УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО СМЕЩЕНИЯ НУЛЯ В ВИБРАЦИОННОМ РАСХОДОМЕРЕ И СООТВЕТСТВЕННЫЙ СПОСОБ
DEVICE FOR DETERMINING ZERO DIFFERENTIAL SHIFT IN THE VIBRATION FLOW-METER AND THE CORRESPONDING METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к расходомерам и, в частности, к способу и устройству для определения изменения смещения нуля вибрационного расходомера.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Вибрационные датчики, такие как, например, вибрационные денситометры и расходомеры Кориолиса, являются общеизвестными и используются для измерения массового расхода и для получения другой информации о материалах, текущих через трубопровод в расходомере. Примерные расходомеры Кориолиса раскрыты в Патенте США 4,109,524, Патенте США 4,491,025, и Re. 31,450, все от J.E.Smith и др. Эти расходомеры имеет один или несколько трубопроводов прямой или изогнутой конфигурации. Каждая конфигурация трубопровода в массовом расходомере Кориолиса, например, имеет набор собственных колебательных мод, которые могут быть простыми изгибными модами, крутильными модами, или модами смешанного типа. В каждом трубопроводе могут возбуждаться колебания на предпочтительной моде.
Материал втекает в расходомер из присоединенного магистрального трубопровода на впускной стороне расходомера, направляется через трубопровод(-ы), и выходит из расходомера через выпускную сторону расходомера. Собственные колебательные моды колеблющейся системы задаются частично комбинированной массой трубопроводов и материала, текущего в пределах трубопроводов.
Когда поток через расходомер отсутствует, приводная сила, приложенная к трубопроводу(-ам), заставляет все точки вдоль трубопровода(-ов) колебаться с идентичной фазой, или с малым "смещением нуля", которое является запаздыванием, измеренным при нулевом расходе. Как только материал начинает течь через расходомер, силы Кориолиса приводят к тому, что каждая точка вдоль трубопровода(-ов) имеет различную фазу. Например, фаза на впускном конце расходомера отстает от фазы в центрированном положении привода, тогда как фаза на выпуске опережает фазу в центрированном положении привода. Измерительные преобразователи на трубопроводе(-ах) производят синусоидальные сигналы, отображающие перемещение трубопровода(-ов). Выводимые от измерительных преобразователей сигналы обрабатываются для определения временной задержки между измерительными преобразователями. Время задержки между двумя или более измерительными преобразователями пропорционально массовому расходу материала, текущего через трубопровод(-ы).
Электронный измеритель, соединенный с приводом, создает приводной сигнал для управления приводом и для определения массового расхода и других свойств материала из сигналов, принятых от измерительных преобразователей. Привод может содержать одну из многих известных конструкций; однако, магнит и противостоящая приводная индукционная катушка наиболее успешно используются в производстве расходомеров. Переменный ток поступает на приводную индукционную катушку для возбуждения колебаний трубопровода(-ов) при желаемой амплитуде и частоте колебаний расходомерного трубопровода. Также известно в данной области техники, что измерительные преобразователи могут быть выполнены в виде конструкции магнита и индукционной катушки, вполне подобной конструкции привода. Однако, тогда как привод принимает ток, который вызывает движение, измерительные преобразователи могут использовать это обеспечиваемое приводом движение для получения электрического напряжения. Величина временной задержки, измеряемой измерительными преобразователями, очень мала; часто измеряется в наносекундах. Поэтому, необходимо, чтобы выходной сигнал преобразователя был очень точным.
Вообще говоря, расходомер Кориолиса может быть изначально откалиброван, и может быть создан калибровочный коэффициент расхода, наряду со смещением нуля. При эксплуатации, калибровочный коэффициент расхода может быть умножен на время задержки, измеренное измерительными преобразователями, минус смещение нуля, для получения массового расхода. В большинстве ситуаций, расходомер калибруется изначально, обычно изготовителем, и предполагается, что он обеспечивает точные измерения без необходимости в последующих калибровках. Кроме того, подход техники предшествующего уровня предполагает калибровку нуля расходомера пользователем после установки, останавливая поток, перекрывая клапаны и, таким образом, предоставляя в технологических условиях измеритель с нулевым расходом как эталон.
Как отмечено выше, во многих вибрационных датчиках, включающих в себя расходомеры Кориолиса, может присутствовать смещение нуля, которое в подходах техники предшествующего уровня корректируется изначально. Хотя это изначально определенное смещение нуля может адекватно корректировать измерения при ограниченных обстоятельствах, смещение нуля может изменяться со временем вследствие изменения разнообразных эксплуатационных условий, главным образом - температуры, приводя только к частичным коррекциям. Однако, другие эксплуатационные условия могут также влиять на смещение нуля, включая давление, плотность флюида, условия монтажа датчика, и т.д. Кроме того, смещение нуля может изменяться в различной степени от одного измерителя к другому. Это может быть особенно важным в ситуациях, когда больше чем один измеритель соединяются последовательно, так, что каждый из измерителей должен считывать то же самое, если измеряется один и тот же расход флюида.
В морских промышленных приложениях, морские суда часто используют переключающие схемы для топлива, посредством чего судовой двигатель работает на различных типах топлива (или их смесей). Обычно тяжелое нефтетопливо (HFO) и или судовое дизельное топливо (MDO) или судовое нефтетопливо (MFO) - это используемые топлива. Когда топливный источник переключается, рабочая температура HFO, находящаяся в пределах приблизительно 120-150°C, изменяется до рабочей температуры приблизительно 30-50°C для MDO/MFO. И поскольку разность между этими двумя рабочими температурами составляет около 50°C, то возникают проблемы температурно-обусловленного дрейфа нуля.
Поэтому, в данной области техники имеется необходимость в способе для определения и компенсации изменения смещения нуля вибрационных датчиков, которое подвержено изменению при рабочей температуре. Настоящее изобретение преодолевает эту и другие проблемы, и достигается усовершенствование в данной области техники.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ для управления системой, сконфигурированной для потребления флюида, имеющей, по меньшей мере, два расходомера, предоставляется в соответствии с вариантом реализации. Вариант реализации содержит этапы:
рециркуляции флюида в замкнутом контуре, имеющем расходомер со стороны питания и расходомер со стороны возврата, так, что по существу флюид не потребляется;
измерения расхода флюида в расходомере со стороны питания и в расходомере со стороны возврата;
сравнения измерений расхода флюида между расходомером со стороны питания и расходомером со стороны возврата;
определения первого дифференциального нулевого значения на основании различия в измерениях расхода флюида между расходомером со стороны питания и расходомером со стороны возврата;
приема первого значения сигнала датчика температуры;
сопоставления первого дифференциального нулевого значения с первым значением сигнала датчика температуры; и
сохранения первого дифференциального нулевого значения, сопоставленного с первым значением сигнала датчика температуры, в электронном измерителе.
Способ для управления мультитопливной системой, имеющей двигатель, по меньшей мере, два топливных бака, сконфигурированные для содержания в каждом из них различного топлива, и, по меньшей мере, расходомер со стороны питания и расходомер со стороны возврата, предоставляются в соответствии с вариантом реализации. Вариант реализации содержит этапы:
рециркуляции топлива первого типа в замкнутом контуре, тогда как двигатель не работает, так, что по существу топливо не потребляется;
измерения первого расхода топлива в расходомере со стороны питания и в расходомере со стороны возврата;
сравнения первых измерений расхода топлива между расходомером со стороны питания и расходомером со стороны возврата, и определения первого дифференциального нулевого значения на основании различия в измерениях расхода топлива между расходомером со стороны питания и расходомером со стороны возврата;
приема первого значения сигнала датчика температуры;
сопоставления первого дифференциального нулевого значения с первым значением сигнала датчика температуры и топливом первого типа;
сохранения первого дифференциального нулевого значения, сопоставленного с первым значением сигнала датчика температуры и топливом первого типа в электронном измерителе;
рециркуляции топлива второго типа в замкнутом контуре, тогда как двигатель не работает, так, что по существу топливо не потребляется;
измерения второго расхода топлива в расходомере со стороны питания и в расходомере со стороны возврата;
сравнения вторых измерений расхода топлива между расходомером со стороны питания и расходомером со стороны возврата, и определения второго дифференциального нулевого значения на основании различия в измерениях расхода топлива между расходомером со стороны питания и расходомером со стороны возврата;
приема второго значения сигнала датчика температуры;
сопоставления второго дифференциального нулевого значения со вторым значением сигнала датчика температуры и топливом второго типа;
сохранения второго дифференциального нулевого значения, сопоставленного со вторым значением сигнала датчика температуры и топливом второго типа в электронном измерителе.
