РАСХОДОМЕР С ТРЕМЯ ТЕНЗОДАТЧИКАМИ
FLOWMETRE WITH THREE STRAIN GAGE TRANSDUCERS

Уровень техники
1. Область техники
Настоящее изобретение относится к расходомеру и, в частности, к расходомеру с тремя тензодатчиками.
2. Описание проблемы
Датчики вибрирующей трубы, такие как массовые кориолисовые расходомеры и вибрационные измерители плотности, как правило, действуют путем детектирования движения вибрирующей трубы, которая содержит текущее вещество. Свойства, связанные с веществом в трубе, такие как массовый расход, плотность и т.п. могут быть определены путем обработки сигналов измерения, принимаемых от преобразователей движения, которые связаны с трубой. Моды вибрации системы, которая наполнена вибрирующим веществом, обычно определяются комбинацией характеристик массы, жесткости и гашения содержащей трубы и вещества, содержащегося в ней.
Типовой массовый кориолисовый расходомер включает в себя одну или более труб, которые присоединены к магистрали или иной транспортной системе, и проводят вещество, например жидкости, суспензии и т.п. Каждая труба может рассматриваться как имеющая ряд естественных мод вибрации, включающих в себя, например, моды простого изгиба, торсионная, радиальная и сдвоенная моды. В типовом приложении массового кориолисового расходомера труба приводится в одну или более моды вибрации, когда вещество протекает через трубу, и движение трубы измеряется в точках, расположенных на трубе на расстоянии друг от друга. Упомянутая вибрация, как правило, генерируется посредством привода, например электромеханического устройства, такого как задающее устройство катушечного типа, которое периодически возмущает трубу. Массовый расход может быть определен путем измерения временных задержек или фазовых разностей между движениями в местах установки преобразователей. Для измерения вибрационного отклика трубы или труб, как правило, используются два подобных преобразователя (или тензодатчика), которые обычно устанавливаются выше и ниже по потоку относительно привода. Эти два тензодатчика соединены с электронной измерительной аппаратурой посредством кабельных соединений, например посредством двух независимых пар проводов. Измерительная аппаратура принимает сигналы от упомянутых двух тензодатчиков и обрабатывает эти сигналы, чтобы получить измерение массового расхода.
Расходомеры используются для выполнения измерений массового расхода для различных текущих жидкостей. Одной из областей, в которых могут быть использованы массовые кориолисовые расходомеры, является область измерения и распределения топлива, включая альтернативные виды топлива. Рынок альтернативных видов топлива продолжает расширяться под действием увеличивающегося внимания к вопросам загрязнения окружающей среды, а также к стоимости и наличию неэтилированного бензина и других традиционных видов топлива. В действительности правительства многих страх вовлекаются в данный процесс путем введения в силу различных законов, стимулирующих применение альтернативных видов топлива.
Массовые кориолисовые расходомеры можно использовать на рынке альтернативных видов топлива в области заправки транспортных средств, таких как автомобили, автобусы и т.п. Согласно предшествующему уровню техники, для альтернативных видов топлива заправка отдельных транспортных средств выполнялась на заправочных станциях посредством обычных бензиновых насосов или наливных колонок для сжатого природного газа. В обычной бензиновой топливной колонке требуется два отдельных и независимых измерителя, чтобы можно было одновременно заправлять два транспортных средства. Топливная колонка с двумя измерителями может обеспечить две измеряемые струи потока. Эти две струи потока могут течь с различной скоростью. Упомянутые две струи потока могут быть из различных веществ (например, два разных вида топлива) и могут иметь различную плотность.
Тем не менее, общая стоимость и размер топливного насоса для альтернативных видов топлива должны быть минимизированы, чтобы производитель насосов мог быть конкурентоспособным в этой растущей индустрии. Следовательно, существует проблема, заключающаяся в способности разработать рентабельный топливный измеритель, который может обеспечить два одновременных измерения расхода топлива для двух независимых струй потоков топлива.
Согласно предшествующему уровню техники одним из подходов является установка двух отдельных расходомеров в одной такой топливной колонке. Несмотря на то, что этот подход осуществим, он имеет недостатки. Два измерительных устройства занимают в топливной колонке вдвое больше пространства по сравнению с одним измерительным устройством. Два измерительных устройства могут удвоить стоимость измерительной части топливной колонки. Два измерительных устройства требуют вдвое больше электрической мощности. Два измерительных устройства могут потребовать вдвое больше компонентов колонки, таких как электромагнитные клапаны, регуляторы, запорные клапаны, трубы и т.п.
