СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ АМПЛИТУДЫ КОЛЕБАНИЙ РАСХОДОМЕРНОЙ ТРУБКИ В ИНТЕРВАЛЕ ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
METHOD AND APPARATUS FOR MAINTAINING VIBRATION AMPLITUDE OF FLOW TUBE IN VARIABLE TEMPERATURE INTERVAL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к расходомеру и, более конкретно, к расходомеру, способному поддерживать постоянной амплитуду колебаний трубки в интервале изменяющейся температуры.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Хорошо известна возможность использования массовых расходомеров на эффекте Кориолиса для измерения массового потока и получения другой информации о материалах, протекающих через трубки в расходомере. Примерные расходомеры Кориолиса раскрыты в патентах US 4109524, US 4491025 и Re. 31450. Эти расходомеры имеют один или несколько трубок прямой или искривленной конфигурации. Каждая конфигурация трубки в массовом расходомере Кориолиса имеет набор собственных колебательных мод, которые могут быть простыми изгибными, торсионными, или связанными колебательными модами. Каждую трубку можно заставить колебаться на предпочтительной моде.
Материал попадает в расходомер из присоединенной трубопроводной магистрали на впускной стороне расходомера, направляется через трубку или трубки и выходит из расходомера через выпускную сторону расходомера. Собственные колебательные моды заполненной материалом колебательной системы частично определяются общей массой трубок и материала, протекающего внутри трубок.
Когда поток через расходомер отсутствует, все точки вдоль трубки колеблются вследствие приложенной приводной силы с одинаковой фазой или 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 имеет отличающуюся фазу. Например, фаза на впускном конце расходомера отстает от фазы центрированного положения привода, тогда как фаза на выпуске опережает привод. Измерительные датчики на трубке(ах) выдают синусоидальные сигналы, отображающие движение трубки(ок). Выходные сигналы от измерительных датчиков обрабатываются для определения разности фаз между ними. Разность фаз между двумя или несколькими измерительными датчиками пропорциональна массовому расходу материала, протекающего через трубку(и).
Измерительная электроника выдает приводной сигнал для управления приводом и определяет массовый расход и другие свойства материала по сигналам, принятым от измерительных датчиков. Привод может содержать одно из многих хорошо известных устройств, однако наибольшее распространение в производстве расходомеров получило устройство с магнитом, установленным на одной трубке, и противостоящей приводной катушкой, установленной на другой трубке, или на неподвижном основании. Переменный ток проходит через приводную катушку для того, чтобы заставить вибрировать обе трубки при желаемой амплитуде и частоте трубки. В данной области техники известен вариант, когда измерительные датчики также представляют собой устройство с магнитом и катушкой, очень подобное устройству привода. Однако, тогда как привод принимает ток, который вызывает движение, измерительные датчики могут использовать движение, предоставленное приводом, чтобы индуцировать электрическое напряжение. Общие принципы работы привода и измерительных датчиков общеизвестны в данной области техники.
Во многих применениях, приводной сигнал задается, по меньшей мере, частично, сигналами измерительных датчиков. Как только инициирующий приводной сигнал подается на привод, чтобы заставить измеритель вибрировать, измерительные датчики поддерживают определенную скорость. В данной области техники известно, что измерительная электроника может управлять приводным сигналом в соответствии с "перемещением" или в соответствии с "положением". Иначе говоря, измерительная электроника производит и подает приводные сигналы на привод, который поддерживает определенную амплитуду сигналов измерительных датчиков. Амплитуда сигнала электрического напряжения, произведенного смещением измерительного датчика, обычно делается пропорциональной амплитуде синусоидального смещения трубки, и это соотношение часто выражается как отношение электрическое напряжение/число колебаний в секунду. Амплитуда сигнала измерительного датчика представляет собой функцию следующих параметров: частоты колебаний измерительного датчика, магнитного поля измерительного датчика, длины провода индукционной катушки измерительного датчика, и амплитуды смещения измерительного датчика. В данной области техники электронное устройство обычно измеряет частоту работы системы, тогда как и магнитное поле, и длина провода катушки предполагаются постоянными. Поэтому управление амплитудой смещения трубки достигается поддержанием амплитуды заданного электрического напряжения сигнала измерительного датчика, часто выражаемого в виде электрическое напряжение/число колебаний в секунду.
