СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОГО, КОГДА ПРОВЕРЯТЬ КОЭФФИЦИЕНТ ЖЕСТКОСТИ РАСХОДОМЕРА
METHOD FOR DETERMINING WHEN TO VERIFY FLOW METER HARDNESS COEFFICIENT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящая заявка относится к проверке измерителя и способам определения того, когда проверять расходомер.
Уровень техники
Датчики с вибрирующими расходомерными трубками, такие как массовые расходомеры Кориолиса или вибрирующие трубопроводные ареометры, типично работают посредством обнаружения движения вибрирующей расходомерной трубки, которая содержит текучий материал. Свойства, ассоциативно связанные с материалом в расходомерной трубке, такие как массовый расход, плотность и т.п., могут быть определены посредством обработки сигналов измерений, принятых от датчиков движения, ассоциированных с расходомерной трубкой. На режимы вибрации вибрирующей заполненной материалом системы, как правило, оказывают влияние общая масса, жесткость и характеристики демпфирования содержащей расходомерной трубки и материала, содержащегося в ней.
Расходомерная трубка вибрационного расходомера может включать в себя одну или более расходомерных трубок. Расходомерная трубка вынуждается вибрировать с резонансной частотой, где резонансная частота трубки является пропорциональной плотности текучей среды в расходомерной трубке. Датчики-преобразователи, расположенные на впускном и выпускном участках трубки, измеряют относительную вибрацию между концами трубки. Во время протекания вибрирующая трубка и текучая масса соединяются вместе вследствие кориолисовых сил, вызывая фазовый сдвиг в вибрации между концами трубки. Фазовый сдвиг является прямо пропорциональным массовому расходу.
Типичный массовый расходомер Кориолиса включает в себя одну или более расходомерных трубок, которые соединены линейно в трубопровод или другую транспортную систему и передают материал, например, жидкости, жидкие массы и т.п., в системе. Каждая расходомерная трубка может рассматриваться как имеющая набор собственных режимов вибрации, включающих в себя, например, простой изгибающий, скручивающий, радиальный и совмещенный режимы. В типичном приборе измерения массового расхода Кориолиса расходомерная трубка возбуждается в одном или более режимах вибрации, когда материал протекает через расходомерную трубку, и движение расходомерной трубки измеряется в точках, расположенных с интервалом вдоль расходомерной трубки. Возбуждение типично обеспечивается посредством возбуждающего механизма, например, электромеханического устройства, такого как возбуждающее устройство типа голосовой катушки, которое возмущает расходомерную трубку периодическим образом. Массовый расход может быть определен посредством измерения задержки времени или разности фаз между движениями в местоположениях датчиков-преобразователей. Два таких датчика-преобразователя типично применяются для того, чтобы измерять ответную вибрацию расходомерной трубки или расходомерных трубок, и типично располагаются в позициях выше по потоку и ниже по потоку от актуатора. Два датчика-преобразователя соединяются с электронной измерительной аппаратурой кабельной разводкой. Измерительная аппаратура принимает сигналы от двух датчиков-преобразователей и обрабатывает сигналы для того, чтобы получать показатель массового расхода.
Разность фаз между двумя сигналами датчиков относится к массовому расходу материала, протекающего по расходомерной трубке или расходомерным трубкам. Массовый расход материала является пропорциональным временной задержке между двумя сигналами датчиков, и массовый расход может, следовательно, быть определен посредством умножения временной задержки на коэффициент калибровки расхода (FCF), где временная задержка содержит разность фаз, поделенную на частоту. FCF отражает свойства материала и свойства поперечного сечения расходомерной трубки. На предшествующем уровне техники FCF определяется посредством процесса калибровки перед установкой расходомера в трубопровод или другую проточную трубу. В процессе калибровки текучая среда проходит по расходомерной трубке с заданным расходом, и пропорция между разностью фаз и расходом вычисляется.
FCF относится к характеристике жесткости измерительного узла. Если характеристика K жесткости измерительного узла изменяется, тогда FCF будет также изменяться. Изменения, следовательно, будут влиять на точность показателей измерения расхода, сформированных посредством расходомера. Изменения в материале и свойствах поперечного сечения расходомерной трубки могут быть вызваны эрозией или коррозией, например.
Следовательно, существует необходимость отслеживать коэффициент K жесткости расходомерных трубок расходомера, чтобы обнаруживать и/или определять количественно любые изменения жесткости измерительного узла для того, чтобы поддерживать высокий уровень точности в расходомере, чтобы определять, изменился ли FCF. Работа программы проверки измерителя предоставляет возможность операторам удобно проверять калибровку измерителя.
Для того, чтобы получать выгоду от проверки измерителя, операторы должны планировать ее. Обычно, проверка измерителя выполняется с предварительно запланированными регулярными интервалами, или когда вероятности простоя возникают вокруг процессов. Поскольку процессы иногда работают круглосуточно, иногда трудно идентифицировать удобное время для работы программы проверки измерителя, или оператор пропускает возможности сделать это. Когда это происходит, относительно длительные интервалы времени могут проходить между проверками измерителя. В течение этого времени изменения в коэффициенте K жесткости могут не учитываться между проверками измерителя, и это может влиять на точность расходомера.
В другие моменты времени программа проверки измерителя может работать, когда жесткость измерителя не изменилась. Проверка измерителя может быть интенсивной для процессора и отчасти деструктивной, однако. Оператор не имеет способа определить, когда является вероятным, что жесткость измерителя может измениться, и, следовательно, оператор должен продолжать проверять жесткость часто, даже когда маловероятно, что жесткость измерителя изменяется.
Необходим способ идентификации, когда является вероятным, что жесткость измерителя может измениться, так что проверка измерителя может работать на основе необходимости.