Электронный измеритель для расходомеров, включающий в себя систему обработки, связанную с системой, имеющей двигатель, предоставляется в соответствии с вариантом реализации. В соответствии с вариантом реализации, электронный измеритель сконфигурирован для:
приема сигналов датчика и от расходомера со стороны питания, и от расходомера со стороны возврата, тогда как двигатель не работает;
определения дифференциального смещения нуля между расходомером со стороны питания и расходомером со стороны возврата на основании принятых сигналов датчика;
определения температуры, по меньшей мере, или расходомера со стороны питания, или расходомера со стороны возврата;
сопоставления дифференциального смещения нуля с температурой; и
сохранения дифференциального смещения нуля, сопоставленного с температурой, в электронном измерителе.
ОБЪЕКТЫ
В соответствии с объектом, предоставляется способ для управления системой, сконфигурированной для потребления флюида, имеющей, по меньшей мере, два расходомера. Объект содержит этапы: рециркуляции флюида в замкнутом контуре, имеющем расходомер со стороны питания и расходомер со стороны возврата, так, что по существу флюид не потребляется; измерения расхода флюида в расходомере со стороны питания и в расходомере со стороны возврата; сравнения измерений расхода флюида между расходомером со стороны питания и расходомером со стороны возврата; определения первого дифференциального нулевого значения на основании различия в измерениях расхода флюида между расходомером со стороны питания и расходомером со стороны возврата; приема первого значения сигнала датчика температуры; сопоставления первого дифференциального нулевого значения с первым значением сигнала датчика температуры; и сохранения первого дифференциального нулевого значения, сопоставленного с первым значением сигнала датчика температуры в электронном измерителе.
Предпочтительно, определяются множественные значения дифференциального нуля для первого значения сигнала датчика температуры, каждое в различные моменты времени, и сохраняются и сопоставляются с первым значением сигнала датчика температуры.
Предпочтительно, объект содержит этапы усреднения множественных значений дифференциального нуля для вычисления усредненного множественного значения дифференциального нуля; сопоставления усредненного множественного дифференциального нулевого значения с первым значением сигнала датчика температуры; и сохранения усредненного множественного дифференциального нулевого значения, сопоставленного с первым значением сигнала датчика температуры в электронном измерителе.
Предпочтительно, объект содержит этапы применения статистического анализа к множественным дифференциальным нулевым значениям, и отбрасывания выпадающих значений дифференциального нуля.
Предпочтительно, объект содержит этапы: управления двигателем, расположенным между расходомером со стороны питания и расходомером со стороны возврата, так, что флюид потребляется; приема значения сигнала датчика температуры от, по меньшей мере, или расходомера со стороны питания, или расходомера со стороны возврата, тогда как двигатель работает; измерения расхода флюида в расходомере со стороны питания и в расходомере со стороны возврата, тогда как двигатель работает; вычисление потребления флюида двигателем, сравнивая измерения расхода флюида между расходомером со стороны питания и расходомером со стороны возврата к уравнению потребления флюида двигателем; применения дифференциального нулевого значения, сопоставленного со значением сигнала датчика температуры в электронном измерителе, к уравнению потребления флюида двигателем; и выведения скорректированного измерения потребления флюида, которое скорректировано для рабочей температуры.
Предпочтительно, объект содержит этапы: измерения второго расхода флюида в расходомере со стороны питания и в расходомере со стороны возврата; сравнения вторых измерений расхода флюида между расходомером со стороны питания и расходомером со стороны возврата, и определения второго дифференциального нулевого значения на основании различия в измерениях расхода флюида между расходомером со стороны питания и расходомером со стороны возврата; приема второго значения сигнала датчика температуры, по меньшей мере, или от расходомера со стороны питания, или от расходомера со стороны возврата; сопоставления второго дифференциального нулевого значения со вторым сигналом датчика температуры; и сохранения второго дифференциального нулевого значения, сопоставленного со вторым значением сигнала датчика температуры в электронном измерителе.
Предпочтительно, объект содержит этапы: управления двигателем, расположенным между расходомером со стороны питания и расходомером со стороны возврата, так, что флюид потребляется; приема значения сигнала датчика температуры, по меньшей мере, или от расходомера со стороны питания, или от расходомера со стороны возврата, тогда как двигатель работает; измерение расхода флюида в расходомере со стороны питания и в расходомере со стороны возврата, тогда как двигатель работает; вычисление потребления флюида двигателем, сравнивая измерения расхода флюида между расходомером со стороны питания и расходомером со стороны возврата к уравнению потребления флюида двигателем; применения дифференциального нулевого значения, сопоставленного с первым значением сигнала датчика температуры в электронном измерителе, к уравнению потребления флюида двигателем, если значение сигнала датчика температуры, принятое, по меньшей мере, или от расходомера со стороны питания, или от расходомера со стороны возврата, тогда как двигатель работает, находится в пределах порога, связанного с первым значением сигнала датчика температуры в электронном измерителе; применения дифференциального нулевого значения, сопоставленного со вторым значением сигнала датчика температуры в электронном измерителе, к уравнению потребления флюида двигателем, если значение сигнала датчика температуры, принятое, по меньшей мере, или от расходомера со стороны питания, или от расходомера со стороны возврата, тогда как двигатель работает, находится в пределах порога, связанного со вторым значением сигнала датчика температуры в электронном измерителе; и выведения скорректированного измерения потребления флюида, которое скорректировано для рабочей температуры.
Предпочтительно, объект содержит этап применения интерполированного дифференциального нулевого значения, полученного из первого значения сигнала датчика температуры в электронном измерителе и второго значения сигнала датчика температуры, к уравнению потребления флюида двигателем, если значение сигнала датчика температуры, принятое, по меньшей мере, или от расходомера со стороны питания, или от расходомера со стороны возврата, тогда как двигатель работает, находится между первым значением сигнала датчика температуры в электронном измерителе и вторым значением сигнала датчика температуры в электронном измерителе.
Предпочтительно, объект содержит этап применения экстраполированного дифференциального нулевого значения, полученного из первого значения сигнала датчика температуры в электронном измерителе и второго значения сигнала датчика температуры, к уравнению потребления флюида двигателем, если значение сигнала датчика температуры, принятое, по меньшей мере, или от расходомера со стороны питания, или от расходомера со стороны возврата, тогда как двигатель работает, находится вне диапазона изменения первого значения сигнала датчика температуры в электронном измерителе и второго значения сигнала датчика температуры в электронном измерителе.
В соответствии с объектом, предоставляется способ для управления мультитопливной системой, имеющей двигатель, по меньшей мере, два топливных бака, сконфигурированные так, что они содержат различные топлива и, по меньшей мере, расходомер со стороны питания и расходомер со стороны возврата. Способ содержит этапы: рециркуляции топлива первого типа в замкнутом контуре, тогда как двигатель не работает, так, что по существу топливо не потребляется; измерения первого расхода топлива в расходомере со стороны питания и в расходомере со стороны возврата; сравнения первых измерений расхода топлива между расходомером со стороны питания и расходомером со стороны возврата, и определения первого дифференциального нулевого значения на основании различия в измерениях расхода топлива между расходомером со стороны питания и расходомером со стороны возврата; приема первого значения сигнала датчика температуры; сопоставления первого дифференциального нулевого значения с первым значением сигнала датчика температуры и топливом первого типа; сохранения первого дифференциального нулевого значения, сопоставленного с первым значением сигнала датчика температуры и топливом первого типа в электронном измерителе; рециркуляции топлива второго типа в замкнутом контуре, тогда как двигатель не работает, так, что, по существу, топливо не потребляется; измерения второго расхода топлива в расходомере со стороны питания и в расходомере со стороны возврата; сравнения вторых измерений расхода топлива между расходомером со стороны питания и расходомером со стороны возврата, и определения второго дифференциального нулевого значения на основании различия в измерениях расхода топлива между расходомером со стороны питания и расходомером со стороны возврата; приема второго значения сигнала датчика температуры; сопоставления второго дифференциального нулевого значения со вторым значением сигнала датчика температуры и топливом второго типа; и сохранения второго дифференциального нулевого значения, сопоставленного со вторым значением сигнала датчика температуры и топливом второго типа, в электронном измерителе.
Предпочтительно, объект содержит этапы управления двигателем, используя топливо первого типа; измерения первой рабочей температуры, по меньшей мере, или расходомера со стороны питания, или расходомера со стороны возврата; извлечения первого дифференциального нулевого значения, которое соответствует первой рабочей температуре и топливу первого типа; применения первого дифференциального нулевого значения к уравнению потребления флюида двигателем; и выведения откорректированного измерения потребления флюида, вычисленного с уравнением потребления флюида двигателем, которое скорректировано для первой рабочей температуры и топлива первого типа.
