УЛЬТРАЗВУКОВОЕ ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЫЧИСЛЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ С ВВЕДЕННОЙ ПОПРАВКОЙ
ULTRASONIC MEASUREMENT OF FLOW RATE USING CALCULATED TEMPERATURE WITH INTRODUCED CORRECTION

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной патентной заявке США №61/697,922, поданной 7 сентября 2012 года (дело патентного поверенного №1787-27500, М&С 201209), и по патентной заявке США №13/928,635, поданной 27 июня 2013 года (дело патентного поверенного №1787-27501, М&С 201209), которые настоящим полностью включены в настоящую заявку посредством ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Природный газ транспортируют от одного места к другому посредством трубопроводов. Необходимо точно знать количество газа, протекающего через трубопровод, и, в частности, точность необходима при переходе текучей среды к другому владельцу или при «передаче продукта». Однако, даже при отсутствии «передачи продукта», необходима точность измерений, и в этих ситуациях могут быть использованы расходомеры.
[0003] Ультразвуковые расходомеры представляют собой такой тип расходомера, который может быть использован для измерения количества текучей среды, протекающей в трубопроводе. Ультразвуковые расходомеры имеют точность, достаточную для их использования при передаче продукта. В ультразвуковом расходомере акустические сигналы отправляют в одну сторону и в обратную сторону через поток текучей среды, который должен быть измерен. На основании параметров принятых акустических сигналов определяют скорость потока текучей среды в расходомере. Объем текучей среды, протекающей через расходомер, может быть определен на основании определенных скоростей потока и известной площади сечения расходомера.
[0004] Различные преобразователи используют вместе с ультразвуковым расходомером для измерения параметров потока текучей среды. Например, преобразователи могут быть использованы для измерения температуры, давления, состава газа, плотности, относительной плотности, теплотворной способности и т.п.потока текучей среды.
[0005] Точное измерение температуры важно в системах измерения расхода для обеспечения возможности выполнения расчетов массы, поправки на объем и энергии. Скорость звука в газе (например, природном газе) зависит от состава газа, температуры газа и давления газа. И наоборот, температуру можно рассматривать в качестве функции от скорости звука в газе, состава газа и давления газа. В ультразвуковой измерительной системе, оборудованной преобразователями давления и состава газа, для оценки температуры могут быть использованы измеренная скорость звука (вычисленная на основании времени прохождения акустических сигналов), давление и состав газа.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] В настоящей заявке раскрыты устройство и способы проверки результатов измерения температуры в ультразвуковой системе измерения расхода. Ультразвуковая система измерения расхода содержит канал для протекания текучей среды, датчик температуры, ультразвуковой расходомер и устройство обработки данных о расходе. Датчик температуры размещен для выдачи значения измеренной температуры текучей среды, протекающей в канале. Ультразвуковой расходомер выполнен с возможность измерения времени прохождения ультразвукового сигнала через текучую среду. Устройство обработки данных о расходе выполнено с возможностью: 1) вычисления скорости звука через текучую среду на основании времени прохождения, 2) расчета вычисленной температуры текучей среды на основании скорости звука, 3) применения поправки, на основании предыдущей разницы между вычисленной температурой и измеренной температурой, к параметру проверки температуры и 4) определения, на основании параметра проверки температуры, находится ли текущая разница между измеренной температурой и вычисленной температурой в пределах предварительно определенного диапазона проверки температуры.
[0007] В другом варианте реализации способ введения температурной поправки в результаты ультразвукового измерения включает измерение температуры потока текучей среды, протекающей через ультразвуковой расходомер. Измеряют время прохождения ультразвуковых сигналов через поток текучей среды. Вычисляют вычисляемую температуру потока текучей среды на основании времени прохождения. Определяют, находится ли заданная разница между измеренной температурой и вычисленной температурой в пределах предварительно определенного диапазона проверки температуры. Перед определением, вводят поправку по меньшей мере в одно из измеренной температуры, вычисленной температуры, предварительно определенного диапазона проверки температуры и заданной разницы, на основании предыдущей разницы между вычисленной температурой и измеренной температурой.