Сущность изобретения
Согласно первому аспекту, предоставляется способ для определения того, когда проверять коэффициент K жесткости в расходомере. Способ содержит прием первого коэффициента K жесткости. Способ дополнительно содержит прием множества температур T, множества частот ω ответной вибрации и множества токов I возбуждения. Способ дополнительно содержит определение средней температуры T и среднеквадратического отклонения температуры T на основе множества температур T. Способ дополнительно содержит определение средней частоты ω ответной вибрации и среднеквадратического отклонения частоты ω ответной вибрации на основе множества частот ω ответной вибрации. Способ дополнительно содержит определение среднего тока I возбуждения и среднеквадратического отклонения тока I возбуждения на основе множества токов I возбуждения. Способ дополнительно содержит прием первого последующего значения, первое последующее значение содержит последующую температуру T, последующую частоту ω ответной вибрации или последующий ток I возбуждения. При определении, что первое последующее значение находится за пределами первого соответствующего диапазона, определенного между первым соответствующим средним значением минус первое соответствующее пороговое значение, и первым соответствующим средним значением плюс первое соответствующее пороговое значение, способ дополнительно содержит инициирование определения второго коэффициента K жесткости.
Согласно второму аспекту, предоставляется измерительная электронная аппаратура для расходомера. Измерительная электронная аппаратура содержит интерфейс для приема ответной вибрации от расходомера и систему обработки на связи с интерфейсом. Система обработки конфигурируется, чтобы принимать первый коэффициент K жесткости. Система обработки дополнительно конфигурируется, чтобы принимать множество температур T, множество частот ω ответной вибрации и множество токов I возбуждения. Система обработки дополнительно конфигурируется, чтобы определять среднюю температуру T и среднеквадратическое отклонение температуры T на основе множества температур T. Система обработки дополнительно конфигурируется, чтобы определять последующую частоту ω ответной вибрации и среднеквадратическое отклонение частоты ω ответной вибрации на основе множества частот ω ответной вибрации. Система обработки дополнительно конфигурируется, чтобы определять средний ток I возбуждения и среднеквадратическое отклонение тока I возбуждения на основе множества токов I возбуждения. Система обработки дополнительно конфигурируется, чтобы принимать первое последующее значение, первое последующее значение содержит последующую температуру T, последующую частоту ω ответной вибрации или последующий ток I возбуждения. При определении того, что первое последующее значение находится за пределами первого соответствующего диапазона, определенного между первым соответствующим средним значением минус первое соответствующее пороговое значение и первым соответствующим средним значением плюс первое соответствующее пороговое значение, система обработки дополнительно конфигурируется, чтобы инициировать определение второго коэффициента K жесткости.
Согласно третьему аспекту, предоставляется система для определения того, когда проверять коэффициент K жесткости расходомера. Система содержит модуль коэффициента K жесткости, модуль обучения и модуль наблюдения. Модуль K коэффициента жесткости конфигурируется, чтобы определять первый коэффициент K жесткости и определять второй коэффициент K жесткости. Модуль обучения конфигурируется, чтобы принимать множество температур T, множество частот ω ответной вибрации и множество токов I возбуждения, определять среднюю температуру T и среднеквадратическое отклонение температуры T на основе множества температур T, определять последующую частоту ω ответной вибрации и среднеквадратическое отклонение частоты ω ответной вибрации на основе множества частот ω ответной вибрации и определять средний ток I возбуждения и среднеквадратическое отклонение тока I возбуждения на основе множества токов I возбуждения. Модуль наблюдения конфигурируется, чтобы принимать первое последующее значение, первое последующее значение содержит последующую температуру T, последующую частоту ω ответной вибрации или последующий ток I возбуждения, и при определении того, что первое последующее значение находится за пределами первого соответствующего диапазона, определенного между первым соответствующим средним значением минус первое соответствующее пороговое значение и первым соответствующим средним значением плюс первое соответствующее пороговое значение, инициировать определение второго коэффициента K жесткости.
Аспекты
В дополнительном аспекте, множество температур T, множество частот ω ответной вибрации и множество токов I возбуждения могут быть определены одновременно с определением первого коэффициента K жесткости.
В дополнительном аспекте, первое соответствующее пороговое значение может содержать умножение соответствующего среднеквадратического отклонения на предварительно определенный коэффициент.
В дополнительном аспекте, способ может дополнительно содержать прием, по меньшей мере, второго последующего значения, содержащего последующую температуру T, последующую частоту ω ответной вибрации или последующий ток I возбуждения, второе последующее значение отличается от первого последующего значения, при этом определение того, что первое последующее значение находится за пределами первого соответствующего диапазона, может дополнительно содержать определение того, что второе последующее значение находится за пределами второго соответствующего диапазона, определенного между вторым соответствующим средним значением минус второе соответствующее пороговое значение и вторым соответствующим средним значением плюс второе соответствующее пороговое значение.
В дополнительном аспекте, способ может дополнительно содержать прием, по меньшей мере, третьего последующего значения, содержащего последующую температуру T, последующую частоту ω ответной вибрации или последующий ток I возбуждения, третье последующее значение отличается от второго последующего значения и первого последующего значения, и при этом определение того, что первое последующее значение находится за пределами первого соответствующего диапазона, может дополнительно содержать определение того, что третье последующее значение находится за пределами третьего соответствующего диапазона, определенного между третьим соответствующим средним значением минус третье соответствующее пороговое значение и третьим соответствующим средним значением плюс третье соответствующее пороговое значение.
В дополнительном аспекте, по меньшей мере, одно из приема первого коэффициента K жесткости или инициирования определения второго коэффициента K жесткости может дополнительно содержать прием ответной вибрации от расходомера, при этом ответная вибрация содержит реакцию на вибрацию расходомера практически с резонансной частотой, определение частоты ω ответной вибрации, определение напряжения V ответной вибрации и тока I возбуждения ответной вибрации, измерение характеристики ζ затухания расходомера и определение коэффициента K жесткости из частоты ω ответной вибрации, напряжения V ответной вибрации, тока I возбуждения ответной вибрации и характеристики ζ затухания.
В дополнительном аспекте, множество температур T, множество частот ω ответной вибрации и множество токов I возбуждения могут быть определены одновременно с определением первого коэффициента K жесткости.