Сущность изобретения
1
2
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения предоставлен расходомер с тремя тензодатчиками. Расходомер с тремя тензодатчиками содержит трубу первого потока, проводящую струю первого потока, трубу второго потока, которая независима от струи первого потока, и общее b задающее устройство, сконфигурированное так, чтобы вызывать вибрацию трубы первого потока и трубы второго потока. Расходомер с тремя тензодатчиками дополнительно содержит три тензодатчика, сконфигурированные так, чтобы предоставлять первое и второе значения (Δt) и (Δt) временной задержки для трубы первого потока и трубы второго потока.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения предоставлен расходомер с тремя тензодатчиками. Расходомер с тремя тензодатчиками содержит измерительную электронику, сконфигурированную так, чтобы принимать сигналы измерений, трубу первого потока, проводящую струю первого потока, трубу второго потока, которая независима от струи первого потока, и общее задающее устройство, сконфигурированное так, чтобы вызывать вибрацию трубы первого потока и трубы второго потока. Расходомер с тремя тензодатчиками дополнительно содержит три тензодатчика, которые соединены с измерительной электроникой посредством четырех проводов.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения предоставлен расходомер с тремя тензодатчиками. Расходомер с тремя тензодатчиками содержит трубу первого потока, проводящую струю первого потока, трубу второго потока, которая независима от струи первого потока, и общее задающее устройство, сконфигурированное так, чтобы вызывать вибрацию трубы первого потока и трубы второго потока. Расходомер с тремя тензодатчиками дополнительно содержит совместный тензодатчик, сконфигурированный так, чтобы генерировать совместный вибрационный отклик от вибрации и трубы первого потока и трубы второго потока, первый независимый тензодатчик, сконфигурированный так, чтобы генерировать первый независимый вибрационный отклик от вибрации трубы первого потока, и второй независимый тензодатчик, сконфигурированный так, чтобы генерировать второй независимый вибрационный отклик от вибрации трубы второго потока.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения предоставлен способ измерения для расходомера с тремя тензодатчиками. Способ содержит этапы, на которых вызывают вибрацию трубы первого потока, проводящей струю первого потока, и вызывают вибрацию трубы второго потока. Вибрирование выполняется посредством общего задающего устройства. Способ дополнительно содержит прием первого вибрационного отклика трубы первого потока. Первый вибрационный отклик генерируется из совместного тензодатчика и первого независимого тензодатчика. Способ дополнительно содержит прием второго вибрационного отклика трубы второго потока. Второй вибрационный отклик генерируется из совместного тензодатчика и второго независимого тензодатчика. Способ дополнительно содержит определение характеристики струи первого потока из первого вибрационного отклика и второго вибрационного отклика.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения предоставлен способ калибровки для расходомера с тремя тензодатчиками. Способ содержит этапы, на которых обнуляют расходомер с тремя тензодатчиками и обнуляют один или более эталонных измерителей, находящихся в связи с расходомером с тремя тензодатчиками. Способ дополнительно содержит измерение первого потока через трубу первого потока расходомера с тремя тензодатчиками, используя расходомер с тремя тензодатчиками и используя один или более эталонных измерителей. Способ дополнительно содержит измерение второго потока через трубу второго потока расходомера с тремя тензодатчиками, используя расходомер с тремя тензодатчиками и используя один или более эталонных измерителей. Способ дополнительно содержит определение двух калибровочных коэффициентов для расходомера с тремя тензодатчиками, используя измерение первого потока и измерение второго потока.
Аспекты изобретения
В одном аспекте настоящего расходомера труба первого потока и труба второго потока берут начало из общего входа.
В другом аспекте расходомера труба первого потока берет начало из первого входа, а труба второго потока берет начало из второго входа.
В еще одном аспекте расходомера расходомер содержит кориолисовый расходомер.
В еще одном аспекте расходомера расходомер содержит вибрационной измеритель плотности.
В еще одном аспекте расходомера расходомер дополнительно содержит измерительную электронику, причем три тензодатчика соединены с измерительной электроникой посредством четырех или более проводов.
В еще одном аспекте расходомера три тензодатчика включают в себя совместный тензодатчик, сконфигурированный так, чтобы генерировать совместный вибрационный отклик от вибрации и трубы первого потока и трубы второго потока, первый независимый тензодатчик, сконфигурированный так, чтобы генерировать первый независимый вибрационный отклик от вибрации трубы первого потока, и второй независимый тензодатчик, сконфигурированный так, чтобы генерировать второй независимый вибрационный отклик от вибрации трубы второго потока.
В еще одном аспекте расходомера расходомер с тремя тензодатчиками сконфигурирован так, чтобы вызывать вибрацию трубы первого потока, проводящей струю первого потока, и вызывать вибрацию трубы второго потока, причем вибрирование выполняется посредством общего задающего устройства, принимать первый вибрационный отклик трубы первого потока, причем первый вибрационный отклик генерируется из совместного тензодатчика и первого независимого тензодатчика, принимать второй вибрационный отклик трубы второго потока, причем второй вибрационный отклик генерируется из совместного тензодатчика и второго независимого тензодатчика, и определять характеристику струи первого потока из первого вибрационного отклика и второго вибрационного отклика.
1
2
В еще одном аспекте расходомера расходомер с тремя тензодатчиками дополнительно содержит измерительную электронику, причем три тензодатчика сконфигурированы так, чтобы предоставлять первое и второе значения (Δt) и (Δt) временной задержки для трубы первого потока и трубы второго потока.
В одном аспекте способа измерения труба второго потока имеет нулевой поток.
В еще одном аспекте способа измерения труба второго потока проводит струю второго потока.
В еще одном аспекте способа измерения труба первого потока и труба второго потока берут начало из общего входа.
В еще одном аспекте способа измерения труба первого потока берет начало из первого входа, а труба второго потока берет начало из второго входа.
В еще одном аспекте способа измерения труба второго потока проводит струю второго потока, которая независима от струи первого потока, и способ дополнительно содержит определение характеристики струи второго потока из первого вибрационного отклика и второго вибрационного отклика.
В еще одном аспекте способа измерения определение дополнительно содержит использование первого вибрационного отклика и второго вибрационного отклика в уравнениях:
чтобы определить первый массовый расход () струи первого потока и второй массовый расход () струи второго потока.