Предпочтительно, объект содержит этапы переключения типа топлива для работы двигателя; измерения второй рабочей температуры, по меньшей мере, или расходомера со стороны питания, или расходомера со стороны возврата; извлечения второго дифференциального нулевого значения, которое соответствует второй рабочей температуре и топливу второго типа; применения второго дифференциального нулевого значения к уравнению потребления флюида двигателем; и выведения откорректированного измерения потребления флюида, вычисленного с уравнением потребления флюида двигателем, которое скорректировано для второй рабочей температуры и топлива второго типа.
В соответствии с объектом, предоставляется электронный измеритель для расходомеров, включающий в себя систему обработки, связанную с системой, имеющей двигатель. Электронный измеритель сконфигурирован для: приема сигналов датчика и от расходомера со стороны питания, и от расходомера со стороны возврата, тогда как двигатель не работает; определения дифференциального смещения нуля между расходомером со стороны питания и расходомером со стороны возврата на основании принятых сигналов датчика; определения температуры, по меньшей мере, или расходомера со стороны питания, или расходомера со стороны возврата; сопоставления дифференциального смещения нуля с температурой; и сохранения дифференциального смещения нуля, сопоставленного с температурой, в электронном измерителе.
Предпочтительно, система обработки сконфигурирована для: определения первой рабочей температуры, по меньшей мере, или расходомера со стороны питания, или расходомера со стороны возврата; сравнения первой рабочей температуры с одной или несколькими предыдущими температурами, сохраненными в электронном измерителе; и если предварительно определенное смещение нуля сопоставлено с первой рабочей температурой, то применение смещения нуля, сопоставленного с первой рабочей температурой, к вычислению для определения потребления топлива двигателем.
Предпочтительно, система обработки сконфигурирована для: определения второй рабочей температуры, по меньшей мере, или расходомера со стороны питания, или расходомера со стороны возврата; сравнения второй рабочей температуры с одной или несколькими предыдущими температурами, сохраненными в электронном измерителе; и если предварительно определенное смещение нуля сопоставлено со второй рабочей температурой, то применение смещения нуля, сопоставленного со второй рабочей температурой, к вычислению для определения потребления топлива двигателем.
Предпочтительно, система обработки сконфигурирована для: сохранения множественных дифференциальных смещений нуля, сопоставленных с множественными соответствующими температурами, по меньшей мере, или расходомера со стороны питания, или расходомера со стороны возврата; вычисления интерполированного смещения нуля, если измеренная рабочая температура находится, по меньшей мере, между двумя из множественных соответствующих температур; и применения интерполированного смещения нуля, сопоставленного с измеренной рабочей температурой, к вычислению для определения потребления топлива двигателем.
Предпочтительно, система обработки сконфигурирована для: сохранения множественных дифференциальных смещений нуля, сопоставленных с множественными соответствующими температурами, по меньшей мере, или расходомера со стороны питания, или расходомера со стороны возврата; вычисления экстраполированного смещения нуля, если измеренная рабочая температура находится вне диапазона изменения множественных соответствующих температур; и применения экстраполированного смещения нуля, сопоставленного с измеренной рабочей температурой, к вычислению для определения потребления топлива двигателем.
Предпочтительно, система обработки сконфигурирована для переключения между множественными сохраненными значениями смещения нуля, сопоставленными с соответствующими сохраненными температурами для соответствия рабочей температуре.
В соответствии с объектом, предоставляется способ для управления расходомером. Способ содержит этапы: сопоставления первого значения смещения нуля с первым значением сигнала датчика температуры; сохранения первого значения смещения нуля, сопоставленного с первым значением сигнала датчика температуры, в электронном измерителе; сопоставления второго значения смещения нуля со вторым значением сигнала датчика температуры; и сохранения второго значения смещения нуля, сопоставленного со вторым значением сигнала датчика температуры, в электронном измерителе.
Предпочтительно, способ для управления расходомером содержит этапы: измерения рабочей температуры расходомера; сравнения рабочей температуры, по меньшей мере, с первым значением смещения нуля и вторым значением смещения нуля; извлечения сохраненного значения смещения нуля, которое наилучшим образом соответствует рабочей температуре; применения сохраненного значения смещения нуля, которое наилучшим образом соответствует рабочей температуре, к рабочей подпрограмме; и выведения откорректированного измерения расходомера, которое скорректировано для рабочей температуры.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 изображает сборку вибрационного датчика в соответствии с вариантом реализации изобретения;
Фиг.2 - топливная система в соответствии с вариантом реализации изобретения;
Фиг.3 - электронный измеритель в соответствии с вариантом реализации изобретения;
Фиг.4 - блок-схема последовательности операций, демонстрирующая подпрограмму дифференциального нуля в соответствии с вариантом реализации изобретения;
Фиг.5 - блок-схема последовательности операций, демонстрирующая другую подпрограмму дифференциального нуля в соответствии с вариантом реализации изобретения;
Фиг.6 - блок-схема последовательности операций, демонстрирующая еще одну подпрограмму дифференциального нуля в соответствии с вариантом реализации изобретения;
Фиг.7 - блок-схема последовательности операций, демонстрирующая рабочую подпрограмму в соответствии с вариантом реализации изобретения; и
Фиг.8 - блок-схема последовательности операций, демонстрирующая работу расходомера в соответствии с вариантом реализации изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Чертежи на Фиг.1-8 и нижеследующее описание демонстрируют конкретные примеры для пояснения специалистам в данной области техники того, как реализовать и использовать наилучший вариант изобретения. С целью пояснения принципов изобретения, некоторые обычные объекты были упрощены или исключены. Специалистам в данной области техники будут очевидны возможные вариации этих примеров, которые находятся в пределах объема притязаний изобретения. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что описанные ниже признаки могут быть различным образом скомбинированы, образуя множественные вариации изобретения. Таким образом, изобретение не ограничивается описанными ниже конкретными примерами, но только пп. формулы и их эквивалентами.
На Фиг.1 показан пример расходомера 5 в форме расходомера Кориолиса, содержащего сборку 10 датчика и один или несколько электронных измерителей 20. Один или несколько электронных измерителей 20 связаны со сборкой 10 датчика для измерения параметра текущего материала, такого как, например, плотность, массовый расход, объемный расход, суммарный массовый расход, температура, и для получения другой информации.
Сборка 10 датчика включает в себя пару фланцев 101 и 101', манифольды 102 и 102', и трубопроводы 103A и 103B. Манифольды 102, 102' прикреплены к противоположным концам трубопроводов 103A, 103B. Фланцы 101 и 101' данного примера присоединены к манифольдам 102 и 102'. Манифольды 102 и 102' данного примера прикреплены к противоположным концам проставки 106. Проставка 106 поддерживает интервал между манифольдами 102 и 102' в данном примере для предотвращения нежелательных колебаний в трубопроводах 103A и 103B. Трубопроводы 103A и 103B вытянуты в сторону от манифольдов по существу параллельным образом. Когда сборка 10 датчика вставляется в систему магистрального трубопровода (не показана), которая транспортирует текучий материал, то материал входит в сборку 10 датчика через фланец 101, проходит через впускной манифольд 102, где общее количество материала направляется в трубопроводы 103A и 103B, протекает через трубопроводы 103A и 103B, и назад в выпускной манифольд 102', где он выходит из сборки 10 датчика через фланец 101'.
Сборка 10 датчика включает в себя привод 104. Привод 104 прикреплен к трубопроводам 103A и 103B в положении, где привод 104 может возбуждать колебания трубопроводов 103A, 103B на приводной моде. Более конкретно, привод 104 включает в себя первый компонент привода (не показан), прикрепленный к трубопроводу 103A, и второй компонент привода (не показан), прикрепленный к трубопроводу 103B. Привод 104 может содержать одну из многих известных конструкций, например, магнит, установленный на трубопроводе 103A, и противостоящую индукционную катушку, установленную на трубопроводе 103B.
В данном примере, приводная мода представляет собой первую несинфазную изгибную моду, и трубопроводы 103A и 103B предпочтительно выбраны и соответственно установлены на впускном манифольде 102 и выпускном манифольде 102' так, чтобы обеспечить сбалансированную систему, имеющую по существу одно и то же массовое распределение, моменты инерции, и упругие модули относительно изгибных осей W-W и W'-W', соответственно. В данном примере, где приводная мода представляет собой первую несинфазную изгибную моду, трубопроводы 103A и 103B приводятся в движение приводом 104 в противоположных направлениях относительно их соответствующих осей W-W и W'-W' изгиба. Приводной сигнал в виде переменного тока может быть предоставлен одним или несколькими электронными измерителями 20, например, по кабельному каналу 110, и пропущен через индукционную катушку, приводя к осцилляциям обоих трубопроводов 103A, 103B. Специалисты в данной области техники увидят, что другие приводные моды могут быть использованы в пределах объема притязаний настоящего изобретения.
