ВИБРАЦИОННЫЙ РАСХОДОМЕР И СПОСОБ ПРОВЕРКИ ИЗМЕРИТЕЛЯ
VIBRATORY FLOWMETER AND METHOD OD IT'S TESTING

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к вибрационному расходомеру и способу, а более конкретно к вибрационному расходомеру и способу проверки измерителя.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Датчики вибрации трубы, например, массовые расходомеры Кориолиса и вибрационные денситометры, обычно действуют посредством обнаружения движения вибрирующей трубы, которая содержит текущий материал. Свойства, связанные с материалом в трубе, например, массовый расход, плотность и пр., могут быть определены посредством обработки сигналов измерения, принятых от преобразователей движения, связанных с трубой. Колебательные моды вибрирующей наполненной материалом системы в общем случае определяются объединенными характеристиками массы, жесткости и затухания трубы и содержащегося в ней материала.
Типичный массовый расходомер Кориолиса с двойным приводом или с многоканальным входом – многоканальным выходом (MIMO) включает в себя одну или более труб или расходомерных труб, которые поточно присоединены к трубопроводу или другой транспортной системе и переносят материал, например, текучие среды, суспензии, эмульсии и пр. в системе. Каждая труба можно быть рассмотрена как имеющая набор собственных колебательных мод, включая, например, простые изгибные, крутильные, радиальные и связанные моды. В типичном применении массового расходомера Кориолиса с двойным приводом труба возбуждается на одной или более колебательных мод, тогда как материал течет через трубу, а движение трубы измеряется в точках, разнесенных вдоль трубы. Возбуждение обычно обеспечивается двумя приводами, например, электромеханическими устройствами, например, приводами типа звуковой катушки, которые вносят возмущения трубы в периодическом режиме. Массовый расход может быть определен путем измерения времени задержки или разностей фаз между движениями в положениях преобразователей. Два таких преобразователя (или тензодатчика) обычно применяются для измерения реакции на колебательное воздействие расходомерной трубы или труб и обычно располагаются в положениях выше и ниже по потоку от привода. Два тензодатчика соединены с электронной измерительной аппаратурой. Измерительная аппаратура принимает сигналы от двух тензодатчиков и обрабатывает сигналы, чтобы получить измерение массового расхода или измерение плотности, помимо прочего.
Проблема состоит в том, что одна или более труб может изменяться со временем, причем первоначальная заводская калибровка может изменяться с течением времени по мере коррозии, эрозии или иного изменения труб. В результате, жесткость трубы может изменяться от первоначального типичного значения жесткости (или исходного измеренного значения жесткости) в течение срока службы вибрационного расходомера.
Массовый расход () может быть определен согласно уравнению:
(1)
Для определения измерения массового расхода () или измерения плотности (ρ) текучей среды требуется калибровочный коэффициент расхода (FCF). Выражение (FCF) содержит калибровочный коэффициент расхода и обычно содержит геометрическую постоянную (G), модуль Юнга (E) и момент инерции (I), где:
FCF=G*E*I (2)
Геометрическая постоянная (G) для вибрационного расходомера фиксирована и не изменяется. Аналогично, модуль Юнга (E) не изменяется. Напротив, момент инерции (I) может изменяться. Один способ отслеживания изменений момента инерции и FCF вибрационного расходомера состоит в контроле жесткости и остаточной упругости расходомерных труб. Потребности в усовершенствованных способах отслеживания изменений FCF, которые влияют на фундаментальные эксплуатационные характеристики вибрационного расходомера, постоянно возрастают.
Требуется метод отслеживания FCF в расходомере с двойным приводом для проверки эксплуатационных характеристик расходомера с повышенной точностью.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предусмотрен вибрационный расходомер для проверки жесткости согласно варианту осуществления заявки. Вибрационный расходомер для проверки жесткости измерителя включает в себя расходомерный узел, включающий в себя одну или более расходомерных трубок и первый и второй тензодатчики; первый и второй приводы, выполненные с возможностью возбуждать вибрацию одной или более расходомерных трубок; и электронное измерительное устройство, соединенное с первым и вторым тензодатчиками и соединенное с первым и вторым приводами, причем электронное измерительное устройство выполнено с возможностью возбуждать вибрацию расходомерного узла на первичной колебательной моде, используя первый и второй приводы, определять первый и второй токи первичной моды первого и второго приводов для первичной колебательной моды и определять первое и второе напряжения отклика первичной моды, генерируемые первым и вторым тензодатчиками для первичной колебательной моды, генерировать значение жесткости измерителя, используя первый и второй токи первичной моды и первое и второе напряжения отклика первичной моды, и проверять правильность функционирования вибрационного расходомера, используя значение жесткости измерителя.
Предусмотрен способ для способа проверки измерителя для вибрационного расходомера согласно варианту осуществления заявки. Способ включает в себя возбуждение вибрации расходомерного узла вибрационного расходомера на первичной колебательной моде, с использованием первого привода и по меньшей мере второго привода; определение первого и второго токов первичной моды первого и второго приводов для первичной колебательной моды и определения первого и второго напряжений отклика первичной моды первого и второго тензодатчиков для первичной колебательной моды; генерацию значения жесткости измерителя с использованием первого и второго токов первичной моды и первого и второго напряжений отклика первичной моды; и проверку правильности функционирования вибрационного расходомера с использованием значения жесткости измерителя.
АСПЕКТЫ
Предпочтительно, первый и второй токи первичной моды содержат заданные уровни тока.
Предпочтительно, первый и второй токи первичной моды содержат измеренные уровни тока.
Предпочтительно, второй привод не согласован с первым приводом.
Предпочтительно, электронное измерительное устройство дополнительно выполнено с возможностью сравнивать значение жесткости измерителя с заранее заданным диапазоном жесткости, генерировать индикацию проверки для вибрационного расходомера, если значение жесткости измерителя попадает в заранее заданный диапазон жесткости, и генерировать индикацию отрицательного результата проверки для вибрационного расходомера, если значение жесткости измерителя не попадает в заранее заданный диапазон жесткости.
Предпочтительно, электронное измерительное устройство дополнительно выполнено с возможностью возбуждать вибрацию расходомерного узла на вторичной колебательной моде, используя первый и второй приводы, определять первый и второй токи вторичной моды первого и второго приводов для вторичной колебательной моды и определять первое и второе напряжения отклика вторичной моды первого и второго тензодатчиков для вторичной колебательной моды, а также генерировать значение жесткости измерителя, используя одно или оба из первого и второго токов первичной моды и первого и второго напряжений отклика первичной моды или первого и второго токов вторичной моды и первого и второго напряжений отклика вторичной моды.
Предпочтительно, электронное измерительное устройство дополнительно выполнено с возможностью генерировать значение остаточной упругости измерителя используя первый и второй токи первичной моды и первое и второе напряжения отклика первичной моды.
Предпочтительно, электронное измерительное устройство дополнительно выполнено с возможностью генерировать значение остаточной упругости измерителя, используя первый и второй токи первичной моды и первое и второе напряжения отклика первичной моды, сравнивать значение остаточной упругости измерителя с заранее заданным диапазоном остаточной упругости, и генерировать индикацию проверки для вибрационного расходомера, если значение остаточной упругости измерителя попадает в заранее заданный диапазон остаточной упругости, и генерировать индикацию отрицательного результата проверки для вибрационного расходомера, если значение остаточной упругости измерителя не попадает в заранее заданный диапазон остаточной упругости.
Предпочтительно, электронное измерительное устройство дополнительно выполнено с возможностью возбуждать вибрацию расходомерного узла на вторичной колебательной моде, используя первый и второй приводы, определять первый и второй токи вторичной моды первого и второго приводов для вторичной колебательной моды и определять первое и второе напряжения отклика вторичной моды первого и второго тензодатчиков для вторичной колебательной моды, а также генерировать значение остаточной упругости измерителя, используя одно или оба из первого и второго токов первичной моды и первого и второго напряжений отклика первичной моды или первого и второго токов вторичной моды и первого и второго напряжений отклика вторичной моды.
Предпочтительно, ток первого привода и ток второго привода содержат заданные уровни тока.
Предпочтительно, ток первого привода и ток второго привода содержат измеренные уровни тока.
Предпочтительно, первое напряжение отклика и второе напряжение отклика содержат по существу максимальные напряжения отклика, количественно определяемые первым и вторым тензодатчиками.
Предпочтительно, второй привод не согласован с первым приводом.