В еще одном аспекте способа измерения, определение дополнительно содержит использование первого вибрационного отклика и второго вибрационного отклика в уравнениях:
чтобы определить первый массовый расход () струи первого потока и второй массовый расход () струи второго потока.
В еще одном аспекте способа измерения способ измерения дополнительно содержит обнуление расходомера с тремя тензодатчиками для процесса калибровки, обнуление одного или более эталонных измерителей, находящихся в связи с упомянутым расходомером с тремя тензодатчиками, измерение первого потока через трубу первого потока расходомера с тремя тензодатчиками, используя расходомер с тремя тензодатчиками и один или более эталонных измерителей, измерение второго потока через трубу второго потока расходомера с тремя тензодатчиками, используя расходомер с тремя тензодатчиками и один или более эталонных измерителей, и определение двух калибровочных коэффициентов потока (Flow Calibration Factor, FCF) для расходомера с тремя тензодатчиками, используя измерение первого потока и измерение второго потока.
В еще одном аспекте способа измерения определение содержит определение двух калибровочных коэффициентов потока (FCF) для расходомера с тремя тензодатчиками, используя следующее уравнение:
В еще одном аспекте способа измерения, определение содержит определение двух калибровочных коэффициентов потока (FCF) для расходомера с тремя тензодатчиками, используя следующее уравнение:
В одном аспекте способа калибровки, определение содержит определение двух калибровочных коэффициентов потока (FCF) для расходомера с множеством труб потока, используя уравнение:
В еще одном аспекте способа калибровки определение содержит определение двух калибровочных коэффициентов потока (FCF) для расходомера с множеством труб потока, используя уравнение:
Описание чертежей
Фиг.1 - иллюстрация расходомера, содержащего блок расходомера и измерительную электронику.
Фиг.2 - иллюстрация расходомера с тремя тензодатчиками согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 - иллюстрация расходомера с тремя тензодатчиками согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.4 - схема последовательности операций способа измерения для расходомера с тремя тензодатчиками согласно настоящему изобретению.
Фиг.5 - иллюстрация расходомера с тремя тензодатчиками согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6 - иллюстрация расходомера с тремя тензодатчиками в конфигурации калибровки согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.7 - схема последовательности операций способа калибровки для расходомера с тремя тензодатчиками согласно настоящему изобретению.
Фиг.8 - иллюстрация конфигурации калибровки согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
На Фиг.1-8 и в следующем описании приведены конкретные примеры для ознакомления специалистов в данной области техники с порядком реализации и использования лучшего варианта осуществления настоящего изобретения. Для целей обучения изобретательским способам некоторые обычные аспекты были упрощены или опущены. Специалисты в данной области техники оценят вариации этих примеров, которые входят в объем настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники оценят, что описанные ниже отличительные признаки могут комбинироваться различными способами, чтобы формировать множество вариаций настоящего изобретения. Соответственно, настоящее изобретение ограничивается не описанными ниже конкретными примерами, а только пунктами прилагаемой формулы изобретения и их эквивалентами.
Фиг.1 иллюстрирует расходомер 5, содержащий блок 10 расходомера и измерительную электронику 20. Измерительная электроника 20 соединена с блоком 10 расходомера посредством проводов 100, чтобы предоставлять через канал 26 плотность, массовый расход, объемный расход, суммарный массовый расход, температуру и другую информацию. Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что настоящее изобретение может быть использовано в кориолисовом расходомере любого типа, независимо от количества задающих устройств, тензодатчиков, труб или рабочих мод вибрации. В добавление, следует отметить, что расходомер 5 может, альтернативно, содержать вибрационный измеритель плотности.
Блок 10 расходомера включает в себя пару фланцев 101 и 101', патрубки 102 и 102', задающее устройство 104, тензодатчики 105-105' и трубы 103А и 103В потоков. Задающее устройство 104 и тензодатчики 105 и 105' соединены с трубами 103А и 103В потоков.
Фланцы 101 и 101' прикреплены к патрубкам 102 и 102'. Патрубки 102 и 102' могут быть присоединены к противоположным концам разделительной гильзы 106. Разделительная гильза 106 обеспечивает необходимый промежуток между патрубками 102 и 102', чтобы предотвратить нежелательную вибрацию в трубах 103А и 103В. Когда блок 10 расходомера устанавливается в трубопроводную систему (не показана), которая несет измеряемое вещество, вещество входит в блок 10 расходомера через фланец 101, проходит через впускной патрубок 102, где общее количество вещества направляется в трубы 103А и 103В, протекает через трубы 103А и 103В и обратно через выпускной патрубок 102', где оно выходит из блока 10 расходомера через фланец 101'.
Трубы 103А и 103В подбираются и устанавливаются на впускном патрубке 102 и выпускном патрубке 102' таким образом, чтобы они имели, по существу, одинаковое распределение массы, моменты инерции и модули упругости по осям W-W и W'-W' изгиба, соответственно. Трубы протягиваются наружу из патрубков, по существу, параллельно.
Трубы 103А и 103В возбуждаются посредством задающего устройства 104 в противоположных направлениях относительно соответствующих осей W и W' изгиба в так называемом первом режиме несинфазного изгиба. Задающее устройство 104 может содержать одно из множества известных устройств, таких как магнит, установленный на трубе 103А и противолежащая катушка, установленная на трубе 103В. Для возбуждения колебаний обеих труб через противолежащую катушку проходит переменный ток. Посредством измерительной электроники 20 через провод 110 в задающее устройство 104 передается подходящий сигнал возбуждения.