В дополнительном аспекте, первое соответствующее пороговое значение может содержать умножение соответствующего среднеквадратического отклонения на предварительно определенный коэффициент.
В дополнительном аспекте, система обработки может быть дополнительно сконфигурирована, чтобы принимать, по меньшей мере, второе последующее значение, содержащее последующую температуру T, последующую частоту ω ответной вибрации или последующий ток I возбуждения, второе последующее значение отличается от первого последующего значения, и при этом определение того, что первое последующее значение находится за пределами первого соответствующего диапазона, может дополнительно содержать определение того, что второе последующее значение находится за пределами второго соответствующего диапазона, определенного между вторым соответствующим средним значением минус второе соответствующее пороговое значение и вторым соответствующим средним значением плюс второе соответствующее пороговое значение.
В дополнительном аспекте, система обработки может быть дополнительно сконфигурирована, чтобы принимать, по меньшей мере, третье последующее значение, содержащее последующую температуру T, последующую частоту ω ответной вибрации или последующий ток I возбуждения, третье последующее значение отличается от второго последующего значения и первого последующего значения, и при этом определение того, что первое последующее значение находится за пределами первого соответствующего диапазона, может дополнительно содержать определение того, что третье последующее значение находится за пределами третьего соответствующего диапазона, определенного между третьим соответствующим средним значением минус третье соответствующее пороговое значение и третьим соответствующим средним значением плюс третье соответствующее пороговое значение.
В дополнительном аспекте, по меньшей мере, одно из приема первого коэффициента K жесткости и инициирования определения второго коэффициента K жесткости может дополнительно содержать прием ответной вибрации от расходомера, при этом ответная вибрация содержит реакцию на вибрацию расходомера практически с резонансной частотой, определение частоты ω ответной вибрации, определение напряжения V ответной вибрации и тока I возбуждения ответной вибрации, измерение характеристики ζ затухания расходомера и определение коэффициента K жесткости из частоты ω ответной вибрации, напряжения V ответной вибрации, тока I возбуждения ответной вибрации и характеристики ζ затухания.
В дополнительном аспекте, множество температур T, множество частот ω ответной вибрации и множество токов I возбуждения могут быть определены одновременно с определением первого коэффициента K жесткости.
В дополнительном аспекте, первое соответствующее пороговое значение может содержать умножение соответствующего среднеквадратического отклонения на предварительно определенный коэффициент.
В дополнительном аспекте, модуль наблюдения может быть дополнительно сконфигурирован, чтобы принимать, по меньшей мере, второе последующее значение, содержащее последующую температуру T, последующую частоту ω ответной вибрации или последующий ток I возбуждения, второе последующее значение отличается от первого последующего значения, и при этом определение того, что первое последующее значение находится за пределами первого соответствующего диапазона, может дополнительно содержать определение того, что второе последующее значение находится за пределами второго соответствующего диапазона, определенного между вторым соответствующим средним значением минус второе соответствующее пороговое значение и вторым соответствующим средним значением плюс второе соответствующее пороговое значение.
В дополнительном аспекте, модуль наблюдения может быть дополнительно сконфигурирован, чтобы принимать, по меньшей мере, третье последующее значение, содержащее последующую температуру T, последующую частоту ω ответной вибрации или последующий ток I возбуждения, третье последующее значение отличается от второго последующего значения и первого последующего значения, и при этом определение того, что первое последующее значение находится за пределами первого соответствующего диапазона, может дополнительно содержать определение того, что третье последующее значение находится за пределами третьего соответствующего диапазона, определенного между третьим соответствующим средним значением минус третье соответствующее пороговое значение и третьим соответствующим средним значением плюс третье соответствующее пороговое значение.
В дополнительном аспекте, модуль K коэффициента жесткости может быть дополнительно сконфигурирован, чтобы принимать ответную вибрацию от расходомера, при этом ответная вибрация содержит реакцию на вибрацию расходомера практически с резонансной частотой, определять частоту ω ответной вибрации, определять напряжение V ответной вибрации и ток I возбуждения ответной вибрации, измерять характеристику ζ затухания расходомера и определять коэффициент K жесткости из частоты ω ответной вибрации, напряжения V ответной вибрации, тока I возбуждения ответной вибрации и характеристики ζ затухания.
Краткое описание чертежей
Один и тот же ссылочный номер представляет один и тот же элемент на всех чертежах.
Фиг. 1 изображает расходомер согласно примеру заявки.
Фиг. 2 изображает измерительную электронную аппаратуру согласно примеру заявки.
Фиг. 3a изображает блок-схему последовательности операций, изображающую способ согласно примеру заявки.
Фиг. 3b изображает блок-схему последовательности операций, изображающую способ согласно примеру заявки.
Фиг. 4 изображает блок-схему последовательности операций, изображающую способ согласно примеру заявки.
Фиг. 5 изображает блок-схему последовательности операций, изображающую систему согласно примеру заявки.
Подробное описание изобретения
Настоящая заявка описывает способ определения того, когда проверять коэффициент жесткости расходомера, измерительную электронную аппаратуру для выполнения упомянутого способа и систему для его выполнения.
Фиг. 1 изображает расходомер 5, содержащий измерительный узел 10 и измерительную электронную аппаратуру 20. Измерительный узел 10 реагирует на массовый расход и плотность технологического материала. Измерительная электронная аппаратура 20 соединяется с измерительным узлом 10 через выводы 100, чтобы предоставлять информацию о плотности, массовом расходе и температуре по пути 26, также как другую информацию, не относящуюся к настоящей заявке. Структура расходомера Кориолиса описывается, хотя специалистам в области техники очевидно, что настоящая заявка может быть применена на практике как вибрирующий трубный ареометр без дополнительной способности измерения, обеспечиваемой посредством массового расходомера Кориолиса.
