PL199791B1

PL199791B1 - Sposób mierzenia natężenia przepływu materiału przepływającego przez drgający przewód

Info

Publication number: PL199791B1
Application number: PL360994A
Authority: PL
Inventors: Paul J. Hays; Andrew T. Patten
Original assignee: Micro Motion
Priority date: 2000-11-03
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2008-10-31
Also published as: WO2002037063A2; AU2894702A; JP2004521319A; MXPA03003862A; CA2424348A1; BR0114951B1; US6556931B1; AU2002228947B2; CN1473262A; EP1334334A2; KR100606207B1; HK1061066A1; CA2424348C; MY126832A; AR031030A1; PL360994A1; WO2002037063A8; EP1334334B1; JP4588293B2; CN1227514C

Abstract

Sposób mierzenia nat ezenia przep lywu materia lu przep lywaj acego przez drgaj acy przewód, polega na tym, ze odbiera si e sygna ly z czujników przymoco- wanych do drgaj acego przewodu z przep lywaj acym materia lem, a na podstawie tych sygna lów wyznacza si e sygna l wielko sci nieskompensowanego nat ezenia przep lywu materia lu i sygna l g esto sci przep lywaj a- cego materia lu. Sposób charakteryzuje si e tym, ze porównuje si e sygna l g esto sci z warto sci a progow a i je zeli sygna l g esto sci przewy zsza warto sc progow a, na podstawie sygna lu nieskompensowanego nat e- zenia przep lywu i nieliniowej informacji dotycz acej b ledów nat ezenia przep lywu wyznacza si e wspó l- czynnik kompensacji g esto sci za pomoc a metody nieliniowego dopasowania danych, po czym koryguje si e za pomoc a tego wspó lczynnika kompensacji g esto sci sygna l nieskompensowanego nat ezenia przep lywu wytwarzaj ac skompensowany sygna l pomiaru nat ezenia przep lywu materia lu przep lywaj a- cego przez drgaj acy przewód. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób mierzenia natężenia przepływu materiału przepływającego przez drgający przewód.

Znane jest zastosowanie przepływomierzy masy z efektem Coriolisa dla mierzenia przepływu masy i innych informacji dotyczących materiałów przepływających przez rurę jak ujawniono w opisie patentowym USA nr 4,491,025 wydanym J.E. Smithowi i innym 1 stycznia 1985 i w opisie wznowionego patentu 31,450 wydanego J.E. Smith 11 lutego 1982. Te przepływomierze mają jedną lub więcej rur przepływowych o konfiguracji zakrzywionej. Każda konfiguracja rur przepływowych w przepływomierzu masy Coriolisa ma zespół naturalnych modów drgań, które może być prostym zginaniem, skrętnym, promieniowy, lub typu złożonego. Każda rura przepływowa jest pobudzana do drgań przy rezonansie w jednym z tych naturalnych modów. Naturalne mody drgań drgającego materiału, wypełniającego systemy są określone częściowo przez połączone masy rur przepływowych i materiału w rurach przepływowych. Materiał wpływa do przepływomierza z dołączonej rury po stronie wlotu przepływomierza. Materiał jest następnie kierowany przez rurę przepływową lub rury przepływowe i wypływa z przepływomierza do rury dołączonej po stronie wylotu.

Wzbudnik przykłada siłę do rury przepływowej. Siła powoduje drganie rury przepływowej. Gdy nie ma materiału przepływającego przez przepływomierz, wszystkie punkty wzdłuż rury przepływowej drgają w identycznej fazie. Gdy materiał zaczyna płynąć przez rurę przepływową, przyspieszenia Coriolisa powodują, że każdy punkt wzdłuż rury przepływowej ma różną fazę w stosunku do innych punktów wzdłuż rury przepływowej. Faza po stronie wlotu do rury przepływowej jest opóźniona w stosunku do wzbudnika, podczas gdy faza po stronie wylotu jest przyspieszona w stosunku do wzbudnika. Czujniki są umieszczone w dwóch różnych punktach na rurze przepływowej, aby wytwarzać sygnały sinusoidalne przedstawiające ruch rury przepływowej w tych dwóch punktach. Różnica faz dwóch sygnałów odbieranych z czujników jest obliczana w zespołach czasowych.

Różnica faz pomiędzy dwoma sygnałami czujników jest proporcjonalna do natężenia przepływu masy materiału przepływającego przez rurę przepływową lub rury przepływowe. Natężenie przepływu masy materiału jest wyznaczane przez mnożenie różnicy faz przez współczynnik kalibracji przepływu. Ten współczynnik kalibracji przepływu jest wyznaczany na podstawie właściwości materiału i przekroju poprzecznego rury przepływowej.

Problemem jest to, że właściwości materiału mogą wpływać na natężenie przepływu masy mierzone przez przepływomierz Coriolisa. Niektóre właściwości materiału, które mogą wpływać na mierzone natężenie przepływu to gęstość, temperatura, ciśnienie, i lepkość. W większości przypadków, przepływomierz Coriolisa jest tak zaprojektowany, aby był niewrażliwy na błędy spowodowane przez te właściwości. W innych przypadkach, elektroniczne układy pomiarowe kompensują błędy w mierzonym natężeniu przepływu masy spowodowane przez te właściwości. Na przykład, elektroniczne układy pomiarowe zwykle kompensują błędy spowodowane przez temperaturę i ciśnienie materiału.