Проблема с этим амплитудным соотношением возникает тогда, когда расходомер подвергается воздействию или высоких температур окружающей среды, или высоких температур обрабатываемого флюида. И то, и другое может привести и к увеличению температуры привода, и к увеличению температуры измерительного датчика. Если температура увеличивается, магнитное поле и привода, и измерительных датчиков уменьшается, что приводит к уменьшению выходного электрического напряжения измерительного датчика. Если приводной сигнал устанавливается так, чтобы поддерживать выходное электрическое напряжение измерительного датчика при постоянном соотношении электрическое напряжение/Герц, то приводной сигнал увеличивается, что увеличивает амплитуду смещения трубки, чтобы увеличить амплитуду электрического напряжения измерительного датчика. Образующаяся более высокая амплитуда колебаний трубки приводит к нескольким нежелательным эффектам. С конструктивной точки зрения, более высокая амплитуда колебаний трубки приводит к большим механическим напряжениям трубки. Различающиеся амплитуды колебаний трубок могут также возбудить нежелательные колебательные моды, которые накладываются на сигнал измерительного датчика, приводя к ошибкам измерения. Кроме того, более высокая амплитуда колебаний трубки требует большей приводной мощности. Во многих ситуациях, доступная мощность может быть ограничена установленными требованиями безопасности или производственными спецификациями. Потребность в высокой мощности привода еще в большей степени увеличивается при высокой температуре окружающих сред, поскольку эффективность приводного магнита падает.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В данной области техники имеется потребность в предоставлении способа для поддержания постоянной амплитуды колебаний трубки при наличии высоких температур. Настоящее изобретение решает эту и другие проблемы и позволяет достичь прогресса в данной области техники.
В соответствии с аспектом изобретения предложен способ эксплуатации расходомера, включающего в себя привод и измерительные датчики, присоединенные к расходомерной трубке, причем привод выполнен с возможностью обеспечивать вибрацию расходомерной трубки в ответ на приводной сигнал, содержащий этапы, на которых:
устанавливают заданное электрическое напряжение измерительного датчика;
измеряют температуру расходомера;
формируют температурно-скомпенсированное заданное электрическое напряжение измерительного датчика; и
управляют приводным сигналом для поддержания температурно-скомпенсированного заданного электрического напряжения измерительного датчика.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап идентификации магнитного материала измерительных датчиков, и причем этап формирования температурно-скомпенсированного заданного электрического напряжения измерительного датчика содержит компенсацию изменения напряженности магнитного поля измерительных датчиков.
Предпочтительно, этап формирования температурно-скомпенсированного заданного электрического напряжения измерительного датчика содержит регулировку заданного электрического напряжения измерительного датчика с использованием коэффициента Br для магнитного материала измерительных датчиков.
Предпочтительно, этап формирования температурно-скомпенсированного заданного электрического напряжения измерительного датчика содержит использование следующей корреляции:
(Температурный коэффициент. Br × Электрическое напряжение измерительного датчика)/частота = амплитуда колебаний трубки × напряженность магнитного поля × длина индукционной катушки.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап установки расчетной температуры измерителя, причем температурно-скомпенсированное заданное электрическое напряжение измерительного датчика, по существу, равно заданному электрическому напряжению измерительного датчика, если измеренная температура измерителя находится в пределах порогового предела расчетной температуры измерителя.
Предпочтительно, пороговый предел представляет собой устанавливаемое пользователем значение.
Предпочтительно, пороговый предел представляет собой заданное значение, основанное на параметрах измерительных датчиков.
Предпочтительно, этап формирования температурно-скомпенсированного заданного электрического напряжения измерительного датчика содержит извлечение сохраняемого значения, основанного на разнице между расчетной температурой измерителя и измеренной температурой измерителя.
В соответствии с другим аспектом изобретения предложен способ эксплуатации расходомера, включающего в себя привод и измерительные датчики, присоединенные к расходомерной трубке, причем привод выполнен с возможностью обеспечивать вибрацию расходомерной трубки в ответ на приводной сигнал, содержащий этапы, на которых:
устанавливают заданное электрическое напряжение измерительного датчика;
измеряют температуру расходомера;
сравнивают измеренную температуру расходомера с расчетной температурой измерителя; и
формируют температурно-скомпенсированное заданное электрическое напряжение измерительного датчика, если измеренная температура расходомера отличается от расчетной температуры измерителя больше чем на пороговый предел.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап управления приводным сигналом для поддержания температурно-скомпенсированного заданного электрического напряжения измерительного датчика.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап идентификации магнитного материала измерительных датчиков, и причем этап формирования температурно-скомпенсированного заданного электрического напряжения измерительного датчика содержит компенсацию изменения напряженности магнитного поля магнита измерительного датчика.