Измерительный узел 10 включает в себя пару патрубков 150 и 150', фланцев 103 и 103', имеющих горловины 110 и 110' фланцев, пару параллельных расходомерных трубок 130 и 130', приводной механизм 180, датчик 190 температуры и пару датчиков-преобразователей 170L и 170R. Расходомерные трубки 130 и 130' имеют два, по существу, прямых боковых ответвления 131 и 131' и выпускных ответвления 134 и 134', которые сходятся по направлению друг к другу в блоках 120 и 120' установки расходомерной трубки. Расходомерные трубки 130, 130' сгибаются в двух симметричных местоположениях по своей длине и являются практически параллельными по всей своей длине. Распорные пластины 140 и 140' служат, чтобы определять ось W и W', относительно которой каждая расходомерная трубка колеблется.
Боковые ответвления 131, 131' и 134, 134' расходомерных трубок 130, 130' неподвижно прикрепляются к блокам 120 и 120' установки расходомерных трубок, и эти блоки, в свою очередь, неподвижно прикрепляются к патрубкам 150 и 150'. Это обеспечивает непрерывный замкнутый путь материала через измерительный узел 10.
Когда фланцы 103 и 103', имеющие отверстия 102 и 102', соединяются, через впускной конец 104 и выпускной конец 104' в технологическую линию (не показана), которая несет технологический материал, который измеряется, материал поступает во впускной конец 104 измерителя через отверстие 101 во фланце 103 и проводится через патрубок 150 к блоку 120 установки расходомерной трубки, имеющему поверхность 121. В патрубке 150 материал делится и направляется по расходомерным трубкам 130 и 130'. При выходе из расходомерных трубок 130 и 130' технологический материал повторно объединяется в единый поток в патрубке 150' и после этого направляется к выходному концу 104', соединенному фланцем 103', имеющим отверстия 102' под болты, с технологической линией (не показана).
Расходомерные трубки 130, 130' выбираются и соответствующим образом устанавливаются на блоки 120, 120' установки расходомерных трубок так, чтобы иметь практически одинаковое распределение массы, моменты инерции и модуль Юнга относительно осей изгиба W--W и W'--W', соответственно. Эти оси изгиба проходят через распорные пластины 140 и 140'.
Поскольку модуль Юнга расходомерных трубок изменяется с температурой, и это изменение влияет на вычисление расхода и плотности, датчик 190 температуры с термопреобразователем сопротивления (RTD) устанавливается на расходомерную трубку 130', чтобы непрерывно измерять температуру расходомерной трубки. Температура расходомерной трубки и, следовательно, напряжение, возникающее на концах RTD для заданного тока, проходящего через него, регулируется температурой материала, проходящего через расходомерную трубку. Зависящее от температуры напряжение, появляющееся на концах RTD, используется хорошо известным способом измерительной электронной аппаратурой 20, чтобы компенсировать изменение в модуле упругости расходомерных трубок 130 и 130' вследствие каких-либо изменений в температуре расходомерной трубки. RTD соединяется с измерительной электронной аппаратурой 20 выводом 195.
Обе расходомерные трубки 130, 130' возбуждаются посредством возбуждающего механизма 180 в противоположных направлениях относительно их соответствующих осей W и W' изгиба, и это называется первой несинфазной изгибной формой колебаний расходомера. Этот возбуждающий механизм 180 может содержать какую-либо одну из множества хорошо известных компоновок, такую как магнит, установленный на расходомерную трубку 130', и встречно-включенная катушка, установленная на расходомерной трубке 130, и через которую переменный ток пропускается для вибрации обеих расходомерных трубок. Надлежащий возбуждающий сигнал прикладывается посредством измерительной электронной аппаратуры 20, через вывод 185, к возбуждающему механизму 180.
Измерительная электронная аппаратура 20 принимает сигнал температуры RTD на выводе 195 и левый и правый сигналы скорости, появляющиеся на выводах 165L и 165R, соответственно. Измерительная электронная аппаратура 20 формирует возбуждающий сигнал, появляющийся на выводе 185, для возбуждающего механизма 180 и осуществляет вибрацию расходомерных трубок 130 и 130'. Измерительная электронная аппаратура 20 обрабатывает левый и правый сигналы скорости и сигнал RTD, чтобы вычислять массовый расход и плотность материала, проходящего через измерительный узел 10. Эта информация, вместе с другой информацией, сообщается измерительным электронным оборудованием 20 по каналу 26 средству использования.
Массовый расход материала, протекающего через расходомер, определяется умножением измеренной временной задержки (или разности фаз/частоты) на коэффициент калибровки потока (FCF). FCF может отражать свойства материала и свойства поперечного сечения расходомерной трубки. FCF относится к характеристике жесткости измерительного узла. Если характеристика жесткости измерительного узла изменяется, тогда FCF будет также изменяться. Изменения в жесткости расходомера, следовательно, будут влиять на точность показателей измерений расхода, формируемых посредством расходомера.
Ответная вибрация расходомера может быть представлена посредством открытого контура, модели возбуждения второго порядка, содержащей:
(1)
0
0
0
0
0
2
,
C=
,
=2
,
x
где f - это усилие, прикладываемое к системе, M - это масса системы, C - это характеристика демпфирования, и K - это характеристика жесткости системы. Член K содержит K=M(ω)а член C содержит M2ζωгде ζ содержит характеристику затухания, а ωπf где fявляется собственной/резонансной частотой измерительного узла 10 в Герцах. Кроме того,  является расстоянием физического смещения вибрации,  является скоростью смещения расходомерной трубки, а  является ускорением. Это обычно называется MCK-моделью. Формула может быть преобразована в следующую форму:
(2)
Уравнение (2) может быть дополнительно обработано в форму передаточной функции. В форме передаточной функции используется член смещения относительно усилия, содержащий:
(3)
Магнитные соотношения могут быть применены, чтобы упрощать уравнение (3). Двумя применимыми уравнениями являются:
(4)
и
(5)
PO
PO
DR
DR
PO
DR
BL
BL
BL
BL
BL
Напряжение V датчика из уравнения (4) (на датчике-преобразователе 170L или 170R) равно коэффициенту BL чувствительности датчика-преобразователя, умноженному на скорость считывания движения  . Коэффициент  чувствительности датчика-преобразователя является, как правило, известным или измеряется для каждого датчика-преобразователя. Усилие (f), формируемое возбуждающим механизмом 180, из уравнения (5) равно коэффициенту  чувствительности возбуждающего механизма, умноженному на ток I возбуждения, прикладываемый к возбуждающему механизму 180. Коэффициент чувствительности возбуждающего механизма для возбуждающего механизма 180 является, как правило, известным или измеряется. Коэффициенты  и , оба являются функцией температуры и могут быть скорректированы посредством измерения температуры.