[0008] Еще в одном варианте реализации устройство обработки данных о расходе содержит процессорное устройство для вычисления температурного отклонения, процессорное устройство для проверки температуры и процессорное устройство для вычисления температурной поправки. Процессорное устройство для вычисления температурного отклонения выполнено с возможностью расчета вычисляемой температуры потока текучей среды на основании измеренной скорости звука через поток текучей среды. Процессорное устройство для проверки температуры выполнено с возможностью определения того, находится ли текущая разница вычисленной температуры и измеренной температуры потока текучей среды в пределах предварительно определенного диапазона проверки. Процессорное устройство для вычисления температурной поправки выполнено с возможностью определения значения поправки на основании предыдущей разницы между вычисленной температурой и измеренной температурой. Процессорное устройство для вычисления температурной поправки также выполнено с возможностью применения значения поправки по меньшей мере к одному из следующего: измеренная температура, вычисленная температура, предварительно определенный диапазон проверки и текущая разница, для использования процессорным устройством для проверки температуры.
[0009] Еще в одном варианте реализации ультразвуковая система измерения расхода содержит канал для протекания текучей среды, ультразвуковой расходомер и устройство обработки данных о расходе. Ультразвуковой расходомер выполнен с возможность измерения времени прохождения ультразвукового сигнала через текучую среду. Устройство обработки данных о расходе выполнено с возможностью: 1) вычисления скорости звука через текучую среду на основании времени прохождения, 2) расчета вычисленной температуры текучей среды на основании скорости звука, 3) определения, находится ли текущая разница вычисленной температуры и измеренной температуры текучей среды в пределах предварительно определенного диапазона проверки, 4) определения значения поправки на основании предыдущей разницы между вычисленной температурой и измеренной температурой, 5) применения значения поправки к вычисленной температуре и 4) определения объема потока через канал на основании вычисленной температуры с введенной поправкой.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0010] Для подробного описания иллюстративных вариантов реализации настоящего изобретения, будет приведена ссылка на прилагаемые чертежи.
[0011] На фиг. 1 показана ультразвуковая система измерения расхода в соответствии с различными вариантами реализации.
[0012] На фиг. 2 показан вид сверху в разрезе ультразвукового расходомера в соответствии с различными вариантами реализации.
[0013] На фиг. 3 показан иллюстративный график измеренной температуры и вычисленной температуры в ультразвуковой системе измерения расхода.
[0014] На фиг. 4 показана структурная схема устройства обработки данных о расходе в соответствии с различными вариантами реализации.
[0015] На фиг. 5 показан иллюстративный график измеренной температуры и вычисленной температуры с введенной поправкой в ультразвуковой системе измерения расхода в соответствии с различными вариантами реализации.
[0016] На фиг. 6 показан иллюстративный график разницы измеренной температуры и вычисленной температуры с введенной поправкой в ультразвуковой системе измерения расхода в соответствии с различными вариантами реализации.
[0017] На фиг. 7 показана структурная схема основанного на устройстве обработки данных варианта реализации устройства обработки данных о расходе.
[0018] На фиг. 8 показана блок-схема способа проверки результата измерения температуры в ультразвуковой системе измерения расхода в соответствии с различными вариантами реализации.
ОБОЗНАЧЕНИЯ И ТЕРМИНОЛОГИЯ
[0019] В приведенных далее разделе «Осуществление изобретения» и формуле изобретения, термины «включающий» и «содержащий» использованы в неограничивающем значении и, следовательно, должны быть интерпретированы как «включающий, но без ограничения…». Кроме того, термин «соединяют» или «соединяет» означает непрямое или прямое электрическое соединение. Таким образом, если первое устройство соединено со вторым устройством, то такое соединение может быть реализовано посредством прямого электрического соединения или посредством непрямого электрического соединения, осуществленного посредством других устройств и соединений. Кроме того, термин «программное обеспечение» содержит любой выполняемый код, выполненный с возможностью запуска на устройстве обработки данных вне зависимости от среды, используемой для хранения этого программного обеспечения. Таким образом, код, хранящийся в памяти (например, энергонезависимой памяти) и иногда называемый «встроенным программно-аппаратным обеспечением», включен в определение термина «программное обеспечение». Фраза «основанный на» означает «основанный по меньшей мере частично на». Таким образом, если X основано на Y, то X может быть основано на Y и на любом количестве других факторов. Термин «текучая среда» включает жидкости и газы.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0020] Приведенное далее описание направлено на различные иллюстративные варианты реализации настоящего изобретения. Фигуры в разделе «Чертежи» не обязательно приведены в масштабе. Конкретные признаки различных вариантов реализации могут быть показаны в увеличенном масштабе или в некоторой схематической форме, а некоторые сведения об обычных элементах могут и не быть показаны в интересах ясности и краткости. Раскрытые варианты реализации не следует интерпретировать или другим образом использовать для ограничения объема настоящего изобретения, включая формулу изобретения. Кроме того, специалисту в области техники будет понятно, что приведенное далее описание имеет широкое применение, а описание любого варианта реализации предназначено только для иллюстрирования этого варианта реализации, а не для указания на то, что объем настоящего изобретения, включая формулу изобретения, ограничен этим вариантом реализации. Следует понимать, что различные идеи описанных далее различных вариантов реализации могут быть использованы по отдельности или в любой подходящей комбинации для обеспечения необходимых результатов. Кроме того, различные варианты реализации были разработаны в контексте измерительных потоков углеводородов (например, сырая нефть, природный газ), а описание следует из связанного с разработкой контекста, однако описанные системы и способы в равном степени применимы для измерения любого потока текучей среды.