Предпочтительно, этап формирования температурно-скомпенсированного заданного электрического напряжения измерительного датчика содержит регулировку заданного электрического напряжения измерительного датчика с использованием коэффициента Br для магнита измерительного датчика.
Предпочтительно, этап формирования температурно-скомпенсированного заданного электрического напряжения измерительного датчика содержит использование следующей корреляции:
(Температурный коэффициент. Br × Электрическое напряжение измерительного датчика)/частота = амплитуда колебаний трубки × напряженность магнитного поля × длина индукционной катушки.
Предпочтительно, этап формирования температурно-скомпенсированного заданного электрического напряжения измерительного датчика содержит извлечение сохраняемого значения, основанного на разности между расчетной температурой измерителя и измеренной температурой измерителя.
Предпочтительно, пороговый предел представляет собой устанавливаемое пользователем значение.
Предпочтительно, пороговый предел представляет собой заданное значение, основанное на параметрах измерительных датчиков.
В соответствии с другим аспектом изобретения предложен способ поддержания амплитуды колебаний расходомерной трубки расходомера в интервале изменяющейся температуры, содержащий этапы, на которых:
подают приводной сигнал на привод, присоединенный к расходомерной трубке, причем привод выполнен с возможностью поддержания заданного электрического напряжения измерительного датчика из множества измерительных датчиков, присоединенных к расходомерной трубке;
измеряют температуру расходомера;
формируют температурно-скомпенсированное заданное электрическое напряжение измерительного датчика с использованием температурного коэффициента Br для магнитного материала множества измерительных датчиков; и
управляют приводным сигналом для поддержания температурно-скомпенсированного заданного электрического напряжения измерительного датчика, когда разница между измеренной температурой расходомера и расчетной температурой измерителя превышает пороговый предел.
Предпочтительно, этап управления приводным сигналом содержит регулировку мощности привода.
Предпочтительно, пороговый предел представляет собой устанавливаемое пользователем значение.
Предпочтительно, пороговый предел представляет собой заданное значение, основанное на параметрах измерительных датчиков.
Предпочтительно, этап формирования температурно-скомпенсированного заданного электрического напряжения измерительного датчика содержит использование следующей корреляции:
(Температурный коэффициент. Br × Электрическое напряжение измерительного датчика)/частота = амплитуда колебаний трубки × напряженность магнитного поля × длина индукционной катушки.
Предпочтительно, этап формирования температурно-скомпенсированного заданного электрического напряжения измерительного датчика содержит извлечение сохраняемого значения, основанного на разнице между расчетной температурой измерителя и измеренной температурой измерителя.
В соответствии с другим аспектом изобретения предложен расходомер, содержащий:
расходомерную трубку;
привод, присоединенный к расходомерной трубке и выполненный с возможностью обеспечивать вибрацию расходомерной трубки в ответ на приводной сигнал;
множество измерительных датчиков, присоединенных к расходомерной трубке; и
измерительную электронику, сконфигурированную, чтобы:
устанавливать электрическое напряжение измерительного датчика;
контролировать температуру расходомера;
формировать температурно-скомпенсированное электрическое напряжение измерительного датчика; и
управлять приводным сигналом для поддержания температурно-скомпенсированного заданного электрического напряжения измерительного датчика.
Предпочтительно, измерительная электроника дополнительно сконфигурирована так, чтобы идентифицировать магнитный материал измерительных датчиков и формировать температурно-скомпенсированное электрическое напряжение измерительного датчика посредством компенсации изменения напряженности магнитного поля измерительных датчиков.
Предпочтительно, измерительная электроника дополнительно сконфигурирована так, чтобы регулировать заданное электрическое напряжение измерительного датчика с использованием коэффициента Br для магнитного материала измерительных датчиков.
