СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОШИБКИ РАСХОДА В ВИБРАЦИОННОМ РАСХОДОМЕРЕ
METHOD AND DEVICE TO DETECT FLOW ERROR IN VIBRATION FLOW METRE

Область техники
Настоящее изобретение относится к вибрационным расходомерам и, более конкретно, к способу и устройству для определения ошибки расхода в вибрационном расходомере.
Уровень техники
Вибрационные расходомеры, например вибрационные денситометры и расходомеры Кориолиса, хорошо известны и используются для измерения массового расхода и получения другой информации о материалах, текущих через трубку в расходомере. Примерные расходомеры Кориолиса раскрыты в Патенте США 4109524, Патенте США 4491025, и Re. 31,450 все от J.E.Smith и др. Эти расходомеры имеют одну или несколько трубок с прямой или изогнутой конфигурацией. Для каждой конфигурации трубки в массовом расходомере Кориолиса имеется ряд собственных колебательных мод, которые могут быть простыми изгибными, крутильными или модами связанного типа. Каждая трубка может быть возбуждена для колебаний на предпочтительной моде.
Материал входит в расходомер от присоединенного магистрального трубопровода со стороны впускного отверстия расходомера, направляется через трубку(и) и выходит из расходомера через выпускную сторону расходомера. Собственные колебательные моды заполненной материалом системы частично определяются объединенной массой трубок и материала, текущего внутри трубок.
Когда поток через расходомер отсутствует, приводная сила, приложенная к трубке(ам), заставляет все точки вдоль трубки(ок) осциллировать с идентичной фазой, или с малым начальным фиксированным смещением фазы, которое может быть скорректировано. Как только материал начинает течь через расходомер, силы Кориолиса приводят к тому, что каждая точка вдоль трубки(ок) имеет отличающуюся фазу. Например, фаза у впускного конца расходомера отстает от фазы в центрированном положении размещения привода, тогда как фаза при выпуске опережает фазу в центрированном положении размещения привода. Измерительные преобразователи на трубке(ах) производят синусоидальные сигналы, отображающие движения трубки(ок). Снимаемые с измерительных преобразователей сигналы обрабатываются для определения разности фаз между измерительными преобразователями. Разность фаз между двумя или несколькими измерительными преобразователями пропорциональна массовому расходу материала, текущего через трубку(и).
Измерительная электроника, соединенная с приводом, формирует приводной сигнал для управления приводом и определяет массовый расход и другие свойства материала по сигналам, принятым от измерительных преобразователей. Привод может содержать одну из многих известных конструкций; однако магнит и противостоящая приводная индукционная катушка оказались наиболее используемыми при производстве расходомеров. Переменный ток проходит через индукционную катушку, заставляя колебаться расходомерную трубку(и) с заданной амплитудой и частотой. Обычно в данной области техники измерительные преобразователи представляют собой конструкцию из магнита и индукционной катушки, очень похожую на конструкцию привода. Однако, тогда как привод принимает ток, который задает перемещение, измерительные преобразователи могут использовать обеспечиваемое приводом перемещение для индуцирования напряжения. Величина временной задержки, измеряемая измерительными преобразователями, очень мала и часто измеряется в наносекундах. Поэтому необходимо иметь очень точный выходной сигнал преобразователя.
Обычно расходомер Кориолиса изначально калибруется, и может быть создан калибровочный коэффициент расхода. При использовании, для получения массового расхода, калибровочный коэффициент расхода может быть умножен на разность фаз, измеренную измерительными преобразователями. В большинстве ситуаций, если расходомер Кориолиса изначально откалиброван, обычно изготовителем, измеритель может предоставить точные измерения параметров флюида, при измерении без учета вариаций свойств флюида. Хотя некоторые измерители предшествующего уровня техники предоставляют некоторую компенсацию влияния температуры и/или давления, главным образом это относится к компенсации изменения жесткости расходомерной трубки. Однако было установлено, что в некоторых ситуациях другие свойства флюида могут привести к ошибкам в массовом или объемном расходе, выводимом измерительной электроникой. Обычно ошибки оказываются больше в случае более плотных флюидов, таких, например, как некоторые углеводородные флюиды. Однако, в зависимости от требуемой измерительной точности, ошибки могут возникать и с флюидами различающихся плотностей.
Поэтому в данной области техники имеется потребность в способе регистрации и компенсации ошибок при измерениях расхода, используя измеримый параметр потока. Настоящее изобретение преодолевает эту и другие проблемы, и в данной области техники достигается прогресс.
Сущность изобретения
Предоставляется способ для определения ошибки расхода флюида, текущего через вибрационный расходомер. Способ содержит этап приема сигналов датчика от вибрационного расходомера. Способ дополнительно содержит этапы определения первого расхода, используя сигналы датчика, и определения плотности флюида. Скорость флюида определяется на основании первого расхода, плотности флюида и физического параметра вибрационного расходомера. Параметр потока, V/ρ, определяется на основании скорости и плотности флюида. Способ дополнительно содержит этап определения ошибки расхода на основании рассчитанного параметра потока.
