Q值和共振频率，并且使用所测量的Q值和所测量的共振频率确定粘度计中的气体的粘度(923)。
Description
技术领域
本发明涉及振动计，并且更具体地涉及用于利用平面构件测量粘度的方法和设备。
背景技术
粘度是描述流动阻力的流体特性。粘度的通常定义是流体的内摩擦的量度。特别地，当使一层流体相对于另一层移动时，这种内摩擦变得明显。因此，粘度通常被描述为材料的一个部分在该材料的另一部分上移动所经受的阻力。粘度通常用于表征石油流体，比如燃料、油和润滑剂，并且这些石油流体通常在石油产品的贸易和分类中进行指定。例如，石油产品的运动粘度通常通过标准方法以毛细管粘度计测量，该标准方法比如为由美国试验与材料协会(ASTM)D445标准描述的方法。这样的测量包括在给定温度下，在可重复力下，测量固定量的液体在重力作用下流动通过校准的玻璃毛细管的时间。毛细管粘度计主要由Hagen-Poiseuille方程特别针对牛顿流体进行定义。在牛顿流体中，剪切应力与剪切速率成比例，并且比例常数被称为粘度。为了用毛细管粘度计测量粘度，压降和流动速率是独立测量的，并且与一些已知粘度的标准流体相关联。因此，认为这种方法论对于液体是准确的，但是必须经由不同的方法来测量气体粘度。
通常希望确定在管道或导管中流动的气体的粘度。这样做是因为在许多工业过程中，必须将流动材料保持处于规定的粘度。气体粘度的测量可能是非常有用的；它可以直接用于确定雷诺数(Reynold’s number)，并且因此确定用于孔板和涡轮气体流量计的校正因子。它也可以与其他参数，比如气体密度、声速或热导率一起使用，以使用推理计算方法确定有用的性能，比如气体可压缩性或气体能量。气体的密度随着压力的增加而增加，而平均自由程随着压力的增加而减小，因此气体的粘度基本上与气体压力无关。
利用机械共振器，比如振动音叉的计量器在粘度测量领域中已经取得了一些成功。使用机械共振器测量液体粘度可以通过平衡Navier Stokes方程和牛顿运动定律得到，获得以下形式的方程：
其中，η是流体粘度，ρ是流体密度，ω0是无阻尼的角共振频率(2πf0)，A是与真空中的共振器的Q值有关的常数，以及B是与传感器的刚度、质量和几何形状有关的常数。Q值是描述振荡器或共振器的欠阻尼情况的无量纲参数。
密度和共振频率通过以下形式的方程相关：
其中，C和D是与共振器的刚度、质量和几何形状有关的常数，因此给出：
为了简单起见，共振频率可以视为与f0相同，f0是无阻尼共振频率。对于许多实际应用，粘度传感器将在与现场测量的流体类似的流体上进行校准，并且因此频率将不变，因此频率可以视为常数，并且因此方程可以采取类似于以下的形式：
其中，E本质上是基于传感器的刚度、质量和几何形状以及标称共振频率的常数。所提供的方程作为非限制性示例提供。
使用振动传感器测量液体粘度的原理是众所周知的。其示例是基于振动元件原理，由此共振特性受流体的密度和粘度影响的微动叉式粘度计(Micro Motion ForkViscosity Meter，FVM)。FVM利用该工作原理来确定液体粘度。特别地，通过测量共振的品质因数(Q值)并因此测量共振器的阻尼来确定粘度。例如，但不限于，方程5描述了一种用于确定粘度的可能方法：
粘度＝V0+V2/Q2 (5)
其中：
V0和V2是校准常数。
对于大多数液体粘度测量应用，上面的方程已被证明是有效的。
由于气体具有高得多的可压缩性，因此气体的密度或多或少地与压力成比例，因此关于气体测量的情况稍有不同。例如，5巴处的气体将具有1巴处的相同气体的密度的多于五倍或少于五倍的密度。因此，方程(3)比方程(5)更适用于气体粘度传感器，因此为了获得气体粘度的测量，需要测量Q值和频率。