Предпочтительно, проверка правильности функционирования вибрационного расходомера содержит сравнение значения жесткости измерителя с заранее заданным диапазоном жесткости, генерацию индикации проверки для вибрационного расходомера, если значение жесткости измерителя попадает в заранее заданный диапазон жесткости, и генерацию индикации отрицательного результата проверки для вибрационного расходомера, если значение жесткости измерителя не попадает в заранее заданный диапазон жесткости.
Предпочтительно, дополнительно содержит возбуждение вибрации расходомерного узла на вторичной колебательной моде с использованием первого привода и по меньшей мере второго привода, определение первого и второго токов вторичной моды первого и второго приводов для вторичной колебательной моды и определение первого и второго напряжений отклика вторичной моды первого и второго тензодатчиков для вторичной колебательной моды, а также генерацию значения жесткости измерителя с использованием одного или обоих из первого и второго токов первичной моды и первого и второго напряжений отклика первичной моды или первого и второго токов вторичной моды и первого и второго напряжений отклика вторичной моды.
Предпочтительно, дополнительно содержит генерацию значения остаточной упругости измерителя с использованием первого и второго токов первичной моды и первого и второго напряжений отклика первичной моды.
Предпочтительно, дополнительно содержит генерацию значения остаточной упругости измерителя с использованием первого и второго токов первичной моды и первого и второго напряжений отклика первичной моды, сравнение значения остаточной упругости измерителя с заранее заданным диапазоном остаточной упругости, генерацию индикации проверки для вибрационного расходомера, если значение остаточной упругости измерителя попадает в заранее заданный диапазон остаточной упругости, и генерацию индикации отрицательного результата проверки для вибрационного расходомера, если значение остаточной упругости измерителя не попадает в заранее заданный диапазон остаточной упругости.
Предпочтительно, дополнительно содержит возбуждение вибрации расходомерного узла на вторичной колебательной моде с использованием первого привода и по меньшей мере второго привода, определение первого и второго токов вторичной моды первого и второго приводов для вторичной колебательной моды и определения первого и второго напряжений отклика вторичной моды первого и второго тензодатчиков для вторичной колебательной моды, а также генерацию значения остаточной упругости измерителя с использованием одного или обоих из первого и второго токов первичной моды и первого и второго напряжений отклика первичной моды или первого и второго токов вторичной моды и первого и второго напряжений отклика вторичной моды.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Одна и та же ссылочная позиция представляет один и тот же элемент на всех чертежах. Чертежи не обязательно выполнены в масштабе.
Фиг. 1 демонстрирует вибрационный расходомер для проверки измерителя согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг. 2 демонстрирует электронное измерительное устройство для проверки измерителя вибрационного расходомера согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг. 3 представляет собой график амплитудно-частотной характеристики, демонстрирующий эффект остаточной упругости.
Фиг. 4 представляет вибрационный расходомер, имеющий искривленные расходомерные трубки, причем две параллельные искривленные расходомерные трубки колеблются на изгибной моде.
Фиг. 5 представляет вибрационный расходомер, причем две параллельные искривленные расходомерные трубки колеблются на крутильной (или кориолисовой) моде.
Фиг. 6 представляет собой блок-схему операций способа проверки измерителя для вибрационного расходомера согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг. 7 представляет собой блок-схему операций способа проверки измерителя для вибрационного расходомера согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг. 8 представляет собой блок-схему операций способа проверки измерителя для вибрационного расходомера согласно варианту осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1-8 и в нижеследующем описании приведены конкретные примеры, показывающие специалистам в области техники как изготовить и применять лучший вариант изобретения. С целью демонстрации принципов изобретения некоторые традиционные аспекты упрощены или опущены. Специалисты в области техники смогут вывести из этих примеров разновидности, находящиеся в объеме изобретения. Специалистам в области техники очевидно, что описанные ниже признаки могут быть по-разному скомбинированы для формирования нескольких вариантов изобретения. В результате изобретение не ограничивается описанными ниже конкретными примерами, но только формулой изобретения и ее эквивалентами.
Фиг. 1 демонстрирует вибрационный расходомер 5 для проверки измерителя согласно варианту осуществления изобретения. Расходомер 5 содержит расходомерный узел 10 и электронное измерительное устройство 20, соединенное с расходомерным узлом 10. Расходомерный узел 10 реагирует на массовый расход и плотность технологического материала. Электронное измерительное устройство 20 соединено с расходомерным узлом 10 посредством проводников 100 для предоставления по линии 26 связи информации о плотности, массовом расходе и температуре, а также другой информации. Описана конструкция расходомера Кориолиса, хотя специалистам в области техники очевидно, что настоящее изобретение также применимо к денситометру c вибрационной трубкой.
Расходомерный узел 10 включает в себя коллекторы 150 и 150', фланцы 103 и 103', имеющие шейки 110 и 110' фланца, параллельные расходомерные трубки 130 и 130', первый и второй приводы 180L и 180R, и первый и второй тензодатчики 170L и 170R. Первый и второй приводы 180L и 180R разнесены по одной или более расходомерным трубкам 130 и 130'. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления расходомерный узел 10 может включать в себя датчик 190 температуры. Расходомерные трубки 130 и 130' имеют два практически прямолинейных впускных участка 131 и 131' и выпускных участка 134 и 134', которые сходятся друг с другом на монтажных блоках 120 и 120' расходомерных трубок. Расходомерные трубки 130 и 130' изгибаются в двух симметричных положениях вдоль своей длины и практически параллельны на протяжении своей длины. Распорки 140 и 140' служат для задания оси W и практически параллельной оси W', относительно которых колеблется каждая расходомерная трубка.
Боковые участки 131, 131' и 134, 134' расходомерных трубок 130 и 130' жестко присоединены к монтажным блокам 120 и 120' расходомерных трубок, а эти блоки, в свою очередь, жестко присоединены к коллекторам 150 и 150'. Это обеспечивает непрерывный замкнутый канал материала через расходомерный узел 10.
Когда фланцы 103 и 103', имеющие отверстия 102 и 102', присоединены, через впускной конец 104 и выпускной конец 104', к технологический линии (не показана), которая несет технологический материал, подлежащий измерению, материал поступает в конец 104 измерителя через проходное отверстие 101 в фланце 103 и пропускается через коллектор 150 в монтажный блок 120 расходомерных трубок, имеющий поверхность 121. В коллекторе 150 материал делится и направляется через расходомерные трубки 130 и 130'. Выйдя из расходомерных трубок 130 и 130', технологический материал воссоединяется в единый поток в коллекторе 150' и после этого направляется к выходному концу 104', соединенному фланцем 103', имеющем отверстия 102' под болт, с технологической линией (не показана).
Расходомерные трубки 130 и 130' выбраны и надлежащим образом монтированы на монтажных блоках 120 и 120' расходомерных трубок так, чтобы иметь практически одинаковое распределение массы, моменты инерции и модуль Юнга относительно осей изгиба W--W и W'--W' , соответственно. Эти оси изгиба проходят через распорки 140 и 140'. Ввиду того, что модуль Юнга расходомерных трубок изменяется с температурой, и это изменение влияет на вычисление расхода и плотности, на расходомерной трубке 130' монтирован резистивный детектор 190 температуры (РДТ) для непрерывного измерения температуры расходомерной трубки. Зависящее от температуры напряжение, возникающее на РДТ 190, может быть использовано электронным измерительным устройством 20 для компенсации изменения модуля упругости расходомерных трубок 130 и 130', обусловленного любыми изменениями температуры расходомерной трубки. РДТ 190 подсоединен к электронному измерительному устройству 20 проводником 195.
Первый и второй приводы 180L и 180R разнесены и располагаются на участках выше и ниже по потоку от расходомерных трубок 130 и 130'. Подходящий управляющий сигнал подается на первый и второй приводы 180L и 180R электронным измерительным устройством 20 через проводники 185L и 185R. Первый и второй приводы 180L и 180R могут содержать любую из многих общеизвестных схем, например, магнит, монтированный на расходомерной трубке 130' и противостоящая катушка, монтированная к расходомерной трубке 130, через которую пропускают переменный ток для возбуждения вибрации обеих расходомерных трубок 130, 130'. В зависимости от полярности сигнала привода, подаваемого на катушечный компонент привода, может быть сгенерировано магнитное поле, сонаправленное или противонаправленное магнитному полю магнитного компонента привода. В результате, полярность управляющего сигнала может отталкивать компоненты катушки и магнита, вызывая расширение привода, или может притягивать между собой компоненты катушки и магнита, вызывая сжатие привода. Расширение или сжатие привода может двигать расходомерные трубки 130 и 130' друг от друга или друг к другу.