В соответствии с вариантом реализации изобретения предоставляется измерительная электроника для вибрационного расходомера. Измерительная электроника включает в себя систему обработки данных. Система обработки данных сконфигурирована для приема сигналов датчика от вибрационного расходомера. Система обработки данных может быть дополнительно сконфигурирована для определения первого расхода, используя сигналы датчика, и определения плотности флюида. Система обработки данных может быть дополнительно сконфигурирована для определения скорости флюида на основании первого расхода, плотности и физического параметра вибрационного расходомера. Параметр потока, V/ρ, определяется на основании скорости и плотности флюида. Система обработки данных дополнительно сконфигурирована для определения ошибки расхода на основании рассчитанного параметра потока.
Объекты
В соответствии с объектом изобретения способ для определения ошибки в расходе флюида, текущего через вибрационный расходомер, содержит этапы:
приема сигналов датчика от вибрационного расходомера;
определения первого расхода, используя сигналы датчика;
определения плотности флюида, ρ;
определения скорости, V, флюида, используя первый расход, плотность флюида и физический параметр вибрационного расходомера;
расчета параметра потока, V/ρ, на основании скорости и плотности флюида; и
определения ошибки расхода на основании рассчитанного параметра потока.
Предпочтительно, этап определения ошибки расхода содержит сравнение рассчитанного параметра потока с предварительно определенной корреляцией между параметром потока и ошибками расхода.
Предпочтительно, этап определения ошибки расхода содержит сравнение рассчитанного параметра потока и плотности флюида с предварительно определенными корреляциями между параметром потока и ошибками расхода для одной или нескольких плотностей флюида.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап создания компенсированного расхода на основании первого расхода и ошибки расхода.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит этапы:
сравнения ошибки расхода с пороговым значением; и
создания компенсированного расхода на основании первого расхода и ошибки расхода, если ошибка расхода превышает пороговое значение.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит этапы измерения температуры флюида и корректировки ошибки расхода на основании разности между измеренной температурой флюида и температурой, используемой для предварительно определяемой корреляции между параметром потока и ошибками расхода.
В соответствии с другим объектом изобретения измерительная электроника для вибрационного расходомера включает в себя систему обработки данных, сконфигурированную для:
приема сигналов датчика от вибрационного расходомера;
определения первого расхода, используя сигналы датчика;
определения плотности флюида, ρ;
определения скорости, V, флюида, используя первый расход, плотность флюида и физический параметр вибрационного расходомера;
расчета параметра потока, V/ρ, на основании скорости и плотности флюида; и
определения ошибки расхода на основании рассчитанного параметра потока. Предпочтительно, система обработки данных дополнительно сконфигурирована для определения ошибки расхода посредством сравнения рассчитанного параметра потока с предварительно определенной корреляцией между параметром потока и ошибками расхода.
Предпочтительно, система обработки данных дополнительно сконфигурирована для определения ошибки расхода посредством сравнения рассчитанного параметра потока и плотности флюида с предварительно определенными корреляциями между параметром потока и ошибками расхода для одной или нескольких плотностей флюида.
Предпочтительно, система обработки данных дополнительно сконфигурирована для создания компенсированного расхода на основании первого расхода и ошибки расхода.
Предпочтительно, система обработки данных дополнительно сконфигурирована для сравнения ошибки расхода с пороговым значением и для создания компенсированного расхода на основании первого расхода и ошибки расхода, если ошибка расхода превышает пороговое значение.
Предпочтительно, система обработки данных дополнительно сконфигурирована для измерения температуры флюида и корректировки ошибки расхода на основании разности между измеренной температурой флюида и температурой, используемой для предварительно определяемой корреляции между параметром потока и ошибкой расхода.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 изображает расходомер в соответствии с вариантом реализации изобретения.
Фиг.2 - измерительная электроника в соответствии с вариантом реализации изобретения.
Фиг.3 - пример графика ошибки расхода в зависимости от плотности для множества расходов.
Фиг.4 - пример графика ошибки расхода в зависимости от параметра потока, V/ρ, в соответствии с вариантом реализации изобретения.
Фиг.5 - подпрограмма определения ошибки в соответствии с вариантом реализации изобретения.
Фиг.6 - пример графика ошибки расхода в зависимости от компенсированного параметра потока, V/ρ, в соответствии с вариантом реализации изобретения.
Подробное описание изобретения
Чертежи на Фиг.1-6 и нижеследующее описание демонстрируют конкретные примеры для пояснения специалистам в данной области техники того, как реализовать и использовать наилучший вариант изобретения. С целью пояснения принципов изобретения некоторые обычные объекты были упрощены или опущены. Специалисты в данной области техники увидят возможные вариации этих примеров, которые находятся в пределах объема изобретения. Специалисты в данной области техники увидят, что описанные ниже признаки могут быть различным образом объединены, образуя множественные вариации изобретения. Таким образом, изобретение не ограничивается описанными ниже конкретными примерами, но только формулой и ее эквивалентами.
На Фиг.1 показан пример сборки 5 вибрационного датчика в виде расходомера Кориолиса, содержащего расходомер 10 и одну или несколько измерительных электроник 20. Одна или несколько измерительных электроник 20 соединяются с расходомером 10 для измерения параметров текущего материала, например плотности, массового расхода, объемного расхода, суммарного массового расхода, температуры, и для получения другой информации.