Предпочтительно, измерительная электроника дополнительно сконфигурирована так, чтобы формировать температурно-скомпенсированное заданное электрическое напряжение измерительного датчика с использованием следующего уравнения:
(Температурный коэффициент. Br × Электрическое напряжение измерительного датчика)/частота = амплитуда колебаний трубки × напряженность магнитного поля × длина индукционной катушки.
Предпочтительно, измерительная электроника дополнительно сконфигурирована так, чтобы установить расчетную температуру измерителя, причем температурно-скомпенсированное заданное электрическое напряжение измерительного датчика, по существу, равно заданному электрическому напряжению измерительного датчика, когда измеренная температура измерителя находится в пределах порогового предела расчетной температуры измерителя.
Предпочтительно, измерительная электроника дополнительно сконфигурирована так, чтобы принимать устанавливаемое пользователем значение порогового предела.
Предпочтительно, измерительная электроника дополнительно сконфигурирована так, чтобы хранить заданное значение порогового предела, основанного на параметрах измерительных датчиков.
Предпочтительно, измерительная электроника дополнительно сконфигурирована так, чтобы извлечь сохраняемое значение, основанное на разнице между расчетной температурой измерителя и измеренной температурой, и использовать сохраняемое значение, чтобы формировать температурно-скомпенсированное электрическое напряжение измерительного датчика.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах:
Фиг.1 изображает расходомер 100 в соответствии с вариантом реализации изобретения;
Фиг.2 - блок-схема последовательности операций, выполняемых измерительной электроникой;
Фиг.3 - другая блок-схема последовательности операций, выполняемых измерительной электроникой, показывающей, как алгоритм управления поддерживает постоянной амплитуду трубки после того, как начальные рабочие условия в соответствии с фиг.2 были установлены;
Фиг.4 - блок-схема последовательности операций при инициализации операций, выполняемых измерительной электроникой в соответствии с вариантом реализации изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Прилагаемые фиг.1-4 и нижеследующее описание демонстрируют конкретные примеры для специалистов в данной области техники с целью реализации и применения наилучшего варианта изобретения. С целью объяснения принципов изобретения, некоторые обычные объекты упрощены или опущены. Специалистам в данной области техники должны быть очевидны возможные вариации этих примеров, которые находятся в пределах объема притязаний изобретения. Специалистам в данной области техники должно быть ясно, что описанные ниже признаки могут быть объединены различным образом, формируя множественные варианты изобретения. Таким образом, изобретение не ограничивается описанными ниже конкретными примерами, но ограничивается только в соответствии с приложенной формулой и ее эквивалентами.
На фиг.1 показан расходомер 100 в соответствии с вариантом реализации изобретения. В соответствии с вариантом реализации изобретения, расходомер 100 содержит расходомер Кориолиса. Однако настоящее изобретение не ограничено применениями, содержащими расходомеры Кориолиса, и следует понимать, что настоящее изобретение может использоваться с другими типами расходомеров. Измерительная электроника 20 связана со сборкой расходомера 100 с помощью кабельных соединений 110, 111, 111' и 112, чтобы передать через канал 26 результаты измерения температуры, плотности, массового расхода, объемного расхода и общую информацию о протекающей массе. Измерительные сигналы привода измерительного датчика также передаются через канал 26.
Сборка расходомера 100 содержит разделитель 103, охватывающий нижний участок трубок 101, 102, которые внутренне соединены на своих левых концах с фланцем 104 через его горловину 108 и которые соединены на своих правых концах через горловину 120 с фланцем 105, и манифольдом 107. На Фиг.1 также показаны выпускное отверстие 106 фланца 105, левый измерительный датчик LPO, правый измерительный датчик RPO, и привод D. Правый измерительный датчик RPO показан несколько подробнее и включает в себя магнитный сердечник 115 и катушку 116. Хотя показаны только два измерительных датчика LPO и RPO, следует понимать, что может быть использовано любое количество измерительных датчиков. К сборке расходомера 100 также прикреплено устройство измерения температуры, например RTD датчик. Хотя для большей ясности показан только один RTD датчик, прикрепленный к измерительной сборке 100, следует понимать, что на практике, или RTD датчик, или другое устройство измерения температуры, может быть соединено с каждым из измерительных датчиков LPO, RPO, так же как и с приводом D. Каждый из датчиков RTD может быть соединен с измерительной электроникой 20 с помощью кабелей, например с помощью кабеля 112.