[0021] Поскольку температура текучей среды воздействует на скорость звука через текучую среду и, в свою очередь, воздействует на точность результата ультразвукового измерения расхода, правильная работа преобразователей температуры, используемых при измерении температуры, должна проверяться в плановом порядке. Точность результата измерения температуры, необходимая в ультразвуковой измерительной системе, может регулироваться посредством одного или более национальных, международных и/или промышленных стандартов или регламентов. Например, стандарт NORSOK 1-104, относящийся к фискальным измерительным системам для измерения углеводородного газа, устанавливает, что общая неопределенность результата измерения температуры бывает больше, чем ±0,15 градусов Цельсия.
[0022] Обычные способы проверки приборов для измерения температуры (например, преобразователь температуры, датчик температуры и т.п.) в ультразвуковой системе измерения расхода применяют профилактическое обслуживание для обеспечения проверки на месте (in situ). Например, результаты измерения температуры, выданные прибором для измерения температуры измерительной системы, могут быть сравнены с результатами параллельных измерений, выданных прибором для измерения температуры, откалиброванным аккредитованной лабораторией. Такая проверка требует добавления теплового воздействия для испытания и остановки измерительной системы. В альтернативном варианте измерительная система может содержать две совокупности измерительных приборов для измерения температуры с тем, чтобы обеспечить возможность непрерывного сравнения избыточных измерительных приборов. К сожалению, обычные способы имеют тенденцию к увеличению системных издержек за счет необходимости в дополнительном оборудовании и/или за счет наличия времени простоя системы.
[0023] Варианты реализации ультразвуковой измерительной системы, раскрытые в настоящей заявке, проверяют работу приборов для измерения температуры без необходимости в наличие дополнительного оборудования, а также без остановки системы, что уменьшает общие системные издержки. Варианты реализации, раскрытые в настоящей заявке, сравнивают результаты измерения температуры, выданные прибором для измерения температуры измерительной системы, со значениями температуры, вычисленными на основании результатов измерений скорости звука, давления текучей среды, состава текучей среды и т.п., выданных ультразвуковой измерительной системой. Варианты реализации включают введение поправки для регулирования значений вычисленной температуры. Значения температуры с введенной поправкой могут быть сравнены со значениями измеренной температуры для определения того, соответствуют ли технические характеристики измерительных приборов для измерения температуры применяемому стандарту. При отсутствии поправки, раскрытой в настоящей заявке, различия между значениями измеренной температуры и вычисленной температуры могут препятствовать сравнению.
[0024] На фиг. 1 показана ультразвуковая система измерения расхода 100 в соответствии с различными вариантами реализации. Система 100 содержит ультразвуковой расходомер 101, датчики 134, 136 138 и устройство 128 обработки данных о расходе. В системе 100 ультразвуковой расходомер 101 соединен с трубой или другой конструкцией 132. В некоторых вариантах реализации труба 132 расположена ниже по потоку по отношению к ультразвуковому расходомеру 101. Труба 132 содержит отверстия 144, которые обеспечивают возможность доступа датчиков 134-138 к потоку текучей среды, протекающей через систему 100. Устройство 128 обработки данных о расходе соединено с датчиками 134-138 и ультразвуковым расходомером 101. В некоторых вариантах реализации устройство 128 обработки данных о расходе может быть выполнено за одно целое с электронными устройствами 124 ультразвукового расходомера 101.