Посредством подстановки магнитных соотношений из уравнений (4) и (5) в передаточную функцию уравнения (3) следующее уравнение может быть получено:
(6)
ω
ω
=2πf
0
0
0
Если измерительный узел 10 является возбуждаемым разомкнутым контуром по резонансу, т.е., с резонансной/собственной частотой  (где ), тогда уравнение (6) может быть перезаписано как:
(7)
Посредством подстановки для жесткости уравнение (7) упрощается до:
(8)
K
Здесь, коэффициент  жесткости может быть изолирован для того, чтобы получать:
(9)
V
I
K
V
I
K
Как следствие, посредством измерения/количественного определения характеристики ζ затухания, вместе с возбуждающим напряжением  и возбуждающим током , коэффициент  жесткости может быть определен. Ответное напряжение  от датчиков-преобразователей может быть определено из ответной вибрации, вместе с током возбуждения. Процесс определения коэффициента  жесткости обсуждается более подробно в связи с фиг. 4 ниже.
Коэффициент жесткости может отслеживаться по времени, чтобы проверять точность измерителя. Изменение в коэффициенте K жесткости может указывать, что FCF для конкретного расходомера изменился. Коэффициент K жесткости может быть получен исключительно из ответных вибраций расходомера. Отслеживание изменений в коэффициенте K жесткости может предоставлять возможность обнаружения изменений в измерителе и повторной калибровки без необходимости в деструктивном заводском процессе калибровки.
K
ΔK
Фиг. 2 изображает измерительную электронную аппаратуру 20 согласно варианту осуществления. Измерительная электронная аппаратура 20 включает в себя интерфейс 201 и систему 203 обработки. Измерительная электронная аппаратура 20 принимает ответную вибрацию 240, такую как от измерительного узла 10, например. Измерительная электронная аппаратура 20 обрабатывает ответную вибрацию 240 для того, чтобы получать характеристики расхода для текучего материала, протекающего через измерительный узел 10. Кроме того, в измерительной электронной аппаратуре 20 согласно примеру, ответная 240 вибрация также обрабатывается для того, чтобы определять коэффициент  жесткости измерительного узла 10. Кроме того, измерительная электронная аппаратура 20 может обрабатывать две или более таких ответных вибрации, в динамике по времени, для того, чтобы обнаруживать изменение  коэффициента жесткости в измерительном узле 10. Определение коэффициента K жесткости может быть выполнено в условиях потока или отсутствия потока. Определение коэффициента K жесткости в отсутствие потока может предлагать пользу пониженного уровня шума в результирующей ответной вибрации.
Интерфейс 201 принимает ответную вибрацию 240 от одного из датчиков-преобразователей 170L и 170R через выводы 100 на фиг. 1. Интерфейс 201 может выполнять любое необходимое или желательное предварительное формирование сигнала, такое как любой способ форматирования, усиления, буферизации и т.д. Альтернативно, некоторое или все предварительное формирование сигнала может выполняться в системе 203 обработки. Кроме того, интерфейс 201 может разрешать обмены данными между измерительной электронной аппаратурой 20 и внешними устройствами. Интерфейс 201 может быть приспособлен для любого способа электронной, оптической или беспроводной связи.
Интерфейс 201 в одном варианте осуществления соединяется с цифровым преобразователем (не показан), при этом сигнал датчика содержит аналоговый сигнал датчика. Цифровой преобразователь осуществляет выборку и оцифровывает аналоговую ответную вибрацию и формирует цифровую ответную вибрацию 240.
Система 203 обработки проводит операции измерительной электронной аппаратуры 20 и обрабатывает показатели расхода от измерительного узла 10. Система 203 обработки выполняет одну или более процедур обработки и, таким образом, обрабатывает измерения расхода для того, чтобы создавать одну или более характеристик расхода.
Система 203 обработки может содержать компьютер общего назначения, микропроцессорную систему, логическую схему или некоторое другое универсальное или специализированное устройство обработки. Система 203 обработки может быть распределена между множеством устройств обработки. Система 203 обработки может включать в себя любой вид встроенного или независимого электронного носителя хранения, такого как система 205 хранения.
Система 205 хранения может хранить параметры расходомера и данные, программы системы программного обеспечения, постоянные значения и переменные значения. В одном варианте осуществления система 205 хранения хранит программы, которые выполняются системой 203 обработки.
В одном варианте осуществления система 205 хранения хранит переменные, константы, коэффициенты и рабочие переменные, используемые для работы расходомера 5. Например, система 205 хранения может хранить первый коэффициент K 202 жесткости, второй коэффициент K 204 жесткости, множество температур T 206, множество частот ω 208 ответной вибрации, множество токов I 210 возбуждения, среднюю температуру T 212, среднеквадратическое отклонение температуры T 214, среднюю частоту ω 216 ответной вибрации, среднеквадратическое отклонение частоты ω 218 ответной вибрации, средний ток I 224 возбуждения, среднеквадратическое отклонение тока I 226 возбуждения, последующую температуру T 228, последующую частоту ω 230 ответной вибрации, последующий ток I 232 возбуждения, первое соответствующее пороговое значение 234, первое последующее значение 236, первый соответствующий диапазон 237, первое соответствующее среднее значение 238, первое соответствующее среднеквадратическое отклонение 239, ответную вибрацию 240, частоту ω 242 ответной вибрации, напряжение V 244 ответной вибрации, ток I 246 возбуждения ответной вибрации, характеристику ζ 248 затухания, второе соответствующее пороговое значение 250, второе последующее значение 252, второй соответствующий диапазон 254, второе соответствующее среднее значение 256, третье соответствующее пороговое значение 260, третье последующее значение 262, третий соответствующий диапазон 264, третье соответствующее среднее значение 266 и предварительно определенный коэффициент 268, как будет описано ниже.