Расходомер 10 включает в себя в себя пару фланцев 101 и 101', манифольды 102 и 102' и трубки 103A и 103B. Трубки 103A и 103B характеризуются внутренней площадью сечения, А, которая либо известна, либо может быть легко измерена. Манифольды 102, 102' прикреплены к противоположным концам трубок 103A, 103B. Фланцы 101 и 101' настоящего примера прикреплены к манифольдам 102 и 102'. Манифольды 102 и 102' настоящего примера прикреплены к противоположным концам проставки 106. Проставка 106 поддерживает определенное расстояние между манифольдами 102 и 102', в настоящем примере, чтобы предотвратить нежелательные колебания в трубках 103A и 103B. Трубки протянуты от манифольдов по существу параллельно друг другу. Когда расходомер 10 вставляется в трубопроводную магистраль (не показана), которая переносит текучий материал, материал входит в расходомер 10 через фланец 101, проходит через впускной манифольд 102, где суммарное количество материала направляется в трубки 103A и 103B, протекает через трубки 103A и 103B и назад, в выпускной манифольд 102', где материал выходит из расходомера 10 через фланец 101'.
Расходомер 10 включает в себя в себя привод 104. Привод 104 прикреплен к трубкам 103A, 103B в положении, где привод 104 может возбудить колебания трубок 103A, 103B на приводной моде. Более конкретно, привод 104 включает в себя первую составляющую часть привода (не показана), прикрепленную к трубке 103A, и вторую составляющую часть привода (не показана), прикрепленную к трубке 103B. Привод 104 может содержать одно из многих известных устройств, например, магнит, установленный на трубке 103A, и противостоящую катушку, установленную на трубке 103B.
В настоящем примере приводная мода представляет собой первую несинфазную изгибную моду, и трубки 103A и 103B предпочтительно выбраны и соответственно смонтированы на впускном манифольде 102 и выпускном манифольде 102' так, чтобы обеспечить сбалансированную систему, имеющую по существу то же самое массовое распределение, моменты инерции и упругие модули вокруг изгибных осей W-W и W'-W' соответственно. В настоящем примере, где приводная мода представляет собой первую несинфазную изгибную моду, трубки 103A и 103B приводятся в движение приводом 104 в противоположных направлениях вокруг их соответствующих изгибных осей W и W'. Приводной сигнал в виде переменного тока может быть предоставлен одной или несколькими измерительными электрониками 20, например, по каналу 110 и пропущен через катушку, чтобы возбудить колебания обоих трубок 103A, 103B. Обычные специалисты в данной области техники увидят, что в рамках настоящего изобретения могут быть использованы и другие приводные моды.
Показанный расходомер 10 включает в себя в себя пару измерительных преобразователей 105, 105', которые прикреплены к трубкам 103A, 103B. Более конкретно, первая составляющая часть измерительного преобразователя (не показана) расположена на трубке 103A, и вторая составляющая часть измерительного преобразователя (не показана) расположена на трубке 103B. В изображенном варианте реализации измерительные преобразователи 105, 105' расположены на противоположных концах трубок 103A, 103B. Измерительные преобразователи 105, 105' могут быть электромагнитными детекторами, например тензометрическими магнитами и тензометрическими катушками, которые производят тензометрические сигналы, которые отображают скорость и положение трубок 103A, 103B. Например, измерительные преобразователи 105, 105' могут подавать тензометрические сигналы на одну или несколько измерительных электроник 20 по каналам 111, 111'. Обычные специалисты в данной области техники увидят, что перемещение трубок 103A, 103B пропорционально определенным параметрам текущего материала, например массовому расходу и плотности материала, текущего через трубки 103A, 103B.
Следует отметить, что хотя описанный выше расходомер 10 содержит двойную расходомерную трубку, в рамках настоящего изобретения вполне возможно реализовать расходомер с единственной трубкой. Кроме того, хотя расходомерные трубки 103A, 103B показаны как трубки с изогнутой конфигурацией, настоящее изобретение может быть реализовано с расходомером, содержащим расходомерную трубку прямой конфигурации. Поэтому описанный выше конкретный вариант реализации расходомера 10 представляет собой просто отдельный пример и никоим образом не должен ограничивать объем притязаний настоящего изобретения.
В показанном на Фиг.1 примере одна или несколько измерительных электроник 20 принимают тензометрические сигналы от измерительных преобразователей 105, 105'. Канал 26 предоставляет входное и выходное средство, которое позволяет одной или нескольким измерительным электроникам 20 взаимодействовать с оператором. Одна или несколько измерительных электроник 20 измеряют параметры текущего материала, например плотность, массовый расход, объемный расход, суммарный массовый расход, температуру, и позволяют получать другую информацию. Более конкретно, одна или несколько измерительных электроник 20 принимают один или несколько сигналов, например, от измерительных преобразователей 105, 105' и одного или нескольких температурных датчиков (не показаны), и используют эту информацию для измерения параметров текущего материала, например плотности, массового расхода, объемного расхода, суммарного массового расхода, температуры, а также для получения другой информации.
Методики, с помощью которых вибрационные измерительные приборы, например расходомеры Кориолиса или денситометры, измеряют параметры текущего материала, хорошо известны; поэтому подробное их описание в данном случае для краткости опущено.
