BRPI0609647B1

BRPI0609647B1 - Equipamento eletrônico medidor e métodos para determinar uma fração de fluxo líquido em um material de fluxo gasoso

Info

Publication number: BRPI0609647B1
Application number: BRPI0609647-6A
Authority: BR
Inventors: M. Jones Steven; Timothy Patten Andrew; Ralph Duffill Graeme
Original assignee: Micro Motion, Inc
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2018-02-06
Also published as: AR052718A1; KR101206381B1; IN266753B; HK1119237A1; KR101246870B1; RU2007139778A; US7974792B2; NZ562927A; AU2006229768A1; KR20100017889A; KR20100101703A; JP4904339B2; MX2007011593A; KR20070118672A; JP2008534959A; CN101151516B; WO2006104690A1; BRPI0609647A2; CA2602769C; CN101151516A

Abstract

equipamento eletrônico medidor e métodos para determinar uma fração de fluxo líquido em um material de fluxo gasoso. equipamento eletrônico medidor (20) para a determinação de uma fração de fluxo liquido em um material de fluxo gasoso que flui através de um fluximetro (5) é provido de acordo com uma modalidade da presente invenção. o equipamento eletrônico medidor (20) inclui uma interface (201) para a recepção de um primeiro sinal de sensor e de um segundo sinal de sensor do fluximetro (5) e um sistema de processamento (203) em comunicação com a interface (201) . o sistema de processamento (203) é configurado para receber o primeiro e o segundo sinais de sensor da interface (201), determinar uma densidade de corrente de fluxo substancialmente instantânea do material de fluxo gasoso usando o primeiro sinal de sensor e o segundo sinal de sensor, comparar a densidade de corrente de fluxo substancialmente instantânea com pelo menos uma dentre uma densidade de gás predeterminada representativa de uma fração de fluxo gasoso do material de fluxo gasoso ou uma densidade de liquido predeterminada representativa de uma fração de fluxo liquido, e determinar a fração de fluxo líquido a partir da comparação.

Description

(54) Título: EQUIPAMENTO ELETRÔNICO MEDIDOR E MÉTODOS PARA DETERMINAR UMA FRAÇÃO DE FLUXO LÍQUIDO EM UM MATERIAL DE FLUXO GASOSO (51) Int.CI.: G01N 9/00; G01N 33/28; G01F 1/84 (30) Prioridade Unionista: 29/03/2005 US 60/666.023 (73) Titular(es): MICRO MOTION, INC (72) Inventor(es): STEVEN M. JONES; ANDREWTIMOTHY PATTEN; GRAEME RALPH DUFFILL

EQUIPAMENTO ELETRÔNICO MEDIDOR E MÉTODOS PARA DETERMINAR UMA FRAÇÃO DE FLUXO LÍQUIDO EM UM MATERIAL DE

ELUXO GASOSO

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO ^{5 1} CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um equipamento eletrônico medidor e a métodos para a determinação de uma fração de fluxo liquido em um material de fluxo gasoso que flui através de um fluximetro.

2. APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA

É conhecido se usar fluximetros de massa Coriolis *

para medir o fluxo de massa e outras informações de materi4 ais que fluem através de uma tubulação, conforme apresentado na Patente U.S. N. 4 491 025, expedida para J. E. Smith, et al., de 01 de janeiro de 1985, e no documento RE 31 450 de J. E. Smith, de 11 de fevereiro de 1982. Estes fluximetros possuem um ou mais tubos de fluxo de diferentes configurações. Cada configuração de conduto pode ser vista como tendo um conj unto de modos de vibração naturais, incluindo, por exemplo, modos de curvatura, torcionais, radiais ou acopla_____ dos simples. Em uma aplicação de medição de fluxo de massa

Coriolis tipica, uma configuração de conduto é excitada em um ou mais modos de vibração conforme um material flui através do conduto, e o movimento do conduto é medido em pontos espaçados ao longo do conduto.

Os modos vibracionais dos sistemas cheios de material são definidos em parte pela massa combinada dos tubos de fluxo e pelo material dentro dos tubos de fluxo. O mate4 que se a freqüência determinada estiver incorreta ou imprecisa, os valores subsequentemente derivados e a proporção de escoamento de volume, etc. ficarão igualmente incorretos e imprecisos. Além disso, o erro pode ser composto em determi5 nações características de fluxo subsequentes

Na técnica anterior, os sinais de coleta podem ser digitalizados ou digitaImente manipulados a fim de implementar o filtro corta-faixas. 0 filtro corta-faixas só aceita bandas de baixa freqüência. Sendo assim, quando a freqüência alvo muda, o filtro corta-faixas não poderá monitorar o sinal alvo por um período de tempo. Tipicamente, a implementação digital do filtro corta-faixas leva de 1 a 2 segundos para monitorar o sinal alvo flutuante. Devido ao tempo requerido pela técnica anterior para se determinar a freqüên15 cia, o resultado é que não somente as determinações de freqüência e fase conterão erros, como também a medição do erro abrangerá uma faixa de tempo que excede a faixa de tempo durante a qual o erro e/ou o fluxo bifásico de fato ocorre. Isto se deve a uma lentidão relativa de resposta da imple20 mentação do filtro corta-faixas.