Измерительная электроника 20 адаптирована для подачи приводного сигнала на привод D с помощью кабеля 110. Переменная полярность приводного сигнала заставляет трубки 101 и 102 вибрировать при данной амплитуде и частоте. Амплитуда колебаний трубки и частота изменяются в зависимости от приводного сигнала, предоставляемого измерительной электроникой 20. В ответ на вибрацию трубки, магнит и индукционная катушка измерительных датчиков LPO и RPO индуцируют электрические напряжения, которые принимаются измерительной электроникой 20 посредством кабелей 111 и 111' соответственно. В соответствии с вариантом реализации изобретения измерительная электроника 20 управляет измерительной сборкой 100 в соответствии со "смещением" или "позиционированием", в зависимости от варианта управления. Поэтому измерительная электроника 20 устанавливает приводной сигнал для поддержания заданного электрического напряжения измерительного датчика. Заданное электрическое напряжение измерительного датчика может быть установлено пользователем в полевых условиях или, альтернативно, может быть выбрано заранее. В некоторых вариантах реализации, заранее заданное электрическое напряжение измерительного датчика может быть установлено исходя из имеющегося расходомера и/или обрабатываемого флюида. Мощность привода, обеспечиваемая измерительной электроникой 20, должна быть достаточно большой, чтобы преодолеть демпфирование измерителя и пружинную жесткость и чтобы поддерживать достаточную амплитуду трубки для поддержания заданного электрического напряжения измерительного датчика. Электрическое напряжение измерительного датчика может быть рассчитано следующим образом.
Когда трубки 101 и 102 вибрируют благодаря приводу D, магнит и индукционная катушка измерительных датчиков LPO, RPO индуцируют электрическое напряжение измерительного датчика. Получаемое электрическое напряжение измерительных датчика представляет собой функцию четырех параметров измерительной сборки и может быть представлено в следующем виде.
Электрическое напряжение измерительного датчика = амплитуда колебаний трубки × частота × напряженность магнитного поля × длина индукционной катушки
(1)
Однако частота подвержена флуктуациям, основанным на плотности обрабатываемого флюида и температуре и, таким образом, может представлять собой проблему при управлении электрическим напряжением измерительного датчика. С другой стороны, если вместо того, чтобы пытаться поддержать заданное электрическое напряжение измерительного датчика, измерительная электроника 20 служит для поддержания электрического напряжения измерительного датчика, выраженного в виде электрическое напряжение/частота колебаний, то выражение автоматически оказывается скомпенсированным относительно изменений частоты датчика вследствие флуктуаций плотности обрабатываемого флюида и температуры. Поэтому электрическое напряжение измерительного датчика может быть лучше выражено в виде:
(Электрическое напряжение
датчика)/частота = амплитуда колебаний трубки × напряженность магнитного поля × длина индукционной катушки
измерительного . (2)
Уравнение (2) дает адекватное электрическое напряжение измерительного датчика для многих применений. Предполагая постоянной напряженность магнитного поля и постоянную длину индукционной катушки, электрическое напряжение измерительного датчика может быть поддержано как задаваемое регулировкой только амплитуды колебаний трубки, которая может управляться приводным сигналом, как это общеизвестно в данной области техники.
На фиг.2 показана блок-схема алгоритма 200 инициализации, осуществляемого измерительной электроникой 20 для управления сборкой расходомера 100. Алгоритм 200 может быть сохранен в процессоре, или подобном устройстве, и может извлекаться измерительной электроникой 20, или некоторым другим процессором или программой. Алгоритм 200 инициализации гарантирует запуск сборки расходомера 100 независимо от типа расходомера или обрабатываемого для измерений флюида. Процесс 200 начинается на этапе 201, когда измерительная электроника 20 идентифицирует конкретный используемый расходомер. Идентификация может быть достигнута посылкой/приемом сигнала на расходомер 100 или, альтернативно, пользователь может вручную идентифицировать расходомер 100. Как только расходомер 100 идентифицирован, заданное электрическое напряжение измерительного датчика устанавливается на этапе 202. Заданное электрическое напряжение измерительного датчика может быть установлено исходя из конкретного используемого расходомера или, альтернативно, заданное электрическое напряжение измерительного датчика может быть установлено исходя из вводимых вручную пользовательских параметров. На этапе 203 определяется период колебаний трубки. Период колебаний трубки необходим в соединении с электрическим напряжением измерительного датчика, чтобы достигнуть надлежащего управления привода. На этапе 204 мощность привода регулируется, чтобы поддержать заданное электрическое напряжение измерительного датчика. Эта установочная точка для алгоритма привода и иногда она обозначается как задание смещения. Как только мощность привода установлена, программа инициализации 200 заканчивается.