Одна из проблем, связанных с вибрационными расходомерами, такими как расходомер 10, заключается в наличии ошибок в измерении расхода, которые возникают вследствие различающихся свойств флюидов. Ошибка расхода может соответствовать массовому расходу или объемному расходу, например. При работе часто бывает трудно предоставить точные оценки того, насколько велика возникающая при измерении расхода ошибка. В соответствии с вариантом реализации изобретения измерительная электроника 20 может создать компенсированное измерение расхода, если только величина ошибки известна. В соответствии с вариантом реализации изобретения измерительная электроника 20 может компенсировать ошибки расхода на основании корреляции между измеримым параметром потока и предсказуемой ошибкой расхода.
На Фиг.2 показана измерительная электроника 20 в соответствии с вариантом реализации изобретения. Измерительная электроника 20 может включать в себя интерфейс 201 и систему 203 обработки данных. Система 203 обработки данных может включать в себя систему 204 памяти. Система 204 памяти может содержать внутреннюю память, как это показано, или, альтернативно, может содержать внешнюю память. Измерительная электроника 20 может создавать приводной сигнал 211 и подавать приводной сигнал 211 на привод 104. Кроме того, измерительная электроника 20 может принимать сигналы 210 датчика от расходомера 10, например тензометрический/скорости сигналы датчика. В некоторых вариантах реализации сигналы 210 датчика могут быть приняты от привода 104. Измерительная электроника 20 может работать как денситометр или может работать как массовый расходомер, включая работу в качестве расходомера Кориолиса. Измерительная электроника 20 может обрабатывать сигналы 210 датчика для получения параметров потока материала, текущего через расходомерные трубки 103A, 103B. Например, измерительная электроника 20 может определять одно или более - разность фаз, частоту, временное различие, плотность, температуру, массовый расход, объемный расход, коррекцию измерителя и т.д. В некоторых вариантах реализации измерительная электроника 20 может принимать температурный сигнал 212 от одного или нескольких RTD или от других устройств измерения температуры, например.
Интерфейс 201 может принимать управляющие сигналы 210 от измерительных преобразователей 105, 105' или от привода 104 через соединения 110, 111, 111'. Интерфейс 201 может выполнить любое необходимое или желаемое преобразование сигнала, например любого рода форматирование, усиление, буферизацию и т.д. Альтернативно, некоторые или все преобразования сигнала могут быть выполнены в системе 203 обработки данных. Кроме того, интерфейс 201 может обеспечить обмен информацией между измерительной электроникой 20 и внешними устройствами. Интерфейс 201 может быть приспособлен для любого типа электронной, оптической или беспроводной связи.
Интерфейс 201 в одном варианте реализации может включать в себя цифровой преобразователь (не показан), причем сигнал датчика содержит аналоговый сигнал датчика. Цифровой преобразователь может осуществлять выборку и оцифровывать аналоговый сигнал датчика и производить цифровой сигнал датчика. Цифровой преобразователь может также выполнить любое необходимое прореживание, причем цифровой сигнал датчика прореживается, чтобы сократить объем необходимой обработки данных сигналов и сократить время обработки данных.
Система 203 обработки данных может управлять работой измерительных электроник 20 и обрабатывать измерительные данные от расходомера 10. Система 203 обработки данных может выполнять одну или несколько подпрограмм обработки данных, например подпрограмму 213 определения ошибки и, тем самым, обрабатывать данные измерений потока, чтобы получить один или несколько параметров потока.
Система 203 обработки данных может содержать универсальный компьютер, микропроцессорную систему, логическую схему или некоторое другое универсальное или специализированное устройство обработки данных. Система 203 обработки данных может быть распределена среди множества устройств обработки данных. Система 203 обработки данных может включать в себя любого вида составной или независимый электронный носитель данных, например систему 204 памяти.
Система 203 обработки данных обрабатывает сигнал 210 датчика, в том числе, чтобы создать приводной сигнал 211. Приводной сигнал 211 подается на привод 104, заставляя колебаться соответствующую расходомерную трубку(и), такие как расходомерные трубки 103A, 103B Фиг.1.
Следует понимать, что измерительная электроника 20 может включать в себя различные другие компоненты и функции, которые являются общеизвестными в данной области техники. Эти дополнительные признаки для краткости опущены в описании и на чертежах. Поэтому настоящее изобретение не должно ограничиваться конкретными показанными и обсуждаемыми вариантами реализации.
Поскольку система 203 обработки данных производит различные параметры потока, например массовый расход или объемный расход, ошибка может быть связана с полученным расходом. Хотя ошибки, связанные с жесткостью трубки в связи с температурой и давлением, обычно компенсируются, были обнаружены дополнительные ошибки, что может быть связано с одним или несколькими свойствами протекающего через расходомер 10 флюида.
В соответствии с вариантом реализации изобретения может быть определено соотношение между ошибкой в измерении расхода и новым параметром потока, V/ρ, где V - скорость флюида в расходомерных трубках 103A, 103B; и ρ - плотность флюида. Скорость флюида, V, может быть определена на основании массового расхода, плотности и физического параметра расходомера, то есть площади внутреннего сечения потока расходомера. С помощью экспериментальной калибровки было определено, что для различных флюидов существует достоверная корреляция между ошибкой, обычно присутствующей в измерении расхода, и параметром потока, V/ρ. Хотя ошибка расхода обычно больше для флюидов, имеющих большую плотность, например с некоторыми углеводородами, конкретные используемые флюиды не должны ограничивать объем настоящего изобретения. Поскольку параметр потока V/ρ может быть легко измерен с большинством вибрационных расходомеров, включая расходомеры Кориолиса, то, как только соотношение между ошибкой расхода и параметром потока для данной плотности становится известным, измеренный параметр потока V/ρ может быть сравнен с известным соотношением для определения ошибки в измерении расхода. В соответствии с вариантом реализации изобретения расход со скомпенсированной ошибкой может быть получен тогда, когда становится известным соотношение между параметром потока и ошибкой расхода.