Czasami błędy spowodowane przez właściwości materiału są nieistotne w normalnych warunkach pracy i błąd natężenia przepływu nie jest korygowany. Jednakże, właściwość materiału może spowodować niedopuszczalne błędy po przekroczeniu pewnego progu. Na przykład, gęstość materiału często nie wpływa na natężenie przepływu w większości przepływomierzy przy większości gęstości. Jednakże, przy małym natężeniu przepływu w przepływomierzu Coriolisa, zaobserwowano, że gęstość materiału wpływa na mierzone natężenie przepływu materiału po przekroczeniu pewnego progu. Dla celów tych rozważań, małe natężenie przepływu wynosi 5 funtów/minutę lub mniej. Obecnie nie wiadomo, co powoduje te błędy.

Dlatego jest pożądane określenie, kiedy gęstość mierzonego materiału przekracza próg i kompensowanie błędu natężenia przepływu spowodowanego przez gęstość.

Według wynalazku sposób mierzenia natężenia przepływu materiału przepływającego przez drgający przewód, w którym odbiera się sygnały z czujników przymocowanych do drgającego przewodu z przepływającym materiałem, a na podstawie tych sygnałów wyznacza się sygnał wielkości nieskompensowanego natężenia przepływu materiału i sygnał gęstości przepływającego materiału, charakteryzuje się tym, że porównuje się sygnał gęstości z wartością progową, i, jeżeli sygnał gęstości przewyższa wartość progową, na podstawie sygnału nieskompensowanego natężenia przepływu i nieliniowej informacji dotyczącej błędów natężenia przepływu wyznacza się współczynnik kompensacji gęstości za pomocą metody nieliniowego dopasowania danych, po czym koryguje się za pomocą tego współczynnika kompensacji gęstości sygnał nieskompensowanego natężenia przepływu wytwaPL 199 791 B1 rzając skompensowany sygnał pomiaru natężenia przepływu materiału przepływającego przez drgający przewód.

Jako wartość progową gęstości przyjmuje się 1.030.

Współczynnik kompensacji gęstości wyznacza się poprzez wprowadzenie wartości sygnału nieskompensowanego natężenia przepływu do równania wielomianowego N-tego rzędu, dotyczącego błędu natężenia przepływu zależnego od gęstości, gdzie N jest większe niż 1. N-ty rząd równania wielomianowego określa się za pomocą wykonanej N-tego rzędu krzywej dopasowania gęstości do błędu natężenia przepływu, gdzie N jest większe niż 1. Korzystnie, N-tego rzędu krzywą dopasowania wykonuje się jako krzywą dopasowania najmniejszych kwadratów. N może być równe 4.

Współczynnik kompensacji gęstości wyznacza się poprzez wprowadzanie wartości sygnałów nieskompensowanego natężenia przepływu i gęstości do dwuwymiarowego równania wielomianowego N-tego rzędu, dotyczącego błędu natężenia przepływu zależnego od gęstości, gdzie N jest większe niż 1.

Wielomian N-tego rzędu wyznacza się poprzez wykonanie dwuwymiarowej, N-tego rzędu krzywej dopasowania gęstości i nieskompensowanego natężenia przepływu.

Wielomian N-tego rzędu wyznacza się poprzez wykonanie dwuwymiarowej N-tego rzędu krzywej dopasowania jako krzywej dopasowania najmniejszych kwadratów dla nieskompensowanego natężenia przepływu i gęstości.

Sposób według wynalazku rozwiązuje wyżej wymienione i inne problemy kompensowania błędów mierzonego natężenia przepływu masy spowodowanych przez gęstość w przepływomierzu Coriolisa. Jedną zaletą wynalazku jest to, że błędy mierzonego natężenia przepływu zależne od gęstości są korygowane. Drugą zaletą wynalazku jest to, że kompensacja jest dokładniejsza niż w innych sposobach, ponieważ równania nieliniowe, które dokładniej odpowiadają mierzonym danym są użyte do wyznaczenia współczynnika kompensacji. Trzecią zaletą wynalazku jest to, że kompensacji dokonuje się tylko po przekroczeniu przez gęstość pewnego progu, gdy błąd spowodowany przez gęstość przekracza niedopuszczalny poziom. To ogranicza ilość operacji potrzebnych do uzyskania dokładnego natężenia przepływu.

Sposób według wynalazku zapewnia dokładne zmierzenie natężenia przepływu masy materiału przepływającego przez przepływomierz Coriolisa dzięki kompensowaniu mierzonego natężenia przepływu pod względem błędu natężenia przepływu spowodowanego przez różnice wartości gęstości mierzonego materiału. Wynalazek pozwala określić, kiedy gęstość materiału powoduje niedopuszczalny błąd natężenia przepływu masy i pozwala skompensować błąd natężenia przepływu spowodowany przez różnice gęstości.