为了以合理的精度水平测量粘度，希望共振器中的阻尼或能量损失与气体中的能量损失相比非常小。也就是说，共振器在真空中必须具有高Q值。为了实现这一点，共振器必须很好地平衡沿相反方向移动的共振器的不同区域，使得任何惯性力在安装点处基本上互相抵消，如通过本文提供的实施方式显而易见的。现有技术的平衡共振器的一个示例是振动筒形共振器。
气体粘度传感器设计的一个重要方面是确保在机械共振器的正常工作范围内没有不希望的共振。图2示出了现有技术振动筒形传感器的Q值与频率的关系。显然，存在许多显著的非线性，这使粘度的精确确定变困难。
根据实施方式，提供了用于测量气体粘度的平衡机械共振器。不希望的机械和/或声共振被排除到仪器工作范围之外，因此实现了共振器的阻尼与气体的粘度之间的更简单的关系，从而提供优于现有技术传感器的精度。因此实现了本领域的进步。
发明内容
根据实施方式提供了一种平面振动构件，该平面振动构件能够操作用于振动式气体粘度计。该平面振动构件包括本体和从本体伸出的可振动部分，其中，可振动部分包括多个可振动突出部，并且其中，多个可振动突出部是悬臂式的。可振动部分能够操作成通过驱动器振动。
根据实施方式提供了一种粘度计，该粘度计能够操作成确定粘度计中的气体的粘度。粘度计包括驱动器和能够通过驱动器振动的平面振动构件，该平面振动构件包括本体和从本体伸出的可振动部分，其中，可振动部分包括多个可振动突出部，并且其中，多个可振动突出部是悬臂式的。至少一个检出传感器配置成检测振动构件的振动。提供了计量电子设备，该计量电子设备包括接口，该接口配置成向驱动器发送激励信号并且从至少一个检出传感器接收振动响应，测量平面振动构件的Q值，测量平面振动构件的共振频率，并且使用所测量的Q值和所测量的共振频率确定粘度计中的气体的粘度。
根据实施方式提供了一种用于操作振动式粘度计的方法。提供了振动式粘度计，该振动式粘度计包括与至少一个线圈通信的计量电子设备。通过至少一个线圈使振动构件振动。通过至少一个线圈接收激励信号。将来自至少一个线圈的检测信号输出，其中，至少一个线圈能够操作成交替地用作驱动器或检出器。测量振动构件的Q值。测量振动构件的共振频率，以及使用所测量的Q值和所测量的共振频率来确定引入到振动式粘度计中的气体的粘度。
各方面
根据一方面，提供了一种平面振动构件，该平面振动构件能够操作用于振动式气体粘度计。该平面振动构件包括本体和从本体伸出的可振动部分，其中，可振动部分包括多个可振动突出部，并且其中，多个可振动突出部是悬臂式的。可振动部分能够操作成通过驱动器振动。
优选地，多个可振动突出部包括三个可振动梁。
优选地，三个可振动梁具有相同的大小和尺寸。
优选地，三个可振动梁基本上彼此平行。
优选地，三个可振动梁包括中央梁，该中央梁具有与相邻梁不同的尺寸。
优选地，多个可振动突出部包括嵌套在外桨部内的内桨部。
优选地，本体的边界围绕可振动部分。
优选地，可振动部分是可磁驱动的。
根据一方面，提供了一种粘度计，该粘度计能够操作成确定粘度计中的气体的粘度。粘度计包括驱动器和能够通过驱动器振动的平面振动构件，该平面振动构件包括本体和从本体伸出的可振动部分，其中，可振动部分包括多个可振动突出部，并且其中，多个可振动突出部是悬臂式的。至少一个检出传感器配置成检测振动构件的振动。提供了计量电子设备，该计量电子设备包括接口，该接口配置成向驱动器发送激励信号并且从至少一个检出传感器接收振动响应，测量平面振动构件的Q值，测量平面振动构件的共振频率，并且使用所测量的Q值和所测量的共振频率确定粘度计中的气体的粘度。
根据一方面，提供了一种用于操作振动式粘度计的方法。提供了振动式粘度计，该粘度计包括与至少一个线圈通信的计量电子设备。通过至少一个线圈使振动构件振动。通过至少一个线圈接收激励信号。将来自至少一个线圈的检测信号输出，其中，至少一个线圈能够操作成交替地用作驱动器或检出器。测量振动构件的Q值。测量振动构件的共振频率，以及使用所测量的Q值和所测量的共振频率来确定引入到振动式粘度计中的气体的粘度。