Например, обычно известно, что вибрационные расходомеры, включая расходомеры Кориолиса, пригодны для измерения, среди прочего, массового расхода, объемного расхода, плотности и температуры. Массовый расход может быть определен из уравнения (1).
<maths num="1"><math display="block"><mover accent="true"><mi>m</mi><mo>˙</mo></mover></math><img file="00000001.tif" he="4" wi="4" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
=ρAV
(1),
<mover accent="true"><mi>m</mi><mo>˙</mo></mover>
где
- измеренный массовый расход;
ρ - измеренная плотность;
A - полная площадь внутреннего поперечного сечения одной или нескольких расходомерных трубок; и
V - средняя скорость флюида в одной или нескольких расходомерных трубках.
Единственное неизвестное в уравнении (1) - это средняя скорость V. Это так потому, что другие переменные известны из конструкции измерителя или могут быть легко измерены расходомером 10 в соответствии с известными методиками. Поэтому уравнение (1) может быть переписано и решено относительно V.
<maths num="3"><math display="block"><mrow><mi>V</mi><mo>=</mo><mfrac><mover accent="true"><mi>m</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mi>ρ</mi><mi>A</mi></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000002.tif" he="11" wi="14" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
(2)
Средняя рассчитанная скорость V может быть разделена на плотность ρ для расчета представляющего интерес параметра потока V/ρ. Следует отметить, что плотность может содержать плотность, измеренную расходомером 10, или, альтернативно, может содержать стандартную плотность, полученную в стандартных условиях. В качестве другой альтернативы плотность может быть введена пользователем, если состав флюида известен. Хотя большинство жидкостей по существу не сжимаемы и, поэтому, плотность не изменяется значительно с температурой или давлением, в объеме изобретения допустимо откорректировать плотность на основании измеренной температуры и/или давления. Температура и/или давление могут быть измерены измерителем Кориолиса или могут быть измерены вне измерителя Кориолиса.
Чтобы параметр потока, V/ρ, был полезен для определения ошибки расхода, необходимо соотношение между параметром потока, V/ρ, и ошибкой расхода для измерителя. Более конкретно, должна быть известна корреляция для параметра потока, V/ρ, при множестве различных значений V/ρ для множества флюидов с различными плотностями. Кроме того, если температурные эффекты значительны, то корреляция может быть также создана при множестве температур. Корреляции могут быть созданы в течение начальной калибровки расходомера 10, например. Корреляции могут определяться измерителем и, поэтому, своя корреляция может потребоваться для каждого отдельного расходомера, например. Корреляция может быть, затем, сохранена в системе 204 памяти измерительной электроники 20, например корреляция 214 расхода. Полученная корреляция может быть сохранена во множестве форматов для дальнейшего использования, например в виде таблиц соответствия, графиков соответствия, уравнений и т.д.
Следует отметить, что любой расчет, измерение или ввод скорости были бы достаточны для корреляции в настоящем изобретении, и что средняя скорость для трубки используется только в качестве примера и никоим образом не должна ограничивать объем настоящего изобретения. Скорость для трубопроводной магистрали, максимальная скорость для трубки или определяемая внешне скорость также могут предоставить необходимую информацию для компенсации с использованием параметра потока, V/ρ. Кроме того, плотность может быть измерена измерителем Кориолиса, может быть измерена внешним устройством или введена пользователем. Источники для введения плотности или скорости не критичны.
В соответствии с вариантом реализации изобретения корреляция может быть создана выполнением множества калибровочных тестов на расходомере 10 с использованием множества флюидов, имеющих различные плотности и текущих при множестве расходов, чтобы скоррелировать различные значения параметра V/ρ потока для каждой плотности. В качестве примера, расходомер 10 был протестирован с использованием множества углеводородов, имеющих различные плотности. Хотя в настоящем примере использовались углеводороды, следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено углеводородами, и конкретный флюид, или класс используемых флюидов, не должен ограничивать объем настоящего изобретения. Измерение расхода было получено для каждого флюида при множестве расходов. Расход, созданный расходомером 10, был затем сравнен с известным расходом, чтобы получить ошибку расхода. Известный расход может быть предоставлен калибровочным устройством для расходомеров или контрольным расходомером, который линейно соединен с расходомером 10, как это общеизвестно в данной области техники. Результаты воспроизведены на Фиг.3.