Измерительная электроника 20 принимает сигналы датчика по проводам 111 и 111', соответственно. Измерительная электроника 20 передает по проводу 110 сигнал возбуждения, согласно которому задающее устройство 104 генерирует колебания труб 103А и 103В. Измерительная электроника 20 обрабатывает левый и правый сигналы скорости от тензодатчиков 105 и 105', чтобы вычислить массовый расход. Канал 26 предоставляет средство ввода/вывода, которое позволяет измерительной электронике 20 взаимодействовать с оператором или другими электронными системами. Описание Фиг.1 предоставлено лишь в качестве примера работы коориолисового расходомера, и оно не имеет целью ограничить идеи настоящего изобретения.
Фиг.2 показывает расходомер 200 с тремя тензодатчиками согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Расходомер 200 с тремя тензодатчиками включает в себя трубу 210а первого потока и трубу 210b второго потока. В этом варианте осуществления труба 210а первого потока и труба 210b второго потока берут начало из общего входа 212 и имеют независимые первый и второй выходы 213а и 213b. Упомянутые две трубы 210а и 210b могут включать в себя фланцы (не показаны) на входном и выходном концах.
Общее задающее устройство 216 расположено между трубой 210а первого потока и трубой 210b второго потока. Общее задающее устройство 216 сконфигурировано так, чтобы одновременно вызывать вибрацию и труб 210а и 210b первого и второго потоков.
Совместный тензодатчик 218 расположен между трубой 210а первого потока и трубой 210b второго потока. Совместный тензодатчик 218 сконфигурирован так, чтобы генерировать совместный вибрационный отклик от вибрации и трубы 210а первого потока и трубы 210b второго потока. Совместный тензодатчик 218 может содержать либо тензодатчик, расположенный выше по потоку, либо тензодатчик, расположенный ниже по потоку.
Первый независимый тензодатчик 219а соединен с трубой 210а первого потока и сконфигурирован так, чтобы генерировать первый независимый вибрационный отклик от вибрации трубы 210а первого потока. Второй независимый тензодатчик 219b соединен с трубой 210b второго потока и сконфигурирован так, чтобы генерировать второй независимый вибрационный отклик от вибрации трубы 210b второго потока.
Первый и второй независимые тензодатчики 219а и 219b могут поддерживаться любой жесткой опорной структурой (не показана), причем первый и второй независимые тензодатчики 219а и 219b удерживаются опорной структурой в фиксированном положении и измеряют относительное движение вибрации соответствующих труб. Каждый из независимых тензодатчиков 219а и 219b, следовательно, генерирует вибрационный отклик для одной трубы, независимо от другой трубы (и независимо от другого потока).
Совместный тензодатчик 218 и первый и второй независимые тензодатчики 219а и 219b соединены с измерительной электроникой 20 посредством четырех проводов 100 (см. Фиг.3 и соответствующее описание ниже). Таким образом, вибрационный отклик от совместного тензодатчика 218 и вибрационные отклики от первого и второго независимых тензодатчиков 219а и 219b принимаются и обрабатываются измерительной электроникой 20 (см. Фиг.1).
В одном варианте осуществления измерительная электроника 20 сконфигурирована так, чтобы вызывать вибрацию трубы 210а первого потока, проводящей струю первого потока, и вызывать вибрацию трубы 210b второго потока, причем вибрирование выполняется посредством общего задающего устройства 216. Следует понимать, что труба 210b второго потока не обязательно должна быть проводящей струю потока. Измерительная электроника 20 дополнительно сконфигурирована так, чтобы принимать первый вибрационный отклик трубы 210а первого потока, причем первый вибрационный отклик генерируется из совместного тензодатчика 218 и из первого независимого тензодатчика 219а, принимать второй вибрационный отклик трубы 210b второго потока, причем второй вибрационный отклик генерируется из совместного тензодатчика 218 и из второго независимого тензодатчика 219b, и определять характеристику струи первого потока из первого вибрационного отклика и второго вибрационного отклика.
1
Первый вибрационный отклик содержит совместный вибрационный отклик от совместного тензодатчика 218 и первый независимый вибрационный отклик от первого независимого тензодатчика 219а. Временная задержка (Δt) трубы первого потока содержит фазовую разность между совместным вибрационным откликом и первым независимым вибрационным откликом.
2
Второй вибрационный отклик содержит совместный вибрационный отклик и второй независимый вибрационный отклик от второго независимого тензодатчика 219b. Временная задержка (Δt) трубы второго потока содержит фазовую разность между совместным вибрационным откликом и вторым независимым вибрационным откликом.
1
2
Временная задержка (Δt), следовательно, отражает фазовую разность между вибрационным откликом трубы вверх по потоку и вибрационным откликом трубы ниже по потоку. Временная задержка (Δt) трубы первого потока и временная задержка (Δt) трубы второго потока могут быть использованы измерительной электроникой 20 для определения различных характеристик потока для расходомера 200 с тремя тензодатчиками.
1
2
Измерительная электроника 20 может генерировать измерение первого потока, относящееся к струе первого потока, и измерение второго потока, относящееся к струе второго потока. Например, временная задержка (Δt) трубы первого потока и временная задержка (Δt) трубы второго потока могут быть использованы для определения первого и второго массовых расходов () и (). При обработке также могут быть получены измерения плотности.