优选地，至少一个线圈包括第一线圈和第二线圈，并且其中，第一线圈和第二线圈能够操作成：接收同步激励信号，驱动振动构件，检测来自振动构件的信号，以及提供同步检测信号。
优选地，第一线圈和第二线圈磁性相反。
优选地，至少一个线圈包括单个线圈，其中，单个线圈能够操作成：接收激励信号，驱动振动构件，检测来自振动构件的信号，以及提供检测信号。
优选地，利用相移和锁相环电路来测量Q值。
附图说明
图1示出了现有技术振动筒形件；
图2图示了现有技术振动筒形传感器的作为Q值的函数的频率响应的下降；
图3a和图3b图示了用于粘度计的振动构件的实施方式；
图4a和图4b图示了用于粘度计的振动构件的另一实施方式；
图5图示了根据实施方式的粘度计的一部分；
图6图示了根据实施方式的粘度计的另一部分；
图7图示了根据实施方式的计量电子设备；
图8是驱动频率确定的实施方式的流程图。
具体实施方式
图1至图8和以下描述描绘了特定示例，以教导本领域技术人员如何实现和使用本发明的最佳模式。为了教导创造性原理的目的，已经简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员将理解来自落入本发明的范围内的这些示例的变型。本领域技术人员将理解的是，以下描述的特征可以以各种方式组合以形成本发明的多种变型。因此，本发明不限于以下描述的具体示例，而是仅由权利要求及其等同方案限制。
在实施方式中，提供了使用机械共振器来确定气体粘度的方法和设备。
上面指出的是，不希望的共振会干扰振动元件的共振，从而导致阻尼增加，这影响计算的粘度的精度。因此，所提供的振动元件气体粘度传感器的实施方式的设计确保了不存在将干扰振动元件的共振的不希望的共振。不希望的共振分为两个主要类别：在围绕振动元件的腔体中的机械共振和声共振。
通常，例如，可以通过由诸如有限元建模的分析方法验证的精心设计来避免机械共振。在诸如由图1所示的筒形构件传感器的现有技术设计中，已知线轴本体刚度可以变化，并且有时线轴本体弯曲共振频率可以跨越筒形件共振。然而，线轴本体的弯曲共振频率可以通过增加其刚度而增加。这是一种确保弯曲不干扰筒形件共振的可能方法。如图2中所示，现有技术筒形构件传感器在作为Q值的函数的频率响应中表现出下降。在这种情况下，“下降”不太可能是由于线轴本体弯曲，因为“下降”在氮气和氩气中以不同的频率发生，因此表明这些像差是由于声学效应引起的。
声学效果或共振可以被分类为类似于“风琴管共振”的纵向共振或亥姆霍兹(Helmholtz)共振，当吹过筒形构件的颈部时通常观察到这些共振。对于封闭-敞开式管道布置结构，共振的波长约为λ/4、3λ/4、5λ/4等。并且对于敞开-敞开式管道布置结构或封闭-封闭式管道布置结构，共振的波长约为2λ/4、4λ/4、6λ/4等。
作为示例，仅为了说明的目的，对于氩气，主要的声共振发生在约300kg/m3处。如果假定这是λ/4共振，则可以证明这需要约85mm的特征筒形件长度。在现有技术筒形构件中存在接近或匹配这种情况的一些可能的流体路径，但是实际上气体必须穿过狭窄的通道，这抑制了纵向共振，因此这种形式的共振将不是特别强。附加地，可以看出，驱动声学模式处于筒形件共振的两倍高的频率。这是因为筒形件的运动使得筒形件内部的容积每个周期膨胀两次，即，筒形件振动的每个周期排出两次气体容积。实际上，与倍频特性结合的这种筒形构件的复杂几何形状使得难以或不可能精确地预测所有的声学模式。亥姆霍兹共振也存在，这增加了精确预测声学模型的难度。