_______ Ω resn 1 fado é que_Cl fluxímetro da técnica—anuterioxnão poderá, de uma maneira precisa, rápida ou satisfatória monitorar ou determinar uma freqüência de sensor de coleta durante o fluxo bifásico do material de fluxo no fluxímetro.

Consequentemente, a determinação de fase é também lenta e propensa a erros, uma vez que a técnica anterior deriva a diferença de fases usando a freqüência de coleta determinada . Sendo assim, qualquer erro na determinação da freqüência é composta roa determinação de fase. 0 resultado é um erro maior na determinação de freqüência e na determinação de fase, levando a um erro maior na determinação da proporção de escoamento de massa. Além disso, tendo em vista que o valor de freqüência determinado é usado jsara determinar um valor de densidade (a densidade sendo aproximadamente igual a uma sobre-freqüência elevada ao quadrado) , um erro na determinação de freqüência se repete ou é composto na determinação de densidade. Isto será também verdadeiro para uma determinação de proporção de escoamento de volume, cuja proporção de escoamento de volume é igual à proporção de escoamento de massa dividida pela densidade.

Uma aplicação de um dispositivo de tubo de fluxo vibrador conforme descrita acima se dá na medição de uma proporção de escoamento de massa de um material de fluxo gasoso. Uma aplicação típica é a medição da produção de gás de um poço, como, por exemplo, do gás natural. No entanto, o gás de um poço tipicamente não existe em um estado puro, e contém quantidades variadas de impurezas, tais como água.

Portanto, o material de fluxo gasoso pode conter uma mistura __ de gás e___l__íquido o.u_par±JLcuLas_ ii.quidas. - EsJre_torna a medição de produção na produção do gás natural,

- separador que	usa glicol	(ou
25 mover a água	do material	de
processo de s	ecagem pode	re
quido secante	no material	de

na fração de fluxo líquido, uma tarefa difícil. Além disso, o gás pode ser passado por um outro líquido secante) para refluxo gasoso. No entanto, este sultar no aprisionamento do lifluxo gasoso. A isto se denomina qual o material de fluxo ga-

c scso inclui uc pouco de líquido ou partículas líquidas. A medição do material de fluxo gasoso que inclui fração de fluxo líquido é problemática.

Uma abordagem da técnica anterior para medir um 5 fluxo gasoso incluindo uma fração de fluxo _líquido se _faz medindo uma densidade média. Esta técnica anterior determina quando a densidade se desvia de um fluxo gasoso essencialmente puro e desconsidera a informação de densidade quando uma quantidade detectável de líquido fica aprisionada no fluxo gasoso. De maneira alternativa, a técnica anterior pode correlacionar a densidade de fluxo média a valores conhecidos a fim de obter uma quantidade de fração de fluxo gasoso média.

No entanto, esta técnica anterior apresenta fa15 lhas. A proporção de escoamento de massa gasosa média não é altamente precisa em muitos locais, tais como onde a quantidade de fração de fluxo líquido flutua.

SUMÁRIO DA SOLUÇÃO

Os problemas acima e outros são solucionados e um avanço na técnica é obtido através da provisão de um equipação de fluxo líquido em um material de fluxo gasoso através de um fluxímetro.

Um equipamento eletrônico medidor para a determinação de uma fração de fluxo líquido em um material de fluxo gasoso que flui através de um fluxímetro é provido de acordo com uma modalidade da presente invenção. O equipamento eletrônico medidor compreende uma interface para a recepção de

fluxo.

Um método para determinar uma fração de fluxo liquido em um material de fluxo gasoso que flui através de um fluximetro é provido de acordo com uma modalidade da presen5 te invenção. 0 método compreende a recepção de um primeiro sinal de sensor e de um segundo sinal de sensor do fluximetro, a determinação de uma densidade de corrente de fluxo substancialmente instantânea do material de fluxo usando o primeiro sinal de sensor e o segundo sinal de sensor, compa10 rar a densidade de corrente de fluxo substancialmente instantânea com pelo menos uma dentre uma densidade de gás predeterminada representativa de uma fração de fluxo gasoso do material de fluxo gasoso ou uma densidade de liquido predeterminada representativa de uma fração de fluxo liquido, e determinar a fração de fluxo liquido a partir da comparação.

Um método para determinar uma fração de fluxo liquido em um material de fluxo gasoso que flui através de um fluximetro é provido de acordo com uma modalidade da presente invenção. O método compreende as etapas de receber um primeiro sinal de sensor e de um segundo sinal de sensor do fluximetro, gerar um desvio de fase _de_9Q...^ra_us .do primei ro ---sinal de sensor, computar uma resposta de freqüência usando o desvio de fase de 90 graus e o primeiro sinal de sensor, determinar uma densidade de corrente de fluxo do material de fluxo gasoso usando a resposta de freqüência, e determinar a fração de fluxo liquido a partir da densidade de corrente de fluxo.

ASPECTOS DA INVENÇÃO

Em um aspecto do equipamento eletrônico medidor, o sistema de processamento é configurado ainda para determinar a fração de fluxo gasoso.

Em um outro aspecto do equipamento eletrônico medidor, 5 o sistema de processamento é configurado ainda para qerar um desvio de fase de 90 graus do primeiro sinal de sensor, computar uma resposta de freqüência usando o desvio de fase de 90 graus e o primeiro sinal de sensor, e determinar a densicade de fluxo substancialmente instantânea usando a resposta de freqüência.