Еще одной характеристикой струи потока, которая может быть сгенерирована посредством обработки, является величина вязкости для каждой струи потока. Если две трубы имеют различную площадь сечения потока, то, например, расходомер 200 с тремя тензодатчиками может быть сконфигурирован так, чтобы измерять динамическую вязкость и покрытие. Другие характеристики струи потока также могут быть сгенерированы путем обработки, и они также входят в объем описания и формулы изобретения.
Первая струя потока независима от второй струи потока. В результате первая струя потока не связана со второй струей потока и не испытывает его влияние, и наоборот. Таким образом, поток через каждую трубу может измеряться и контролироваться независимо от потока через другую трубу.
В одном варианте осуществления струя первого потока и струя второго потока могут иметь различный расход. В одном варианте осуществления струя первого потока может содержать первое вещество, а струя второго потока может содержать второе вещество (см. Фиг.5). Струя первого потока может иметь первую плотность, а струя второго потока может иметь вторую плотность. Например, струя первого потока может содержать первое топливо, а струя второго потока может содержать второе топливо. Эти топлива могут течь с различными скоростями. Следовательно, первое и второе измерения потока могут быть использованы измерительной электроникой 20 для проведения двух независимых транзакций измерения топлива, например.
Расходомер 200 в одном варианте осуществления содержит кориолисовый расходомер. Альтернативно, расходомер 200 содержит вибрационный измеритель плотности.
Как показано, расходомер 200 может содержать две рабочих трубы. Альтернативно, расходомер 200 может содержать одну рабочую трубу для проведения потока и одну фиктивную трубу, которая не проводит струю потока. В еще одном альтернативном варианте расходомер 200 может содержать трубу в сочетании с балансиром или балансирной балкой.
Как показано, в одном варианте осуществления струя первого потока и струя второго потока могут брать начало из общего входа 212. Альтернативно, струя первого потока может брать начало из первого входа 212а, а струя второго потока может брать начало из второго входа 212b.
Как показано, в одном варианте осуществления трубы 210а и 210b содержат, по существу, U-образные трубы. Альтернативно, трубы 210а и 210b могут содержать, по существу, прямые трубы (не показаны). Тем не менее, также могут быть использованы другие формы, и входят в объем описания и формулы изобретения.
В одном варианте осуществления труба 210а первого потока имеет такую же площадь поперечного сечения, что и труба 210b второго потока. Альтернативно, они могут иметь разную площадь поперечного сечения.
Фиг.3 показывает расходомер 200 с тремя тензодатчиками согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Фигура показывает измерительную электронику 20, которая соединена к тензодатчиками 218, 219а и 219b посредством проводов 100. Провода 100 могут содержать часть проводки, которая соединяет блок 10 расходомера с измерительной электроникой 20 (см. Фиг.1).
Провода 100 включают в себя провод 100а, присоединенный к совместному тензодатчику 218, провод 100b, присоединенный к первому независимому тензодатчику 219а, провод 100с, присоединенный ко второму независимому тензодатчику 219b, и общий провод 100d, присоединенный ко всем трем тензодатчикам 218, 219а и 219b.
Однопроводные измерения выполняются между проводами 100а и 100d, проводами 100b и 100d, а также между проводами 100с и 100d. Подобная конфигурация однопроводных измерений уменьшает количество требуемых проводов до четырех.
В настоящем изобретении используется схема фазовой автоподстройки частоты согласно алгоритму возбуждения для расходомера 200. Алгоритм возбуждения может синхронизировать фазу между одним из тензодатчиков и сигналом возбуждения, используя конфигурацию схемы автоподстройки частоты. Для простоты совместный тензодатчик 218 может быть синхронизирован с сигналом возбуждения. Используя эту особенность синхронизации в устройстве тензодатчика, можно обеспечить синхронизацию по фазе одного танзодатчика с сигналом возбуждения и иметь два независимых тензодатчика с двумя независимыми вибрационными откликами. Временная задержка (Δt) измеряется между синхронизированным тензодатчиком и каждым из двух независимых тензодатчиков. В добавление, синхронизированный тензодатчик также может содержать эталонный сигнал обратной связи, который дополнительно используется для генерации сигнала возбуждения.
Фиг.4 представляет собой схему 400 последовательности операций способа измерения для расходомера с тремя тензодатчиками согласно варианту настоящего изобретения. Данный способ может использоваться для измерения потока только через трубу 210а первого потока, для измерения потока только через трубу 210b второго потока, или для измерения потока одновременно через обе трубы 210а и 210b и первого и второго потоков.
На этапе 401 вызывают вибрацию трубы первого потока и трубы второго потока посредством общего задающего устройства 216. Труба 210а первого потока может проводить струю первого потока, а труба 210b второго потока может проводить струю второго потока.
На этапе 402 принимается первый вибрационный отклик трубы 210а первого потока. Первый вибрационный отклик содержит электрический сигнал, сгенерированный совместным тензодатчиком 218, и электрический сигнал, сгенерированный первым независимым тензодатчиком 219а. Вещество первого потока протекает по трубе 210а первого потока. Следовательно, первый вибрационный отклик может включать в себя вибрационный отклик вещества в трубе 210а первого потока.
На этапе 403 принимается второй вибрационный отклик трубы 210b второго потока. Второй вибрационный отклик содержит электрический сигнал, сгенерированный совместным тензодатчиком 218, и электрический сигнал, сгенерированный вторым независимым тензодатчиком 219b. Следовательно, второй вибрационный отклик может включать в себя вибрационный отклик вещества потока в трубе 210b второго потока, может включать в себя вибрационный отклик в условиях отсутствия потока, или может включать в себя вибрационный отклик пустой трубы 210b второго потока.