На Фиг.3 показан график зависимости ошибки объемного расхода от плотности для множества различных расходов. Хотя график на Фиг.3 показан как объемный расход, можно заметить, что график может быть аналогично получен и как массовый расход, также соответствуя пределам объема настоящего изобретения. Как можно видеть из Фиг.3, ошибка в измерении расхода обычно увеличивается с увеличением плотности флюида. Фактически, для самого легкого флюида, протестированного в этом примере, ошибка оказалась незначительной, и может быть вызвана лабораторной ошибкой, а не ошибкой расходомера. Поэтому, в соответствии с вариантом реализации изобретения, пороговая плотность может быть определена там, где подпрограмма 213 определения ошибки, как это описано ниже, не выполняется, если плотность флюида не превышает пороговую плотность. Хотя информация на Фиг.3 предоставляет собой полезную информацию, интересным представляется параметр потока - V/ρ. Поэтому, если V/ρ рассчитывается для тех же самых циклов калибровки, то может быть создан график зависимости ошибки расхода от параметра потока V/ρ.
На Фиг.4 показан примерный график ошибки расхода, показывающий процентное изменение ошибки в зависимости от параметра V/ρ потока для различных углеводородов. Видно, что для данной плотности флюида ошибка расхода приблизительно линейно изменяется в зависимости от натурального логарифма параметра V/ρ потока для выбранных углеводородных флюидов. Это показано для каждого из флюидов с использованием линий 401-404 трендов. Тестовые данные, использованные для создания каждой из линий 401-404 трендов, соответствуют относительно постоянной плотности. Иначе говоря, значения параметра потока, которые содержит линия 401, получены для того же самого флюида. И напротив, значения параметра потока линии 401 соответствуют флюиду, имеющему отличающуюся плотность, в отличие от значений параметра потока, которые содержит линия 402. Как можно видеть, ошибка расхода обычно увеличивается с увеличением параметра потока для данной плотности. Кроме того, для данного значения параметра потока, если плотность увеличивается, то ошибка расхода также увеличивается. Вследствие этих общих тенденций для конкретного измерителя существует достоверное соотношение между параметром V/ρ потока и ошибкой расхода. Кроме того, интерполяция между значениями параметра потока обеспечивает относительно точное определение ошибки расхода, производимое конкретным измерителем.
Используя логарифмический масштаб, может быть создано соответствующее уравнение кривой, которое отображает корреляцию между параметром V/ρ потока и ошибкой расхода для данной плотности флюида. Как можно видеть, для каждой плотности может быть создано свое уравнение, относящее V/ρ к ошибке расхода для данной плотности. Для других флюидов или классов флюидов, например для не углеводородов, может существовать другое соотношение между V/ρ и ошибкой, и может потребоваться подгоночная кривая другого вида или другая таблица соответствия. Хотя ошибка расхода показана в виде ошибки объемного расхода, следует отметить, что подобный график может быть легко получен с использованием ошибки массового расхода и, когда используется расходомер Кориолиса, такой график может устранить этап преобразования измеренного массового расхода в объемный расход, поскольку расходомеры Кориолиса измеряют массовый расход непосредственно.
4
4
Как можно видеть из Фиг.4, ошибка расхода приближается к -1% для некоторых значений V/ρ для конкретных используемых флюидов. Это может содержать существенную ошибку в измерении расхода. Поэтому ясно, что желательна компенсация ошибки. Хотя параметр V/ρ потока изначально рассчитывается с использованием некомпенсированного расхода, как можно видеть из Фиг.4, ошибка параметра потока, основанная на ошибке расхода, будет иметь очень малое влияние на коррелированную ошибку. Например, максимальная ошибка в расходе для линии 404 тренда, которая приближается, но не достигает значения -1%. Значение для V/ρ в этой точке составляет приблизительно 0,0035 м/(кг·с). Поэтому, даже если ошибка составляла -1%, значение параметра V/ρ потока находится в пределах 0,000035 м/(кг·с) изначально рассчитанного параметра V/ρ потока, найденного с использованием некомпенсированного расхода. Поэтому можно отметить, что вариация в компенсации ошибки вследствие этой малой ошибки параметра V/ρ потока обычно может игнорироваться. Также возможно выполнить процедуру итерации для компенсации потока до тех пор, пока значение скорости, используемое как вводимое для компенсации, согласуется со скорректированным значением расхода.
Следует отметить, что конкретные значения и флюиды, использованные на Фиг.3 и 4, представляют собой просто примеры для иллюстрации настоящего изобретения. Поэтому предоставленные на чертежах конкретные примеры никоим образом не должны ограничивать объем настоящего изобретения. Следует также отметить, что, хотя корреляция между ошибкой расхода и натуральным логарифмом параметра V/ρ потока приблизительно линейна для используемых в примере углеводородных флюидов, корреляция для других флюидов, имеющих другие плотности и другие физические свойства, возможно, не будет линейной корреляцией. Однако легко можно видеть, что подобная корреляция может быть создана с использованием методик отслеживания трендов, которые хорошо известны в данной области техники. Поэтому, если пользователь знает или ожидает, что расходомер будет измерять конкретный флюид или конкретный класс флюидов, подобная корреляция может быть создана для конкретного флюида, или класса флюидов, для данного измерителя.
Используя предоставленную на Фиг.4 информацию или подобный график, таблицу соответствия, уравнение и т.д., система 203 обработки данных может выполнить подпрограмму 213 определения ошибки в соответствии с вариантом реализации изобретения.