Показанная сборка 10 датчика включает в себя пару измерительных преобразователей 105, 105', которые прикреплены к трубопроводам 103A, 103B. Более конкретно, первый компонент измерительного преобразователя (не показан) располагается на трубопроводе 103A, и второй компонент измерительного преобразователя (не показан) располагается на трубопроводе 103B. В изображенном варианте реализации, измерительные преобразователи 105, 105' могут быть электромагнитными детекторами, например, магнитами измерительного преобразователя и индукционными катушками измерительного преобразователя, которые производят сигналы измерительного преобразователя, отображающие скорость и положение трубопроводов 103A, 103B. Например, измерительные преобразователи 105, 105' могут подавать сигналы измерительного преобразователя на один или несколько электронных измерителей через кабельные каналы 111, 111'. Специалисты в данной области техники понимают, что движение трубопроводов 103A, 103B пропорционально определенным параметрам текущего материала, например, массовому расходу и плотности материала, текущего через трубопроводы 103A, 103B.
Следует отметить, что хотя описанная выше сборка 10 датчика содержит расходомер с двойным расходомерным трубопроводом, в пределах объема притязаний настоящего изобретения также и вариант расходомера с единственным трубопроводом. Кроме того, хотя расходомерные трубопроводы 103A, 103B показаны как содержащие расходомерные трубопроводы изогнутой конфигурации, настоящее изобретение может быть осуществлено с расходомером, содержащим расходомерные трубопроводы прямой конфигурации. Поэтому, описанный выше конкретный вариант реализации сборки 10 датчика - это просто один из примеров и никоим образом не должен ограничивать объем притязаний настоящего изобретения.
В показанном на Фиг.1 примере, один или несколько электронных измерителей 20 принимают сигналы измерительного преобразователя от измерительных преобразователей 105, 105'. Канал 26 предоставляет входное и выходное средство, которое позволяет одно или несколько электронных измерителей 20 связать с оператором. Один или несколько электронных измерителей 20 измеряют параметр текущего материала, например, разность фаз, частоту, временную задержку, плотность, массовый расход, объемный расход, суммарный массовый расход, температуру, проверку измерителя, и предоставляют другую информацию. Более конкретно, один или несколько электронных измерителей 20 принимают один или несколько сигналов, например, от измерительных преобразователей 105, 105', и от одного или нескольких температурных датчиков 107, например, от резистивного температурного устройства (RTD), и используют эту информацию для измерения параметра текущего материала.
Методики, с которыми сборки вибрационного датчика, например, расходомеры Кориолиса или денситометры, измеряют параметр текущего материала, хорошо известны; поэтому, подробное рассмотрение опущено для краткости данного описания.
0
Как кратко рассмотрено выше, одна из проблем, связанная со сборками датчика, такими как расходомеры Кориолиса, это наличие смещения нуля, которое является измеренным временем задержки измерительного преобразователя 105, 105' при нулевом расходе флюида. Если смещение нуля не учитывать при вычислении расхода и различных других измерений расхода, то измерения расхода, как правило, будут включать в себя ошибку. Типичный подход техники предшествующего уровня при компенсации смещения нуля заключается в измерении начального смещения нуля (Δt) во время процесса начальной калибровки, который обычно включает в себя закрытие клапанов и обеспечение эталонных условий нулевого расхода. Такие процессы калибровки общеизвестны в данной области техники, и подробное обсуждение здесь опущено для краткости описания. Как только начальное смещение нуля определено, во время работы, измерения расхода корректируются вычитанием начального смещения нуля из измеренной временной разности в соответствии с уравнением (1).
, (1)
где  - массовый расход,
FCF - калибровочный коэффициент расхода,
measured
Δt - измеренная временная задержка,
0
Δt - начальное смещение нуля.
Следует отметить, что уравнение (1) предоставляется просто как пример, и никоим образом не должно ограничивать объем притязаний настоящего изобретения. Хотя уравнение (1) предоставляется для вычисления массового расхода, следует также отметить, что на различные другие измерения потока может воздействовать смещение нуля и, поэтому, они также могут быть скорректированы.
0
0
Хотя этот подход может обеспечить удовлетворительные результаты в ситуациях, когда эксплуатационные условия по существу те же, что имеются во время начальной калибровки и определения смещения нуля, Δt, при многих обстоятельствах, эксплуатационные условия во время использования по существу отличаются от эксплуатационных условий, имеющихся во время калибровки. В результате изменения условий, вибрационный расходомер может иметь дрейф смещения нуля. Эти проблемы особенно заметны в судовых приложениях, которые используют топлива, требующие по существу различные рабочие температуры, такие как MDO и HFO. Иначе говоря, смещение нуля может измениться относительно изначально вычисленного смещения нуля, Δt. Дрейф смещения нуля может существенно влиять на работу датчика, приводя к неточным измерениям. Так обстоит дело в технике предшествующего уровня, поскольку смещение нуля, используемое для компенсации измеренной временной разности во время работы, просто содержало изначально вычисленное смещение нуля, без учета изменения смещения нуля. Другие подходы техники предшествующего уровня требуют ручной повторной калибровки датчика. Как правило, повторная калибровка требует остановки потока через датчик для повторного обнуления датчика, который для приложений в судовых топливных системах обычно оказывается непрактичным. Кроме того, когда поток остановлен для выполнения нулевой калибровки техники предшествующего уровня, температура измерителя может быстро измениться, если окружающая температура отличается от температуры флюида. Это может привести к ненадежной нулевой калибровке.
На Фиг.2 показана топливная система 200 в соответствии с вариантом реализации. Хотя система 200 показана как типичная судовая топливная система, следует отметить, что топливо - это просто один пример, и система 200 одинаково применима к другим флюидам. Поэтому, использование топлива не должно ограничивать объем притязаний настоящего изобретения. Топливо хранится в основных баках 202, 204. В одном примере варианта реализации, HFO хранится в первом основном баке 202, и MDO хранится во втором основном баке 204. Основные баки 202, 204 питают суточный бак 206 через топливные линии 203 и 205, соответственно. Суточный бак 206 обычно выбирается по размеру так, чтобы хранить ограниченное количество топлива в целях безопасности и предотвращения загрязнения. Суточный бак 206 препятствует хранению чрезмерного количества топлива в такой зоне, как машинное отделение судна, для минимизации риска взрыва или пожара. Если должен присутствовать огонь, то ограниченная доступность топлива способствует снижению тяжести связанных с огнем инцидентов. Кроме того, суточный бак 206 принимает топливо, которое было представлено на двигатель 208, но при этом не использовалось, таким образом, возвратное топливо направляется назад на суточный бак через другую топливную линию 207. Следует отметить, что хотя в системе 200 показан только один топливный выпуск 222 и два расходомера 214, 216, в некоторых вариантах реализации могут быть множественные топливные выпуски и больше чем два расходомера.
Во время работы, топливо обычно рециркулируется от суточного бака 206 на двигатель 208 или другое потребляющее топливо устройство, и независимо от того, потребляется ли топливо, течет назад на суточный бак 206 в замкнутом контуре. Если уровень топлива суточного бака 206 становится низким, топливо от главного бака 202, 204 пополняет суточный бак 206. Насос 210 обеспечивает действие, необходимое для перекачки топлива от суточного бака 206 на двигатель 208, и назад. Действующий предварительный подогреватель 212 нагревает топливо до температуры, которая является идеальной для топлива, используемого двигателем 208. Например, рабочая температура HFO находится обычно в интервале приблизительно 120-150°C, тогда как MDO/MFO идеально в интервале 30-50°C. Соответствующая температура для конкретного топлива позволяет контролировать вязкость топлива и поддерживать ее в идеальных пределах. Кинематическая вязкость топлива - это мера текучести при определенной температуре. Поскольку вязкость топлива уменьшается с увеличением температуры, то вязкость в момент, когда топливо выходит из топливных инжекторов двигателя (не показано) должна быть в пределах, диктуемых изготовителем двигателя, чтобы создать оптимальную форму распыла топлива. Вязкости, которые отклоняются от спецификаций, приводят к нестандартному сгоранию, потерям мощности, и потенциально приводят к образованию осадка. Предварительный подогреватель 212, при правильной его установке для конкретного используемого топлива, позволяет получить оптимальную вязкость.