Расходомерные трубки 130 и 130' могут быть приведены в движение первым и вторым приводами 180L и 180R на любой требуемой колебательной моде. На изгибной моде (см. фиг. 4 и прилагаемое обсуждение) расходомерные трубки 130 и 130' могут быть приведены в движение управляющим сигналом или сигналами изгибной моды в противоположных направлениях относительно их соответствующих осей изгиба W и W' на так называемой первой расфазированной изгибной моде вибрационного расходомера 5. В случае колебаний на изгибной моде первый и второй приводы 180L и 180R приводятся в движение управляющим сигналом или сигналами для синхронного и синфазного функционирования, когда первый и второй приводы 180L и 180R расширяются одновременно, чтобы развести расходомерные трубки 130 и 130', а затем одновременно сожмутся, чтобы сблизить расходомерные трубки 130 и 130' друг с другом.
В случае колебаний на крутильной моде (см. фиг. 5 и прилагаемое обсуждение), первый и второй приводы 180L и 180R приводятся в движение управляющим сигналом крутильной моды для работы со сдвигом фазы 180 градусов, когда один привод расширяется, а другой привод одновременно сжимается, при этом участки выше по потоку от расходомерных трубок 130 и 130' будут расходиться, в то время как участки ниже по потоку будут двигаться друг к другу в один и тот же момент времени, а затем движение происходит в противоположном направлении. В результате, расходомерные трубки 130 и 130' включают в себя центральные узлы N и N', в которых расходомерные трубки 130 и 130' колеблются (т.е. закручиваются) относительно центральных узлов N и N'.
Электронное измерительное устройство 20 принимает сигнал температуры от РДТ по проводнику 195 и левый и правый сигналы скорости, возникающие на проводниках 165L и 165R, соответственно. Электронное измерительное устройство 20 вырабатывает управляющий сигнал, входящий по проводникам 185L и 185R на первый и второй приводы 180L и 180R, и возбуждает вибрацию расходомерных трубки 130 и 130'. Электронное измерительное устройство 20 обрабатывает левый и правый сигналы скорости и сигнал РДТ для вычисления массового расхода и плотности материала, проходящего через расходомерный узел 10. Эта информация, совместно с другой информацией, подается электронным измерительным устройством 20 по линии 26 связи на внешнее устройство или устройства.
Расходомеры неизбежно подвергаются влиянию эксплуатации, условий эксплуатации и текучего материала, текущего через расходомер. В результате, жесткость измерителя может изменяться с течением времени, например, вследствие эрозии текучим материалом, и, например, коррозии. Изменения жесткости измерителя могут приводить к ошибочным измерениям расхода. Следовательно, эксплуатация вибрационного расходомера с использованием значения калибровочного коэффициента расхода, полученного при изготовлении, может приводить к тому, что вибрационный расходомер будет производить все более неточные измерения.
Фиг. 2 демонстрирует электронное измерительное устройство 20 для проверки измерителя вибрационного расходомера 5 согласно варианту осуществления изобретения. Электронное измерительное устройство 20 может включать в себя интерфейс 201 и систему 203 обработки. Электронное измерительное устройство 20 принимает и обрабатывает сигналы первого и второго датчиков от расходомерного узла 10, например, сигналы тензодатчиков от первого и второго тензодатчиков 170L, 170R.
Интерфейс 201 передает управляющий сигнал или управляющие сигналы на приводы 180L и 180R через проводники 165L и 165R. Интерфейс 201 может передавать один управляющий сигнал на два привода 180L и 180R через проводники 165L и 165R. Альтернативно, интерфейс 201 может передавать два отдельных управляющих сигнала на приводы 180L и 180R через проводники 165L и 165R. Два отдельных управляющих сигнала могут быть одинаковыми или могут отличаться друг от друга.
Альтернативно, интерфейс 201 может передавать управляющий сигнал или сигналы и сигнал или сигналы возбуждения проверки измерителя на приводы 180L и 180R. В результате, электронное измерительное устройство 20 может подавать дополнительные сигналы (т.е. сигналы возбуждения проверки измерителя) на приводы 180L и 180R для процесса проверки измерителя. Затем для приводов 180L и 180R могут быть измерены токи первичной моды и токи вторичной моды, обусловленные сигналами возбуждения проверки измерителя.
Интерфейс 201 принимает сигналы первого и второго датчиков от первого и второго тензодатчиков 170L и 170R через проводники 100 с фиг. 1. Интерфейс 201 может осуществлять любое необходимое или требуемое преобразование сигнала, например, форматирование, усиление, буферизацию и т.д. в любой форме. Альтернативно, преобразование сигнала, частично или полностью, может быть осуществлено в системе 203 обработки.
Кроме того, интерфейс 201 может обеспечивать связи между электронным измерительным устройством 20 и внешними устройствами, например, через линию 26 связи. Интерфейс 201 может переносить данные измерений на внешние устройства через линию 26 связи и может принимать команды, обновления, данные и другую информацию от внешних устройств. Интерфейс 201 выполнен с возможностью осуществления электронной, оптической или беспроводной связи в любой форме.
Интерфейс 201 в одном варианте осуществления включает в себя аналого-цифровой преобразователь (не показан), причем сигнал датчика содержит аналоговый сигнал датчика. Аналого-цифровой преобразователь дискретизирует и оцифровывает аналоговый сигнал датчика и вырабатывает цифровой сигнал датчика. Интерфейс/аналого-цифровой преобразователь также может осуществлять любое необходимое прореживание, причем цифровой сигнал датчика прореживается для снижения необходимого объема обработки сигнала и для сокращения времени обработки.
Система 203 обработки проводит операции электронного измерительного устройства 20 и обрабатывает измерения расхода от расходомерного узла 10. Система 203 обработки выполняет рабочую процедуру 210 и, таким образом, обрабатывает измерения расхода для выработки одной или более характеристик расхода (или других измерений расхода).
Система 203 обработки может содержать компьютер общего назначения, микропроцессорную систему, логическую схему или какое-либо другое устройство обработки общего или специального назначения. Система 203 обработки может быть распределена по нескольким устройствам обработки. Система 203 обработки может включать в себя встроенный или отдельный электронный носитель данных любого вида, например, систему 204 хранения. Система 204 хранения может быть соединена с системой 203 обработки или встроена в систему 203 обработки.
В системе 204 хранения может храниться информация, используемая для эксплуатации вибрационного расходомера 5, включающая в себя информацию, генерируемую во время функционирования вибрационного расходомера 5. В системе 204 хранения может храниться один или более сигналов, которые используются для возбуждения вибрации расходомерных трубок 130 и 130' и которые предоставляются на первый и второй приводы 180L и 180R. Кроме того, в системе 204 хранения могут храниться сигналы колебательного отклика, генерируемые первым и вторым тензодатчиками 170L и 170R, когда расходомерные трубки 130 и 130' колеблются.
Один или более управляющих сигналов могут включать в себя управляющие сигналы для генерации колебаний на первичной моде и колебаний на вторичной моде, вместе с, например, сигналами возбуждения проверки измерителя (тонами). Колебания на первичной моде в некоторых вариантах осуществления могут содержать колебания на изгибной моде, а колебания на вторичной моде в некоторых вариантах осуществления могут содержать колебания на крутильной моде. Однако другие или дополнительные колебательные моды допустимы и находятся в объеме описания и формулы изобретения.
Электронное измерительное устройство 20 может управлять первым и вторым приводам 180L и 180R для функционирования в согласованном режиме, в котором первый и второй приводы 180L и 180R принимают управляющие сигналы, которые практически идентичны по фазе управляющего сигнала, частоте управляющего сигнала и амплитуде управляющего сигнала. Если первый и второй приводы 180L и 180R функционируют в согласованном режиме, то значения жесткости и остаточной упругости содержат векторы или матрицы [2×1].
Альтернативно, электронное измерительное устройство 20 может управлять первым и вторым приводом 180L и 180R для эксплуатации в несогласованном режиме, причем первый и второй приводы 180L и 180R могут отличаться в ходе эксплуатации в одном или более из фазы управляющего сигнала, частоты управляющего сигнала или амплитуды управляющего сигнала. Если первый и второй приводы 180L и 180R эксплуатируются в несогласованном режиме, то значения жесткости и остаточной упругости содержат векторы или матрицы [2×2], генерируя две дополнительных диагностики для каждой из жесткости и остаточной упругости.