На этапе 404 определяется характеристика струи первого потока. Следует понимать, что на этом этапе может быть определено более одной характеристики струи первого потока. Характеристика струи первого потока определяется из первого и второго вибрационных откликов. Характеристика струи первого потока может содержать массовый расход () вещества первого потока. В добавление, из первого и второго вибрационных откликов могут быть определены плотность, вязкость и т.п. вещества первого потока.
На этапе 405 определяется характеристика струи второго потока. Следует понимать, что на этом этапе может быть определено более одной характеристики струи второго потока. Характеристика струи второго потока определяется из первого и второго вибрационных откликов. Характеристика второго потока может содержать массовый расход () вещества второго потока. В добавление, из первого и второго вибрационных откликов могут быть определены плотность, вязкость и т.п. вещества второго потока.
1
2
Несмотря на то, что поток через каждую трубу независим, измерение массового расхода в одной трубе не является независимым от потока через другую трубу. Поток через одну трубу индуцирует фазу в другой трубе. Из-за этой связи согласно настоящему изобретению для двух труб расходомера 200 с тремя тензодатчиками используется новое уравнение массового расхода. Новые уравнения для двух труб основаны на временной задержке, вызываемой в обеих трубах 210а и 210b (то есть, Δt и Δt).
В обычном кориолисовом расходомере с двумя трубами измеряется фаза между двумя трубами и вычисляется разность фаз между тензодатчиками на стороне входа и тензодатчиками на стороне выхода расходомера. Эта разность фаз преобразуется в одну временную задержку (Δt) и используется для определения величины потока (такой как массовый расход m, например) с помощью следующего уравнения:
2
2
В этом уравнении для измерения потока может быть использовано одно измерение временной задержки (Δt). Временная задержка (Δt) регулируется временной задержкой при нуле (Δt). Временная задержка при нуле (Δt) содержит калибровочный коэффициент, который определяется в условиях отсутствия потока.
Тем не менее, это обычное уравнение массового расхода не подходит для двух труб расходомера 200 с тремя тензодатчиками. Причина заключается в том, что в двух трубах настоящего изобретения поток индуцирует некоторую фазу в обеих трубах. Это утверждение верно даже тогда, когда поток имеется только в одной из двух труб. В обычном расходомере, поскольку общий поток проходит через обе трубы, индуцированная фаза одинакова в каждой трубе. В результате индуцированная фаза не проявляется как разность фазы между двумя трубами и не влияет на результат вычисления. Следовательно, согласно предшествующему уровню техники для определения расхода в обычном расходомере может быть использована одна временная задержка.
В противоположность этому в настоящем изобретении струи первого и второго потоков независимы. Как следствие, фаза, индуцируемая двумя потоками, может различаться между этими двумя трубами. Следовательно, уравнение массового расхода, основанное на одной временной задержке, не может быть использовано.
Поток в расходомере 200 с тремя тензодатчиками индуцирует фазу в обеих трубах 210а и 210b, даже если поток может существовать лишь в одной из труб. Две индуцированные фазы могут отличаться. В результате для измерения потока требуется два измерения временных задержек от каждой трубы. Измерение потока может быть выполнено для одного или для двух потоков. Одна из схем измерения может быть проиллюстрирована посредством следующих уравнений:
12
где нижний индекс 1 относится к трубе 210а первого потока, а нижний индекс 2 относится ко трубе 210b второго потока. Второй член в уравнениях (2) и (3) (то есть, член FCF, например) требуется из-за того, что поток через одну трубку индуцирует фазу в другой трубке. Уравнения (2) и (3) могут быть использованы в измерительной электронике 20 для определения массового расхода в обеих трубах 210а и 210b.
1
Далее, для величин временной задержки в форме () верхний индекс А обозначает трубу, по которой идет поток. Если поток проводится через вторую трубу 210b, то величина временной задержки будет иметь вид (). Нижний индекс В обозначает трубу, от которой принимается вибрационный отклик. Следовательно, величина () представляет собой временную задержку, измеренную для трубы 210b второго потока, причем в данном случае поток проходит через трубу 210а первого потока. Альтернативно, величина () представляет собой временную задержку, измеренную для трубы 210а первого потока, причем в данном случае поток проходит через трубу 210b второго потока. Верхний индекс, равный нулю, обозначает состояние отсутствия потока, причем величина (Δt°) обозначает временную задержку, измеренную для трубы 210а первого потока, причем труба первого потока вибрирует благодаря общему задающему устройству 220 в условии нуля или отсутствия потока.
Однако для определения характеристик струи потока может быть использована более простая форма Уравнений (2) и (3). В Уравнениях (2) и (3) не используется какая-либо симметрия. Одна из возможных форм симметрии заключается во временной задержке. Если временная задержка симметрична, то есть, если:
тогда Уравнения (2) и (3) принимают следующую форму:
1
1
2
2
1
2
11
12
21
22
где члены Т представляют измерения температуры. Член Tc представляет собой температуру трубы 210а первого потока, а член Tm представляет собой температуру жидкости первого потока. Аналогично, член Тс представляет собой температуру трубы 210b второго потока, а член Тm представляет собой температуру жидкости второго потока. Величина (Δtz) представляет собой калибровочную величину при нулевом потоке для трубы 210а первого потока, а величина (Δtz) представляет собой калибровочную величину при нулевом потоке для трубы 210b второго потока. Калибровочные коэффициенты потока FCF, FCF, FCF и FCF представляют собой калибровочные коэффициенты, которые определяются посредством тестовых измерений потока и впоследствии используются при калибровке.