Sposób wyznaczenia natężenia przepływu masy, skompensowanego dla gęstości, według wynalazku realizuje się następująco. Najpierw doprowadza się materiał do przepływu przez drgający przewód w przepływomierzu Coriolisa. Przewód wprawia się w drgania i za pomocą czujników przymocowanych do przewodu generuje się sygnały reprezentujące ruch przewodu. Sygnały z czujników przymocowanych do drgającego przewodu doprowadza się do elektronicznego układu pomiarowego. Następnie wyznacza się nieskompensowane natężenie przepływu materiału za pomocą elektronicznego układu pomiarowego na podstawie odbieranych sygnałów. Następnie, na podstawie nieskompensowanego natężenia przepływu i nieliniowej informacji dotyczącej błędów natężenia przepływu zależnych od gęstości wyznacza się współczynnik kompensacji gęstości. Po czym generuje się sygnał natężenia przepływu skompensowanego dla gęstości przez wprowadzenie współczynnika kompensacji gęstości do nieskompensowanego natężenia przepływu.

Według wynalazku, sposobem według wynalazku można także obliczać gęstość materiału na podstawie sygnałów odbieranych z czujników. Obliczona gęstość może następnie być porównana z progiem dla określenia czy gęstość przekracza wartość progową. Jeżeli gęstość przekracza wartość progową, gęstość skompensowana natężenia przepływu jest generowana. W przeciwnym przypadku nieskompensowane natężenie przepływu stanowi sygnał wyjściowy.

W alternatywnym przykładzie wykonania wynalazku, liniowy wspó ł czynnik kompensacji gę stoś ci może być obliczany przy wykorzystaniu nieskompensowanego natężenia przepływu i liniowej informacji dotyczącej błędów natężenia przepływu masy zależnych od gęstości materiału, jeżeli próg nie jest przekroczony. Skompensowane natężenie przepływu może być obliczane przez zastosowanie liniowej kompensacji gęstości do nieskompensowanego natężenia przepływu masy.

Według wynalazku współczynnik kompensacji gęstości może być wyznaczany przez wprowadzenie nieskompensowanego natężenia przepływu do równania wielomianowego N-tego rzędu doty4

PL 199 791 B1 czącego błędu natężenia przepływu zależnego od gęstości, gdzie N jest większe niż 1. Wielomian N-tego rzędu jest krzywą określającą stopę błędów zależną od gęstości w mierzonym przepływie masy. Wielomian może być generowany przez wykonanie krzywej N-tego rzędu określającej błąd natężenia przepływu zależny od gęstości, gdzie N jest większe niż 1.

Sposób określenia natężenia przepływu materiału przepływającego przez drgający przewód, zawiera etapy: odbierania sygnałów z czujników przymocowanych do drgającego przewodu, obliczania nieskompensowanego natężenia przepływu materiału na podstawie sygnałów, określenia gęstości na podstawie sygnałów, określania, czy gęstość przekracza wartość progową; odpowiadającą gęstości przekraczającej wartość progową, sposób zawiera ponadto etapy określania współczynnika kompensacji gęstości na podstawie nieskompensowanego natężenia przepływu i nieliniowej informacji dotyczącej błędów natężenia przepływu zależnych od gęstości, obliczania natężenia przepływu skompensowanego dla gęstości przez zastosowanie współczynnika kompensacji gęstości do nieskompensowanego natężenia przepływu, odpowiadającego gęstości nieprzekraczającej wartości progowej, wyprowadzenia natężenia przepływu, które nie jest skompensowane dla gęstości, za pomocą współczynnika kompensacji gęstości.

Korzystnie wartość progowa ma wartość 1.030.

Alternatywnie, dla gęstości nieprzekraczającej wartości progowej, sposób zawiera etapy określania liniowego współczynnika kompensacji gęstości na podstawie nieskompensowanego natężenia przepływu i liniowej informacji dotyczącej błędów natężenia przepływu zależnych od gęstości i obliczanie natężenie przepływu skompensowanego dla gęstości przez zastosowanie liniowego współczynnika kompensacji gęstości do nieskompensowanego natężenia przepływu.

Korzystnie, etap określenia współczynnika kompensacji gęstości zawiera etap wprowadzenia nieskompensowanego natężenia przepływu do N-tego rzędu równania wielomianowego dotyczącego błędu natężenia przepływu zależnego od gęstości, gdzie N jest większe niż 1.

Korzystnie, sposób ponadto zawiera wykonanie N-tego rzędu krzywej dopasowania gęstości do błędu natężenia przepływu, gdzie N jest większe niż 1, dla określenia N-tego rzędu równania wielomianowego.

Korzystnie, etap wykonania N-tego rzędu krzywej dopasowania zawiera etap wykonania krzywej dopasowania najmniejszych kwadratów.

Korzystnie, N jest równe 4.

Alternatywnie, etap określenia współczynnika kompensacji gęstości obejmuje wprowadzanie nieskompensowanego natężenia przepływu i gęstości do dwuwymiarowego N-tego rzędu równania wielomianowego dotyczącego błędu natężenia przepływu zależnego od gęstości, gdzie N jest większe niż 1.