Em ainda um outro aspecto do equipamento eletrônico medidor, o sistema de processamento é configurado ainda para determinar a densidade de corrente de fluxo por elevar ao quadrado da resposta de freqüência de modo a gerar uma resposta de freqüência elevada ao quadrado, e inverter a resposta de freqüência elevada ao quadrado de modo a gerar a densidade de corrente de fluxo.

Em ainda um outro aspecto do equipamento eletrônico medidor, o sistema de processamento é configurado ainda para gerar um desvio de fase de 90 graus do primeiro sinal de sensor, computar uma resposta de freqüência usando o desvio de fase de ___ 90 graus e o primeiro... sinal de sensor, e 1 e vnr ao .quadrado—a.. resposta de freqüência de modo a gerar uma resposta de freqüência elevada ao quadrado, e inverter a resposta de freqüência elevada • ao quadrado de modo a gerar a densidade de corrente de fluxo substancialmente instantânea do material de fluxo gasoso.

Em ainda um outro aspecto do equipamento eletrônico medidor, o sistema de processamento é configurado ainda para comparar a fração de fluxo líquido a um limite de fra-

ção de líquido predeterminado_r e definir uma condição de alarme quando a fração de fluxo líquido excede o limite de fração de líquido predeterminado.

Em um outro aspecto ainda do equipamento eletrôni5 co medidor, o sistema de processamento é configurado para determinar uma densidade de corrente de fluxo do material de fluxo gasoso a partir do primeiro sinal de sensor e do segundo sinal de sensor, comparar a densidade de corrente de fluxo com pelo menos uma dentre uma densidade de gás prede10 terminada representativa de uma fração de fluxo gasoso do material de fluxo gasoso ou uma densidade de líquido predeterminada representativa de uma fração de fluxo líquido, e determinar a fração de fluxo líquido a partir da comparação.

Em ainda um outro aspecto do equipamento eletrôni15 co medidor, a comparação compreende ainda a etapa de comparar a densidade de corrente de fluxo substancialmente instantânea a um ganho de acionamento e a pelo menos uma dentre uma densidade de gás predeterminada representativa de uma fração de fluxo gasoso do material de fluxo gasoso ou uma densidade de líquido predeterminada representativa de uma _fração de fluxo líquido.__ ___ _______ ___ _____

Em ainda um outro aspecto do equipamento eletrônico medidor, a determinação da fração de fluxo líquido compreende ainda a etapa de determinar a fração de fluxo líqui25 do a partir da densidade de corrente de fluxo e de um ganho de acionamento.

Em ainda um outro aspecto do equipamento eletrônico medidor, o fluxímetro compreende um fluxímetro Coriolis.

ção de Hilbert de acordo com ema modalidade da presente invenção .

As Figuras 8 e 9 são diagramas em bloco de duas ramificações independentes do bloco de análise de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 10 é um diagrama de densidade de espectro de força de um sinal de sensor de coleta de um fluxímetro sob condições normais.

A Figura 11 mostra um bloco de transformação de

Hilbert de acordo com a modalidade de desvio de fase única.

A Figura 12 mostra o bloco de análise para a modalidade de desvio de fase única.

A Figura 13 mostra o processamento de sensor da presente invenção em comparação à técnica anterior, no qual um valor de diferença de tempo (At) de cada é comparado.

A Figura 14 mostra o equipamento eletrônico medidor de acordo com uma outra modalidade da presente invenção.

A Figura 15 é um fluxograma de um método para determinar uma fração de fluxo líquido em um material de fluxo gasoso que flui através de um fluxímetro de acordo com uma

A Figura 16 é um gráfico de uma densidade de gás natural versus um percentual de glicol (isto é, uma fração de fluxo líquido).

A Figura 17 é um fluxograma de um método para determinar uma fração de fluxo líquido em um material de fluxo gasoso que flui através de um fluxímetro de acordo com uma modalidade da presente invenção.

freqüência deternirada, e é, portanto, asada para determinar a proporção de escoamento de massa.

A rotina de características de fluxo 213 pode determinar uma ou mais características de fluxo. A rotina de características de fluxo 218 podem usar a diferença de fase determinada 220 e a freqüência determinada 221, por exemplo, a fim de realizar estas características de fluxo adicionais.

Deve-se entender que informações adicionais podem ser requeridas para estas determinações, tais como a proporção de escoamento de massa ou densidade, por exemplo. A rotina de características de fluxo 218 pode determinar uma proporção de escoamento de massa a partir da diferença de tempo (At) 222, e, portanto, a partir da diferença de fase 220 e da freqüência 221. A fórmula para a determinação da proporção de escoamento de massa é dada na Patente U.S. N. 5 027 662, de Titlow et al., e incorporada no presente documento a guisa de referência. A proporção de escoamento de massa se refere ao fluxo de massa do material de fluxo no conjunto medidor 10.