На фиг.3 показан процесс 300 для нормальной работы расходомера 100, выполняемой измерительной электроникой 20. Как только приводное задание установлено в процессе 200, измерительная электроника 20 посылает желаемое приводное задание на привод D на этапе 301. Приводное задание содержит приводной сигнал, посылаемый на привод D, который, в свою очередь, заставляет вибрировать трубки 101 и 102. На этапе 302 измерительные датчики LPO, RPO непрерывно посылают сигналы на измерительную электронику 20, указывая электрическое напряжение измерительного датчика. Это электрическое напряжение измерительного датчика преобразуется в то электрическое напряжение измерительного датчика, которое показано в приведенном выше уравнении (2). На этапе 303 измерительная электроника 20 определяет, равно ли фактическое электрическое напряжение измерительного датчика заданному электрическому напряжению измерительного датчика. Если ответ положительный, процесс возвращается на этап 302, чтобы проверить электрическое напряжение измерительного датчика еще раз. Измеритель электроника 20 может непрерывно измерять электрическое напряжение измерительного датчика для сравнения с заданным электрическим напряжением измерительного датчика. Если же фактическое электрическое напряжение измерительного датчика отличается от заданного электрического напряжения измерительного датчика или, альтернативно, превышает заданную пороговую разницу, процесс 300 продолжается до этапа 304 для регулировки желаемого приводного задания. Поэтому, если фактическое электрическое напряжение измерительного датчика не равно заданному электрическому напряжению измерительного датчика, процесс 300 изменяет единственную известную переменную, амплитуду трубки, изменяя приводной сигнал. Модифицированный приводной сигнал посылается на привод D на этапе 305. Процесс 300 возвращается снова на этап 302, на котором электрическое напряжение измерительного датчика определяется еще раз.
Описанный выше процесс 300 обеспечивает адекватную работу расходомера, пока температура системы остается, по существу, постоянной, или находится в пределах пороговой разницы расчетной температуры измерителя. Однако проблема возникает тогда, когда температура измерительных датчиков LPO, RPO или привода D, повышается выше расчетной температуры окружающей среды измерителя, обычно 20°C (68°F). Следует понимать, что расходомер 100 может иметь расчетную температуру, отличную от 20°C (68°F), и конкретная расчетная температура не должна ограничивать объем притязаний изобретения. Аналогично, хотя следующее описание главным образом предполагает повышение температуры, коррекция одинаково применима и к падению температуры. Проблемы, связанные с изменениями температуры, частично возникают потому, что когда температура постоянных магнитов измерительных датчиков LPO, RPO и привода D повышается, напряженность магнитного поля этих магнитов уменьшается. Аналогично, когда температура постоянных магнитов измерительных датчиков LPO, RPO и привода D понижается, напряженность магнитного поля этих магнитов увеличивается. Из уравнения (2) следует, что электрическое напряжение измерительного датчика частично определяется напряженностью магнитного поля. Поэтому в высокотемпературных окружающих средах уменьшение напряженности магнитного поля также уменьшает электрическое напряжение измерительного датчика, поддержание которого запрограммировано в измерительной электронике 20. Чтобы для электрического напряжения измерительного датчика произвести сигнал той же самой амплитуды (мВ/Гц), трубки 101, 102 должны переместиться на большее расстояние, то есть амплитуда трубок должна увеличиться. Увеличение амплитуды трубок не всегда желательно, поскольку это создает возможность связанных с вибрацией изменений сигнала измерительного датчика, а также дополнительное механическое напряжение трубки. Кроме того, приводной сигнал должен быть увеличен, чтобы создать увеличение амплитуды трубок. Поэтому во время работы при повышенных температурах потребляется большая мощность.