Для измерения параметров потока, например, массового расхода, используются поточные расходомеры. Расходомер 214 со стороны питания - это расположенный по ходу выше двигателя 208, тогда как расходомер 216 со стороны возврата расположен по ходу ниже двигателя 208. Поскольку двигатель 208 не использует все топливо, предоставленное на двигатель в общей распределительной топливной системе (не показана), лишнее топливо рециркулируется через суточный бак 206 и замкнутый контур 218. Поэтому, единственный расходомер не обеспечил бы точные измерения расхода, особенно в случае потребления топлива двигателем, таким образом, требуя присутствие и расходомера 214 со стороны питания, и расходомера 216 со стороны возврата (по ходу выше и по ходу ниже двигателя 208, соответственно). В соответствии с вариантом реализации, различие в расходах, измеренных расходомерами 214, 216, по существу равно расходу топлива, потребляемого двигателем 208. Поэтому, различие измеренных расходов между расходомерами 214, 216 - это значение, представляющее интерес в большинстве приложений, подобных конфигурации, показанной на Фиг.2. Следует отметить, однако, что обычная распределительная топливная система служит только примером, и не ограничивает объем притязаний заявляемого изобретения. Другие топливные системы, в которых топливо возвращается и/или рециркулирует, также предполагаются.
Поскольку используются множественные расходомеры 214, 216, то для точности весьма важно, чтобы в каждом измерителе точно устанавливалось смещение нуля, как отмечено в вышеприведенном описании и в уравнении (1). Еще более важно то, чтобы оба измерителя 214, 216 были отрегулированы так, чтобы иметь нулевую точку, которая устанавливалась бы взаимосвязано, и это обозначается как дифференциальный нуль. Например, в условиях не потребления (то есть двигатель 208 выключен и топливо качается через оба расходомера 214, 216 в замкнутом контуре 218), расходомеры должны теоретически указать условие нулевого потребления. Дифференциальное смещение нуля содержит начальное смещение нуля расходомера, объединенное с дифференциальной ошибкой между двумя или более расходомерами. Дифференциальное смещение нуля может потребоваться для получения по существу равных расходов через данный расходомер и эталонный расходомер. Иначе говоря, обращаясь к вышеприведенному уравнению (1), если тот же самый флюид течет через калибруемый расходомер и эталонный расходомер, эти два расходомера могут создавать два массовых расхода, используя уравнение (1) для каждого расходомера. Если предполагается, что массовый расход эталонного расходомера равен массовому расходу калибруемого измерителя, то дифференциальное смещение нуля калибруемого расходомера может быть вычислено. Этим способом находится новое смещение нуля для калибруемого расходомера для отражения эталонного расхода. Это новое смещение нуля представляет собой по существу дифференциальное смещение. Это показано в уравнениях (2)-(4).
(2)
(3)
где  - эталонный массовый расход,
- массовый расход калибруемого расходомера,
Δt°C - начальное смещение нуля калибруемого расходомера,
E
Δt - дифференциальная ошибка,
c
Δt - измеренная временная задержка калибруемого расходомера,
C
FCF - калибровочный коэффициент расхода калибруемого расходомера.
Уравнение (3) может быть дополнительно упрощено, комбинируя смещение нуля калибруемого расходомера и дифференциальной ошибки. Результат - уравнение, которое определяет дифференциальное смещение нуля, что и показано в уравнении (4).
(4)
D
где Δt - дифференциальное смещение нуля.
Поэтому, особенно интересно смещение расходомера, которое является не абсолютным смещением нуля, т.е. которое привязано к нулевому расходу, но смещение нуля, содержащее дифференциальное смещение нуля, в котором учитывается различие между двумя расходомерами 214, 216. Когда это дифференциальное смещение распознано и устранено, эффективность дифференциального измерения пары расходомеров существенно улучшается. Следует отметить, что уравнение (4) может быть дополнительно и по-разному упрощено, предполагая, что некоторые значения остаются постоянными, например, калибровочные коэффициенты расхода или начальные значения смещения нуля. Поэтому, конкретная форма уравнения (4) не должна ограничивать объем притязаний настоящего изобретения.
В конфигурации системы 200 желательно иметь такие размеры расходомеров, чтобы был очень небольшой перепад давления, что означает относительно низкие расходы для расходомеров данного размера. С такими низкими расходами, временная задержка между измерительными преобразователемями также будет относительно малой. При измерении временной задержки, столь близкой к смещению нуля, смещение нуля расходомера может серьезно влиять на точность измерителя. Легко заметить, что вследствие увеличенной чувствительности к смещению нуля в системе 200, даже малый дрейф в смещении нуля может неблагоприятно влиять на всю систему.
Поскольку различие в измерениях - это представляющее интерес значение, абсолютное смещение нуля отдельных расходомеров 214, 216 не является необходимым для коррекции измерения. В качестве примера, отсчет расходомера 216 со стороны возврата может быть привязан к отсчету расходомера 214 со стороны питания. Поэтому, в вариантах реализации, где смещение нуля содержит дифференциальное смещение нуля, один из расходомеров можно считать эталонным расходомером, со смещением нуля другого расходомера, откалиброванным для согласования с эталонным измерителем. Поэтому, дифференциальное смещение нуля может быть вычислено, используя, по меньшей мере, уравнение (3).
Учитывая широкий диапазон рабочих температур в двойных топливных системах, для достижения большего уровня точности, в варианте реализации системы 200 необходимо характеризовать дифференциальное смещение по диапазону рабочих температур.
На Фиг.3 показан электронный измеритель 20 в соответствии с вариантом реализации изобретения. Электронный измеритель 20 может включать в себя интерфейс 301 и систему 303 обработки. Система 303 обработки может включать в себя систему 304 памяти. Система 304 памяти может содержать внутреннюю память, или, альтернативно, может содержать внешнюю память. Электронный измеритель 20 может создавать сигнал 311 привода и подавать сигнал 311 привода на привод 104. Кроме того, электронный измеритель 20 может принимать сигналы 310 датчика от расходомеров 214, 216, такие как сигналы измерительного преобразователя/сигналы скорости датчика, сигналы механических напряжений, оптические сигналы, или любые другие сигналы, известных в данной области техники. В некоторых вариантах реализации, сигналы 310 датчика могут быть приняты от привода 104. Электронный измеритель 20 может работать как денситометр или может работать как массовый расходомер, включая работу как расходомер Кориолиса. Следует отметить, что электронный измеритель 20 может также работать как некоторый другой тип сборки вибрационного датчика, и конкретные предоставленные примеры не должны ограничивать объем притязаний настоящего изобретения. Электронный измеритель 20 может обрабатывать сигналы 310 датчика для получения характеристик потока материала, текущего через расходомерные трубопроводы 103A, 103B. В некоторых вариантах реализации, электронный измеритель 20 может принимать температурный сигнал 312 от одного или нескольких датчиков RTD или других температурных датчиков 107, например.
Интерфейс 301 может принимать сигналы 310 датчика от привода 104 или от измерительного преобразователя 105, 105', через кабельные соединения 110, 111, 111'. Интерфейс 301 может выполнить любое необходимое или желательное формирование сигнала, такое как усиление в любом формате, буферизацию, и т.д. Альтернативно, некоторые или все формирования сигнала могут быть выполнены в системе 303 обработки. Кроме того, интерфейс 301 может иметь возможность связи между электронными измерителями 20 и внешними устройствами. Интерфейс 301 может иметь возможность любой электронной, оптической, или беспроводной связи.
Интерфейс 301 в одном варианте реализации может включать в себя дискретизатор 302, причем сигнал датчика содержит аналоговый сигнал датчика. Дискретизатор 302 может дискретизировать и оцифровывать аналоговый сигнал датчика и производить цифровой сигнал датчика. Дискретизатор 302 может также выполнить любое необходимое прореживание, причем цифровой сигнал датчика прореживается для сокращения количества необходимой обработки сигналов и сокращения времени обработки.
Система 303 обработки может управлять работой электронных измерителей 20 и обрабатывать измерения расхода сборкой 10 датчика. Система 303 обработки может выполнять одну или несколько подпрограмм обработки, такие как подпрограммы 313 фиксации нулевого потребления, подпрограмма 314 дифференциального нуля, общая рабочая подпрограмма 315, и подпрограмма 316 сигнала о типе топлива, и, тем самым, обрабатывать измерения расхода для получения одного или нескольких измерений расхода, которые компенсируют дрейф смещения нуля расходомера.