亥姆霍兹共振是压缩筒形构件的内腔的容积中的气体的结果，该内腔表现得像弹簧，使得开口的颈部中的气体的动能表现得像移动的质量，因此如果被激励，气体可以以特定频率共振。通过减小腔体的容积和开口颈部的长度以及通过具有宽开口(例如用于气体入口或出口)，亥姆霍兹共振可以通过设计而处于较高频率。
在当前实施方式中，提供了平面共振器，其通过避免不希望的声共振而展现出优于现有技术的优点。当所提供的振动构件的实施方式振动时，这引起振动构件周围气体的移动。气体的附加质量改变了构件的共振频率，因此频率可以提供气体密度的指示。与密度和频率相关的方程的非限制性示例具有以下给出的形式：
其中，A和B是与共振器的刚度、质量和几何形状有关的常数，ρ是密度，以及f是频率。
气体的剪切由于气体的粘度而导致振动的衰减。共振的品质因数(Q值)给出了阻尼程度的量度，因此Q值可以与气体粘度相关。通过考虑Navier-Stokes方程和牛顿运动定律，可以得出以下所示形式的方程的非限制性示例：
其中，K是与构件的刚性质量和几何形状有关的常数，ω0是没有阻尼的角共振频率，以及η是流体粘度。结合方程(6)和方程(7)，可以证明的是，可以使用Q值和频率的测量来确定气体的粘度。方程(7)作为描述Q值、频率与粘度之间的关系的一般方程给出。
图3a、图3b、图4a和图4b示出了根据实施方式的用于气体粘度计700(见图6)的振动构件500、600。振动构件500、600可以以自然(即，共振)频率或接近自然频率振动。如本领域技术人员将理解的，通过在存在气体的情况下测量振动构件500、600的这种频率，可以确定流体的粘度。振动构件500、600可以由金属形成，并且构造成具有均一的厚度，使得构件壁中的变化和/或缺陷最小程度地影响振动构件500、600的共振频率。
图3a和图3b示出了包括三梁结构的振动构件500的实施方式。振动构件500的本体502支承可振动部分504。可振动部分504是悬臂式的，仅由单个端部506支承。多个可振动梁508从端部506突出，并且在振动激励时自由振荡。多个可振动梁508包括至少两个梁。本文作为示例示出了三个梁。梁的大小可以一致，或者梁可以在形状和/或尺寸上不同。在所示的实施方式中，端部506包括从本体的边缘边界512突出的构件。在实施方式中，本体502的端部506和边界512包括相同的部分。在所示的实施方式中，梁508从位于边缘边界512与梁508之间的公共区域514突出。如图示的，公共区域514从具有与公共区域514不同的大小和尺寸的端部区域507(参见图3a)突出。然而，将理解的是，在实施方式中可以不存在可区分的端部区域507，并且可以仅存在公共区域514。在另一实施方式中，梁508直接从端部506区域突出。图3b示出了经受振动运动的梁508。
可以存在安装孔510以允许振动构件500被紧固至粘度计700的一部分(参见图6)。将理解的是，孔、凹口、梁、指引特征或任何其他特征可以用于将振动构件500固定至粘度计700的一部分，并且在一些实施方式中，根本不需要安装特征，比如在振动构件500可以例如置于粘度计700的各部分之间的情况下根本不需要安装特征。
图4a和图4b示出了包括平衡桨结构的振动构件600的实施方式。振动构件600的本体602支承可振动部分604。可振动部分604是悬臂式的，仅由单个端部606支承。可振动桨608从端部606突出，并且在振动激励时自由振荡。在所示的实施方式中，端部606包括从本体的边缘边界612突出的构件。在实施方式中，本体602的端部606和边界612包括相同的部分。在所示的实施方式中，桨608从公共区域614突出。在另一实施方式中，公共区域614从具有与公共区域614不同的大小和尺寸的端部区域607突出。然而，将理解的是，在实施方式中可以不存在可区分的端部区域607，并且可以仅存在公共区域614。在实施方式中，桨608从端部606直接突出。内桨616可以嵌套在外桨618内。图4b示出了经受振动运动的桨608。