Alternatywnie, sposób ponadto zawiera etap wykonania dwuwymiarowej N-tego rzędu krzywej dopasowania gęstości i nieskompensowanego natężenia przepływu dla określenia wielomianu N-tego rzędu.

Alternatywnie, etap wykonania dwuwymiarowej N-tego rzędu krzywej dopasowania zawiera etap: wykonania krzywej dopasowania najmniejszych kwadratów dla nieskompensowanego natężenia przepływu i gęstości dla określenia dwuwymiarowego wielomianu N-tego rzędu.

Przedmiot realizacji wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przepływomierz Coriolisa według wynalazku do realizacji sposobu według wynalazku; fig. 2 przedstawia wykresy stóp błędów w funkcji natężenia przepływu dla różnych gęstości; fig. 3 przedstawia pierwszy przykład realizacji sposobu według wynalazku, obejmujący kompensowanie natężenia przepływu dla błędów spowodowanych przez gęstość; fig. 4 przedstawia drugi przykład realizacji sposobu według wynalazku, obejmujący kompensowanie natężenia przepływu dla błędów spowodowanych przez gęstość; fig. 5 przedstawia schemat procesora.

Wynalazek odnosi się do sposobu pomiaru natężenia przepływu masy w przepływomierzu Coriolisa, gdzie kompensuje się błędy pomiaru natężenia przepływu spowodowane przez gęstość materiału. Figura 1 przedstawia przepływomierz Coriolisa, który służy do mierzenia skompensowanego natężenia przepływu masy sposobem według wynalazku. Przepływomierz Coriolisa 100 zawiera zespół przepływomierza 110 i elektroniczny układ pomiarowy 150. Elektroniczny układ pomiarowy 150 jest dołączony do zespołu miernika 110 przewodami 120 dla dostarczania torem 125 na przykład, ale nie wyłącznie, sygnałów o gęstości, natężeniu przepływu masy, natężeniu przepływu objętości, i pełnych informacji o natężeniu przepływu masy. Konstrukcja przepływomierza Coriolisa jest opisana, chociaż powinno być zrozumiałe dla fachowców, że wynalazek może być zastosowany w połączeniu z dowolnym urządzeniem mającym obciążenie wymagające prądu przemiennego.

PL 199 791 B1

Chociaż opisano konstrukcję przepływomierza Coriolisa, powinno być zrozumiałe dla fachowców, że wynalazek może być zastosowany w połączeniu z dowolnym urządzeniem mającym drgający przewód, dla mierzenia właściwości materiału przepływającego przez przewód. Drugim przykładem takiego urządzenia jest drgający gęstościomierz rurowy, który nie ma możliwości wykonywania dodatkowych pomiarów, jakie ma przepływomierz masy Coriolisa.

Zespół miernika 110 zawiera parę kołnierzy 101 i 101', rurę rozgałęźną 102 i przewody 103A i 103B. Wzbudnik 104, czujniki prę dkoś ci 105 i 105' i czujnik temperatury 107 są dołączone do przewodów 103A i 103B. Płyty spinające 106 i 106' służą dla określenia osi W i W', wokół których każdy przewód drga.

Gdy przepływomierz Coriolisa 100 jest wmontowany w system rur (niepokazany), które niosą materiał procesowy, który jest mierzony, materiał wpływa do zespołu przepływomierza 110 przez kołnierz 101, przepływa przez rurę rozgałęźną 102, gdzie materiał jest kierowany do przewodów 103A i 103B. Materiał następnie przepływa przez przewody 103A i 103B i wraca do rury rozgałęźnej 102, przez którą wypływa z zespołu miernika 110 przez kołnierz 101'.

Przewody 103A i 103B są wybrane i odpowiednio zamontowane do rury rozgałęźnej 102, tak, że mają one zasadniczo taki sam rozkład masy, momenty bezwładności i moduły sprężystości przy zginaniu odpowiednio względem osi W-W i W'-W' Przewody 103A-103B są wyprowadzone na zewnątrz od rury rozgałęźnej w sposób zasadniczo równoległy.

Przewody 103A-103B są poruszane przez wzbudnik 104 w przeciwnych kierunkach w stosunku do ich odpowiednich osi zginania W i W' i ustala się pierwszy niebędący w fazie mod zginania przepływomierza. Wzbudnik 104 może zawierać jeden z dobrze znanych układów takich jak magnes zamontowany do przewodu 103A i przeciwna cewka zamontowana do przewodu 103B i przez które przepływa prąd przemienny dla wzbudzania drgań obu przewodów. Odpowiedni sygnał sterujący jest podawany przez elektroniczny układ pomiarowy 150 do wzbudnika 104 torem 112.

Czujniki prędkości 105 i 105' są przymocowane do co najmniej jednego z przewodów 103A i 103B na przeciwnych końcach przewodu dla mierzenia drgań przewodów. Gdy przewód 103A-103B drga, czujniki prędkości 105-105' generują pierwszy sygnał prędkości i drugi sygnał prędkości. Pierwszy i drugi sygnał prędkości drgań są podawane torami 111 i 111'. Sygnał prędkości drgań wzbudnika jest podawany torem 112.