В дополнение к уменьшению магнитного поля измерительных датчиков при более высоких температурах магнит привода также имеет уменьшенную напряженность магнитного поля при более высоких температурах, и не отвечает столь эффективно запросам на более высокую амплитуду измерительных датчиков LPO, RPO, как это происходит при более низких температурах. Получающаяся неэффективность привода требует от передатчика большего тока привода и поэтому уменьшает резервное значение внутренне безопасного приводного тока, пригодного для привода трубок 101 и 102 в условиях сильного демпфирования флюидом.
Это уменьшение напряженности магнитного поля, связанное с повышенными температурами, известно в производстве магнитных материалов как "Температурный Коэффициент Br." Уменьшение напряженности магнитного поля не представляет собой необратимую потерю, и напряженность возвращается к предшествующему значению при понижении температуры. Температурный коэффициент Br основан на типе используемого магнитного материала и является частью спецификаций материала всех изготовленных магнитов. Температурные коэффициенты многих обычных магнитов известны и выражаются как - % плотности магнитного поля на °C. Например, известно, что при изготовлении расходомера Кориолиса используются самариево-кобальтовые магниты, которые имеют температурный коэффициент Br приблизительно -0,035%/°C. Следует понимать, что точный коэффициент Br будет зависеть от конкретного используемого магнита, и использование самариево-кобальтовых магнитов не должно ограничивать объем притязаний изобретения.
В соответствии с вариантом реализации изобретения изменение температуры компенсируется формированием температурно-скомпенсированного заданного электрического напряжения измерительного датчика. Температурно-скомпенсированное заданное электрическое напряжение измерительного датчика может компенсировать изменения электрического напряжения измерительного датчика, связанные с изменением температуры расходомера. Температурно-скомпенсированное заданное электрическое напряжение измерительного датчика может быть рассчитано с использованием температурного коэффициента Br, или с использованием другого температурно-компенсирующего значения. Кроме того, температурно-скомпенсированное заданное электрическое напряжение измерительного датчика может быть получено из сохраняемого значения. Сохраняемое значение может быть основано на различии между измеренной температурой измерителя и расчетной температурой измерителя. В соответствии с другим вариантом реализации, сохраняемое значение может быть основано на предварительно полученных данных. Следует понимать, что настоящее изобретение не должно быть ограничено использованием температурного коэффициента Br. Однако, если температурный коэффициент Br для магнита, используемого в измерительных датчиках LPO, RPO и приводе D, вводится в уравнение (2), температурно-скомпенсированное заданное электрическое напряжение измерительного датчика может быть рассчитано с использованием уравнения (3).
(Температурный коэффициент. Br × Электрическое напряжение измерительного датчика)/частота = амплитуда колебаний трубки × напряженность магнитного поля × длина индукционной катушки
(3)
Если уравнение (3) используется для определения температурно-скомпенсированного заданного электрического напряжения измерительного датчика, амплитуда колебаний трубки может быть стабилизирована даже в окружающих средах с повышенной температурой. Это является верным потому, что даже если напряженность магнитного поля уменьшается при увеличении температуры, температурно-скомпенсированное заданное электрическое напряжение измерительного датчика уравнения (3) компенсирует это уменьшение напряженности магнитного поля. Поэтому измерительная электроника 20 не должна увеличивать уменьшенное электрическое напряжение измерительного датчика, созданное повышенной температурой. Вместо этого, измерительная электроника 20 определяет новое температурно-скомпенсированное заданное электрическое напряжение измерительного датчика, которое учитывает изменение температуры.
На фиг.4 показан процесс 400, выполняемый измерительной электроникой 20 для эксплуатации расходомера 100 в соответствии с вариантом реализации изобретения. Процесс 400 начинается на этапе 401 инициализацией работы расходомера. Инициализация может включать в себя этапы процесса 200, показанного на фиг.2 или, альтернативно, может включать в себя другую программу инициализации, которая идентифицировала бы конкретный расходомер и установила бы начальное заданное электрическое напряжение измерительного датчика. Процесс 400 продолжается на этапе 402 идентификацией конкретного магнитного материала, используемого в измерительных датчиках, LPO, RPO и приводе D. Этап 402 может не быть необходимым, если магнитный материал уже известен. Как только магнитный материал становится известным, измерительная электроника 20 получает температурный коэффициент Br для магнитов на этапе 403. Температурный коэффициент Br может быть получен из сохраненных значений или, альтернативно, может быть введен пользователем вручную. Следует понимать, что хотя во многих применениях магнит, используемый в измерительных датчиках и приводе, выполнен из одного и того же материала, могут быть использованы магниты различных типов, и в этом случае должны использоваться множественные коэффициенты Br для компенсации изменения температуры. На этапе 404 устанавливается заданное электрическое напряжение измерительного датчика. Заданное электрическое напряжение измерительного датчика может быть устанавливаемым пользователем значением, или может быть основано на расчетной температуре измерителя. Как упомянуто выше, расходомер, такой как расходомер 100, может иметь расчетную температуру измерителя. Поэтому заданное электрическое напряжение измерительного датчика может быть основано на магнитных свойствах привода и катушки измерительного датчика при расчетной температуре измерителя.