可以存在安装孔610以允许振动构件600被紧固至粘度计700的一部分。将理解的是，孔、凹口、梁、指引特征或任何其他特征可以用于将振动构件600固定至粘度计700的一部分，并且在一些实施方式中，根本不需要安装特征，比如在振动构件600可以例如置于粘度计700的各部分之间的情况下根本不需要安装特征。
振动构件500、600各自示出了单端(即，悬臂式)结构。单端结构的优点在于，单端结构基本上对可能在本体502、602的安装布置结构中出现的应力不敏感，而没有悬臂的双端结构可能经历由于安装或温度梯度效应引起的拉伸应力。另一方面，双端结构可以更坚固并且对由地球引力在共振器上产生的定向效应不太敏感，因此尽管未示出，但是双端结构预期作为振动构件的实施方式。
平衡桨振动构件600提供的优点在于，内桨的表面积成比例地相对较大，因此振动激励和检测可以更容易——尤其是在振动构件600物理上相对较小的实施方式中。平衡桨振动构件600还具有可以实现成比例地较低的工作频率的优点。
图5示出了粘度计700，粘度计700具有至少部分地位于壳体(为清楚起见而未示出)内的振动构件500、600。由于振动构件500、600的平面设计，围绕振动构件500、600的腔701的容积可以小得多，并且声共振能够构造成处于与工作频率相比更高的频率。对于在共振器上方和下方的壳体之间具有窄的间隙的典型情况，该容积可以容易地是现有技术振动筒形件所需的容积的十倍小，因此亥姆霍兹共振是频率的约三倍高。指出的是，窄的壳体间隙也是有利的，因为这导致由于通过粘度计700的气体的由此产生的加速度增加而引起更高的密度灵敏度和更高的粘度灵敏度。
在该图示中，作为示例示出振动构件500。然而，可以提供任何其他振动构件的几何形状或构型。根据实施方式，粘度计700包括位于壳体内部的振动构件500。振动构件500、600可以永久地或可移除地固定至基部702。在实施方式中，边界512、612区域以基本上刚性的方式紧固至基部。在实施方式中，基部702的各部分以靠近边界512、612，但仍允许振动部分504、604振动的方式将振动构件置于基部702的各部分之间。要量化的流体可以被引入到基部中的导管(未示出)中或者可以穿过基部中的导管，使得被测流体与振动构件500、600的振动部分504、604接触。基部702可以包括凸缘或其他构件，该凸缘或其他构件用于将粘度计700以流体密封的方式操作性地联接至管线或类似的流体输送装置。气体可以经由气体端口708进入粘度计700，并且可以以类似的方式经由出口端口(未示出)或通过单个气体端口708离开。
驱动器704和振动传感器(检出器)706(参见图6)靠近振动构件500、600定位。驱动器704从计量电子设备接收驱动信号，并且以共振频率或接近共振频率使振动构件500、600振动。振动传感器706检测振动构件500、600的振动，并且将振动信息发送至计量电子设备以进行处理。计量电子设备确定振动构件500、600的共振频率，并且利用所测量的Q值和频率生成粘度测量。
在气体粘度已知且恒定的实施方式中，共振器的Q值和频率可以用于给出气体压力的量度。
振动构件500、600的激励和检测可能是具有挑战性的——尤其是当共振器的尺寸减小时。理想地，激励和检测是非接触的，因为附接诸如压电元件的换能器仅具有使共振降级的效果。使用静电激励和检测或电磁激励和检测通常是困难的，因为激励换能器和检测换能器接近在一起，并且因此在两者之间将存在直接电容或直接变压器耦合。这种交叉耦合可能使检测信号降级，并且在最坏的情况下可能完全淹没检测信号，使得电子设备无法识别共振。为了避免这种交叉耦合，在实施方式中，利用不同的激励和检测方法。例如，在实施方式中，利用电磁激励和光学检测，或者利用光学激励和电磁检测。