Czujnik temperatury 107 jest przymocowany do co najmniej jednego z przewodów 103A i/lub 103B. Czujnik temperatury 107 mierzy temperaturę przewodu dla modyfikowania równań dla temperatury systemu. Tor 111 przenosi sygnały temperatury z czujnika temperatury 107 do elektronicznego układu pomiarowego 150.

Elektroniczny układ pomiarowy 150 odbierają pierwszy i drugi sygnał prędkości drgań pojawiający się odpowiednio w torach 111 i 111'. Za pomocą elektronicznego układu pomiarowego 150 przetwarza się pierwszy i drugi sygnał prędkości drgań obliczając natężenie przepływu masy, gęstości, lub innych właściwości materiału przepływającego przez zespół przepływomierza 110. Sygnał wyjściowy jest podawany przez elektroniczny układ pomiarowy 150 torem 125 do elementów wykorzystujących (niepokazane). Wiadomo fachowcom, że przepływomierz Coriolisa 100 ma strukturę podobną do drgającego gęstościomierza rurowego. Drgające gęstościomierze rurowe także wykorzystują drgającą rurę, przez którą płyn przepływa lub, w przypadku gęstościomierza typu próbkującego, w którym płyn jest trzymany. Drgające gęstościomierze rurowe także wykorzystują system napędowy dla pobudzania przewodu do drgań. Drgające gęstościomierze rurowe typowo wykorzystują tylko pojedynczy sygnał sprzężenia zwrotnego ponieważ pomiar gęstości wymaga tylko pomiaru częstotliwości, a pomiar fazy nie jest potrzebny. Przedstawiony tu opis wynalazku odnosi się również do drgających gęstościomierzy rurowych.

W przepł ywomierzu Coriolisa 100, elektroniczny ukł ad pomiarowy 150 jest fizycznie podzielony na dwie części, układ główny 170 i układ dopasowania sygnału 160. W konwencjonalnych elektronicznych układach pomiarowych, te składniki są umieszczone w jednym zespole.

Układ dopasowania sygnału 160 zawiera układ sterujący 163 i układ dopasowania sygnału czujnika 161. Fachowiec zrozumie, że rzeczywiście układ sterujący 163 i układ dopasowania sygnału czujnika 161 mogą być oddzielnymi układami analogowymi lub mogą być oddzielnymi funkcjami realizowanymi przez cyfrowy procesor sygnałów lub inne elementy cyfrowe. Układ sterujący 163 generuje sygnał sterujący i podaje przemienny prąd napędowy do wzbudnika 104 torem 112 toru 120. Układ według wynalazku może być wbudowany w układ sterujący 163. dla dostarczania prądu przemiennego do wzbudnika 104.

PL 199 791 B1

W rzeczywistoś ci, tor 112 jest pierwszym i drugim przewodem. Ukł ad sterują cy 163 jest dołączony do układu dopasowania sygnału czujnika 161 torem 162. Tor 162 umożliwia monitorowanie wchodzącego sygnału prędkości za pomocą układu sterującego dla dopasowania sygnału sterującego. Moc zasilająca układ sterujący 163 i układ dopasowania sygnału czujnika 161 jest dostarczana z systemu gł ównego 170 pierwszym przewodem 173 i drugim przewodem 174. Pierwszy przewód 173 i drugi przewód 174 mogą być częścią konwencjonalnego dwu-przewodowego, cztero-przewodowego kabla, lub częścią kabla złożonego z wielu par.

Za pomocą układu dopasowania sygnału czujnika 161 odbiera sygnały wejściowe z pierwszego czujnika prędkości 105. drugiego czujnika prędkości 105' i czujnika temperatury 107 torami 111, 111' i 111. Układ dopasowania sygnału czujnika 161 określa częstotliwości sygnałów prędkości i moż e także określać właściwości materiału przepływającego przez przewody 103A-103B. Po wyznaczeniu częstotliwości sygnałów wejściowych z czujników prędkości 105-105' i właściwości materiału, parametry sygnałów niosących te informacje są generowane i przesyłane do procesora wtórnego 171 w systemie główny 170 torem 176. W korzystnym przykładzie wykonania, tor 176 zawiera dwa przewody. Jednakże, fachowiec zrozumie, że tor 176 może zawierać pierwszy przewód 173 i drugi przewód 174 lub inną dowolną liczbę przewodów.

Układ główny 170 zawiera zasilacz 172 i procesor wtórny 171. Zasilacz 172 odbiera energię elektryczną ze źródła i przekształca energię elektryczną w odpowiednią moc wymaganą przez układ. Procesor wtórny 171 odbiera sygnały parametrów z układu dopasowania sygnału czujnika prędkości 161 i następnie wykonuje przetwarzanie potrzebne dla określenia właściwości materiału przepływającego przez przewody 103A-103B, potrzebne użytkownikowi. Takie właściwości mogą zawierać, ale nie są ograniczone do gęstość, natężenie przepływu masy, i natężenie przepływu objętości.