В соответствии с вариантом реализации, электронный измеритель 20 может быть сконфигурирован для измерения расхода с помощью расходомера 214 со стороны питания и расходомера 216 со стороны возврата, как часть подпрограммы 313 фиксации нулевого потребления. Это происходит тогда, когда двигатель 208 не работает, но топливо проходит через замкнутый контур 218. В соответствии с вариантом реализации, электронный измеритель 20 может также измерять и сохранять температурный сигнал 312, и сопоставлять температуру с расходами, зафиксированными при этой температуре.
Как пример подпрограммы 313 фиксации нулевого потребления, система 200 может включать в себя расходомер 214 со стороны питания и расходомер 216 со стороны возврата, каждый из которых имеет (или совместно использует) электронный измеритель 20. Электронные измерители, если они не используется совместно, могут взаимодействовать между собой через межкомпонентное соединение 220. Расходомер 216 со стороны возврата может создавать выходные сигналы потребления, например, дифференциальный массовый расход или итог дифференциального массового расхода, например, как часть рабочей подпрограммы 315. В одном варианте реализации рабочей подпрограммы 315, расход возврата вычитается из расхода питания, тем самым, предоставляя измерение потребления. Электронный измеритель 20 вычитает два абсолютных сигнала расхода, производя дифференциальный выходной сигнал, и учитывает любые задержки обработки сигналов между измерителями.
точно
Подпрограмма 313 фиксации нулевого потребления считывает, когда двигатель 208 выключен, и топливо проходит в замкнутом контуре 218. В этом случае, температурный сигнал 312 сохраняется, и различие в нулевых расходах потребления также сохраняется и вычисляется как часть подпрограммы 314 дифференциального нуля. Дифференциальный нуль улучшает вычисление дифференциального расхода, которое выполняется между двумя измерителями, поскольку он смягчает температурные эффекты между измерителями. Это устраняет необходимость выполнения каких-либо процедур обнуления до работы. В рабочем примере, если двигатель выключен, то все же имеется поток через оба расходомера 214, 216-1000 кг/час для целей примера. Вероятно, что каждый из измерителей не будет считывать 1000 кг/час. Вместо этого, один может считать 999 кг/час, а другой 1001 кг/час, так, что пользователь будет видеть измерение потребления (или вырабатывания) 2 кг/час, когда двигатель выключен. Эта ошибка 2 кг/час, за длительные периоды работы означает большие несоответствия. Поэтому, при конкретной температуре, дифференциальный нуль на 2 кг/час должен быть сохранен в электронном измерителе и использоваться в общей рабочей подпрограмме 315 как коррекция к любым измерениям расходомера.
Система 303 обработки может содержать универсальный компьютер, микропроцессорную систему, логическую схему, или некоторое другое универсальное или специальное устройство обработки. Система 303 обработки может быть распределена среди устройств мультипрограммирования. Система 303 обработки может включать в себя любого рода объединенный или независимый электронный носитель данных, такой как система 304 памяти.
Система 303 обработки обрабатывает сигнал 310 датчика для получения сигнала 311 привода, в том числе. Сигнал 311 привода подается на привод 104 для возбуждения колебаний связанного расходомерного трубопровода(-ов), таких как расходомерные трубопроводы 103A, 103B на Фиг.1.
Следует понимать, что электронный измеритель 20 может включать в себя различные другие компоненты и функции, которые являются общеизвестными в данной области техники. Эти дополнительные признаки исключены из описания и чертежей ради краткости. Поэтому, настоящее изобретение не должно быть ограничено показанными и рассматриваемыми конкретными вариантами реализации.
0
Поскольку система 303 обработки создает различные параметры потока, например, массовый расход или объемный расход, ошибка может быть связана с создаваемым расходом вследствие смещения нуля вибрационного расходомера, и, в частности, вследствие изменения или дрейфа смещения нуля вибрационного расходомера. Хотя смещение нуля обычно изначально вычисляется, как описано выше, смещение нуля может дрейфовать далеко от этого изначально вычисленного значения вследствие множества факторов, включая в изменения одного или нескольких рабочих условий, особенно температуры вибрационного расходомера. Изменения температуры могут быть вследствие изменения температуры флюида, окружающей температуры, или и того, и другого. В системе 200, главным образом предварительный подогреватель 212 ответственен за температуру флюида, воздействию которого подвергаются расходомеры 214, 216. Изменение температуры может отклоняться от эталонной температуры или от температуры T калибровки датчика во время определения начального смещения нуля. В соответствии с вариантом реализации, электронный измеритель 20 может осуществить подпрограмму 314 дифференциального нуля, как описано дополнительно ниже.
На Фиг.4. показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая вариант реализации выполняемой подпрограммы, такой как подпрограммы 313 фиксации нулевого потребления и/или подпрограммы 314 дифференциального нуля. Система 200, в некоторый момент времени, работает в состоянии нулевого потребления с замкнутым контуром 400. В таком состоянии, расходомер 214 со стороны питания и расходомер 216 со стороны возврата подвергаются воздействию флюида, но двигатель 208 или другое устройство потребления топлива не работают. Поэтому, топливо не потребляется, и измеряемый расход между расходомерами 214, 216 должен быть тем же самым. Расход через расходомеры 214, 216 тогда измеряется на этапе 402, и температура, по меньшей мере, одного из расходомеров 214, 216 также измеряется на этапе 404. На этапе 402, принятые сигналы датчика могут быть обработаны для определения первого расхода, определяемого расходомером 214 со стороны питания, и второго расхода, определяемого расходомером 216 со стороны возврата. Первый и второй расходы могут быть определены, используя уравнение (1), например. Принятые сигналы датчика могут быть приняты во время нормальной работы, например, тогда как флюид течет через расходомеры 214, 216. Сигналы датчика могут содержать запаздывание, разность фаз, частоту, температуру, и т.д. Сигналы датчика могут быть обработаны для определения одного или нескольких эксплуатационных условий. Одно или несколько текущих эксплуатационных условий могут содержать температуру, плотность флюида, давление, усиление привода, и т.д.
Температура может быть определена обработкой сигналов датчика, принятых на этапе 404. Альтернативно, один или несколько эксплуатационных условий могут быть определены от внешних входных сигналов, например, от внешнего датчика температуры (не показан). Температура может быть определена, используя RTD, например. Температура может соответствовать температуре расходомера или температуре электронного измерителя, например. В соответствии с вариантом реализации изобретения, температура предполагается по существу одной и той же между расходомерами 214, 216. В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, предполагается, что различие температуры между расходомерами 214, 216 остается по существу постоянным. В одном варианте реализации, каждый расходомер 214, 216 содержит отдельные температурные датчики. В одном варианте реализации, отдельные температуры определяются для каждого расходомера 214, 216, и температуры усредняются в целях вычисления. В одном варианте реализации, отдельные температуры определяются для каждого расходомера 214, 216, и каждая измеренная температура вводится в электронный измеритель 20. В одном варианте реализации, отдельные температуры определяются для каждого расходомера 214, 216, и единственная температура используется в целях вычисления.
Один или несколько сигналов датчика могут быть приняты от расходомеров 214, 216. Сигналы датчика могут быть приняты измерительными преобразователями 105, 105' расходомера 214 со стороны питания, например. Поскольку имеются множественные расходомеры, такие как на Фиг.2, сигналы измерительного преобразователя могут быть приняты от обоих расходомеров 214, 216, когда имеется текущий через них флюид. Используя те же самые или подобные уравнения, как описано выше, дифференциальное нулевое значение вычисляется на этапе 406, и оно сохраняется в электронном измерителе 20 на этапе 408. Значения дифференциального нуля и соответствующие температуры могут быть сохранены в разнообразных форматах, включающих в себя, например, справочные таблицы, графики, уравнения, и т.д., и могут быть сохранены в электронном измерителе 20, локальных аппаратных средствах, программном обеспечении, или удаленных устройствах аппаратных средств/вычисления (не показано).
В соответствии с вариантом реализации изобретения, дифференциальное смещение нуля может быть определено, используя уравнения (2)-(4), например. В соответствии с вариантом реализации изобретения, определенное смещение нуля может содержать изначально определенное смещение нуля. Это может иметь место, если подпрограмма на Фиг.4-6, например, выполняется как часть начальной калибровки вибрационного расходомера. В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, определяемое смещение нуля может содержать определяемое впоследствии смещение нуля. Впоследствии определяемое дифференциальное смещение нуля может быть отличным от изначально определенного смещения нуля. Это может иметь место особенно в ситуациях, где эксплуатационные условия отличаются от эксплуатационных условий, когда начальное смещение нуля было определено, например.