图6示出了驱动器704和检出器或振动传感器706关于振动构件500、600的定向。为了清楚起见，总体上省略了基部702和密度计700。驱动器704适于使振动构件500、600以一种或更多种振动模式振动。驱动器704可以定位在靠近振动部分504、604的任何期望的位置处。根据实施方式，驱动器704可以从计量电子设备接收电信号。在所示的实施方式中，至少一个振动传感器706与驱动器704同轴对准。在其他实施方式中，至少一个振动传感器706可以在其他位置中联接至振动构件500、600。例如，至少一个振动传感器706可以位于振动构件500、600的外表面上。
至少一个振动传感器706可以将信号发送至计量电子设备。计量电子设备可以处理由至少一个振动传感器706接收的信号以确定振动构件500、600的共振频率。在实施方式中，驱动器704和振动传感器706磁性地联接至振动构件500、600，因此驱动器704经由磁场在振动构件500、600中引起振动，并且振动传感器706经由邻近的磁场中的变化检测振动构件500、600的振动。如果存在被测流体，则振动构件500、600的Q值将与流体粘度成反比地变化，如本领域中已知的那样。
例如，可以在初始校准期间确定比例变化。在所示的实施方式中，至少一个振动传感器706包括线圈。驱动器704接收电流以在振动构件500、600中引起振动，并且至少一个振动传感器706使用通过驱动器704产生的振动构件500、600的运动来引起电压。线圈驱动器和传感器在本领域中是公知的，并且为了描述的简洁，省略了对线圈驱动器和传感器的操作的进一步论述。此外，应当理解的是，驱动器704和至少一个振动传感器706不限于线圈，而是可以包括各种其他公知的振动部件，比如压电传感器、应变计、光学或激光传感器等。因此，本实施方式绝不应该限于电磁驱动器和传感器。此外，本领域技术人员将容易地认识到，驱动器704和至少一个振动传感器706的特定放置可以被改变，同时保持在本实施方式的范围内。
图7是根据实施方式的计量电子设备900的框图。在操作中，粘度计700提供可以被输出的各种测量值，该测量值包括密度和粘度的测量值或平均值中的一者或更多者。
粘度计700产生振动响应。振动响应由计量电子设备900接收和处理，以生成一个或更多个流体测量值。该值可以被监测、记录、保存、总计和/或输出。
计量电子设备900包括接口901，与接口901通信的处理系统903以及与处理系统903通信的存储系统904。尽管这些部件被示出为不同的框，但是应当理解的是，计量电子设备900可以包括集成和/或分立部件的各种组合。
接口901可以配置成联接至引导部并且例如与驱动器704、检出器706以及温度或压力传感器(未示出)交换信号。接口901还可以配置成通过通信路径与外部装置通信。
处理系统903可以包括任何方式的处理系统。处理系统903配置成检索并且执行所存储的例程以操作粘度计700。存储系统904可以存储包括通用计量器例程905的例程。存储系统904可以存储测量值、接收值、工作值和其他信息。在一些实施方式中，存储系统存储质量流量(m)921、密度(ρ)925、粘度(μ)923、温度(T)924、压力909、驱动增益906、可振动梁带宽927、Q值929、诸如驱动增益例程913的例程以及本领域已知的任何其他变量或例程。其他测量值/处理例程是预期的，并且在本说明书和权利要求书的范围内。
通用计量器例程905可以产生并且存储流体定量值和流量测量值。通用计量器例程905可以生成密度测量值并且将密度测量值存储在例如存储系统904的粘度923存储器中。如前所述并且本领域已知的，可以由Q值929确定粘度923值。