Wynalazek jest realizowany przez procesor, którym jest albo cyfrowy procesor sygnałów w ukł adzie dopasowania sygnał u 160 albo procesor wtórny 171. Figura 5 przedstawia konwencjonalny układ przetwarzania 500, wykorzystywany do realizacji wynalazku.

Układ przetwarzania 500 zawiera jednostkę centralną (CPU) 501. CPU 501 jest procesorem, mikroprocesorem, lub kombinacją procesora i/lub mikroprocesora, który wykonuje rozkazy, które są pamiętane w pamięci. Szyna pamięci 502 łączy CPU 501 z pamięcią potrzebną do wykonywania rozkazów. Pamięć trwała taka jak pamięć stała (ROM) 510 jest dołączona do szyny pamięci 502 torem 511. ROM 510 pamięta konfigurację rozkazów i inne rozkazy potrzebne do właściwej pracy systemu przetwarzania 500. Pamięć ulotna, taka jak pamięć o dostępie bezpośrednim 520, jest dołączona do szyny pamięci 502 torem 521. RAM 520 pamięta rozkazy i dane potrzebne do realizacji aplikacji wykonywanych przez CPU 501.

Szyna Wejścia/Wyjścia (I/O) 503 łączy CPU 501 z innymi urządzeniami potrzebnymi do wykonywania rozkazów. Konwerter analogowo-cyfrowy (A/D) 530 umożliwia CPU 501 odbieranie sygnałów z układów analogowych takich jak czujniki prędkości 105-105' z Fig. 1. Konwerter A/D 530 jest dołączony do szyny l/O 503 i odbiera sygnały analogowe z innych układów (niepokazanych) torem 532. Urządzenie peryferyjne 540 jest innym urządzeniem, które realizuje wymagane funkcje dla układu przetwarzania 500 dla dostarczania danych do CPU 501. Urządzenie peryferyjne 540 jest dołączone do szyny I/O 503 torem 541. Pamięć 550 jest urządzeniem, które zapewnia dodatkowe możliwości pamiętania danych dla układu przetwarzania 500, takiego jak napęd dysku i dysk. Pamięć 550 jest dołączona do szyny I/O 503 torem 551.

Jest problemem, że właściwości mierzonego materiału mogą wpływać na pomiar przepływu masy wykonywany przez przepływomierz Coriolisa taki jak przepływomierz Coriolisa 100. Jedną taką właściwością jest gęstość materiału. Małe przepływomierze Coriolisa są szczególnie wrażliwe na błędy spowodowane przez gęstość mierzonego materiału. Dla celów niniejszych rozważań mały przepływomierz Coriolisa jest przepływomierzem, który ma rury przepływowe o średnicy 0.33 cm. Przykładem takiego przepływomierza jest przepływomierz Coriolisa CMF 010 produkowany przez Micro Motion INC. z Boulder, Kolorado.

Figura 2 przedstawia wykresy błędów w funkcji natężenia przepływu materiałów mających różne gęstości. Wykres 201 przedstawia błąd nieskompensowanego natężenia przepływu przy zmianach przepływu dla materiału mającego gęstość 0,9957. Wykres 202 przedstawia błąd nieskompensowanego natężenia przepływu dla materiału mającego gęstość 0,9489. Wykres 203 przedstawia błąd nieskompensowanego natężenia przepływu dla materiału mającego gęstość 0,85284. Wykres 204 przedstawia błąd nieskompensowanego natężenia przepływu dla materiału mającego gęstość

PL 199 791 B1

0,78922. Wykres 205 przedstawia błąd nieskompensowanego natężenia przepływu dla materiału mającego gęstość 0,90452.

Jak pokazano na Fig. 2, materiał mający gęstości zbliżone do 1.0 powoduje mniejszy błąd procentowy. Podczas, gdy gęstości, które nie są zbliżone do 1.0 mają tendencję do powodowania błędu procentowego większego niż 0.1%.

Na wykresach na Fig. 2, fachowiec może zauważyć, że gęstości, które nie są zbliżone do 1 powodują, że mały przepływomierz podaje niedokładne pomiary natężenia przepływu. W sposobie według wynalazku koryguje się pomiar natężenia przepływu przez mnożenie zmierzonego natężenia przepływu przez współczynnik kompensacji gęstości.

Współczynnik kompensacji gęstości może być obliczany w jeden z poniższych sposobów: sprawdza się współczynniki kompensacji oparte na nieskompensowanych natężeniach przepływu, porównuje się gęstość do najmniejszych kwadratów wielomianu dopasowanego do nieskompensowanej gęstości, lub do dwuwymiarowej krzywej najmniejszych kwadratów dopasowanej do nieskompensowanej gęstości i natężenia przepływu masy. Fachowiec zrozumie, że inne sposoby dopasowywania danych mogą być stosowane dla określenia współczynnika kompensacji gęstości.