На Фиг.5 показана подпрограмма 213 определения ошибки в соответствии с вариантом реализации изобретения. Подпрограмма 213 определения ошибки может быть выполнена измерительной электроникой 20 во время обычной работы, например. Подпрограмма 213 определения ошибки может быть выполнена в соответствии с конкретным временем или интервалами измерения. Например, подпрограмма 213 определения ошибки может быть выполнена один раз за каждые 10 секунд или один раз за каждые 10 измерений. Эти числа предоставляются только как пример и никоим образом не должны ограничивать объем настоящего изобретения. Альтернативно, подпрограмма 213 определения ошибки могла бы быть выполнена по существу на непрерывной основе. Подпрограмма 213 определения ошибки может быть осуществлена для определения ошибки в расходе флюида. В некоторых вариантах реализации подпрограмма 213 определения ошибки может также использоваться для компенсации ошибки в расходе.
Подпрограмма 213 определения ошибки начинается на этапе 501, где сигналы датчика принимаются от расходомера 10. Сигналы датчика могут включать в себя разность фаз, частоту, температуру, давление и т.д. На основании принятых сигналов датчика подпрограмма 213 определения ошибки может перейти на этап 502, где сигналы обрабатываются, чтобы создать одно или более - первый массовый расход, температуру и объемный расход.
На этапе 503 может быть определена плотность флюида. Плотность флюида может быть получена на основании сигналов датчика, например. Как альтернатива для получения плотности на основании сигналов датчика, плотность может быть получена на основании данных, введенных пользователем или извлеченных из сохраняемой в памяти плотности. Сохраняемая плотность может быть плотностью, соответствующей стандартным условиям температуры и давления, например.
3
Плотность флюида может быть сравнена с пороговой плотностью флюида. В соответствии с вариантом реализации изобретения определение может быть выполнено относительно того, превышает ли полученная плотность пороговую плотность. Если полученная плотность не превышает пороговую плотность, подпрограмма 213 определения ошибки может завершиться. Например, как показано на Фиг.3, если плотность оказывается ниже порогового значения приблизительно в 750 кг/м, ошибка, связанная с измерением расхода, может быть недостаточно велика, чтобы продолжать подпрограмму 213 определения ошибки. Пороговое значение может быть определено исходя из необходимой точности или измерительных возможностей расходомера, например. С другой стороны, если получаемая плотность превышает пороговое значение, подпрограмма 213 определения ошибки может продолжиться на этапе 504. Следует отметить, что сравнение плотности может быть опущено в некоторых вариантах реализации. Это может быть, в частности, справедливо для тех вариантов реализации, где известно, что для текущего через расходомер 10 флюида превышается пороговая плотность, например. Хотя в вышеупомянутом примере рассматриваются ситуации, где определение выполняется относительно того, превышает ли получаемая плотность пороговую плотность, в соответствии с другим вариантом реализации подобное определение может быть выполнено относительно того, оказывается ли полученная плотность меньше, чем пороговая плотность. Это может быть допустимо, например, в ситуациях, где ошибка расхода увеличивается с уменьшением плотности.
На этапе 504 скорость флюида может быть определена, используя первый массовый расход, плотность и физический параметр расходомера 10. Физический параметр может содержать полную площадь внутреннего сечения для потока расходомера 10, например. В показанном на Фиг.1 варианте реализации расходомера 10 площадь внутреннего сечения расходомера 10 содержит полную суммарную площадь внутреннего сечения расходомерных трубок 103A, 103B, например. Скорость флюида, V, может быть определена в соответствии с вышеприведенным уравнением (2).
На этапе 505 измерительная электроника 20 может рассчитать параметр потока, V/ρ, на основании данных, полученных на этапах 502-504. Параметр потока, V/ρ, может быть рассчитан с использованием рабочей плотности, измеренной расходомером 10, или с использованием сохраненной плотности, например. Сохраняемая плотность может соответствовать плотности флюида в стандартных условиях. Альтернативно, сохраняемая плотность может соответствовать плотности флюида при измеренной температуре.
На этапе 506 ошибка расхода может быть определена с использованием параметра потока, V/ρ, рассчитанного на этапе 505. В соответствии с вариантом реализации изобретения ошибка расхода может быть определена сравнением параметра потока, рассчитанного на этапе 505, с предварительно определенной корреляцией между параметрами потока и ошибками расхода, такой как корреляция 214 расхода, сохраненная в измерительной электронике 20. Например, ошибка расхода может быть определена с использованием графика, такого, как график на Фиг.4. Альтернативно, могут быть использованы таблица соответствия или уравнение, основанные на рассчитанном параметре потока, V/ρ. Конкретный используемый способ отыскания ошибки расхода не должен ограничивать объем настоящего изобретения. Во многих ситуациях предварительно определяемая корреляция может быть определена изготовителем во время начальной калибровки, как отмечено выше.
В соответствии с другим вариантом реализации изобретения ошибка расхода может быть определена сравнением параметра потока, рассчитанного на этапе 505, так же как и плотности флюида, с предварительно определенными корреляциями между параметрами потока и ошибками расхода для одного или нескольких различных плотностей. Например, на Фиг.4 были получены четыре корреляции, причем каждая корреляция соответствует конкретной плотности флюида. Поэтому, если известна больше чем одна корреляция, ошибка расхода должна определяться не только на основании параметра потока, рассчитанного на этапе 505, но также и на основании плотности флюида, рассчитанной на этапе 503, чтобы гарантировать то, что используется соответственная корреляция.