Da mesma forma, a rotina de características de fluxo 218 pode também determinar a densidade 224 e/ou a proporção de escoamento de volume 225. A_pr_oporpàQ-^de -escnamentauie -unacsa — determinada, a densidade, e a proporção de escoamento de volume podem ser armazenadas na proporção de escoamento de massa 223, na densidade 224, e no volume 225 do sistema de armazenamento 204, respectivamente. Além disso, as características de fluxo podem ser transmitidas para dispositivos externos por meio do equipamento eletrônico medidor 20.

A Figura 3 é um f luxograma 300 de um método de processamento de sinais de sensor em um fluxímetro de acorde com uma modalidade da presente invenção. Na etapa 301, o primeiro e o segundo sinais de sensor são recebidos. O primeiro sinal de sensor pode compreender tanto um sinal de sensor de coleta a montante como um sinal de sensor de coleta a jusante.

Na etapa 302, os sinais de sensor podem ser condicionados . Em uma modalidade, o condicionamento pode incluir uma filtragem no sentido de remover ruido e sinais indeseja10 dos. Em uma modalidade, a filtragem pode compreender uma filtragem passa-faixa centralizada em torno da freqüência fundamental esperada do fluxímetro. Além disso, outras operações de condicionamento podem ser realizadas, tais como, amplificação, armazenamento temporário, etc. Quando os si15 na is de sensor compreendem sinais analógicos, a etapa pode compreender ainda qualquer modo de amostragem, digitalização, e decimação, feitas a fim de produzir sinais de sensor digitais.

Na etapa 303, um desvio de fase de 90 graus único é gerado. 0 desvio de fase de 90 graus compreende um desvio __de fase de 90 graus do _.sina_J úe sensor. Ω desvia—de faae de90 graus pode ser feito por qualquer modo de mecanismo ou operação de desvio de fase. Em uma modalidade, o desvio de fase de 90 graus é realizado usando uma transformação de

Hilbert, operando em sinais de sensor digitais.

Na etapa 304, uma diferença de fase é computada, usando o desvio de fase de 90 graus único. Informações adicionais podem também ser usadas a fim de computar a diferen-

ça de fase. Et. ama modalidade, a diferença de fase é determinada a partir do primeiro sinal de sensor, do segundo sinal de sensor, e do desvio de fase de 90 graus único. A diferença de fase compreende uma diferença de fase no sinal de resposta, isto é, no sensor de coleta, que é visto devido ao efeito de Coriolis no conjunto de medidor vibrador 10.

A diferença de fase resultante é determinada sem a necessidade de nenhum valor de freqüência no cálculo. A diferença de fase resultante pode ser obtida muito mais rapi10 damente que uma diferença de fase calculada usando uma freqüência. A diferença de fase resultante tem uma precisão maior que a diferença de fase calculada usando uma freqüência .

Na etapa 305, uma freqüência é computada. A fre15 qüência de acordo com a presente invenção é vantajosamente computada a partir do desvio de fase de 90 graus. A freqüência em uma modalidade usa o desvio de fase de 90 graus e o sinal de sensor correspondente a partir do qual o desvio de fase de 90 graus é derivado. A freqüência é uma freqüência de resposta vibracional de um dentre o primeiro sinal de sensor e o segundo sinal de sensor (as freqüências dos.doi s sinais de sensor são substancialmente idênticas em operação) . A freqüência compreende uma resposta de freqüência vibracional do tubo de fluxo ou tubos de fluxo para uma vibra25 ção gerada pelo acionador 180.

A freqüência assim derivada é obtida sem a necessidade de nenhum sinal de referência de freqüência independente . A freqüência é obtida a partir do desvio de fase de

A Figura 5 é um fluxograma 500 de um método de processamento dos primeiro e segundo sinais de sensor em um fluxímetro, de acordo com uma modalidade da presente invenção . Na etapa 501, o primeiro sinal de sensor é recebido. Em uma modalidade, o primeiro sinal de sensor compreende tanto um sinal de sensor de coleta a montante como um sinal de sensor de coleta a jusante.

Na etapa 502, o segundo sinal de sensor é recebido. Em uma modalidade, o segundo sinal de sensor compreende ou um sinal de sensor de coleta a jusante ou um sinal de sensor de coleta a montante (isto é, o oposto do primeiro sinal de sensor).

Na etapa 503, os sinais de sensor podem ser condicionados . Em uma modalidade, o condicionamento pode incluir uma filtragem no sentido de remover ruído e sinais indesej ados. Em uma modalidade, a filtragem pode compreender uma filtragem passa-faixa, conforme previamente apresentado. Além disso, outras operações de condicionamento podem ser realizadas, como, por exemplo, a amplificação, o armazenamento temporário, etc. Quando os sinais de sensor compreendem si___nais analógicos, a _e_tap^a_pode_ainda^. compxeexxder qualque-r modo de amostragem, digitalização, e decimação que são realizadas a fim de produzir sinais de sensor digitais.

Na etapa 504, um primeiro desvio de fase de 90 graus único é gerado. O primeiro desvio de fase de 90 graus compreende um desvio de fase de 90 graus do primeiro sinal de sensor. 0 desvio de fase de 90 graus pode ser feito por qualquer modo de mecanismo ou operação. Em uma modalidade, o desvie de fase de 90 graus é realizado asando uma transformação de Hilbert, operando em sinais de sensor digitais.