[0025] Ультразвуковой расходомер 101 содержит основную часть расходомера или патрубок 102, который задает центральный канал или центральное отверстие. Патрубок 102 выполнен и сконструирован с возможностью его соединения с трубопроводом или другой конструкцией, переносящей текучие среды (например, природный газ) таким образом, что эти текучие среды, протекающие через трубопровод, проходят через центральное отверстие. Несмотря на то, что текучие среды проходят через центральное отверстие, ультразвуковой расходомер 101 измеряет расход (следовательно, текучая среда может быть названа как измеряемая текучая среда). Патрубок 102 содержит выступы 106, которые облегчают соединение патрубка 102 с другой конструкцией. В других вариантах реализации для соединения патрубка 102 с конструкцией (например, соединения сваркой) может быть эквивалентным образом использована любая подходящая система.
[0026] Для измерения расхода текучей среды в патрубке 102, ультразвуковой расходомер 101 содержит множество блоков преобразователей. На виде по фиг. 1 показан полный или частичный вид пяти таких блоков 108, 110, 112, 116 и 120 преобразователей. Блоки преобразователей расположены парами (например, блоки преобразователей 108 и 110), как будет дополнительно описано далее. Кроме того, каждый блок преобразователя электрически соединен с блоком 124 управляющих электронных устройств. В частности, каждый блок преобразователя электрически соединен с блоком 124 управляющих электронных устройств посредством соответствующего кабеля 126 или эквивалентного блока для передачи сигналов.
[0027] На фиг. 2 показан вид сверху в разрезе ультразвукового расходомера 101. Патрубок 102 имеет предварительно определенный размер и задает центральное отверстие 104, через которое протекает измеряемая текучая среда. Иллюстративная пара блоков 112 и 114 преобразователей расположена вдоль длины патрубка 102. Преобразователи 112 и 114 представляют собой акустические приемопередатчики, а еще точнее ультразвуковые приемопередатчики. Ультразвуковые преобразователи 112, 114 генерируют и принимают акустические сигналы, имеющие частоты, составляющие более приблизительно 20 килогерц. Акустические сигналы могут быть сгенерированы и приняты пьезоэлектрическим элементом в каждом преобразователе. Для генерирования ультразвукового сигнала, пьезоэлектрический элемент возбуждается электрическим образом посредством сигнала (например, синусоидального сигнала) и реагирует на это вибрацией. Вибрация пьезоэлектрического элемента генерирует акустический сигнал, который проходит через измеряемую текучую среду на соответствующий блок преобразователя из пары. Аналогичным образом, после того, как о него ударяется акустический сигнал, принимающий пьезоэлектрический элемент вибрирует и генерирует электрический сигнал (например, синусоидальный сигнал), который регистрируется, оцифровывается и анализируется электронными устройствами 124, связанными с расходомером 101.
[0028] Траектория 200, также называемая как «хорда», проходит между иллюстративными блоками 112 и 114 преобразователей под углом θ к центральной линии 202. Длина хорды 200 представляет собой расстояние между лицевой стороной блока 112 преобразователя и лицевой стороной блока 114 преобразователя. Точки 204 и 206 задают места, в которых акустические сигналы, сгенерированные блоками 112 и 114 преобразователей, входят в текучую среду, протекающую через патрубок 102, и выходят из нее (то есть, вход в отверстие патрубка). Положение блоков 112 и 114 преобразователей может быть задано посредством угла θ, посредством первой длины L, измеренной межу лицевыми сторонами блоков 112 и 114 преобразователей, второй длины X, соответствующей осевому расстоянию между точками 204 и 206, и третьей длины d, соответствующей внутреннему диаметру трубы. В большинстве случаев расстояния d, X и L точно определяют во время производства расходомера. Измеряемая текучая среда, такая как природный газ, протекает в направлении 208 с профилем 210 скорости. Вектора 212, 214, 216 и 218 скорости иллюстрируют то, что скорость газа через патрубок 102 увеличивается по направлению к центральной линии 202 патрубка 102.
[0029] Сначала расположенный ниже по ходу потока блок 112 преобразователя генерирует ультразвуковой сигнал, который попадает на расположенный вверху по потоку блок 114 преобразователя и, таким образом, регистрируется им. Через некоторое время расположенный выше по потоку блок 114 преобразователя генерирует ответный ультразвуковой сигнал, который по существу попадает на расположенный ниже по потоку блок 112 преобразователя и регистрируется им. Таким образом, блоки преобразователей обмениваются ультразвуковыми сигналами 220 вдоль хордальной траектории 200 или играют с ними в «питчера и кетчера». Во время работы данная последовательность может возникать тысячи раз в минуту.