Zależność pomiędzy gęstością i natężeniem przepływu może być stosowana do kompensowania pomiaru natężenia przepływu dla błędów spowodowanych przez gęstość. Figury 3 i 4 ilustrują alternatywne realizacje sposobu mierzenia natężenia przepływu mającego kompensację gęstości według wynalazku. Procesy pokazane na Fig. 3 i 4 są wykonywane przez elektroniczny układ pomiarowy 150 lub przez procesor wtórny, który odbiera dane z elektronicznego układu pomiarowego 150. Pierwszy przykład realizacji sposobu 300 pokazano na fig. 3. W sposobie 300 każdy pomiar natężenia przepływu jest kompensowany dla gęstości w następujący sposób.

Realizacja sposobu 300 zaczyna się pierwszym etapem 301. w którym odbiera się sygnały pokazujące natężenie przepływu masy z czujników przymocowanych do drgającego przewodu. Fachowiec zrozumie, że te sygnały mogą być sygnałami analogowymi odbieranymi bezpośrednio z czujników prędkości lub sygnały mogą być sygnałami cyfrowymi reprezentującymi różnicę faz pomiędzy sygnałami z czujników. To jest wybór projektowy i zmienia się zależnie od rodzaju układu stosowanego do realizowania procesu.

W drugim etapie 302 wyznacza się nieskompensowane natężenie przepł ywu. Natężenie przepływu określa się w konwencjonalny sposób znany ze stanu techniki i opis wyznaczania natężenia przepływu jest pominięty dla jasności i aby nie przedłużać wywodu.

Współczynnik kompensacji gęstości jest następnie wyznaczany w trzecim etapie 303. Współczynnik kompensacji gęstości może być wyznaczany w wiele różnych sposobów. Pierwszym rozwiązaniem jest utrzymywanie pamięci, która pamięta natężenie przepływu i związany współczynnik kompensacji lub skompensowane natężenie przepływu. Następnie w prosty sposób wykonuje się sprawdzenie prowadzące do określenia współczynnika kompensacji lub skompensowanego natężenia przepływu.

Sposób określenia współczynnika kompensacji według stanu techniki jest liniową lub pierwszego rzędu krzywą dopasowaną do danych. Nieskompensowane natężenie przepływu jest wprowadzane do równania i jest wyznaczany właściwy współczynnik kompensacji gęstości.

Jednakże, krzywa pierwszego rzędu nie jest dokładną reprezentacją danych. Dlatego korzystnie generuje się równanie wielomianowe N-tego rzędu, które lepiej odpowiada uzyskanym danym, i dokładniej przedstawia współczynnik kompensacji. Zmierzoną wielkość nieskompensowanego natężenia przepływu następnie wprowadza się do równania dla obliczenia współczynnika kompensacji gęstości. W korzystnym przykładzie wykonania jest wyznaczany wielomian 4-tego rzędu, który najlepiej odpowiada danym i dlatego jest stosowane równanie czwartego rzędu. Jednakże, fachowiec zrozumie, że równania innego rzędu mogą być stosowane w oparciu o dokładność rezultatów.

W korzystnym przykł adzie wykonania jest wyznaczane poniż sze równanie czwartego rzę du, które najlepiej odpowiada danym.

234

DCF = a0 + a1m + a2m² + a3m³ + a4m⁴

Gdzie:

a₀ = +0,9983; a₁ = +0,0052; a2 = +0,0094; a3 = +0,0051; a4 = -0,0008; i m = nieskompensowane natężenie przepływu

PL 199 791 B1

Drugi przykład realizacji sposobu określenia współczynnika kompensacji polega na wykorzystaniu krzywej dwuwymiarowej dopasowanej do wielomianu N-tego rzędu. Dwuwymiarowa krzywa jest krzywą dopasowaną do dwóch zmiennych stanowiących dane. W tym przypadku krzywa jest dopasowana do przepływu masy określonego przez m i gęstości określonej przez d. W korzystnym przykładzie wykonania, stosuje się metodę najmniejszych kwadratów dla gęstości i natężenia przepływu masy do wyznaczania współczynnika kompensacji. Przez badania określono dane dopasowane do różnych wielomianów, wyznaczono, że wielomian czwartego rzędu odpowiada gęstości i natężeniu przepływu masy dla określenia współczynnika kompensacji, jak pokazano w poniższym równaniu:

współczynnik kompensacji = a0 + (a1 x m) + (a2 x m²) + (a3 x m³) + (a4 x m⁴) + (a5 x m x d) + (a6 x d) +(a7 x d²) + (a8 x d³) + (a₉ x d⁴) gdzie:

a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, a8, a9 = współczynniki; m = natężenie przepł ywu masy d = gę stość

Po wyznaczeniu współczynnika kompensacji gęstości w trzecim etapie 303, współczynnik kompensacji jest wprowadzany do sygnału nieskompensowanego natężenia przepływu masy dla wygenerowania sygnału natężenia przepływu skompensowanego dla gęstości masy w czwartym etapie 304 i postę powanie wedł ug sposobu 300 koń czy się .

Na figurze 4 pokazano drugi przykład realizacji sposobu 400 uzyskania pomiaru natężenia przepływu skompensowanego ze względu na błędy spowodowane przez gęstość. W tym przykładzie wykonania, współczynnik kompensacji gęstości może nie być wprowadzany do mierzonego natężenia przepływu jeżeli gęstość materiału jest w zakresie gęstości, w którym niedopuszczalny błąd nie dodaje się do mierzonego natężenia przepływu.