В системе 204 хранения может храниться ток 230 первичной моды. Управляющий ток 230 первичной моды может содержать управляющий ток/ток возбуждения или управляющие токи/ток возбуждения, используемые для генерации первичной колебательной моды в расходомерном узле 10, а также сигналов проверки измерителя. Управляющий ток 230 первичной моды может содержать токи из одного или обоих из первого и второго приводов 180L и 180R. В некоторых вариантах осуществления в системе 204 хранения могут храниться первый и второй токи 230 первичной моды, соответствующие первому и второму приводам 180L и 180R. Первый и второй токи 230 первичной моды могут содержать заданные токи для первичной колебательной моды (т.е. токи, оговоренные для первого и второго приводов 180L и 180R) или могут содержать измеренные токи первичной колебательной моды (т.е. токи, измеренные как фактически текущие через первый и второй приводы 180L и 180R).
В системе 204 хранения может храниться ток 236 вторичной моды. Ток 236 вторичной моды может содержать управляющий ток/ток возбуждения или управляющие токи/ток возбуждения, используемые для генерации вторичной колебательной моды в расходомерном узле 10, а также сигналов проверки измерителя. Ток 236 вторичной моды может содержать токи из одного или обоих из первого и второго приводов 180L и 180R. В некоторых вариантах осуществления, в системе 204 хранения могут храниться первый и второй токи 236 вторичной моды, соответствующие первому и второму приводам 180L и 180R. Первый и второй токи 236 вторичной моды могут содержать заданные токи для вторичной колебательной моды или могут содержать измеренные токи вторичной колебательной моды.
В системе 204 хранения может храниться напряжение 231 отклика первичной моды. Напряжение 231 отклика первичной моды может содержать синусоидальные сигналы напряжения или уровни напряжения, генерируемые в ответ на первичную колебательную моду. Напряжение 231 отклика первичной моды может содержать сигналы напряжения или уровни напряжения (например, пиковые напряжения), генерируемые одним или обоими из первого и второго тензодатчиков 170L и 170R. Напряжения отклика также будут включать в себя отклики на частоты сигнала возбуждения проверки измерителя. В некоторых вариантах осуществления в системе 204 хранения могут храниться первое и второе напряжения 231 отклика первичной моды, соответствующие первому и второму тензодатчикам 170L и 170R.
В системе 204 хранения может храниться напряжение 237 отклика вторичной моды. Напряжение 237 отклика вторичной моды может содержать синусоидальные сигналы напряжения или уровни напряжения, генерируемые в ответ на вторичную колебательную моду. Напряжение 237 отклика вторичной моды может содержать сигналы напряжения или уровни напряжения (например, пиковые напряжения), генерируемые одним или обоими из первого и второго тензодатчиков 170L и 170R. Напряжения отклика также будут включать в себя отклики на частоты сигнала возбуждения проверки измерителя. В некоторых вариантах осуществления в системе 204 хранения могут храниться первое и второе напряжения 237 отклика вторичной моды, соответствующие первому и второму тензодатчикам 170L и 170R.
В системе 204 хранения может храниться значение 216 жесткости измерителя. Значение 216 жесткости измерителя содержит значение жесткости, которое определяется из колебательных откликов, генерируемых в ходе функционирования вибрационного расходомера 5. Значение 216 жесткости измерителя может быть сгенерировано для проверки правильности функционирования вибрационного расходомера 5. Значение 216 жесткости измерителя может быть сгенерировано для процесса проверки, причем значение 216 жесткости измерителя служит цели проверки правильности и точности функционирования вибрационного расходомера 5.
Значение 216 жесткости измерителя может быть сгенерировано из информации или измерений, генерируемых в первичной колебательной моде, во вторичной колебательной моде или обеих. Аналогично, значение остаточной упругости может генерироваться из информации или измерений, генерируемых в условиях первичной колебательной моды, в условиях вторичной колебательной моды или обеих. Если значение 216 жесткости измерителя генерируется с использованием информации, как из первичной, так и вторичной моды, то значение 216 жесткости измерителя может быть более точным и достоверным, чем в случае использования только одной колебательной моды. Когда используются как первичная, так и вторичная колебательные моды, вектор или матрица жесткости может быть сгенерирована для каждой моды. Аналогично, когда используются как первичная, так и вторичная колебательные моды, вектор или матрица остаточной упругости может быть сгенерирована для каждой моды.
Колебательный отклик расходомера может быть представлен моделью управления второго порядка без обратной связи, содержащей:
(3)
где f – сила, прилагаемая к системе, M – параметр массы системы, C – параметр затухания, и K – параметр жесткости. Член x представляет расстояние физического смещения колебания, член  – скорость смещения расходомерной трубки, и член  – ускорение. Это обычно именуется моделью MCK. Эта формула может быть преобразована к виду:
(4)
Уравнение (4) может быть дополнительно преобразовано к форме передаточной функции, независимо от начальных условий. В результате, получаем:
(5)
Дополнительная манипуляция позволяет преобразовать уравнение (5) к форме амплитудно-частотных характеристики полюс-остаток первого порядка, содержащей:
(6)
где λ – полюс, R – остаток, член (j) содержит квадратный корень из -1, и ω – круговая частота возбуждения в радианах в секунду.
n
d
Системные параметры, содержащие собственную/резонансную частоту (ω), собственную частоту затухающих колебаний (ω) и характеристику затухания (ζ), задаются полюсом.
(7)
(8)
(9)
Параметр жесткости (K), параметр затухания (C) и параметр массы (M) системы могут быть выведены из полюса и остатка.
(10)
(11)
(12)
Следовательно, параметр жесткости (K), параметр массы (M) и параметр затухания (C) могут быть вычислены на основании хорошей оценки полюса (λ) и остатка (R).
Полюс и остаток оцениваются из измеренных амплитудно-частотных характеристик (АЧХ). Полюс (λ) и остаток (R) могут быть оценены, например, методом итерационных вычислений.
Отклик вблизи частоты привода состоит, в основном, из первого члена уравнения (6), причем комплексно-сопряженный член составляет лишь малую, почти постоянную “остаточную” часть отклика. В результате, уравнение (6) можно упростить до:
(13)
В уравнении (13) член H(ω) является измеренной АЧХ. В этом выводе H состоит из выходного смещения, деленного на входную силу. Однако, при использовании тензодатчиков на основе звуковой катушки, типичных для расходомера Кориолиса, измеренная АЧХ (т.е. член ) определяется как скорость, деленная на силу. Таким образом, уравнение (13) может быть преобразовано к виду:
(14)
Уравнение (14) может быть дополнительно преобразовано к форме, допускающей простое решение относительно полюса (λ) и остатка (R).
(15)
(16)
(17)
Уравнения (15)-(17) образуют избыточную систему уравнений. Уравнение (17) допускает численное решение для определения полюса (λ) и остатка (R) из АЧХ "скорость/сила" (). Члены H, R, и λ являются комплексными.
Согласованные приводы могут быть использованы на первичной моде, вторичной моде или на нескольких модах. В некоторых вариантах осуществления приводы согласованы, и две АЧХ могут быть измерены на каждой из первичной и вторичной моды. Следовательно, можно измерять четыре АЧХ: 1) АЧХ от левого привода 180L к левому тензодатчику 170L, 2) АЧХ от левого привода 180L к правому тензодатчику 170R), 3) АЧХ от правого привода 180R к левому тензодатчику 170L, и 4) АЧХ от правого привода 180R к правому тензодатчику 170R.
L
R
Исходя из того, что АЧХ совместно используют общий полюс (λ), но разные остатки (R) и (R), могут быть преимущественно скомбинированы два измерения для получения более надежного определения полюса и остатка.
(18)
Уравнение (18) может быть решено несколькими путями. В одном варианте осуществления уравнение решается рекурсивным методом наименьших квадратов. В другом варианте осуществления уравнение решается методом псевдообратной матрицы. В еще одном варианте осуществления, поскольку одновременно доступны все измерения, может быть использован стандартный метод QR-разложения. Метод QR-разложения рассмотрен в Modern Control Theory, William Brogan, copyright 1991, Prentice Hall, pp. 222-224, 168-172.