Na etapa 505, um segundo desvio de fase de 90 graus é gerado. O segundo desvio de fase de 90 graus compre5 ende um desvio de fase de 90 graus do segundo sinal de sensor. Como no primeiro desvio de fase de 90 graus, o desvio de fase de 90 graus pode ser feito por qualquer modo de mecanismo ou operação.

Na etapa 506, uma diferença de fase é computada 10 entre o primeiro sinal de sensor e o segundo sinal de sensor , usando o primeiro desvio de fase de 90 graus e o segundo desvio de fase de 90 graus. Informações adicionais podem ser também usadas a fim de computar a diferença de fase. Em uma modalidade, a diferença de fase é determinada a partir do primeiro sinal de sensor, do segundo sinal de sensor, do primeiro desvio de fase de 90 graus, e do segundo desvio de fase de 90 graus. A diferença de fase compreende uma diferença de fase no sinal de resposta, isto é, nos dois sensores de coleta, que é vista devido ao efeito de Coriolis no conjunto medidor vibrador 10.

_ __ A diferença de fase resultante é determinada sem.a necessidade de nenhum valor de freqüência no cálculo. A diferença de fase resultante pode ser obtida muito mais rapidamente que uma diferença de fase calculada usando uma fre25 qüência. A diferença de fase resultante tem uma precisão maior que a diferença de fase calculada usando uma freqüência .

Na etapa 507, uma freqüência é computada. A fre,- 1

desvio de fase única. O bloco de transformação de Hiibert 603' na presente modalidade inclui uma ramificação LPO 1100 e uma ramificação RPO 1110. A ramificação LPO 1100 inclui um bloco de retardo 701 em paralelo ao bloco de filtro 702. A ramificação RPO 1110 na presente modalidade inclui um bloco de retardo 701 em paralelo a um bloco de filtro 702. A ramificação RPO 1110 na presente modalidade inclui apenas um bloco de retardo 701. Como antes, os blocos de retardo 701 apresentam retardos de amostragem. Como antes, o bloco de filtro 702 realiza um desvio de fase de 90 graus na amostra de sinal digital entrada. Deve-se entender que, alternativamente, o bloco de transformação de Hiibert 603' pode desviar fase apenas do sinal RPO.

Esta modalidade de processamento usa a transforma15 ção de Hiibert / desvio de fase de apenas um sinal de sensor a fim de derivar tanto a freqüência como a diferença de fase (vide Figuras 2 e 3). Isto reduz significativamente o número de computações necessárias para realizar uma medição de fase e diminui significativamente o número de computações neces20 sárias para obter a proporção de escoamento de massa.

_ __ ___Na presente modalidade, _a__saida do bloco ..de bxans^ formação de Hiibert 603' proverá o componente de quadratura (Q) do sinal de sensor esquerdo ou do sinal de sensor direito, mas não de ambos. No exemplo abaixo, o sinal LPO é des25 viado em fase.

LPO = A_lpo cos(cbt) (26)

RPO = A_zpo cos ((bt L φ) (21)

Usando a transformação de Hiibert, a saída se tor-

LPO_hilbert = A_lpo sin(ct) (28)

RPO = A_rpc, cos (ct + φ) J (29)

Combinando o termo original LPO com a saída da 5 transformação de Hilbert (isto é, com o desvio de fase de 90 graus) produz-se:

LPO = A_lpo cos (ct) + sin(ct)] = A_lpoe^f(ut) (30) enquanto o RPO permanece igual:

RPO = A^ cos(ú>/ + φ} = P

A Figura 12 mostra o bloco de análise 604a' para a modalidade de desvio de fase única. O bloco de análise 604a' da presente modalidade inclui um bloco de ligação 801, o bloco de multiplicação complexa 803, um bloco de filtro passa-baixa 1201, e um bloco de ângulo de fase 805. O bloco de análise 604a' da presente modalidade implementa a seguinte equação:

LPO* RPO = rpo

Rpt> l.JÍ0 bloco de filtro passa-baixa 1201 compreende um filtro passa-baixa que remove um componente de alta freqüência produzido pelo bloco de multiplicação complexa 803. O bloco de filtro passa-baixa 1201 pode implementar qualquer modo de operação de filtragem passa-baixa. O re-

sultado da operação de multiplicação produz dois termos. 0 termo (-ct + cm + φ) se combina e se simplifica para um termo φ de fase única (um. resultado de CD) , uma vez que os termos (-ot) e (ω) se cancelam entre si. 0 termo (2ot + ut + φ) se simplifica para um termo (2<ut + φ) , em duas vezes a frequência. Uma vez que o resultado é a soma dos dois termos, o termo de alta frequência (2ot + φ) pode ser removido. 0 único sinal de interesse aqui é o termo de CD. 0 termo de alta frequência (2ωϋ + φ) pode ser filtrado do resultado usando o filtro passa-baixa. O corte do filtro passa-baixa pode se localizar em qualquer ponto entre zero e 2ω.

Após filtragem,o resultado é:

LPOxíPO = tfe¹'*' =i-[cos((4) + isin(?S)]

Sendo assim, o ângulo de fase diferencial será φ - tan

-i sin($ _cos

Ao se usar a transformação de Hilbert de um sinal 15 de coleta ao invés de dois, a carga computacional necessária para realizar a estimativa de fase e frequência nos fluxímetros de massa Coriolis é vantajosamente reduzida. A fase e a frequência podem, portanto, ser determinadas usando-se dois sinais de sensor, porém usando apenas um desvio de fase de

90 graus.