На этапе 405 температуру расходомера получают посредством использования, например, датчиков RTD. Температура расходомера может отображать температуру обрабатываемого флюида. В соответствии с другим вариантом реализации изобретения температура расходомера может отображать температуру привода D или измерительных датчиков LPO, RPO. В соответствии с еще одним вариантом реализации, температура расходомера может отображать температуру трубок 101, 102.
Исходя из температуры, принятой на этапе 405, температурно-скомпенсированное заданное электрическое напряжение измерительного датчика может быть сформировано на этапе 406. В соответствии с одним вариантом реализации, температурно-скомпенсированное заданное электрическое напряжение измерительного датчика на этапе 406 формируется только, если разница между расчетной температурой измерителя и температурой, измеренной на этапе 405, превышает пороговый предел. Пороговый предел может быть устанавливаемым пользователем. Альтернативно, пороговый предел может быть основанным на конкретном используемом расходомере. В других же вариантах реализации, пороговый предел основан на магнитном материале, используемом для измерительных датчиков LPO, RPO. Используя измеренную температуру, расчетную температуру измерителя и уравнение (3), может быть рассчитано температурно-скомпенсированное электрическое напряжение измерительного датчика. На этапе 407 регулируется мощность привода, чтобы достигнуть температурно-скомпенсированного заданного электрического напряжения измерительного датчика. Эта новая мощность привода передается на привод D на этапе 408. Этот процесс 400 может быть повторен непрерывным получением новой температуры расходомера для заданного интервала времени, или пока пользователь не закончит процесс 400.
Процесс 400 может быть использован, чтобы управлять приводным сигналом, посылаемым измерительной электроникой 20, чтобы поддерживать температурно-скомпенсированное заданное электрическое напряжение измерительного датчика, а не первоначально установленное заданное электрическое напряжение измерительного датчика. Таким образом, хотя электрическое напряжение измерительного датчика изменяется с температурой, заданное электрическое напряжение измерительного датчика регулируется, чтобы скомпенсировать изменения электрического напряжения измерительного датчика, которые связаны с изменением температуры. В соответствии с одним вариантом реализации, температурно-скомпенсированное заданное электрическое напряжение измерительного датчика производится с использованием Температурного Коэффициента Br, чтобы скомпенсировать изменение свойств магнитного поля магнитов, используемых в измерительных датчиках LPO, RPO. Поэтому измерительная электроника 20 не повышает амплитуду трубки в ответ на уменьшенное электрическое напряжение измерительного датчика, вызванное повышением температуры, но вместо этого формирует новое температурно-скомпенсированное заданное электрическое напряжение измерительного датчика, которое учитывает изменение напряженности магнитного поля. Настоящее изобретение предоставляет способ, который может и снизить требующуюся для расходомера мощность, а также увеличить долговечность трубок.
Подробные описания вышеупомянутых вариантов реализации не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов реализации, рассматриваемых изобретателями, как находящиеся в объеме притязаний изобретения. Действительно, специалисты в данной области техники увидят, что некоторые элементы вышеописанных вариантов реализации могут по-разному быть объединены или исключены, чтобы создать дополнительные варианты реализации, и такие дополнительные варианты реализации находятся в пределах объема притязаний и принципов изобретения. Специалистам в данной области техники будет также очевидно, что вышеописанные варианты реализации могут быть объединены полностью или частично, чтобы создать дополнительные варианты реализации в пределах объема притязаний и принципов изобретения.
Таким образом, хотя конкретные варианты реализации и примеры для изобретения описаны здесь в иллюстративных целях, различные эквивалентные модификации возможны в рамках объема притязаний изобретения, 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.