После итерационной обработки уравнения (18) до удовлетворительного схождения, полюс и остаток могут быть использованы для генерации значений жесткости согласно уравнениям (10) и (11). Когда входные сигналы привода согласованы, уравнения (10) и (11) могут быть использованы для генерации значений жесткости между приводами и левым тензодатчиком и приводами и правым тензодатчиком. В этом случае, значения жесткости и остаточной упругости для каждой моды имеют размер [2×1].
LL
RL
LR
RR
Уравнения (10) и (11) также могут быть использованы для генерации значений жесткости K между каждым тензодатчиком 170L и 170R и каждым приводом 180L и 180R. Генерируемые значения жесткости могут включать в себя значение жесткости K (auto), генерируемое для левого тензодатчика с использованием левого привода, значение жесткости K (cross), генерируемое для правого тензодатчика 170R с использованием левого привода 180L, значение жесткости K (cross), генерируемое для левого тензодатчика 170L с использованием правого привода 180R, и значение жесткости K (auto), генерируемое для правого тензодатчика 170R с использованием правого привода 180R. Два члена (auto) могут быть равны вследствие симметрии структуры. Члены (cross) всегда будут равны друг другу вследствие обратимости, т.е. ввод колебаний в точке A и измерение отклика в точке B будет генерировать такой же результат колебательного отклика, что и ввод колебаний в точке B и измерение отклика в точке A. В результате, получаем матрицу X жесткости:
X= (19)
Матрица X жесткости может храниться как значение 216 жесткости измерителя.
В системе 204 хранения может храниться базовая жесткость 209 измерителя, запрограммированная в электронное измерительное устройство 20. В некоторых вариантах осуществления базовая жесткость 209 измерителя может быть запрограммирована в электронное измерительное устройство 20 на заводе (или другом производственном объекте), например, после сборки или продажи вибрационного расходомера 5. Альтернативно, базовая жесткость 209 измерителя может быть запрограммирована в электронное измерительное устройство 20 в ходе операции калибровки в условиях эксплуатации или другой операции калибровки или перекалибровки. Однако следует понимать, что базовая жесткость 209 измерителя в большинстве вариантов осуществления не подлежит изменению пользователем или оператором или в ходе эксплуатации вибрационного расходомера 5.
Если значение 216 жесткости измерителя практически совпадает с базовой жесткостью 209 измерителя, можно быть определено, что состояние вибрационного расходомера 5 относительно не изменилось с момента изготовления, калибровки или последней перекалибровки вибрационного расходомера 5. Альтернативно, когда значение 216 жесткости измерителя значительно отличается от базовой жесткости 209 измерителя, может быть определено, что вибрационный расходомер 5 вышел из строя и не может функционировать точно и надежно, например, когда вибрационный расходомер 5 изменился вследствие усталости металла, коррозии, эрозии под действием потока, или вследствие другого условия эксплуатации или эффекта.
В системе 204 хранения может храниться заранее заданный диапазон 219 жесткости. Заранее заданный диапазон 219 жесткости содержит выбранный диапазон допустимых значений жесткости. Заранее заданный диапазон 219 жесткости может быть выбран для учета нормального износа на вибрационном расходомере 5. Заранее заданный диапазон 219 жесткости может быть выбран для учета коррозии или эрозии в вибрационном расходомере 5.
В одном варианте осуществления в системе 204 хранения хранится значение 218 остаточной упругости измерителя. Значение 218 остаточной упругости измерителя содержит значение остаточной упругости, которое определяется из колебательных откликов, генерируемых в ходе эксплуатации вибрационного расходомера 5. Определение остаточной упругости требует лишь дополнительной аппроксимации кривой в ходе вычисления жесткости, для чего в некоторых вариантах осуществления требуется лишь дополнительная итерация алгоритма или процесса аппроксимации для уравнения (18). Остаточная упругость имеет такую же форму, как матрица жесткости (см. уравнение (19) и прилагаемое обсуждение).
1
1
2
3
2
3
2
3
1
1
2
3
1
2
3
На Фиг. 3 показан график трех АЧХ, демонстрирующих эффект остаточной упругости, построенный как зависимость амплитуды (A) от частоты (f). Пик амплитуды АЧХ наступает на первой резонансной частоте ω. Пики амплитуды АЧХ и АЧХ наступают на резонансных частотах ω и ω. Из графика можно видеть, что АЧХ и АЧХ имеют хвосты, которые влияют на значения амплитуды АЧХ, в том числе на резонансной частоте ω. Это влияние хвостов АЧХ и АЧХ на колебания на резонансной частоте ω называется остаточной упругостью. Аналогично, АЧХ демонстрирует эффект остаточной упругости хвоста АЧХ.
Возвращаясь к фиг. 2, значение 218 остаточной упругости измерителя может быть сгенерировано для проверки правильности функционирования вибрационного расходомера 5. Значение 218 остаточной упругости измерителя может быть сгенерировано для процесса проверки, причем значение 218 остаточной упругости измерителя служит цели проверки правильности и точности функционирования вибрационного расходомера 5. Когда используются как первичная, так и вторичная колебательные моды, вектор или матрица жесткости могут быть сгенерированы для каждой моды. Аналогично, когда используются как первичная, так и вторичная колебательные моды, вектор или матрица остаточной упругости могу быть сгенерированы для каждой моды.
В вышеприведенной разработке предполагается одновременное измерение четырех АЧХ, без необходимости поддержать измеритель в резонансе, что является условием нормальной операции измерение расхода. Необходимость поддержать резонанс усугубляет проблему того, что четыре независимых АЧХ невозможно одновременно измерять для решения проблемы. Напротив, при вычислении АЧХ, может быть измерено совокупное влияние обоих приводов на выходной сигнал.
(20)
В этом уравнении, член  QUOTE означает скорость на выбранном тензодатчике вследствие силы на левом приводе 180L, а член  QUOTE  означает скорость на выбранном тензодатчике вследствие силы на правом приводе 180R. Эту величину невозможно измерять напрямую. Напротив, измеряется только суммарное влияние двух приводов на тензодатчиках. Однако эта величина будет использоваться в нижеследующей теоретической разработке. АЧХ суммарного влияния, заданной в уравнении (20), не достаточно для решения относительно желаемых четырех остатков. Однако его можно решить с еще одним фрагментом информации, АЧХ между силами привода.
(21)
Чтобы видеть, что этих двух фрагментов информации достаточно для решения модели системы, определение амплитудно-частотной характеристики для произвольного привода “D” используется, чтобы задать:
(22)
С использованием линейности, результаты уравнения (22) могут быть суммированы как подаваемые на левый и правый приводы.
(23)
Обе стороны уравнения (23) можно делить на любую ненулевую величину. Например, уравнение (23) можно делить на сумму левой и правой сил привода, которые не равны нулю при условии возбуждения конструкции.
(24)
Левая сторона уравнения (24) может быть измерена напрямую. В правой стороне присутствуют отдельные АЧХ, которые относятся к полюсу и остаткам. Отношения сил уравнения (21) может быть использовано для преобразования уравнения (24).
(25)
(26)
Заметим, что члены  и  задаются в нижеследующих уравнениях. Хотя, интуитивно, они являются долей полной силы, прилагаемой на конкретном приводе. Если два привода возбуждаются одинаково, оба значения  и  равны 0,5. Если полностью возбуждается один привод, они равны 0 и 1. В общем случае, члены  и могут быть комплексными числами с соотношением модуля и фазы и вычисляться из АЧХ измеренной силы (или электрического тока привода).
Подстановка уравнений (20), (25) и (26) в уравнение (24) дает:
(27)
Последним этапом является замена АЧХ  и  системы моделями полюс-остаток и перестановка членов.
(28)
Значения гамма и суммированные АЧХ в уравнении (28) выводятся из измеренных данных, обе являются функциями частоты. Это основное уравнение может быть расширено на пять тонов, которые могут быть возбуждены для проверки измерителя, и на два тензодатчика, давая систему из десяти уравнений и пяти неизвестных. Для наглядности, это расширение показано в уравнении (29). Когда эта система уравнений используется для решения относительно системных параметров (), выделение вектора или матрицы жесткости является тривиальной задачей.