Фиг. 3a изображает способ 300, в соответствии с примером. Способ 300 может быть использован, чтобы определять, когда проверять коэффициент K жесткости расходомера.
Способ 300 начинается с этапа 302. На этапе 302 принимается первый коэффициент K 202 жесткости. В примерах, первый коэффициент K 202 жесткости может быть принят в системе 203 обработки и сохранен в системе 205 хранения. В дополнительных примерах, однако, первый коэффициент K 202 жесткости может быть определен посредством системы 203 обработки, как будет дополнительно описано ниже.
Способ 300 продолжается на этапе 304. На этапе 304 принимаются множество температур T 206, множество частот ω 208 ответной вибрации и множество токов I 210 возбуждения. Например, множество температур T 206 может быть временной последовательностью температур, определенных с помощью датчика 190 температуры, множество частот ω 208 ответной вибрации может быть временной последовательностью частот ω ответной вибрации, определенных с помощью датчиков-преобразователей 170L и 170R на вибрирующем измерительном узле 10, и множество токов I 210 возбуждения может быть временной последовательностью токов I возбуждения, определенных для возбуждающего механизма 180. В примерах множество температур T 206, множество частот ω 208 ответной реакции и множество токов I 210 возбуждения могут включать в себя временные метки в течение совпадающего во времени периода.
В примерах, множество температур T 206, множество частот ω 208 и множество токов I 210 возбуждения могут быть определены одновременно с определением первого коэффициента K 202 жесткости. Это может предоставлять возможность множеству температур T 206, множеству частот ω 208 и множеству токов I 210 возбуждения лучше представлять условия расходомера во время определения первого коэффициента K 202 жесткости измерителя.
Способ 300 продолжается этапами 306, 308 и 310. На этапе 306 средняя температура T 212 и среднеквадратическое отклонение температуры T 214 определяются на основе множества температур T 206. На этапе 308 средняя частота ω 216 ответной вибрации и среднеквадратическое отклонение частоты ω 218 ответной вибрации определяются на основе множества частот ω 208 ответной вибрации. На этапе 310 средний ток I 224 возбуждения и среднеквадратическое отклонение тока I 226 возбуждения определяются на основе множества токов I 210 возбуждения. Первый коэффициент K 202 жесткости, средняя температура T 212, среднеквадратическое отклонение температуры T 214, средняя частота ω 216 ответной вибрации, среднеквадратическое отклонение частоты ω 218 ответной вибрации, средний ток I 224 возбуждения и среднеквадратическое отклонение тока I 226 возбуждения, все могут помогать определять область работы расходомера, которая сопоставляется с условиями измерителя в конкретном окружении в конкретное время.
Таблица 1
Область работы
Коэффициент K жесткости
Ср. температура T (C)
Ср.кв.отклонение температуры T (C)
Ср. ω (Гц)
Ср.кв.отклонение ω (Гц)
Ср. I (А)
Ср.кв.отклонение I (А)
1
15432
43
2
100.23
0.03
2
0.01
2
15425
25
1
99.87
0.01
1.94
0.01
Таблица 1 предоставляет первую и вторую примерную область работы, и их соответствующие коэффициенты K жесткости, средние температуры T 212, среднеквадратические отклонения температур T 214, средние частоты ω 216 ответной вибрации, среднеквадратические отклонения частот ω 218 ответной вибрации, средний ток I 224 возбуждения и среднеквадратические отклонения токов I 226 возбуждения. В примере первый коэффициент K 202 жесткости может быть коэффициентом K жесткости, ассоциированным с первой областью работы в таблице 1.
Способ 300 продолжается на этапе 312. На этапе 312 принимается первое последующее значение 236. Первое последующее значение 236 содержит последующую температуру T 228, последующую частоту ω 230 ответной вибрации или последующий ток I 232 возбуждения. В примерах, последующая температура T 228, последующая частота ω 230 ответной вибрации или последующий ток I 232 возбуждения могут быть определены, после того как первая область работы была определена. Другими словами, последующая температура T 228, последующая частота ω 230 ответной вибрации или последующий ток I 232 возбуждения могут быть ассоциированы с временной меткой, которая является следующей, а не одновременной, для временных меток, ассоциированных с первым коэффициентом K 202 жесткости, множеством температур T 206, множеством частот ω 208 ответной вибрации или множеством токов I 210 возбуждения, используемыми для определения первой области работы таблицы 1.
Способ 300 продолжается на этапе 314. На этапе 314 первое последующее значение 236 определяется как находящееся между первым соответствующим средним значением 238 минус первое соответствующее пороговое значение 234 и первым соответствующим средним значением 238 плюс первое соответствующее пороговое значение 234.
Первое соответствующее среднее значение 238 является средним значением, соответствующим первому последующему значению 236, либо средней температурой T 212, средней частотой ω 216 ответной вибрации или средним током I 224 возбуждения. Например, если последующая температура T 228 оценивается, тогда первое соответствующее среднее значение 238 является средней температурой T 212.
Первое соответствующее пороговое значение 234 определяет первый соответствующий диапазон 237 вокруг первого соответствующего среднего значения 238, который находится в пределах области работы. Первое соответствующее пороговое значение 234 может быть любым числом, пригодным для определения первого соответствующего диапазона 237, когда добавляется к и вычитается из последующего значения, как будет понятно специалистам в области техники.