[0030] Время прохождения ультразвукового сигнала 220 между иллюстративными блоками 112 и 114 преобразователей частично зависит от того, совершает ли акустический сигнал 220 перемещение вверх по потоку или вниз по потоку по отношению к потоку текучей среды. Время прохождения ультразвукового сигнала, перемещающегося вниз по потоку (то есть, в том же самом направлении, что и направление потока текучей среды), меньше времени прохождения этого сигнала при его перемещении вверх по потоку (то есть, против потока текучей среды). Время прохождения вверх по потоку и время прохождения вниз по потоку могут быть использованы для расчета средней скорости вдоль траектории сигнала, а также скорости звука в измеряемой текучей среде. Принимая во внимание результаты поперечных измерений расходомера 101, переносящего текучую среду, средняя скорость по отношению к площади центрального отверстия 104 могут быть использованы для нахождения объема текучей среды, протекающей через патрубок 102.
[0031] Ультразвуковые расходомеры могут иметь одну или более хорд. Например, расходомер 101 содержит четыре хордальные траектории на различных уровнях в патрубке 102. Скорость потока текучей среды может быть определена на каждой хорде для получения скоростей хордальных потоков, причем скорости хордальных потоков объединены для определения средней скорости потока по всей трубе. На основании средней скорости потока может быть определено количество, текучей среды, протекающей в патрубке, и, таким образом, в трубопроводе.
[0032] Обычно, управляющие электронные устройства 124 вызывают то, что преобразователи (например, преобразователи 112, 114) выдают и принимают выходные сигналы от преобразователей. Управляющие электронные устройства 124 могут также вычислять среднюю скорость потока для каждой хорды, вычислять среднюю скорость потока для расходомера, вычислять объемный расход через расходомер, вычислять скорость звука через текучую среду и выполнять диагностику расходомера. Объемный расход и возможные другие измеренные и вычисленные значения, такие как скорость потока и скорость звука, могут быть выданы на другие устройства, такие как устройство 128 обработки данных о расходе. Как упоминалось выше, в некоторых вариантах реализации устройство 128 обработки данных о расходе может содержаться в управляющих электронных устройствах 124.
[0033] Для рассматриваемой хорды, скорость хордального потока получена следующим образом:
а хордальная скорость звука получена следующим образом:
причем:
представляет собой длину траектории (то есть, интервал один к одному между расположенными вверху по потоку преобразователями и расположенными внизу по потоку преобразователями),
представляет собой компонент в отверстии расходомера в направлении потока, а
и представляют собой соответственно время прохождения вверх по потоку и время прохождения вниз по потоку звуковой энергии через текучую среду.
[0034] Средняя скорость потока через расходомер 101 получена следующим образом:
причем:
wi представляет собой хордальный весовой коэффициент,
vi представляет собой измеренную скорость хордального потока, а
суммирование i осуществляют по всем хордам.
[0035] Согласно фиг. 1, датчики 134-138 измеряют различные характеристики или параметры текучей среды и выдают результаты измерений на устройство 128 обработки данных о расходе посредством среды 142 для передачи сигналов (например, проводной среды). Датчик 134 представляет собой датчик состава газа, такой как газовый хроматограф, который выдает информацию, характеризующую количество каждого компонента газа, протекающего через систему 100. Датчик 136 представляет собой датчик давления, который выдает сигналы, характеризующие давление текучей среды, протекающей в системе 100. Датчик 138 представляет собой датчик температуры (например, резистивный датчик температуры), который выдает сигналы, характеризующие температуру текучей среды, протекающей через систему 100. Датчик температуры 138 проходит во внутренний канал 140 трубы 132 и измеряет температуру текучей среды, протекающей через систему 100 на конце датчика 138. Таким образом, датчик температуры 138 расположен для измерения температуры текучей среды на конкретной высоте.
[0036] На основании информации о составе текучей среды, давлении текучей среды и о температуре текучей среды, выданных соответственно датчиками 134, 136 и 138, устройство 128 обработки данных о расходе может вычислять скорость звука через поток текучей среды с использованием предварительно определенных теоретических или экспериментальных значений. Например, устройство 128 обработки данных о расходе может вычислять скорость звука в текучей среде, как указано в отчете №10 Газовой ассоциации США с названием «Скорость звука в природном газе и других родственных углеводородах» (AGA 10). Некоторые варианты реализации устройства 128 обработки данных о расходе могут использовать данную вычисленную скорость звука для проверки значений скорости звука, измеренных для каждой хорды расходомера 101.