(29)
Модель полюс-остаток может быть модифицирована так, чтобы она включала в себя единичный член остаточной упругости для учета совокупного влияния других мод. Предполагается, что этот эффект не изменяется с частотной в локальных измерениях вблизи моды привода. Это будет справедливо, если все остальные моды являются более высокочастотными, чем мода привода и располагаются достаточно далеко, чтобы обрабатываться как чистая жесткость. Модифицированная модель полюс-остаток представляет собой:
(30)
Модель может быть преобразована в АЧХ скорости, и члены могут быть преобразованы для получения более легко решаемой формы:
(31)
Эту модель может быть преобразована в:
(32)
Уравнение больше не является строго линейным в отношении неизвестных ,  и . Напротив, члены  и  являются взаимозависимыми. Для этого можно использовать простой метод итерационного решения. Сначала модель решается без членов остаточной упругости (с использованием уравнения (28)), затем повторно решается с использованием исходной оценки полюса для множителей . Этот подход работает достаточно хорошо, поскольку оценка полюса довольно нечувствительна к сравнительно малой остаточной упругости, в отличие от остатков. Поскольку новая оценка полюса производится каждый раз при оценивании уравнения (32), итерационный метод может повторяться, пока полюс не стабилизируется (хотя на практике может быть достаточно единичной итерации). В онлайновой реализации, где системные параметры вычисляются для нескольких последовательных по времени измерений, может быть полезнее или эффективнее закладывать оценку полюса со значением из предыдущего временного окна, а не начинать каждый раз заново с моделью без остаточной упругости.
Для фактического использования уравнение (32) может быть расширено таким же образом, как уравнение (28) было расширено в уравнение (29). С добавлением остаточных упругостей, которые также уникальны для каждой пары вход/выход, получается десять уравнений и девять неизвестных. Система уравнений не столь избыточна, как в первоначальной проверке измерителя, но экспериментальные данные показали, что результаты все еще относительно стабильны. Эти уравнения могут быть расширены путем добавления низкочастотного члена, выражающего сопротивление катушки.
В вышеприведенной разработке, величины  (выведенные из АЧХ лево-правой силы и, по существу, доля всей входной силы, прилагаемой на конкретном приводе) обрабатывалась как измеренные величины. Однако распределение входных сил между левым и правым приводами является конструкционным параметром для алгоритма. АЧХ по-прежнему измеряются для обнаружения любого отклонения от того, что было задано (например, вследствие тока противоЭДС в цепи привода, возвращающегося в усилители тока), но в идеальном случае величины  могли бы быть постоянными, выбранными для процедуры. Отдельные значения  могут быть рассмотрены как компоненты пространственной матрицы сил Γ:
(33)
Здесь строки соответствуют разным входным положениям, а столбцы – разным частотам. Размеры матрицы может быть изменены в зависимости от того, сколько используется частот (или приводов). Выбор  не является полностью произвольным. Например, одинаковое возбуждение всех тонов на каждом приводе приведет к тому, что матрица в уравнении (29) становится непригодной для решения методом наименьших квадратов (поскольку столбцы 1 и 2 и 3 и 4 были бы идентичными). Увеличение пространственного разделения тонов приводит к улучшению численного поведения при решении, поскольку столбцы матрицы более дифференцированы. С целью максимизировать это разделение, конструкционные параметры могут содержать:
(34)
Конечно, фактические измеренные значения не будут тождественно равны вышеупомянутым значениям. Каждый тон полностью сообщается конкретному приводу. Тон привода равномерно распределяется между приводами, чтобы помочь в согласовании симметричной формы моды тонов привода и минимизировать возбуждение остаточных упругостей в других модах (моды крутильного типа не очень хорошо возбуждаются, хотя более высокочастотные симметричные моды могут присутствовать).
В одном варианте осуществления в системе 204 хранения хранится базовая остаточная упругость 220 измерителя. В некоторых вариантах осуществления, базовая остаточная упругость 220 измерителя может быть запрограммирована в электронное измерительное устройство 20 на заводе (или другом производственном объекте), например, после сборки или продажи вибрационного расходомера 5. Альтернативно, базовая остаточная упругость 220 измерителя может быть запрограммирована в электронное измерительное устройство 20 во время операции калибровки в условиях эксплуатации или другой операции калибровки или перекалибровки. Однако следует понимать, что базовая остаточная упругость 220 измерителя в большинстве вариантов осуществления не подлежит изменению пользователем или оператором или в ходе эксплуатации вибрационного расходомера 5.
В одном варианте осуществления в системе 204 хранения хранится заранее заданный диапазон 221 остаточной упругости. Заранее заданный диапазон 221 остаточной упругости содержит выбранный диапазон допустимых значений остаточной упругости. Заранее заданный диапазон 221 остаточной упругости может быть выбран для учета нормального износа на вибрационном расходомере 5. Заранее заданный диапазон 221 остаточной упругости может быть выбран для учета коррозии или эрозии в вибрационном расходомере 5.
В некоторых вариантах осуществления в системе 204 хранения хранится процедура 213 проверки. Процедура 213 проверки при выполнении системой 203 обработки может осуществлять процесс проверки для вибрационного расходомера 5. В некоторых вариантах осуществления система 203 обработки при выполнении процедуры 213 проверки выполнена с возможностью генерировать значение жесткости измерителя. В некоторых вариантах осуществления система 203 обработки при выполнении процедуры 213 проверки выполнена с возможностью генерировать значение жесткости измерителя и проверять правильность функционирования вибрационного расходомера, используя значение жесткости измерителя. В некоторых вариантах осуществления система 203 обработки при выполнении процедуры 213 проверки выполнена с возможностью генерировать значение остаточной упругости измерителя. В некоторых вариантах осуществления система 203 обработки при выполнении процедуры 213 проверки выполнена с возможностью генерировать значение остаточной упругости измерителя и проверять правильность функционирования вибрационного расходомера, используя значение остаточной упругости измерителя.
В некоторых вариантах осуществления система 203 обработки при выполнении процедуры 213 проверки выполнена с возможностью возбуждать вибрацию расходомерного узла 10 на первичной колебательной моде, используя первый и второй приводы 180L и 180R, определять первый и второй токи 230 первичной моды первого и второго приводов 180L и 180R для первичной колебательной моды и определять первое и второе напряжения 231 отклика первичной моды, генерируемые первым и вторым тензодатчиками 170L и 170R для первичной колебательной моды, генерировать значение 216 жесткости измерителя, используя первый и второй токи 230 первичной моды и первое и второе напряжения 231 отклика первичной моды, и проверять правильность функционирования вибрационного расходомера 5, используя значение 216 жесткости измерителя.
В некоторых вариантах осуществления первый и второй токи 230 первичной моды содержат заданные уровни тока. Альтернативно, в других вариантах осуществления первый и второй токи 230 первичной моды содержат измеренные уровни тока.
В некоторых вариантах осуществления второй привод 180R не согласован с первым приводом 180L. Альтернативно, в других вариантах осуществления первый и второй приводы 180L и 180R действуют в согласованном режиме.
В некоторых вариантах осуществления проверка правильности функционирования вибрационного расходомера 5 содержит сравнение значения 216 жесткости измерителя с заранее заданным диапазоном 219 жесткости, генерацию индикации проверки для вибрационного расходомера 5, если значение 216 жесткости измерителя попадает в заранее заданный диапазон 219 жесткости, и генерацию индикации отрицательного результата проверки для вибрационного расходомера 5, если значение 216 жесткости измерителя не попадает в заранее заданный диапазон 219 жесткости.
В некоторых вариантах осуществления система 203 обработки при выполнении процедуры 213 проверки выполнена с возможностью возбуждать вибрацию расходомерного узла 10 на вторичной колебательной моде, используя первый и второй приводы 180L и 180R, определять первый и второй токи 236 вторичной моды первого и второго приводов 180L и 180R для вторичной колебательной моды и определять первое и второе напряжения 237 отклика вторичной моды первого и второго тензодатчиков 170L и 170R для вторичной колебательной моды, а также генерировать значение 216 жесткости измерителя, используя одно или оба из первого и второго токов 230 первичной моды и первого и второго напряжений 231 отклика первичной моды или первого и второго токов 236 вторичной моды и первого и второго напряжений 237 отклика вторичной моды.
В некоторых вариантах осуществления система 203 обработки при выполнении процедуры 213 проверки выполнена с возможностью генерировать значение 218 остаточной упругости измерителя, используя первый и второй токи 230 первичной моды и первое и второе напряжения 231 отклика первичной моды.