Этап 314 может помогать определять, когда принятое первое последующее значение 236, или, по меньшей мере, одно из последующей температуры T 228, последующей частоты ω 230 ответной вибрации или последующего тока I 232 возбуждения, находится за пределами первого соответствующего порогового значения 234 от принятого первого последующего значения 236. В таких случаях, расходомер 5 может быть за пределами первой области работы.
В примерах, первое соответствующее пороговое значение 234 может быть определено посредством умножения первого соответствующего среднеквадратического отклонения 239 на предварительно определенный коэффициент 268.
Первое соответствующее среднеквадратическое отклонение 239 может быть каким угодно среднеквадратическим отклонением, включающим в себя среднеквадратическое отклонение температуры T 214, среднеквадратическое отклонение частоты ω 218 ответной вибрации или среднеквадратическое отклонение тока I 226 возбуждения, которое ассоциируется с первым принятым последующим значением 236.
Предварительно определенный коэффициент 268 может содержать любое число, используемое для определения области работы вокруг первого соответствующего среднего значения 238. В примерах, предварительно определенный коэффициент 268 может быть одинаковым для каждого из средней температуры T 212, средней частоты ω 216 ответной вибрации или среднего тока I 224 возбуждения. В дополнительных примерах, однако, температура T, частота ω ответной вибрации или ток I возбуждения могут, каждый, соответствовать различному соответствующему предварительно определенному коэффициенту 268.
Например, если предварительно определенный коэффициент 268 равен 1,5, а первое принятое последующее значение 236 является последующей температурой T 228, тогда для первой области работы, определенной в таблице 1, первое соответствующее пороговое значение 234 будет равно 3, или среднеквадратическое отклонение температуры T 214 умножается на предварительно определенный коэффициент 268, 2*1,5. Посредством предоставления возможности конфигурирования первого соответствующего порогового значения 234 через предварительно определенный коэффициент 268 может быть возможным регулировать величину возможного дрейфа в первом коэффициенте K 202 жесткости, который может инициировать новую проверку коэффициента K жесткости.
Способ 300 продолжается на этапе 324. На этапе 324 инициируется определение второго коэффициента K 204 жесткости. В примерах, программа для определения второго коэффициента K 204 жесткости может выполняться системой 203 обработки. В дополнительных примерах, однако, второй коэффициент K 204 жесткости может быть определен посредством дополнительной измерительной электронной аппаратуры (не изображена). В примерах, способ определения второго коэффициента K 204 жесткости может быть практически таким же, что и способ определения первого коэффициента K 202 жесткости.
Этап 324 может инициировать идентификацию второй, более новой области работы. Например, этап 324 может инициировать идентификацию второй области работы, представленной в таблице 1. На примере таблицы 1 может быть видно, что, по сравнению с первой областью работы, вторая область работы включает в себя второй коэффициент K 204 жесткости, который является более низким по сравнению с первым коэффициентом K 202 жесткости первой интересующей области. Средняя температура T 212, средняя частота ω 216 ответной вибрации и средний ток I 224 возбуждения для второй области работы также являются более низкими по сравнению со средней температурой, средней частотой ответной вибрации и средним током возбуждения первой области работы.
После этапа 324 этапы способа 300 могут повторяться, чтобы обеспечивать дальнейшее наблюдение за расходомером. Например, этапы 304, 306, 308 и 310 могут быть выполнены, чтобы определять параметры новой области работы. Этапы 312 и 314 могут быть дополнительно выполнены, чтобы наблюдать за расходомером 5 на предмет потенциальных изменений в жесткости. Это может предоставлять возможность оператору проверять коэффициент K жесткости расходомера, только когда является вероятным, что жесткость расходомера изменилась. Такие изменения могут быть вследствие таких факторов как эрозия расходомерной трубки, коррозия расходомерной трубки, повреждение измерительного узла 10 или изменения в окружении процесса, например.
В примерах, способ 300 может дополнительно включать в себя любые из этапов способа 301, изображенного на фиг. 3b. Способ 300 может дополнительно включать в себя этапы 316 и 318, например. На этапе 316 принимается второе последующее значение 252. Второе последующее значение 252 содержит одно из последующей температуры T 228, последующей частоты ω 230 ответной вибрации или последующего тока I 232 возбуждения, второе последующее значение 252 отличается от первого последующего значения 236. Например, если первое последующее значение 236 является последующей температурой T 228, тогда второе последующее значение 252 может быть последующей частотой ω 230 ответной вибрации.
На этапе 318 может быть определено, находится ли второе последующее значение 252 за пределами второго соответствующего диапазона 254. Второй соответствующий диапазон 254 включает в себя значения между вторым соответствующим средним значением 256 минус второе соответствующее пороговое значение 250 и вторым соответствующим средним значением 256 плюс второе соответствующее пороговое значение 250. Например, если второе последующее значение 252 является последующей частотой ω 230 ответной вибрации, второе соответствующее среднее значение 256 является средней частотой ω 216 ответной вибрации.
Этапы 316 и 318 могут предоставлять возможность оператору ограничивать выполнение проверки жесткости расходомера обстоятельствами, когда два из трех из последующей температуры T 228, последующей частоты ω 230 ответной вибрации или последующего тока I 232 возбуждения находятся за пределами предварительно определенной области работы. В некоторых примерах это может предохранять расходомер от работы программы проверки измерителя слишком часто, или только для небольших отклонений за пределы диапазона работы.
Если этапы 316 и 318 включены в способ 300, способ 300 может дополнительно содержать этапы 320 и 322. На этапе 320 третье последующее значение 262 может быть принято. Третье последующее значение 262 содержит последующую температуру T 228, последующую частоту ω 230 ответной вибрации или последующий ток I 232 возбуждения, третье последующее значение 262 отличается от первого последующего значения 236 и второго последующего значения 252. Например, если первое последующее значение 236 является последующей температурой T 228, а второе последующее значение 252 является последующей частотой ω 230 ответной вибрации, тогда третье последующее значение 262 может быть последующим током I 232 возбуждения.