[0037] Аналогичным образом, на основании результатов измерений скорости звука, выданных ультразвуковым расходомером 101, и результатов измерений, выданных датчиками 134, 136, устройство 128 обработки данных о расходе может вычислять температуру текучей среды, протекающей через ультразвуковую измерительную систему 100. Устройство 128 обработки данных о расходе может вычислять температуру с использованием итерационного реверсирования вычисления скорости звука, установленного отчетом №10 Газовой ассоциации США (AGA 10), на основании измеренной скорости звука, выданной ультразвуковым расходомером 101, измеренного состава текучей среды, выданного датчиком 134, и измеренного давления текучей среды, выданного датчиком 136.
[0038] На фиг. 3 показан иллюстративный график измеренной температуры и вычисленной температуры в ультразвуковой системе 100 измерения расхода. Устройство 128 обработки данных о расходе может рассчитывать вычисляемую температуру с использованием итерационного реверсирования вычисления скорости звука, установленного отчетом №10 Газовой ассоциации США (AGA 10), на основании измеренной скорости звука, выданной ультразвуковым расходомером 101, измеренного состава текучей среды, выданного датчиком 134, и измеренного давления текучей среды, выданного датчиком 136. На фиг. 3 также показаны верхние и нижние пороговые значения для предупредительного сообщения в окрестности измеренной температуры. В данном примере верхние и нижние пороговые значения для предупредительного сообщения соответствуют пороговым значениям неопределенности в ±0,15°C, установленным норвежским стандартом NORSOK. В альтернативном варианте различные могут быть применены пороговые значения, например пороговые значения, вводимые другим стандартом. На фиг. 3 показано, что вычисленная температура обычно отслеживает измеренную температуру, однако погрешность между ими двумя является слишком большой для того, чтобы обеспечить возможность прямого сравнения, когда рассматривают примененные пороговые значения для предупредительного сообщения.
[0039] Различные факторы могут вносить вклад в погрешность между измеренной температурой и вычисленной температурой. Например, вклад в погрешность может быть обусловлен следующим:
- неопределенность в расчете вычисленной температуры,
- разница в температуре в одиночном месте измерения датчика температуры и взвешенной средней хордовой температуре вычисленной температуры,
- тепловой лаг между резистивным датчиком температуры (RTD) и преобразователем температуры датчика температуры 138 и/или
- непригодность размера резистивного датчика температуры (RTD) для использования с установочным профилем ультразвуковой измерительной системы 100.
[0040] Варианты реализации устройства 128 обработки данных о расходе применяют поправочный коэффициент для регулирования погрешности между значениями измеренной температуры и вычисленной температуры. Применение поправочного коэффициента обеспечивает возможность прямого сравнения значений измеренной температуры и вычисленной температуры, а точность измеренной температуры должна быть оценена на основании сравнения. На фиг. 4 показана блок-схема устройства 128 обработки данных о расходе в соответствии с различными вариантами реализации. Устройство 128 обработки данных о расходе содержит процессорное устройство 402 для вычисления температурного отклонения, процессорное устройство 404 для введения поправки и процессорное устройство 406 для проверки температуры. Процессорное устройство 402 для вычисления температурного отклонения вычисляет вычисляемую температуру потока текучей среды, протекающего через ультразвуковую измерительную систему 100. Измеренные параметры 410 текучей среды (например, давление, состав и скорость звука) выдают на процессорное устройство 402 для вычисления температурного отклонения, а процессорное устройство 402 для вычисления температурного отклонения генерирует вычисленную температуру на основании параметров 410. Процессорное устройство 402 для вычисления температурного отклонения может реверсировать вычисления скорости звука, установленные отчетом №10 Газовой ассоциации США (AGA 10), для генерирования вычисленной температуры.
[0041] Процессорное устройство 404 для вычисления температурной поправки вычисляет поправочный коэффициент, который должен быть применен при определении того, являются ли измеренная температура 412 и вычисленная температура 414 достаточно различными для характеристики потенциальной погрешности измерения температуры. Поправочный коэффициент может быть основан на предыдущей разнице между измеренной температурой 412 и вычисленной температурой 414. Различные варианты реализации процессорного устройства 404 для вычисления температурной поправки могут применять поправочный коэффициент к параметру проверки температуры, выбранной из следующего: вычисленная температура, измеренная температура, диапазон проверки температуры (например, указанный в стандарте диапазон неопределенности температуры) или разница между измеренной и вычисленной температурами. Как упоминалось выше, разницы между измеренной температурой и вычисленной температурой могут быть вызваны одной или более зависимых от места переменных. Таким образом, варианты реализации процессорного устройства 404 для вычисления температурной поправки определяют значение предыдущей разницы на основании измеренной температуры 412 и вычисленной температуры 414, полученных после того, как система 100 была установлена и приведена в действие в ее месте работы.