12
21
В добавление, калибровочные коэффициенты потока также могут быть симметричны. В этом случае Уравнения (5) и (6) могут быть дополнительно упрощены благодаря тому, что калибровочные коэффициенты потока могут быть приблизительно симметричны, то есть, FCF≈FCF. Эта симметрия уравнений влияет на процесс калибровки.
Способность измерять два массовых расхода также может обеспечить возможность измерять дополнительные переменные процесса, а не только два массовых расхода. Например, если две трубы имеют разные площади поперечного сечения, то отношение этих двух расходов может быть связано с динамической вязкостью. Еще одно потенциальное применение заключается в измерении покрытия на внутренних поверхностях труб. Подобная поверхность трубы приведет к дисбалансу масс в системе, и этот дисбаланс масс может быть детектирован с помощью отношения амплитуд двух результирующих вибрационных откликов труб. Это всего лишь два примера того, как можно использовать расходомер, который измеряет две независимые струи потока.
Фиг.5 представляет собой иллюстрацию расходомера 200 с тремя тензодатчиками согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления струя первого потока берет начало из первого входа 212а и проходит через трубу 210а первого потока. Аналогично, струя второго потока берет начало из второго входа 212b и проходит через трубу 210b второго потока. В других отношениях работа расходомера 200 настоящего варианта осуществления является такой же, как и расходомера с Фиг.2.
Фиг.6 представляет собой иллюстрацию расходомера 200 с тремя тензодатчиками в конфигурации 300 калибровки согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления, где расходомер 200 имеет общий вход 212, первый и второй эталонные измерители 391 и 392 присоединяются к соответствующим выходам 213а и 213b труб 210а и 210b первого и второго потоков. Поток через трубы 210а и 210b первого и второго потоков может управляться посредством расположенных ниже по потоку клапанов или иных устройств (не показаны), которые находятся в связи с двумя выходами 213а и 213b.
Процедура калибровки для кориолисового расходомера по предшествующему уровню техники, представляемого Уравнением (1), достаточно простая. Временная задержка при нуле (Δtz) определяется в условиях нулевого потока в расходомере 200 с тремя тензодатчиками, и величина FCF определяется посредством теста на одном расходе. Тем не менее, из Уравнений (2), (3), (5) и (6) можно заметить, что схожая стратегия (то есть, измерение (Δtz) при нуле и тест на одном расходе по каждой трубке) не будет работать для расходомера с тремя тензодатчиками, который имеет две независимых трубы.
Измерения, полученные из конфигурации 300 калибровки, могут быть использованы для калибровки расходомера 200 с тремя тензодатчиками согласно различным вариантам осуществления. Возможные операции калибровки описаны ниже, со ссылкой на Фиг.7. Тем не менее, также могут быть использованы другие способы калибровки, и входят в объем описания и формулы изобретения.
Первый эталонный измеритель 391 измеряет струю первого потока, протекающую через трубу 210а первого потока, и генерирует величину () измерения. Второй эталонный измеритель 392 измеряет струю второго потока, протекающую через трубу 210b второго потока, и генерирует величину () измерения. Следовательно, поток через каждую трубу и соответствующий эталонный измеритель отделены и независимы от потока через другую трубу. В добавление, могут быть получены другие измерения потока.
Кроме того, конфигурация 300 калибровки может включать в себя эталонный измеритель 393, который измеряет суммарный массовый расход (т) потока, входящего в расходомер 200 с тремя тензодатчиками. Вариант осуществления с двумя входами (см. Фиг.5) может включать в себя эталонные измерители 391 и 392, но не эталонный измеритель 393.
Фиг.7 представляет собой схему 700 последовательности операций способа калибровки для расходомера с тремя тензодатчиками согласно настоящему изобретению. Базовое уравнение для калибровки имеет следующий вид:
1
2
На этапе 701 расходомер 200 с тремя тензодатчиками (то есть, испытуемое устройство, см. Фиг.6) обнуляется. На этом этапе обе трубы 210а и 210b расходомера 200 наполняются веществом потока, хотя отсутствие потока через расходомер 200 допускается. Трубы 210а и 210b вибрируют в условии отсутствия потока, и определяются одна или более характеристик струи потока, таких как величины временных задержек Δt° и Δt° для труб первого и второго потоков, например.
Для этапа 701, где поток равен нулю (массовый расход m=0) и выполняется операция обнуления. Уравнение (7) принимает следующий вид:
На этапе 702 эталонные измерители 391 и 392 обнуляются, как только что описано выше (например, используя состояние нулевого потока). Следует понимать, что этот этап может быть выполнен до или после этапа 701.
1
На этапе 703 поток генерируется только через трубу 210а первого потока. Во время потока, оба, и расходомер 200 и первый эталонный измеритель 391, измеряют характеристики струи первого потока в трубе 210а первого потока. Например, расходомер 200 может записать временную задержку () "выше по потоку-ниже по потоку" для трубы 210а первого потока, причем поток идет через трубу 210а первого потока. Расходомер 200 измеряет временную задержку () для трубы 210b второго потока во время прохождения потока через трубу 210а первого потока, но отсутствия потока через трубу 210b второго потока. В добавление первый эталонный измеритель 391 измеряет массовый расход потока через трубу 210а первого потока (то есть, генерирует величину REF).