έχ·

A Figura 13 mostra o processamento de sensor da presente invenção em comparação ao da técnica anterior, na qual o valor de diferença de tempo (At) de cada processamento é comparado. 0 quadro mostra um material de fluxo inclu5 indo um fluxo gasoso (isto é, bolhas de gás, por exemplo). Nesta condição, o ruído de fluxo é substancíalmente reduzido no novo algoritmo em função da taxa de cálculo de fase e freqüência. Pode-se observar a partir do gráfico que o resultado derivado pela presente invenção não exibe os grandes picos e vales que se refletem nas medições da técnica anterior (At) .

A Figura 14 mostra o equipamento eletrônico medidor 20 de acordo com uma modalidade da presente invenção. O equipamento eletrônico medidor 20 da presente modalidade po15 de incluir a interface 201, o digitalizador 2 02, o sistema de processamento 203, e o sistema de armazenamento 204, conforme previamente apresentado. Deve-se entender que o equipamento eletrônico medidor 20 desta figura pode incluir vários outros componentes e/ou rotinas (tais como os previa20 mente apresentados). Os componentes e/ou rotinas em comum aos de outras modalidades compartilham numerais de reterência comuns.

Em operação, o equipamento eletrônico medidor 20 recebe e processa um primeiro sinal de sensor 1405 e um se25 gundo sinal de sensor 1406 do fluxímetro. O primeiro sinal de sensor 1405 e o segundo sinal de sensor 1406 compreendem sinais eletrônicos que variam com o tempo, recebidos de uma forma substancialmente contínua e processados pelo equipa-

pode ser em seguida usada para realizar outras computações, tais como a proporção de escoamento de massa gasosa e/ou a proporção de escoamento de massa líquida, por exemple. A fração de fluxo líquido pode ser determinada a partir da comparação da densidade de corrente de fluxo com pelo menos a densidade de gás conhecida. De maneira alternativa, a comparação pode compreender uma comparação da densidade de corrente de fluxo com ambas a densidade de gás conhecida e a densidade de líquido conhecida.

Ao se comparar a densidade de corrente de fluxo com a densidade de gás conhecida e com a densidade de líquido conhecida, uma razão poderá ser formada, podendo esta ser usada na determinação da fração de fluxo líquido. A razão compreende:

Dmeasured X(D_g)/D_l (35) na qual D_measured é a densidade de corrente de fluxo conforme determinada a partir dos sinais de sensor, D_G é a densidade de gás conhecida, D_L é a densidade de líquido conhecida, e C é a fração de fluxo líquido. Consequentemente, a fração de fluxo líquido X pode ser determinada como:

X._= (Dtf / .12g£3.£õ

A Figura 17 é um fluxograma 1700 de um método para determinar uma fração de fluxo líquido em um material de fluxo gasoso que flui através de um fluxímetro de acordo com uma modalidade da presente invenção. Na etapa 1701, o primeiro e o segundo sinais de sensoí são recebidos a partir do conjunto medidor 10, conforme previamente apresentado.

Na etapa 1702, os sinais de sensor podem ser con-

diciorados, conforme previarcente apresentado.

Na etapa 1703, um desvio de fase de 90 graus é gerado a partir do primeiro sinal de sensor. 0 desvio de fase de 90 graus pode ser gerado conforme previamente apresentado.

Embora o primeiro sinal de sensor seja desviado em fase como um exemplo, deve-se entender que ambos os sinais de sensor podem ser usados.

Na etapa 1704, uma resposta de freqüência do conjunto medidor 10 é computada. A resposta de freqüência pode ser computada usando o desvio de fase de 90 graus e o primeiro sinal de sensor, conforme previamente apresentado.

Na etapa 1705, uma densidade de corrente de fluxo do material de fluxo gasoso é determinado usando a resposta de freqüência. Em uma modalidade, a densidade de corrente de fluxo é determinada ao elevar ao quadrado a resposta de freqüência e inverter a resposta de freqüência elevada ao quadrado (uma vez que a densidade = 1/f²) . Deve-se entender que outras caracteristicas de fluxo, variáveis, e/ou constantes podem também ser usadas na produção da determinação, quando

0 necessário.

__ _____ Na_£tapa._JL706, ..a___fração de fluxo líguido--é- detexminada. A freqüência de fluxo líquido pode ser determinada a partir da comparação da densidade de corrente de fluxo com a densidade de gás conhecida, conforme previamente apresentado.