[0042] Некоторые варианты реализации процессорного устройства 404 для вычисления температурной поправки могут контролировать разницу между соответствующими времени значениями измеренной и вычисленной температур 412, 414 с течением времени и могут генерировать значение предыдущей разницы в виде среднего значения от разниц с течением времени. В других вариантах реализации одиночная разница мгновенных значений между измеренной и вычисленной температурами 412, 414 может быть выбрана в качестве предыдущего значения разницы (например, если разницы между измеренными и вычисленными температурами остаются постоянными с течением времени). В некоторых вариантах реализации могут быть определены множество предыдущих значений, каждое из которых соответствует предварительно определенному диапазону измеренных или вычисленных температур.
[0043] Процессорное устройство 404 для вычисления температурной поправки может генерировать значение с введенной поправкой вычисленной температуры, измеренной температуры или диапазон проверки путем корректировки значения температуры или диапазона проверки на предыдущее значение. Например, процессорное устройство 404 для вычисления температурной поправки может добавлять предыдущее значение и вычисленную температуру 414 без введенной поправки для получения температуры 416 с введенной поправкой, которая может быть сравнена непосредственно с измеренной температурой 412. Аналогичным образом, процессорное устройство 404 для вычисления температурной поправки может добавлять предыдущее значение и измеренную температуру 412 для получения температуры 416 с введенной поправкой, которая может быть сравнена непосредственно с вычисленной температурой 414.
[0044] Процессорное устройство 406 для проверки температуры генерирует предупредительное сообщение 420, указывающий на то, что погрешность между измеренной температурой 412 и вычисленной температурой 414 является достаточно большой для того, чтобы указывать на потенциальную погрешность измерений температуры. Например, процессорное устройство 406 для проверки температуры может сравнивать измеренную температуру 412 с вычисленной температурой 416 с введенной поправкой, а если разница между измеренной температурой и вычисленной температурой с введенной поправкой выходит за пределы предварительно определенного диапазона проверки (например, установленной в стандарте неопределенности), то затем процессорное устройство 406 для проверки температуры может выдавать предупредительное сообщение 420. В частности, в одну из вычисленной температуры и измеренной температуры введена поправка, а в другую температуру из вычисленной температуры и измеренной температуры поправка не введена. Процессорное устройство 406 для проверки температуры может определить то, находится ли разница между значением температуры с введенной поправкой и значением температуры без введенной поправки в пределах пороговых значений диапазона проверки температуры.
[0045] На фиг. 5 показан иллюстративный график измеренной температуры и вычисленной температуры с введенной поправкой в ультразвуковой системе измерения расхода 100 в соответствии с различными вариантами реализации. Данные по фиг. 5 соответствуют данным по фиг. 3 при применении поправки к данным по фиг. 3 для генерирования данных по фиг. 5. Для генерирования данных по фиг. 5, процессорное устройство 402 для вычисления температурного отклонения, рассчитало, что значения вычисленной температуры, показанные на фиг. 3, находятся за пределами нижнего и верхнего пороговых значений диапазона проверки. Процессорное устройство 404 для вычисления температурной поправки сравнило значение предыдущей разницы в -0,37833°C на основании значений вычисленной температуры и измеренной температуры и добавило значение предыдущей разницы к вычисленной температуре для генерирования температуры с введенной поправкой, показанной на фиг. 5. Как показано на фиг. 5, вследствие наличия поправки, разница между измеренной температурой и температурой с введенной поправкой является относительно небольшой и находится в пределах пороговых значений диапазона проверки температуры.