Для этапа 703, где поток генерируется в трубе 210а первого потока. Уравнение (7) принимает вид:
2
На этапе 704 поток генерируется через трубу 210b второго потока. Во время потока, оба, и расходомер 200 с тремя тензодатчиками и второй эталонный измеритель 392, измеряют характеристики струи второго потока в трубе 210b второго потока. Например, расходомер 200 измеряет временную задержку () для трубы 210b второго потока, причем поток идет через трубу 210b второго потока. Расходомер 200 измеряет временную задержку () для трубы 210а первого потока во время прохождения потока через трубу 210b второго потока, но отсутствия потока через трубу 210а первого потока. В добавление, второй эталонный измеритель 392 измеряет массовый расход потока через трубу 210b второго потока (то есть, генерирует величину REF). Альтернативно, для конфигурации 800 калибровки, показанной на Фиг.8, клапаны 394а и 394b могут быть использованы для направления потока через трубу 210b второго потока. Следовательно, в конфигурации 800 калибровки требуется только один эталонный измеритель 393.
Для этапа 704, где поток генерируется в трубе 210b второго потока. Уравнение (7) принимает следующий вид:
11
12
21
22
На этапе 705 полученные измерения характеристик струи потока вставляются в матрицу (4×4) (см. Уравнение (13) ниже). Выполняется обращение матрицы, чтобы сгенерировать калибровочные коэффициенты потока FCF, FCF, FCF и FCF. Эти калибровочные коэффициенты потока используются для последующих вычислений характеристик струи потока, включая нормальные рабочие определения массового расхода, плотности, вязкости и т.п.
1
2
1
2
Присутствует 4 уравнения и 4 неизвестных. Известными (то есть, измеренными) величинами являются REF, REF, , , , , Δt°, и Δt°. Следует напомнить, что согласно этапу обнуления:
1
12
21
22
Неизвестными являются калибровочные коэффициенты потока FCF, FCF, FCF и FCF. Эти коэффициенты представляют собой величины, которые должны быть определены в процессе калибровки.
Это может быть выражено с помощью следующего матричного Уравнения 4×4:
При обращении матрицы 4×4, получаем:
Фиг.8 показывает конфигурацию 800 калибровки согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Конфигурация 800 калибровки может включать в себя первый и второй клапаны 394 а и 394b, а также один эталонный измеритель 393. Первый и второй клапаны 394а и 394b могут управляться таким образом, чтобы проводить струю первого потока через трубу 210а первого потока, чтобы проводить струю второго потока через трубу 210b второго потока, или чтобы проводить комбинированную струю потоков через обе трубы 210а и 210b.
Эталонный измеритель 393 показан расположенным после расходомера 200 с тремя тензодатчиками и после клапанов 394а и 394b. Тем не менее, как показано пунктирными линиями, эталонный измеритель 393 (и/или клапаны 394а и 394b) может быть расположен выше по потоку относительно расходомера 200.
1
2
1
2
Следует понимать, что для конфигурации 800 калибровки величины REF и REF генерируются посредством эталонного измерителя 393 в разные моменты времени. Например, в течение процесса калибровки струя первого потока через трубу 210а первого потока генерируется путем открытия первого клапана 394а и закрытия второго клапана 394b. Эталонное измерение, генерируемое эталонным измерителем 393, представляет собой величину REF. Далее, первый клапан 394а закрывается и второй клапан 394b открывается, чтобы создать струю второго потока через трубу 210b второго потока. Эталонное измерение, впоследствии генерируемое эталонным измерителем 393, представляет собой величину REF.
В отличие от предшествующего уровня техники расходомер с тремя тензодатчиками может совместно использовать тензодатчик, расположенный выше или ниже по потоку. В отличие от предшествующего уровня техники тензодатчики расходомера с тремя тензодатчиками требуют наличия только четырех проводов. В результате расходомер с тремя тензодатчиками может использовать обычную систему из девяти проводов, используемую обычными расходомерами. Это обеспечивает возможность использования способов прокладки проводов, сквозного соединения проводов, электрических соединений и электрических оболочек. Соответственно, использование трех тензодатчиков вместо четырех тензодатчиков обеспечивает возможность экономии проводки, пространства, аппаратного обеспечения и времени сборки.
В настоящем изобретении измерения характеристик струи потока получают, по существу, одновременно для двух независимых струй потоков. В отличие от предшествующего уровня техники общее задающее устройство вызывает вибрацию двух труб, которые проводят две независимые струи потока. В отличие от предшествующего уровня техники струи потока могут протекать с различной скоростью. В отличие от предшествующего уровня техники упомянутые два потока могут иметь различную плотность. В отличие от предшествующего уровня техники упомянутые две трубы могут иметь различную площадь поперечного сечения. В отличие от предшествующего уровня техники настоящий расходомер может использовать совместно задающие устройства, что дает возможность исключить, по крайней мере, одно задающее устройство.
Стоимость настоящего расходомера будет ниже благодаря совместному использованию компонентов. В добавление, общий размер расходомера (и измерительной/наливной системы в целом) может быть уменьшен. В добавление, общее задающее устройство и совместный тензодатчик уменьшают потребление энергии и обеспечивают возможность использования одного меньшего по размеру электронного источника питания.