5 O equi pamento eletrônico medidor e método de acordo com a presente invenção podem ser empregados de acordo com qualquer uma das modalidades de modo a prover diversas vantagens, caso desejado. A presente invenção pode determi1 nar uma fração de fluxo líquido a partir de um primeiro sinal de sensor e um segundo sinal de sensor. A presente invenção pode determinar uma fração de fluxo líquido a partir de uma densidade de corrente de fluxo. A presente invenção pode determinar uma fração de fluxo líquido usando uma resposta de freqüência. A presente invenção pode determinar uma fração de fluxo líquido usando um primeiro sinal de sensor e o desvio de fase de 90 graus do primeiro sinal de sensor. A presente invenção pode ainda determinar uma fração de fluxo gasoso, juntamente com a fração de fluxo líquido. A presente invenção pode definir uma condição de alarme quando a fração de fluxo líquido excede um limite de fração de líquido.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Equipamento eletrônico medidor (20) para a determinação de uma fração de fluxo de líquido em um material de fluxo gasoso que flui através de um fluxímetro (5), o equipamento eletrônico medidor (20) compreendendo:

uma interface (201) para a recepção de um primeiro sinal de sensor e de um segundo sinal de sensor a partir do fluxímetro (5);

o equipamento eletrônico medidor (20) sendo CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda um sistema de processamento (203) em comunicação com a interface (201) e configurado para receber o primeiro e o segundo sinais de sensor a partir da interface (201), determinar uma densidade de corrente de fluxo substancialmente instantânea do material de fluxo gasoso usando o primeiro sinal de sensor e o segundo sinal de sensor, comparar a densidade de corrente de fluxo substancialmente instantânea com pelo menos uma dentre uma densidade de gás predeterminada que é representativa de uma fração de fluxo gasoso do material de fluxo gasoso e uma densidade de líquido predeterminada representativa de uma fração de fluxo líquido, e determinar a fração de fluxo líquido a partir da comparação.
2. Equipamento eletrônico medidor (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de processamento (203) é adicionalmente configurado para determinar a fração de fluxo gasoso.
3. Equipamento eletrônico medidor (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sisde 06/10/2017, pág. 13/21 tema de processamento (203) é adicionalmente configurado para gerar um desvio de fase de 90 graus a partir do primeiro sinal de sensor, computar uma resposta de freqüência usando o desvio de fase de 90 graus e o primeiro sinal de sensor, e determinar a densidade de corrente de fluxo substancialmente instantânea usando a resposta de freqüência.
4. Equipamento eletrônico medidor (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de processamento (203) é adicionalmente configurado para gerar um desvio de fase de 90 graus a partir do primeiro sinal de sensor, computar uma resposta de freqüência usando o desvio de fase de 90 graus e o primeiro sinal de sensor, elevar ao quadrado a resposta de freqüência a fim de gerar uma resposta de freqüência elevada ao quadrado, e inverter a resposta de freqüência elevada ao quadrado de modo a gerar a densidade de corrente de fluxo substancialmente instantânea do material de fluxo gasoso.
5. Equipamento eletrônico medidor (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de processamento (203) é adicionalmente configurado para comparar a fração de fluxo líquido com um limite de fração de líquido predeterminado e definir uma condição de alarme se a fração de fluxo líquido exceder o limite de fração de líquido predeterminado.
6. Equipamento eletrônico medidor (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o fluxímetro (5) compreende um fluxímetro Coriolis.
7. Equipamento eletrônico medidor (20), de acordo de 06/10/2017, pág. 14/21 com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o fluxímetro (5) compreende um densitômetro vibrador.
8. Equipamento eletrônico medidor (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de comparar adicionalmente compreende a comparação da densidade de corrente de fluxo substancialmente instantânea com um ganho de acionamento e com pelo menos uma dentre uma densidade de gás predeterminada representativa de uma fração de fluxo gasoso do material de fluxo gasoso e uma densidade de líquido predeterminada que é representativa de uma fração de fluxo líquido.
9. Equipamento eletrônico medidor (20) para a determinação de uma fração de fluxo líquido em um material de fluxo gasoso que flui através de um fluxímetro (5), o equipamento eletrônico medidor (20) compreendendo:

uma interface (201) para a recepção de um primeiro sinal de sensor e um segundo sinal de sensor a partir do fluxímetro (5); e o equipamento eletrônico medidor (20) sendo CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda um sistema de processamento (203) em comunicação com a interface (201) e configurado para receber o primeiro e o segundo sinais de sensor a partir da interface (201), gerar um desvio de fase de 90 graus a partir do primeiro sinal de sensor, computar uma resposta de freqüência usando o desvio de fase de 90 graus e o primeiro sinal de sensor, determinar uma densidade de corrente de fluxo do material de fluxo gasoso usando a resposta de freqüência, e determinar a fração de fluxo líde 06/10/2017, pág. 15/21 quido a partir da densidade de corrente de fluxo.
10. Equipamento eletrônico medidor (20), de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de processamento (203) é adicionalmente configurado para determinar a fração de fluxo gasoso.
11. Equipamento eletrônico medidor (20), de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de processamento (203) é adicionalmente configurado para determinar a densidade de corrente de fluxo ao elevar ao quadrado a resposta de freqüência de modo a gerar uma resposta de freqüência elevada ao quadrado e inverter a resposta de freqüência elevada ao quadrado de modo a gerar a densidade de corrente de fluxo.
12. Equipamento eletrônico medidor (20), de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de processamento (203) é adicionalmente configurado para determinar uma densidade de corrente de fluxo do material de fluxo gasoso a partir do primeiro sinal de sensor e do segundo sinal de sensor, comparar a densidade de corrente de fluxo com pelo menos uma dentre uma densidade de gás predeterminada que é representativa de uma fração de fluxo gasoso do material de fluxo gasoso e uma densidade de líquido predeterminada que é representativa de uma fração de fluxo líquido, e determinar a fração de fluxo líquido a partir da comparação.
13. Equipamento eletrônico medidor (20), de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de processamento (203) é adicionalmente configurado pade 06/10/2017, pág. 16/21 ra comparar a fração de fluxo líquido com um limite de fração de líquido predeterminado e definir uma condição de alarme se a fração de fluxo líquido exceder o limite de fração de líquido predeterminado.
14. Equipamento eletrônico medidor (20), de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o fluxímetro (5) compreende um fluxímetro Coriolis.
15. Equipamento eletrônico medidor (20), de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o fluxímetro (5) compreende um densitômetro vibrador.
16. Equipamento eletrônico medidor (20), de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de determinar a fração de fluxo líquido adicionalmente compreende a determinação da fração de fluxo líquido a partir da densidade de corrente de fluxo e de um ganho de acionamento.
17. Método para determinar uma fração de fluxo lí-