Следует отметить, что возможна ситуация, когда ошибку расхода необходимо получить интерполяцией исходя из имеющихся корреляций. Например, в связи с Фиг.4, если измеряемый флюид содержит плотность между плотностями двух флюидов, включенных в график, то вероятно, что ошибка расхода попадет между ошибкой расхода для флюидов, имеющих наибольшую и наименьшую плотность с тем же самым значением параметра V/ρ потока. Этот вид интерполяции может не дать адекватные результаты, если свойства флюида по существу различаются. Например, в показанном на Фиг.4 примере все калиброванные флюиды были углеводородами. Поэтому, если бы измеряемый флюид был другим углеводородом, то интерполяция, вероятно, дала бы адекватные результаты. Однако флюид с отличающимися по существу свойствами может не дать адекватные результаты, и поэтому должна быть получена другая корреляция.
Кроме того, если имеется влияние температуры, то может потребоваться корректировка ошибки расхода на основании температуры, используемой для установления корреляции, и измеренной температуры. Корректировка может привести температуру к стандартным условиям. Условия, выбранные в качестве "стандартных" условий, могут содержать любое желаемое условие, если только эти условия поддерживаются между измерениями. Альтернативно, могут быть выполнены дополнительные калибровки для корректировки ошибки расхода. Например, дополнительные калибровки, подобные показанным на Фиг.4, могут быть выполнены для множества температур. Поэтому, если измеренная температура не соответствует температуре, для которой была выполнена калибровка, то ошибка расхода может быть откорректирована интерполяцией между двумя или несколькими предварительно выполненными калибровками, между ошибкой расхода и параметром потока, V/ρ, при различных температурах, например.
Как только ошибка расхода определена на основании измеренного параметра потока, V/ρ, измерение расхода может быть скомпенсировано, чтобы создать скомпенсированное измерение расхода, которое учитывает ошибку расхода, рассчитанную на этапе 506. Компенсированное измерение расхода может быть более точным на порядок или более. Компенсированный расход может быть, затем, выведен измерительной электроникой 20, или сохранен для дальнейшего использования.
Альтернативно, ошибка расхода может быть сравнена с пороговым значением. Если, например, ошибка расхода меньше порогового значения, компенсированный расход не может быть получен. Вместо этого ошибка расхода может игнорироваться, и подпрограмма 213 может завершиться. Это может быть допустимо, например, если ошибка расхода находится в допустимых пределах или рассматривается как меньшая относительно чувствительности расходомера. Специалисты в данной области техники легко распознают дополнительные причины для сравнения ошибки расхода с пороговым значением, и конкретные предоставленные примеры никоим образом не должны ограничивать объем настоящего изобретения.
На Фиг.6 показан примерный график параметра потока, V/ρ, основанный на измерении компенсированного расхода. Следует отметить, что данные на Фиг.6 можно было бы легко представить как массовый расход, или объемный расход, а не параметр потока, V/ρ. Однако использование тех же самых переменных, что и на Фиг.4, позволяет привести данные на Фиг.6 в том же масштабе для лучшего понимания обоснованности настоящего изобретения. Чертеж на Фиг.6 был получен коррекцией измерения расхода исходя из ошибки расхода, рассчитанной с использованием данных на Фиг.4. Как можно видеть, большая часть компенсированных данных имеет ошибку, меньшую, чем +/-0,1%. Это контрастирует с данными на Фиг.4, где некоторые из расчетов имели ошибку, приближающуюся к -1,0%. Поэтому следует отметить, что измерение компенсированного расхода существенно улучшается по сравнению с некомпенсированным расходом.
Как описано выше, были обнаружены некоторые ошибки расхода, которые можно компенсировать на основании нового параметра V/ρ потока. Ошибки расхода могут быть приписаны некоторым свойствам флюида, например. Параметр потока, V/ρ, был экспериментально определен для предоставления надежных корреляций с ошибками расхода. Поэтому, как только расходомер откалиброван, ошибка расхода, связанная с расходомером, может быть определена на основании измеренного параметра потока, V/ρ. Поскольку параметр потока и легко измеряется, и также предоставляет надежную корреляцию, ошибки расхода могут быть идентифицированы и компенсированы для использования известных методик. Преимущество заключается в том, что измерения расхода, выводимые расходомером, более точны по сравнению с измерениями техники предшествующего уровня.
Подробные описания вышеупомянутых вариантов реализации не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов реализации, рассматриваемых изобретателями как находящиеся в пределах объема изобретения. Действительно, специалисты в данной области техники увидят, что некоторые элементы вышеописанных вариантов реализации могут быть по-разному объединены или устранены, чтобы создать дополнительные варианты реализации, и такие дополнительные варианты реализации находятся в пределах объема притязаний и в пределах принципов изобретения. Кроме того, обычным специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что вышеописанные варианты реализации могут быть объединены, полностью или частично, чтобы создать дополнительные варианты реализации, находящиеся в пределах объема притязаний и в пределах принципов изобретения.
Таким образом, хотя конкретные варианты реализации и примеры изобретения описаны здесь в иллюстративных целях, в рамках изобретения возможны различные эквивалентные модификации, как это должно быть ясно специалистам в данной области техники. Предоставленные здесь принципы могут быть применены к другим расходомерам, а не только к описанным выше и показанным на сопровождающих чертежах вариантам реализации. Соответственно, объем притязаний изобретения должен быть определен из следующей формулы.