На Фиг.5 также показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая вариант реализации выполняемой подпрограммы, такой как подпрограмма 313 фиксации нулевого потребления и/или подпрограмма 314 дифференциального нуля. Как и в других описанных вариантах реализации, система 200, в некоторый момент времени, выполняется в состоянии нулевого потребления с замкнутым контуром на этапе 400. В таком состоянии, расходомер 214 со стороны питания и расходомер 216 со стороны возврата подвергаются воздействию потока флюида, но двигатель 208 или другое устройство потребления топлива не работают. Поэтому, топливо не потребляется, и измеряемый расход между расходомерами 214, 216 должен быть тем же самым. Поток через расходомеры 214, 216 затем измеряется на этапе 402, и температура, по меньшей мере, одного из расходомеров 214, 216 также измеряется на этапе 404. Используя те же самые или подобные уравнения, как описано выше, дифференциальное нулевое значение вычисляется на основании температуры, измеренной на этапе 500. Дифференциальное нулевое значение сохраняется в электронном измерителе 20 на этапе 504, и связано со измеренной температурой на этапе 508. Если множественные дифференциальные нули измеряются для данной температуры, то множественные значения усредняются для получения среднего дифференциального нуля на этапе 506. Усредненный дифференциальный нуль затем сохраняется в электронном измерителе 20, будучи связанным с данной температурой на этапе 508.
На Фиг.6 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая связанный вариант реализации подпрограммы. Как в других описанных вариантах реализации, система 200, в некоторый момент, работает в состоянии нулевого потребления с замкнутым контуром на этапе 400. В таком состоянии, расходомер 214 со стороны питания и расходомер 216 со стороны возврата подвергаются воздействию потока флюида, но двигатель 208 или другое устройство потребления топлива не работают. Поэтому, топливо не потребляется, и измеряемый расход между расходомерами 214, 216 должен быть одним и тем же. Расход через расходомеры 214, 216 затем измеряется на этапе 402, и температура, по меньшей мере, одного из расходомеров 214, 216 также измеряется на этапе 404. Используя те же самые, или подобные, уравнения как описано выше, дифференциальное нулевое значение вычисляется на основании температуры, измеренной на этапе 500. Дифференциальное нулевое значение сохраняется в электронном измерителе 20, и связано со измеренной температурой на этапе 502. Если множественные дифференциальные нули для данной измеренной температуры сохранены, статистический анализ, известный в данной области техники, применяется к множественным дифференциальным нулям для определения присутствия, и отбрасывания, каких-либо выпадающих значений на этапе 600. Выпадающие значения - это дифференциальные нули, которые значительно отличаются от большинства других дифференциальных нулей, измеренных для данной температуры. Эти значения выходят за пределы полного изменения имеющихся данных и представляют собой источник погрешности. Такие статистические исследования включают в себя, например, без ограничения, среднее, срединное, среднеквадратичное отклонение, коэффициент корреляции, критерий Шовене, Q критерий Диксона, тест Граббса на выбросы, вероятностные исследования, вычисления расстояния Махаланобиса, Модифицированный тау-тест Томпсона, критерий Пирсона, и любой другой статистический тест, известный в данной области техники. Для множественных значений дифференциального нуля, которые не отброшены, среднее число вычисляется на этапе 602. Это среднее число затем сохраняется в электронном измерителе на этапе 604. Такие статистические анализы также могут быть частью подпрограммы 313 фиксации нулевого потребления и/или подпрограммы 314 дифференциального нуля.
Преимущественно то, что компенсация дифференциального смещения нуля между двумя или более измерителями не только компенсирует обусловленные условиями рабочие различия нуля, но также и удаляет любые абсолютные различия смещения нуля между измерителями вследствие установочных эффектов, например. Кроме того, дифференциальное смещение нуля не обязательно должно быть определено, когда расход через расходомер нулевой, пока флюид, текущий через данный расходомер и эталонный расходомер имеет по существу тот же самый расход. Поэтому, дифференциальное смещение нуля может быть определено всякий раз, когда двигатель выключается, например. Однако, это предполагает, что любое различие между измеренными расходами обусловлено изменением смещения нуля и не относится к другим факторам, например, изменению калибровочного коэффициента расхода. Подпрограммы на Фиг.4-6 могут быть осуществлены изготовителем или пользователем после того, как датчик был установлен. Кроме того, подпрограммы Фиг.4-6 могут быть осуществлены, когда расход через эти два или более расходомера 214, 216 является по существу одинаковым, включая нулевой расход флюида.
Подпрограммы, иллюстрируемые на Фиг.4-6, могут быть выполнены, когда устройство потребления флюида, например, двигатель, выключено. В других вариантах реализации, подпрограммы могут быть выполнены, когда ожидаемые расходы, измеряемые расходомерами 214, 216, будут содержать то же самое измерение, что и во время работы замкнутого контура. Поэтому, следует отметить, что расход через расходомеры 214, 216 не обязательно содержит нулевой расход, и во многих вариантах реализации не будет содержать нулевой расход во время выполнения подпрограмм, представленных на Фиг.4-6.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, подпрограмма 313 фиксации дифференциального нулевого потребления может быть выполнена после начальной калибровки вибрационного расходомера или может содержать часть начальной калибровки вибрационного расходомера. Подпрограмма 313 фиксации нулевого потребления может быть использована для получения корреляции между смещением нуля вибрационного расходомера и одним или несколькими эксплуатационными условиями вибрационного расходомера. Смещение нуля может содержать абсолютное смещение нуля или дифференциальное смещение нуля, как описано выше.
Как только дифференциальное смещение нуля сопоставлено с конкретной температурой, измеренная рабочая температура может быть сравнена с температурой, сопоставленной со смещением нуля, сохраненным в электронном измерителе 20 для определения и применения соответствующего смещения нуля к уравнению определения расхода. В соответствии с вариантом реализации изобретения, скорректированное дифференциальное смещение нуля может предоставить более точное определение различных параметров потока, так, чтобы электронный измеритель 20 мог вывести скорректированные измерения/параметры потока. В одном варианте реализации, скорректированное дифференциальное смещение нуля может обеспечить более точное определение потребления топлива двигателем.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, смещение нуля, определенное подпрограммами, представленными на Фиг.4-6, может быть использовано во время нормальных операций для определения дифференциального нуля, как обозначено подпрограммой, представленной на Фиг.7. Более конкретно, смещение нуля может быть использовано для определения дифференциального смещения нуля на основании измеренной рабочей температуры между расходомером 214 со стороны питания и, по меньшей мере, вторым расходомером, таким как расходомер 216 со стороны возврата.
В еще одном варианте реализации, как показано на Фиг.7, система 200 работает так, что флюид потребляется на этапе 700, и может содержать вариант реализации общей рабочей подпрограммы 315. В одном варианте реализации, двигатель 208 расположен, по меньшей мере, между двумя расходомерами 214, 216, и потребляемый флюид представляет собой топливо для двигателя 208. Расход флюида через два расходомера 214, 216 измеряется на этапе 702, как и температура, по меньшей мере, одного из расходомеров, на этапе 704. Электронный измеритель 20 определяет, существуют ли какие-либо сохраненные значения дифференциального нуля, которые соответствуют температуре, измеренной на этапе 706, как измерено, по меньшей мере, одним из расходомеров 214, 216. Если сохраненное значение дифференциального нуля сопоставлено с температурой, по меньшей мере, одного из расходомеров 214, 216, то это дифференциальное нулевое значение применяется к вычислениям расходомера на этапе 708. Норма потребления топлива двигателем затем вычисляется, сравнивая измерения расхода флюида между расходомером 214 со стороны питания и расходомером 216 со стороны возврата с использованием любого известного уравнения потребления флюида на этапе 710. Откорректированное потребление двигателем флюида, откорректированное применением соответствующего сохраненного дифференциального нулевого значения, выводится затем на этапе 712. Однако, если не существуют сохраненные значения дифференциального нуля, которые соответствуют температуре 706, как измерено, по меньшей мере, одним из расходомеров 214, 216, то, по меньшей мере, два наиболее близких сохраненных дифференциальных значения идентифицируются на этапе 714. Теоретическое дифференциальное нулевое значение затем вычисляется интерполяцией или экстраполяцией, используя, по меньшей мере, два из наиболее близких сохраненных дифференциальных значений, которые соответствуют измеренной температуре на этапе 716. Этот теоретический дифференциальный нуль затем применяется к вычислениям расходомера на этапе 718. Как и выше, затем норма потребления топлива двигателем вычисляется, сравнивая измерения расхода флюида между расходомером 214 со стороны питания и расходомером 216 со стороны возврата, используя любое известное уравнение 710 потребления флюида. Откорректированное потребление двигателем флюида, откорректированное применением соответствующего сохраненного дифференциального нулевого значения, выводится затем на этапе 712. Следует отметить, что во многих ситуациях точно измеренное эксплуатационное условие может не быть сохранено как коррелированное значение. Например, если измеряемое эксплуатационное условие содержало температуру 20°C, и сохраненные смещения нуля имели соответствующие значения смещения нуля для температур 10°C и 30°C, соответствующее дифференциальное значение смещения нуля может быть интерполировано от двух доступных температур.