quido em um material de fluxo gasoso que flui através de um fluxímetro, o método sendo CARACTERIZADO pelo fato de com- preender as etapas de receber um primeiro sinal de sensor e um segundo

sinal de sensor a partir do fluxímetro;

determinar uma densidade de corrente de fluxo substancialmente instantânea do material de fluxo gasoso usando o primeiro sinal de sensor e o segundo sinal de sensor;

comparar a densidade de corrente de fluxo substancialmente instantânea com pelo menos uma dentre uma densidade 06/10/2017, pág. 17/21 de de gás predeterminada que é representativa de uma fração de fluxo gasoso do material de fluxo gasoso e uma densidade de líquido predeterminada que é representativa de uma fração de fluxo líquido, e determinar a fração de fluxo líquido a partir da comparação.
18. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreender a etapa de determinar a fração de fluxo gasoso.
19. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de determinar a densidade de corrente de fluxo substancialmente instantânea adicionalmente compreende:

gerar um desvio de fase de 90 graus a partir do primeiro sinal de sensor;

computar uma resposta de freqüência usando o desvio de fase de 90 graus e o primeiro sinal de sensor; e determinar a densidade de corrente de fluxo substancialmente instantânea a partir da resposta de freqüência.
20. Método, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de determinar a densidade de corrente de fluxo substancialmente instantânea a partir da resposta de freqüência compreende:

elevar ao quadrado a resposta de freqüência de modo a gerar uma resposta de freqüência elevada ao quadrado; e inverter a resposta de freqüência elevada ao quadrado de modo a gerar a densidade de corrente de fluxo substancialmente instantânea.

de 06/10/2017, pág. 18/21
21. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de adicionalmente compreender as etapas de:

comparar a fração de fluxo líquido com um limite de fração de líquido predeterminado; e definir uma condição de alarme se a fração de fluxo líquido excede o limite de fração de líquido predeterminado.
22. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de comparar adicionalmente compreende a comparação da densidade de corrente de fluxo substancialmente instantânea com um ganho de acionamento e com pelo menos uma dentre uma densidade de gás predeterminada que é representativa de uma fração de fluxo gasoso do material de fluxo gasoso e uma densidade de líquido predeterminada que é representativa de uma fração de fluxo líquido.
23. Método para determinar uma fração de fluxo líquido em um material de fluxo gasoso que flui através de um fluxímetro, o método sendo CARACTERIZADO pelo fato de compreender as etapas de:

receber um primeiro sinal de sensor e um segundo sinal de sensor a partir do fluxímetro;

gerar um desvio de fase de 90 graus a partir do primeiro sinal de sensor;

computar uma resposta de freqüência usando o desvio de fase de 90 graus e o primeiro sinal de sensor;

determinar uma densidade de corrente de fluxo do de 06/10/2017, pág. 19/21 material de fluxo gasoso usando a resposta de freqüência; e determinar a fração de fluxo líquido a partir da densidade de corrente de fluxo.
24. Método, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de adicionalmente compreender a etapa de determinar a fração de fluxo gasoso.
25. Método, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de determinar a densidade de corrente de fluxo a partir da resposta de freqüência compreende:

elevar ao quadrado a resposta de freqüência de modo a gerar uma resposta de freqüência elevada ao quadrado; e inverter a resposta de freqüência elevada ao quadrado de modo a gerar a densidade de corrente de fluxo.
26. Método, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de a etapa de determinar a fração de fluxo líquido adicionalmente compreende:

comparar a densidade de corrente de fluxo com pelo menos uma dentre uma densidade de gás predeterminada que é representativa de uma fração de fluxo gasoso do material de fluxo gasoso e uma densidade de líquido predeterminada que é representativa de uma fração de fluxo líquido; e determinar a fração de fluxo líquido a partir da comparação.
27. Método, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de compreender as etapas de:

comparar a fração de fluxo líquido com um limite de fração de líquido predeterminado; e de 06/10/2017, pág. 20/21 definir uma condição de alarme se a fração de fluxo líquido excede o limite de fração de líquido predeterminado .
28. Método, de acordo com a reivindicação 23, 5 CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de determinar a fração de fluxo líquido adicionalmente compreende a determinação da fração de fluxo líquido a partir da densidade de corrente de fluxo e de um ganho de acionamento.

Petição 870170075744, de 06/10/2017, pág. 21/21 co