Sposób 400 zaczyna się w pierwszym etapie 401 przez odbieranie sygnałów określających natężenie przepływu masy z czujników przymocowanych do drgającego przewodu. Sygnały są następnie wykorzystane do obliczania nieskompensowanego natężenia przepływu w drugim etapie 402. Natężenie przepływu jest obliczane w konwencjonalny sposób dobrze znany fachowcom.

W trzecim etapie 403 jest obliczana gęstość materiału na podstawie sygnałów z konwencjonalnego lub dobrze znanego równania takiego jak:

p= ^p .. T

K²2 -K1²

-K₁ ²)+ p₁

Gdzie p = gęstość materiału p1 = gęstość pierwszego znanego materiału takiego jak woda; p2 = gęstość drugiego znanego materiału takiego jak powietrze;

K1 = stała pierwszego znanego materiału takiego jak woda;

K2 = stała drugiego znanego materiału takiego jak powietrze; τ = okres drgań rury przepływowej.

Po obliczeniu gęstości, obliczona gęstość jest porównana z progową gęstością w czwartym etapie 404. Gęstość może przekroczyć progową gęstość będąc większą niż lub mniejszą niż próg gęstości. Odpowiednie porównanie pozostawiono fachowcom.

Jeżeli obliczona gęstość przekracza próg gęstości, współczynnik kompensacji gęstości jest wyznaczany w piątym etapie 405. Współczynnik kompensacji gęstości jest wyznaczany w sposób opisany powyżej w etapie 303 sposobu z fig. 3. Współczynnik kompensacji gęstości jest następnie wprowadzany do sygnału nieskompensowanego natężenia przepływu masy i sygnał skompensowanego natężenia przepływu masy jest generowany w szóstym etapie 406.

Jeżeli obliczona gęstość nie przekracza progu gęstości, można wrócić do pomiaru nieskompensowanego natężenia przepływu w drugim etapie 402. Alternatywnie, ponieważ wiadomo, że liniowa kompensacja gęstości może być wystarczająca, kompensacja gęstości może być wyznaczona przy wykorzystaniu liniowej kompensacji w siódmym etapie 411. Skompensowane natężenie przepływu jest następnie generowane w ósmym etapie 412 przez wprowadzenie liniowego współczynnika kompensacji gęstości do sygnału nieskompensowanego natężenia przepływu.

W ostatnim etapie 420 skompensowane natężenie przepł ywu obliczane w szóstym etapie 406 lub ósmym etapie 412 jest przyjęte i postępowanie sposobu 400 kończy się.

Claims

1. Sposób mierzenia natężenia przepływu materiału przepływającego przez drgający przewód, w którym odbiera się sygnały z czujników przymocowanych do drgają cego przewodu z przepływającym materiałem, a na podstawie tych sygnałów wyznacza się sygnał wielkości nieskompensowanego natężenia przepływu materiału i sygnał gęstości przepływającego materiału, znamienny tym, że porównuje się sygnał gęstości z wartością progową, i, jeżeli sygnał gęstości przewyższa wartość progową, na podstawie sygnału nieskompensowanego natężenia przepływu i nieliniowej informacji dotyczącej błędów natężenia przepływu wyznacza się współczynnik kompensacji gęstości za pomocą metody nieliniowego dopasowania danych, po czym koryguje się za pomocą tego współczynnika kompensacji gęstości sygnał nieskompensowanego natężenia przepływu wytwarzając skompensowany sygnał pomiaru natężenia przepływu materiału przepływającego przez drgający przewód.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wartość progową gęstości przyjmuje się 1.030.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że współczynnik kompensacji gęstości wyznacza się poprzez wprowadzenie wartości sygnału nieskompensowanego natężenia przepływu do równania wielomianowego N-tego rzędu, dotyczącego błędu natężenia przepływu zależnego od gęstości, gdzie N jest wię ksze niż 1.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że określa się N-ty rząd równania wielomianowego za pomocą wykonanej N-tego rzędu krzywej dopasowania gęstości do błędu natężenia przepływu, gdzie N jest większe niż 1.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że N-tego rzędu krzywą dopasowania wykonuje się jako krzywą dopasowania najmniejszych kwadratów.

6. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że N jest równe 4.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że współczynnik kompensacji gęstości wyznacza się poprzez wprowadzanie wartości sygnałów nieskompensowanego natężenia przepływu i gęstości do dwuwymiarowego równania wielomianowego N-tego rzędu, dotyczącego błędu natężenia przepływu zależnego od gęstości, gdzie N jest większe niż 1.

8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że wielomian N-tego rzędu wyznacza się poprzez wykonanie dwuwymiarowej, N-tego rzędu krzywej dopasowania gęstości i nieskompensowanego natężenia przepływu.

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że wielomian N-tego rzędu wyznacza się poprzez wykonanie dwuwymiarowej N-tego rzędu krzywej dopasowania jako krzywej dopasowania najmniejszych kwadratów dla nieskompensowanego natężenia przepływu i gęstości.