Подпрограмма 314 дифференциального нуля может быть выполнена для калибровки дифференциального смещения нуля между двумя или более расходомерами. Поэтому, подпрограмма 314 дифференциального нуля может не обязательно калибровать расходомеры для считывания точного абсолютного массового расхода; а фактически, расходомеры могут быть откалиброваны так, что дифференциальное считывание между двумя расходомерами является точным. Посредством примера, если истинный расход через расходомер 214 со стороны питания, как определено калибровочным прибором или подобным устройством, составляет 2000 кг/час и расход флюида, проходящего через расходомер 216 со стороны возврата содержит 1000 кг/час, то желательно иметь различие между расходомером 216 со стороны возврата и расходомером 214 со стороны питания, равное 1000 кг/час. Однако, во многих вариантах реализации может быть приемлемо, если расходомер 214 со стороны питания измеряет расход 2020 кг/час, пока расходомер 216 со стороны возврата калибруется для считывания 1020 кг/час. Поэтому, хотя абсолютный расход через каждый измеритель может быть не точным, дифференциальное считывание является точным или, по меньшей мере, находится в пределах допустимого диапазона ошибки. Следует отметить, что вышеупомянутые значения - это просто примеры, и никоим образом не должны ограничивать объем притязаний настоящего изобретения.
Преимущественно то, что дифференциальное смещение нуля может быть создано, используя сохраненные сопоставления смещения и измеренных эксплуатационные условий. Дифференциальное смещение нуля может быть определено без повторного обнуления вибрационного расходомера. Дифференциальное смещение нуля может быть определено без остановки потока флюида. Фактически, дифференциальное смещение нуля может быть определено просто сравнением измеренной рабочей температуры с сохраненным сопоставлением дифференциального смещения нуля.
В некоторых вариантах реализации, сигнал 316 типа топлива предоставляется на электронный измеритель 20. Каждый тип топлива может иметь отдельные сопоставляемые смещения дифференциального нуля и сопоставляемые температуры, сохраняемые в электронном измерителе.
В некоторых вариантах реализации, определенная рабочая температура может быть той же самой или находиться в пределах порогового различия эксплуатационных условий, которые присутствовали во время калибровки. Поэтому, в некоторых вариантах реализации, измеренная рабочая температура может быть сравнена с рабочими условиями начальной калибровки и сопоставленным смещением нуля. Если различие меньше, чем пороговое различие, то подпрограмма дифференциального нуля может не извлекать дифференциальное смещение нуля, а может использовать изначально калиброванное смещение нуля.
Легко можно заметить, что чем больше дифференциальных нулевых значений определено в различные моменты времени и при различных рабочих температурах, тем более точными становятся измерения потребления флюида.
Можно также заметить, что множественные смещения нуля могут быть сохранены для множественных температур, соответственно, для приложений с единственным расходомером. Поскольку расходомеры часто должны работать в определенном диапазоне температур, то нуль измерителя может дрейфовать при изменении рабочей температуры. Различные смещения нуля могут быть, поэтому, вычислены и сохранены для различных температур в электронном измерителе 20. Например, если измеритель имеет смещение нуля изначально зафиксированное при 30°C, и затем работает при 60°C, то измеритель может сообщить о расходах, которые менее достоверны, чем это желательно. Однако, если бы электронный измеритель 20 применил смещение нуля, которое или было зафиксировано, или предварительно установлено для температурной точки 60°C, то точность расходомера увеличилась бы. В таком случае, один или несколько сигналов датчика могут быть приняты от расходомеров 214, 216. Используя те же самые или подобные уравнения, что и описанные выше, значение смещения нуля для единственного измерителя может быть определено и сохранено в электронном измерителе 20. Значение смещения нуля отнесено к соответствующей температуре, которая также может быть сохранена в электронном измерителе 20.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, смещение нуля может содержать изначально определенное смещение нуля. Это может иметь место, если подпрограмма, например, осуществляется как часть начальной калибровки расходомера. В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, смещение нуля может содержать впоследствии определенное смещение нуля. Впоследствии определенное смещение нуля может быть отличным от изначально определенного смещения нуля. Это может особенно иметь место в ситуациях, где эксплуатационные условия отличаются от эксплуатационных условий, когда начальное смещение нуля было определено, например. Впоследствии определенные смещения нуля могут быть зарегистрированы пользователями, если возникает необходимость вследствие изменения эксплуатационных условий.
Один пример способа для управления расходомером, рассматриваемого как вариант реализации, показан на Фиг.8. На этапе 800, первое значение смещения нуля сопоставляется с первым значением сигнала датчика температуры. На этапе 802, первое значение смещения нуля сопоставляется с первым значением сигнала датчика температуры и сохраняется в электронном измерителе 20. Разнообразие форматов, включающих в себя, например, справочные таблицы, графики, уравнения, и т.д., может быть сохранено в электронном измерителе 20, локальных аппаратных средствах, программном обеспечении, или удаленных аппаратных/вычислительных устройствах (не показано). Второе значение смещения нуля сопоставляется со вторым значением сигнала датчика температуры на этапе 804, и сохраняется в электронном измерителе 20 на этапе 806. На этапе 808, измеряется рабочая температура расходомера. Температура может быть определена, обрабатывая сигналы датчика. Альтернативно, температура может быть определена от внешних входных сигналов, например, от внешнего датчика температуры (не показан). Температура может быть определена, используя RTD, например. Температура может соответствовать температуре расходомера или температуре электронного измерителя, например. Рабочая температура сравнивается, по меньшей мере, с первым значением смещения нуля и вторым значением смещения нуля на этапе 810. Хотя только два связанных с температурой нулевых смещения отмечены ради простоты, множественные нулевые смещения при множественных температурах также предполагаются. Кроме того, множественные смещения нуля могут быть вычислены для конкретной температуры, и статистические исследования могут быть применены к этим множественным измерениям для отображения более точного смещения нуля для конкретной температуры. Примером, без ограничения, может быть простое вычисление среднего. На этапе 812, извлекается сохраненное значение смещения нуля, которое наилучшим образом соответствует рабочей температуре. Извлекаемое сохраненное значение смещения нуля, которое наилучшим образом соответствует рабочей температуре, применяется к рабочей подпрограмме на этапе 814, и откорректированное измерение расходомера, которое скорректировано для рабочей температуры, выводится на этапе 816.
Настоящее изобретение, как оно описано выше, предоставляет различные способы для определения и компенсации изменений, которые могут произойти в дифференциальном смещении нуля вибрационного расходомера, такого как расходомер Кориолиса. Хотя различные описанные выше варианты реализации относятся к расходомерам, конкретно - расходомерам Кориолиса, следует отметить, что настоящее изобретение не должно быть ограничено расходомерами Кориолиса, но фактически описанные здесь способы могут быть использованы с другими типами расходомеров, или другими вибрационными датчиками, которые не имеют некоторых возможностей измерения расходомеров Кориолиса.
Подробные описания вышеупомянутых вариантов реализации не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов реализации, рассмотренных заявителями как находящиеся в пределах объема притязаний изобретения. Действительно, специалисты в данной области техники увидят, что некоторые элементы вышеописанных вариантов реализации могут быть по-разному объединены или исключены, образуя дополнительные варианты реализации, и такие дополнительные варианты реализации находятся в пределах объема притязаний и принципов изобретения. Специалистам в данной области техники также будет очевидно, что вышеописанные варианты реализации могут быть объединены полностью или частично, образуя дополнительные варианты реализации в пределах объема притязаний и принципов изобретения.
Таким образом, хотя конкретные варианты реализации и примеры изобретения описаны здесь в иллюстративных целях, различные эквивалентные модификации возможны в пределах объема притязаний изобретения, как увидят специалисты в данной области техники. Представленные здесь принципы могут быть применены к другим вибрационным датчикам, а не только к описанным выше и показанным на сопровождающих чертежах вариантам реализации. Соответственно, объем притязаний изобретения должен быть определен из нижеследующих пп. формулы.