В некоторых вариантах осуществления система 203 обработки при выполнении процедуры 213 проверки выполнена с возможностью генерировать значение 218 остаточной упругости измерителя, используя первый и второй токи 230 первичной моды и первое и второе напряжения 231 отклика первичной моды, сравнивать значение 218 остаточной упругости измерителя с заранее заданным диапазоном 221 остаточной упругости, генерировать индикацию проверки для вибрационного расходомера 5, если значение 218 остаточной упругости измерителя попадает в заранее заданный диапазон 221 остаточной упругости, и генерировать индикацию проверки для вибрационного расходомера 5, если значение 218 остаточной упругости измерителя не попадает в заранее заданный диапазон 221 остаточной упругости.
В некоторых вариантах осуществления система 203 обработки при выполнении процедуры 213 проверки выполнена с возможностью возбуждать вибрацию расходомерного узла 10 на вторичной колебательной моде, используя первый и второй приводы 180L и 180R, определять первый и второй токи 236 вторичной моды первого и второго приводов 180L и 180R для вторичной колебательной моды и определять первое и второе напряжения 237 отклика вторичной моды первого и второго тензодатчиков 170L и 170R для вторичной колебательной моды, а также генерировать значение 218 остаточной упругости измерителя, используя одно или оба из первого и второго токов 230 первичной моды и первого и второго напряжений 231 отклика первичной моды или первого и второго токов 236 вторичной моды и первого и второго напряжений 237 отклика вторичной моды.
Операция проверки значима, поскольку она позволяет электронному измерительному устройству 20 производить определение жесткости в условиях эксплуатации, не осуществляя фактическое калибровочное испытание расхода. Это позволяет определять жесткость без помощи калибровочного испытательного стенда или другого специального оборудования или специальных текучих сред. Это желательно, поскольку осуществление калибровки расхода в условиях эксплуатации сопряжено с большими затратами финансовых средств, труда и времени.
Фиг. 4 представляет вибрационный расходомер 5, имеющий искривленные расходомерные трубки 130 и 130', причем две параллельные искривленные расходомерные трубки 130 и 130' колеблются в изгибной моде. Пунктирные линии на фигуре указывают положения покоя двух расходомерных трубок 130 и 130'. На изгибной моде трубки колеблются относительно осей W--W и W'--W' изгиба. Следовательно, расходомерные трубки 130 и 130' движутся периодически друг от друга (как показано искривленными стрелками), затем друг к другу. Можно видеть, что каждая расходомерная трубка 130 и 130' движется целиком относительно осей W--W и W'--W' изгиба.
Фиг. 5 представляет вибрационный расходомер 5, причем две параллельные искривленные расходомерные трубки 130 и 130' колеблются в крутильной (или кориолисовой) моде. Пунктирные линии на фигуре показывают положения покоя двух расходомерных трубок 130 и 130'. В крутильной моде расходомерные трубки в левой стороне фигуры принудительно сближаются, тогда как в правой стороне фигуры расходомерные трубки принудительно удаляются друг от друга (в кориолисовой колебательной моде кручение возбуждается кориолисовыми силами, возникающими в порядке реакции на вынужденные колебания, но может стимулироваться или возбуждаться с использованием двух или более приводов, возбуждающих крутильные колебания). В результате каждая расходомерная трубка скручивается вокруг центральной точки или узла, например, узлов N и N'. Следовательно, концы расходомерных трубок 130 и 130' (или расположенные выше или ниже по потоку участки) периодически движутся друг к другу и друг от друга (как показано искривленными стрелками).
На Фиг. 6 показана блок-схема операций 600 способа проверки измерителя для вибрационного расходомера согласно варианту осуществления изобретения. На этапе 601 возбуждают вибрацию расходомерного узла вибрационного расходомера на первичной колебательной моде для генерации колебательного отклика первичной моды. Колебательный отклик первичной моды содержит электрические сигналы, генерируемые первым и вторым тензодатчиками 170L и 170R.
В некоторых вариантах осуществления первичная колебательная мода может содержать изгибную моду. Однако следует понимать, что колебания могли бы содержать другие колебательные моды, в том числе вторичную колебательную моду (см. фиг. 8 и прилагаемый ниже текст). Следует также понимать, что возбуждение вибрации расходомерного узла на первичной колебательной моде может содержать возбуждение вибрации на заранее заданной колебательной моде и практически на резонансной частоте для заранее заданной колебательной моды.
На этапе 602 определяют первый и второй токи первичной моды и первое и второе напряжения отклика первичной моды. Первый и второй токи первичной моды являются электрическими токами, текущими через два привода. Первый и второй токи первичной моды могут содержать заданные значения токов или могут содержать измеренные значения тока для двух приводов.
Первое и второе напряжения отклика первичной моды являются напряжения отклика, генерируемыми первым и вторым тензодатчиками. Первое и второе напряжения отклика первичной моды могут содержать напряжения, генерируемые при работе на или вблизи резонансной частоты первичной колебательной моды.
На этапе 603 генерируют значение жесткости измерителя. Значение жесткости измерителя может быть генерировано с использованием первого и второго токов первичной моды и первого и второго напряжений отклика первичной моды, как рассмотрено ранее.
На этапе 604 вновь сгенерированное значение жесткости измерителя сравнивают с базовой жесткостью измерителя. Если значение жесткости измерителя находится в заранее заданном диапазоне жесткости, то способ переходит к этапу 605. Если значение жесткости измерителя не находится в заранее заданном диапазоне жесткости, то способ переходит к этапу 606.
Сравнение может содержать определение разности между значением жесткости измерителя и базовой жесткостью измерителя, причем разность сравнивают с заранее заданным диапазоном жесткости. Заранее заданный диапазон жесткости может содержать диапазон жесткости, который включает в себя, например, ожидаемые вариации точности измерения. Заранее заданный диапазон жесткости может ограничивать величину изменения жесткости измерителя, которая ожидается и не является достаточно значимой для генерации определения отрицательного результата проверки.
Заранее заданный диапазон жесткости может быть определен тем или иным образом. В одном варианте осуществления заранее заданный диапазон жесткости может содержать заранее заданный диапазон допуска выше и ниже базовой жесткости измерителя. Альтернативно, заранее заданный диапазон жесткости может быть выведен из определения среднеквадратического отклонения или доверительного уровня, которое генерирует верхнюю и нижнюю границы от базовой жесткости измерителя, или с использованием других подходящих методов обработки.
На этапе 605 генерируют индикацию проверки, когда разность между значением жесткости измерителя и базовой жесткостью измерителя попадает в заранее заданный диапазон жесткости. Таким образом, определяется, что жесткость измерителя не претерпела значительных изменений. Никаких дополнительных действий может не потребоваться, хотя результат может быть зарегистрирован, сообщен и т.д. Индикация может включать в себя указание пользователю, что базовая жесткость измерителя все еще пригодна. Индикация успешной проверки обозначает, что базовая жесткость измерителя все еще точна и полезна, и что вибрационный расходомер все еще действует точно и надежно.
На этапе 606 генерируют индикацию отрицательного результата проверки, когда разность между значением жесткости измерителя и базовой жесткостью измерителя выходит за пределы заранее заданного диапазона жесткости. Таким образом, определяется, что жесткость измерителя значительно изменилась. В порядке индикации отрицательного результата проверки может быть сгенерирован программный флаг, визуальный индикатор, сообщение, предупреждающий сигнал или другая индикация для извещения пользователя о том, что расходомер может не обеспечивать приемлемую точность и достоверность. Кроме того, результат может быть зарегистрирован, сообщен и т.д.
На Фиг. 7 показана блок-схема операций 700 способа проверки измерителя для вибрационного расходомера согласно варианту осуществления изобретения. На этапе 701 возбуждают вибрацию расходомерного узла вибрационного расходомера на первичной колебательной моде для генерации колебательного отклика первичной моды, как рассмотрено ранее.
На этапе 702 определяют первый и второй токи первичной моды и первое и второе напряжения отклика первичной моды, как рассмотрено ранее.
На этапе 703 генерируют значение остаточной упругости измерителя. Значение остаточной упругости измерителя может быть сгенерировано с использованием первого и второго токов первичной моды и первого и второго напряжений отклика первичной моды, как рассмотрено ранее.
На этапе 704 вновь сгенерированное значение остаточной упругости измерителя сравнивают с базовой остаточной упругостью измерителя. Если значение остаточной упругости измерителя находится в пределах заранее заданного диапазона остаточной упругости, то способ переходит к этапу 705. Если значение остаточной упругости измерителя не находится в пределах заранее заданного диапазона остаточной упругости, то способ переходит к этапу 706.