振动构件500、600的振动幅度在共振频率处达到峰值，该共振频率受振动构件500、600本身的质量和刚度的严重影响。在共振的峰值(或接近峰值)处，构件的位移领先驱动力π/2或90°。在实施方式中，提供了锁相环电路，在锁相环电路中，驱动信号的频率由相位比较器的输出控制，该相位比较器将检出信号与驱动信号之间的相位进行比较。锁相环可以配置成总是维持位移与驱动信号之间的90°相位差，并且因此总是在共振频率处驱动振动构件500、600。因此，如果驱动信号偏离共振，则相位比较器的输出信号将改变驱动频率，直到满足设置的相位条件为止。在实施方式中，提供了压控振荡器(VCO)，在压控振荡器中，由来自相位比较器的电压驱动输出频率。
在实施方式中，并且转到图8，为了锁定到共振频率上，可以达到扫描状态、锁定状态和静止状态。在扫描状态1000中，斜坡信号对驱动信号的频率进行驱动，因此斜坡信号‘扫描’以发现共振1002。当斜坡信号检测到检出信号1004时，斜坡信号可以移动到锁定状态1006中。在进入锁定状态时，关闭斜坡信号1008，并且来自相位比较器的信号确定驱动信号1010的频率。由于所描述的反馈机制，相位比较器的输出信号将迫使VCO在共振时驱动，这是位移与驱动信号之间的90°相位差。因此，将总是在共振频率处驱动振动构件500、600。如果共振移动，则驱动信号将跟随共振，因此可以说驱动信号被锁定到共振上。在复位状态下，如果以上没有发现共振频率，则用以发现共振频率的过程被‘复位’并且以高频率再次开始。
在实施方式中，可以结合锁相环电路来测量共振的Q值。在实施方式中，共振的品质因数(Q值)可以被定义为：
如指出的，可以实施相位设定条件为90°并且电路‘锁定’到共振的峰值的锁相环方案。在实施方式中，锁相环可以构造成具有45°或135°的相位设定条件，45°或135°的相位设定条件对应于具有3dB衰减的频率响应曲线上的点。45°或135°仅是示例，并且如本领域技术人员将理解的，可以利用其他相位设定点。在实施方式中，为了测量Q值，可以切换相位设定点，使得振动构件500、600可以在共振峰值和3dB点(或高于或低于3dB的其他相位设定点)处顺序地操作，并且因此可以根据共振频率和带宽来计算Q值。
在另一实施方式中，使用校准常数、Q值和频率计算粘度。
粘度923和其他测量值可以包括基本上瞬时的值、可以包括样本、可以包括在时间间隔上的平均值、或者可以包括在时间间隔上的累计值。时间间隔可以被选择为对应于以下一段时间：在该段时间期间，检测到某些流体条件，例如，仅气体的流体状态。另外，其他质量和容积流量以及相关的定量值是预期的，并且在本说明书和权利要求书的范围内。
当可振动梁的固有频率的带宽随着周围流体的粘度而改变时，可以根据测量可振动梁带宽927来确定粘度923。因此，通过利用计量校准系数，带宽测量值可以转换成粘度。
计量电子设备900可以联接至路径或其他通信链路。计量电子设备900可以在路径上传递密度测量值。计量电子设备900还可以在路径上发送任何方式的其他信号、测量值或数据。另外，计量电子设备900可以经由路径接收指令、编程、其他数据、或命令。
以上实施方式的详细描述不是发明人设想的落入本发明范围内的所有实施方式的详尽描述。实际上，本领域技术人员将认识到，可以不同地组合或消除上述实施方式的某些元件以创建其他实施方式，并且这些其他实施方式均落入本发明的范围和教导内。对于本领域的普通技术人员而言还明显的是，上述实施方式可以全部或部分地组合以在本发明的范围和教导内创建附加的实施方式。
因此，尽管本文中出于说明性目的描述了本发明的特定实施方式和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本发明的范围内的各种等效修改是可能的。本文中所提供的教导可以应用于其他振动系统，而不仅是以上所描述的和附图中所示的实施方式。因此，应当根据所附权利要求来确定本发明的范围。