На этапе 322 может быть определено, что третье последующее значение 262 находится за пределами третьего соответствующего диапазона 264. Третий соответствующий диапазон 264 включает в себя значения между третьим соответствующим средним значением 266 минус третье соответствующее пороговое значение 260 и третьим соответствующим средним значением 266 плюс третье соответствующее пороговое значение 260. Например, если третье последующее значение 262 является последующим током I 232 возбуждения, тогда третье соответствующее среднее значение 266 является средним током I 224 возбуждения.
Этапы 320 и 322 могут дополнительно предоставлять возможность оператору ограничивать выполнение проверки жесткости расходомера обстоятельствами, когда три из трех из последующей температуры T 228, последующей частоты ω 230 ответной вибрации или последующего тока I 232 возбуждения находятся за пределами предварительно определенной области работы. В некоторых примерах, это может дополнительно предохранять расходомер от работы программы проверки измерителя слишком часто, или только для небольших отклонений за пределы области работы.
В примерах, этапы 302 или 324 могут дополнительно содержать этапы для определения первого и/или второго коэффициентов 202 и 204 жесткости. Например, способ 300 может дополнительно содержать этапы способа 400, изображенного на фиг. 4. Другие способы определения коэффициента K 202, 204 жесткости являются возможными, однако, как будет понятно специалистам в области техники. Например, PCT патентная публикация WO 2007/040468, назначенная для Micro Motion, Inc., подписанная Заявителями, описывает несколько таких способов.
Способ 400 начинается с этапа 402. На этапе 402 ответная вибрация 240 может быть принята. Ответная вибрация 240 является реакцией расходомера на вибрацию практически с резонансной частотой. Ответная вибрация 240 может быть непрерывной или прерывистой. Текучий материал может протекать через измерительный узел 10 или может быть неподвижным.
Способ 400 продолжается на этапе 404. На этапе 404 частота ω 242 ответной вибрации может быть определена. Частота ω 242 ответной вибрации может быть определена из ответной вибрации 240 с помощью любого способа, процесса или аппаратных средств, известных специалистам в области техники.
Способ 400 продолжается на этапе 406. На этапе 406 напряжение V 244 ответной вибрации и ток I 246 возбуждения ответной вибрации могут быть определены. Напряжение V 244 ответной вибрации и ток I 246 возбуждения ответной вибрации могут быть получены из необработанной или обусловленной ответной вибрации, как будет понятно специалистам в области техники.
Способ 400 продолжается на этапе 408. На этапе 408 характеристика ζ 248 затухания расходомера может быть определена. Характеристика затухания может быть измерена посредством предоставления возможности ответной вибрации расходомера затухать до целевой вибрации, в то же время измеряя характеристику затухания. Это действие затухания может быть выполнено несколькими способами. Амплитуда возбуждающего сигнала может быть уменьшена, возбуждающий механизм 180 может фактически выполнять торможение измерительного узла 10 (в соответствующих расходомерах), или возбуждающий механизм 180 может быть просто лишен энергии до тех пор, пока цель не будет достигнута. В одном варианте осуществления, целевая вибрация содержит пониженный уровень в рабочей точке возбуждения. Например, если рабочая точка возбуждения в настоящий момент находится в 3,4 мВ/Гц, тогда для измерения демпфирования рабочая точка возбуждения может быть снижена до более низкого значения, такого как 2,5 мВ/Гц, например. Таким образом, измерительная электронная аппаратура 20 может предоставлять возможность измерительному узлу 10 просто работать по инерции до тех пор, пока ответная вибрация 240 не будет практически совпадать с этим новым целевым возбуждением.
Способ 400 продолжается на этапе 410. На этапе 410 коэффициент K 202, 204 жесткости может быть определен. Коэффициент K 202, 204 жесткости может быть определен из частоты ω 242 ответной вибрации, напряжения V 244 ответной вибрации, тока I 246 возбуждения ответной вибрации и характеристики ζ 248 затухания. Коэффициент K 202, 204 жесткости может быть определен согласно уравнению (9) выше.
Фиг. 5 изображает систему 500 в соответствии с вариантом осуществления. Система 500 содержит модуль 502 коэффициента K жесткости, модуль 504 обучения и модуль 506 наблюдения.
Модуль 502 коэффициента жесткости может быть использован, чтобы определять коэффициенты K 202, 204 жесткости, как описано выше относительно этапов 302 и 324. В примерах, модуль 502 коэффициента K жесткости может просто принимать, хранить и/или извлекать коэффициент K 202, 204 жесткости. В дополнительных примерах, однако, модуль 502 коэффициента K жесткости может определять, по меньшей мере, один из коэффициента K 202, 204 жесткости. Например, модуль 502 коэффициента K жесткости может выполнять этапы способа 400.
Модуль 504 обучения может быть использован для изучения текущей области работы расходомера, как описано выше относительно этапов 304, 306, 308 и 310.
Модуль 506 наблюдения может быть использован для определения того, находится ли расходомер все еще в области работы, сопоставленной с последним определенным коэффициентом K жесткости, как описано выше относительно этапов 312, 314, 316, 318, 320 и 322.
С помощью способа, измерительной электронной аппаратуры или системы, описанной выше, оператор может иметь возможность проверять жесткость расходомера, только когда является вероятным, что жесткость измерителя изменилась. Это может предоставлять возможность расходомеру работать более эффективно и более точно.
Подробные описания вышеупомянутых примеров не являются исчерпывающими описаниями всех примеров, рассматриваемых изобретателями как находящиеся в рамках заявки. В действительности, специалисты в области техники поймут, что некоторые элементы вышеописанных примеров могут по-разному быть объединены или устранены, чтобы создавать дополнительные примеры, и такие дополнительные примеры попадают в рамки и учения заявки. Также обычным специалистам в данной области техники будет очевидно, что вышеописанные примеры могут быть объединены в целом или частично, чтобы создавать дополнительные примеры в рамках и учениях заявки. Соответственно, рамки заявки должны быть определены из последующей формулы изобретения.