Сравнение может содержать определение разности между значением остаточной упругости измерителя и базовой остаточной упругостью измерителя, причем разность сравнивают с заранее заданным диапазоном остаточной упругости. Заранее заданный диапазон остаточной упругости может содержать диапазон остаточной упругости, который включает в себя, например, ожидаемые вариации точности измерения. Заранее заданный диапазон остаточной упругости может ограничивать величину изменения остаточной упругости измерителя, которая ожидается и не является достаточно значимой для генерации определения отрицательного результата проверки.
Заранее заданный диапазон остаточной упругости может быть определен тем или иным образом. В одном варианте осуществления заранее заданный диапазон остаточной упругости может содержать заранее заданный допуск выше и ниже базовой остаточной упругости измерителя. Альтернативно, заранее заданный диапазон остаточной упругости может быть выведен из определения среднеквадратического отклонения или доверительного уровня, которое генерирует верхнюю и нижнюю границы диапазона из базовой остаточной упругости измерителя, или с использованием других подходящих методов обработки.
На этапе 705 генерируют индикацию проверки, когда разность между значением остаточной упругости измерителя и базовой остаточной упругостью измерителя попадает в заранее заданный диапазон остаточной упругости. Таким образом, определяется, что остаточная упругость измерителя не претерпела значительных изменений. Никаких дополнительных действий может не потребоваться, хотя результат может быть зарегистрирован, сообщен и т.д. Индикация может включать в себя указание пользователю, что базовая остаточная упругость измерителя все еще пригодна. Индикация успешной проверки обозначает, что базовая остаточная упругость измерителя все еще точна и полезна, и что вибрационный расходомер все еще действует точно и надежно.
На этапе 706 генерируют индикацию отрицательного результата проверки, когда разность между значением остаточной упругости измерителя и базовой остаточной упругостью измерителя выходит за пределы заранее заданного диапазона остаточной упругости. Таким образом, определяется, что остаточная упругость измерителя значительно изменилась. В порядке индикации отрицательного результата проверки может быть сгенерирован программный флаг, визуальный индикатор, сообщение, предупреждающий сигнал или другая индикация для извещения пользователя о том, что расходомер может не обеспечивать приемлемую точность и достоверность. Кроме того, результат может быть зарегистрирован, сообщен и т.д.
На Фиг. 8 показана блок-схема операций 800 способа проверки измерителя для вибрационного расходомера согласно варианту осуществления изобретения. На этапе 801 обеспечивают возбуждение вибрации расходомерного узла вибрационного расходомера на первичной колебательной моде для генерации колебательного отклика первичной моды, как рассмотрено ранее.
На этапе 802 определяют первый и второй токи первичной моды и первое и второе напряжения отклика первичной моды, как рассмотрено ранее.
На этапе 803 обеспечивают вибрацию расходомерного узла на вторичной колебательной моде для генерации колебательного отклика вторичной моды. В некоторых вариантах осуществления колебательный отклик вторичной моды генерируется одновременно с колебательным откликом первичной моды. Альтернативно, вторичная колебательная мода может перемежаться с первичной колебательной модой.
В некоторых вариантах осуществления первичная колебательная мода может содержать изгибную моду, а вторичная колебательная мода может содержать крутильную моду. Однако следует понимать, что колебания могли бы содержать другие колебательные моды.
На этапе 804 определяют управляющие токи первой и второй вторичных мод и первое и второе напряжения отклика вторичной моды.
На этапе 805 генерируют значение жесткости измерителя, как рассмотрено ранее. Значение жесткости измерителя может быть генерировано с использованием первого и второго токов первичной моды и первого и второго напряжений отклика первичной моды. Значение жесткости измерителя может быть генерировано с использованием первого и второго токов вторичной моды и первого и второго напряжений отклика вторичной моды. Значение жесткости измерителя может быть сгенерировано с использованием первого и второго токов первичной моды и первого и второго напряжений отклика первичной моды, а также первого и второго токов вторичной моды и первого и второго напряжений отклика вторичной моды.
На этапе 806 вновь сгенерированное значение жесткости измерителя сравнивают с базовой жесткостью измерителя. Если значение жесткости измерителя находится в пределах заранее заданного диапазона жесткости, то способ переходит к этапу 808. Если значение жесткости измерителя не находится в пределах заранее заданного диапазона жесткости, то способ переходит к этапу 811, на котором генерируют индикацию отрицательного результата проверки.
На этапе 808 генерируют значение остаточной упругости измерителя, как рассмотрено ранее. Значение остаточной упругости измерителя может быть сгенерировано с использованием первого и второго токов первичной моды и первого и второго напряжений отклика первичной моды. Значение остаточной упругости измерителя может быть сгенерировано с использованием первого и второго токов вторичной моды и первого и второго напряжений отклика вторичной моды. Значение остаточной упругости измерителя может быть сгенерировано с использованием первого и второго токов первичной моды и первого и второго напряжений отклика первичной моды, а также первого и второго токов вторичной моды и первого и второго напряжений отклика вторичной моды.
Когда используются как первичная, так и вторичная колебательные моды, вектор или матрица жесткости может быть сгенерирована для каждой моды. Аналогично, когда используются как первичная, так и вторичная колебательные моды, вектор или матрица остаточной упругости могут быть сгенерированы для каждой моды.
На этапе 809 вновь сгенерированное значение остаточной упругости измерителя сравнивают с базовой остаточной упругостью измерителя. Если значение остаточной упругости измерителя находится в пределах заранее заданного диапазона остаточной упругости, то способ переходит к этапу 810. Если значение остаточной упругости измерителя не находится в пределах заранее заданного диапазона остаточной упругости, то способ переходит к этапу 811.
На этапе 810 генерируют индикацию проверки, когда разность между значением жесткости измерителя и базовой жесткостью измерителя попадает в заранее заданный диапазон жесткости, а разность между значением остаточной упругости измерителя и базовой остаточной упругостью измерителя попадают в заранее заданный диапазон остаточной упругости. Таким образом, можно определить, что базовая жесткость измерителя и базовая остаточная упругость измерителя не претерпели значительных изменений. Никаких дополнительных действий может не потребоваться, хотя результат может быть зарегистрирован, сообщен и т.д. Индикация может включать в себя указание пользователю, что базовая жесткость измерителя и базовая остаточная упругость измерителя все еще пригодны. Индикация успешной проверки обозначает, что базовая жесткость измерителя и базовая остаточная упругость измерителя все еще точны и полезны, и что вибрационный расходомер все еще действует точно и надежно.
На этапе 811 генерируют индикацию отрицательного результата проверки, когда разность между значением жесткости измерителя и базовой жесткостью измерителя выходит за пределы заранее заданного диапазона жесткости, и/или разность между значением остаточной упругости измерителя и базовой остаточной упругостью измерителя выходит за пределы заранее заданного диапазона остаточной упругости. Одна или обе из жесткости измерителя и остаточной упругости измерителя значительно изменилась. В порядке индикации отрицательного результата проверки может быть генерирован программный флаг, визуальный индикатор, сообщение, предупреждающий сигнал или другая индикация для извещения пользователя о том, что расходомер может не обеспечивать приемлемую точность и достоверность. Кроме того, результат может быть зарегистрирован, сообщен и т.д.
Вибрационный расходомер и способ согласно любому из вариантов осуществления, при желании, может быть применен для обеспечения нескольких преимуществ. Вибрационный расходомер и способ согласно любому из вариантов осуществления количественно оценивает жесткость расходомера, используя одну или более колебательных мод для генерации уточненного и более достоверного значения жесткости измерителя. Вибрационный расходомер и способ согласно любому из вариантов осуществления количественно оценивает остаточную упругость расходомера, используя одну или более колебательных мод для генерации уточненного и более достоверного значения жесткости измерителя. Способ анализа жесткости измерителя позволяет определять, является ли вибрационный расходомер все еще точным и достоверным.
Подробные описания вышеописанных вариантов осуществления не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов осуществления, предусмотренных авторами изобретения в объеме изобретения. В действительности, специалистам в данной области техники очевидно, что определенные элементы вышеописанных вариантов осуществления могут быть по-разному объединены или исключены для создания дополнительных вариантов осуществления, и такие дополнительные варианты осуществления отвечают объему и принципам изобретения. Специалистам в данной области техники также очевидно, что вышеописанные варианты осуществления могут быть скомбинированы полностью или частично для создания дополнительных вариантов осуществления в объеме и согласно принципам изобретения. Соответственно, объем изобретения следует определять из нижеследующей формулы изобретения.