Claims (9)
1.一种平面振动构件(600)，所述平面振动构件(600)能够操作成用于振动式气体粘度计(700)，所述平面振动构件(600)包括：
本体(602)；以及
可振动部分(604)，所述可振动部分(604)从所述本体(602)伸出，其中，所述可振动部分(604)包括多个可振动突出部，并且其中，所述多个可振动突出部是悬臂式的，其中，所述多个可振动突出部包括嵌套在外桨(618)内的内桨(616)；
其中，所述可振动部分能够操作成通过驱动器(704)振动。
2.根据权利要求1所述的平面振动构件(600)，其中，所述本体(602)的边界(612)围绕所述可振动部分(604)。
3.根据权利要求1所述的平面振动构件(600)，其中，所述可振动部分(604)是可磁驱动的。
4.一种粘度计(700)，所述粘度计(700)能够操作成确定所述粘度计(700)中的气体的粘度，所述粘度计(700)包括：
驱动器(704)；
平面振动构件(600)，所述平面振动构件(600)能够通过所述驱动器(704)振动，所述平面振动构件(600)包括本体(602)和从所述本体(602)伸出的可振动部分(604)，其中，所述可振动部分(604)包括多个可振动突出部，并且其中，所述多个可振动突出部是悬臂式的，其中，所述多个可振动突出部包括嵌套在外桨(618)内的内桨(616)；
至少一个振动传感器(706)，所述至少一个振动传感器(706)配置成检测所述平面振动构件(600)的振动；
计量电子设备(900)，所述计量电子设备(900)包括接口(901)，所述接口(901)配置成向所述驱动器(704)发送激励信号并且从所述至少一个振动传感器(706)接收振动响应，测量所述平面振动构件(600)的Q值，测量所述平面振动构件(600)的共振频率，并且使用所测量的所述Q值和所测量的所述共振频率确定所述粘度计(700)中的所述气体的粘度(923)。
5.一种用于操作振动式粘度计的方法，包括以下步骤：
提供振动式粘度计，所述振动式粘度计包括与至少一个线圈通信的计量电子设备；
通过所述至少一个线圈使振动构件(600)振动，其中，所述振动构件(600)包括多个可振动突出部，所述多个可振动突出部包括嵌套在外桨(618)内的内桨(616)；
通过所述至少一个线圈接收激励信号；
将来自所述至少一个线圈的检测信号输出，其中，所述至少一个线圈能够操作成交替地用作驱动器或检出器；
测量所述振动构件(600)的Q值；
测量所述振动构件(600)的共振频率；以及
使用所测量的所述Q值和所测量的所述共振频率来确定引入到所述振动式粘度计中的气体的粘度。
6.根据权利要求5所述的用于操作振动式粘度计的方法，其中，所述至少一个线圈包括第一线圈和第二线圈，并且其中，所述第一线圈和所述第二线圈能够操作成：
接收同步激励信号；
驱动所述振动构件(600)；
检测来自所述振动构件(600)的信号；以及
提供同步检测信号。
7.根据权利要求6所述的用于操作振动式粘度计的方法，其中，所述第一线圈和所述第二线圈磁性相反。
8.根据权利要求5所述的用于操作振动式粘度计的方法，其中，所述至少一个线圈包括单个线圈，其中，所述单个线圈能够操作成：
接收激励信号；
驱动所述振动构件(600)；
检测来自所述振动构件(600)的信号；以及
提供检测信号。
9.根据权利要求5所述的用于操作振动式粘度计的方法，其中，利用相移和锁相环电路来测量所述Q值。
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