[0046] В некоторых вариантах реализации процессорное устройство 404 для вычисления температурной поправки применяет значение предыдущей разницы для введения поправки в диапазон проверки температуры. В одном таком варианте реализации поправка центрирует диапазон проверки температуры по значению предыдущей разницы. Процессорное устройство 406 для проверки температуры сравнивает предыдущее значение разницы между измеренной и вычисленной температурами с разницей между текущими значениями измеренной и вычисленной температур. Если разница между значением предыдущей разницы и значением текущей разницы превышает верхние или нижние пороговые значения диапазона проверки температуры с введенной поправкой, то затем процессорное устройство 406 для проверки температуры выдает предупредительное сообщение 420. На фиг. 6 показан иллюстративный график предыдущей разницы и текущей разницы измеренной температуры и вычисленной температуры в ультразвуковой системе измерения расхода 100 в соответствии с различными вариантами реализации. Данные по фиг. 6 соответствуют данным по фиг. 3 при применении поправки к данным по фиг. 3 для генерирования данных по фиг. 6. Процессорное устройство 404 для вычисления температурной поправки сгенерировало предыдущее значение в -0,37833°C и применило это предыдущее значение для корректировки диапазона проверки температуры (то есть, диапазон центрирован по предыдущей разнице). Как показано на фиг. 6, разница между предыдущим значением температуры и значением текущей разницы является относительно небольшой и находится в пределах пороговых значений диапазона проверки температуры. В альтернативном варианте диапазон проверки температуры может быть центрирован в ноль, а разница между измеренной и вычисленной температурами может быть откорректирована согласно предыдущей разнице.
[0047] Согласно фиг. 4, варианты реализации устройства 128 обработки данных о расходе могут также содержать процессорное устройство 408 для вычисления объема потока. Процессорное устройство 408 для вычисления объема потока определяет объем текучей среды, протекающей через ультразвуковую систему 100 измерения расхода при заданных температуре и давлении (например, текущих измеренной температуры и давлении потока текучей среды). В некоторых вариантах реализации процессорное устройство 408 для вычисления объема потока определяет объем потока на основании температуры 416 с введенной поправкой, сгенерированной процессорным устройством 404 для вычисления температурной поправки, а не измеренной температуры, выданной датчиком температуры 138.
[0048] В некоторых вариантах реализации устройства 128 обработки данных о расходе, процессорное устройство 404 для вычисления температурной поправки применяет поправочный коэффициент для регулирования значения вычисленной температуры 414, что обеспечивает генерирование вычисленной температуры с введенной поправкой. Процессорное устройство 408 для вычисления объема потока может применять вычисленную температуру с введенной поправкой для вычисления объема потока текучей среды. Вычисленная температура с введенной поправкой может быть применена вместо значения 412 измеренной температуры. В вариантах реализации системы 100 измерения расхода, применяющей таким образом вычисленную температуру с введенной поправкой, датчик температуры 138 может быть опущен. Процессорное устройство для компенсации температуры может устанавливать поправочный коэффициент на основании результатов измерений температуры, выданных датчиком температуры, соединенным с системой 100 измерения расхода, для целей определения поправочного коэффициента. Например, преобразователь температуры, откалиброванный аккредитованной лабораторией, может быть временно включен в систему 100 посредством канала для термопары для проведения испытаний. После того, как были получены результаты измерений температуры, достаточные для установления поправочного коэффициента, датчик температуры может быть удален из системы 100.
[0049] Варианты реализации процессорного устройства 402 для вычисления температурного отклонения, процессорного устройства 404 для вычисления температурной поправки, процессорного устройства 406 для проверки температуры, процессорного устройства 408 для вычисления расхода содержат аппаратные средства и программные ресурсы (то есть, инструкции) для выполнения функций, раскрытых в настоящей заявке. Например, некоторые варианты реализации процессорного устройства 402 для вычисления температурного отклонения, процессорного устройства 404 для вычисления температурной поправки, процессорного устройства 406 для проверки температуры и процессорного устройства 408 для вычисления расхода могут быть реализованы в виде одного или более устройств обработки данных, выполняющих инструкции, извлеченные из машиночитаемого носителя данных. Устройства обработки данных, подходящие для реализации процессорных устройств 402-408, могут содержать микропроцессоры общего назначения, устройства обработки цифровых сигналов, микроконтроллеры или другие устройства, выполненные с возможностью выполнения инструкций, извлеченных из машиночитаемого носителя данных. Архитектуры устройств обработки данных обычно содержать функциональные блоки (например, с фиксированной запятой, с плавающей запятой, целочисленные и т.п.), запоминающее устройство (например, регистры, память т.п.), средства декодирования инструкций, периферийные устройства (например, контроллеры прерываний, таймеры, контроллеры прямого доступа к памяти и т.п.), системы ввода-вывода (например, последовательные порты, параллельные порты и т.п.) и различные другие компоненты и подсистемы. Машиночитаемый носитель данных для долговременного хранения данных, подходящий для хранения инструкций процессорных устройств 402-408, может содержать энергозависимое запоминающее устройство, такое как оперативное запоминающее устройство, энергонезависимое запоминающее устройство (например, накопитель на жестких дисках, оптическое запоминающее устройство (например, компакт-диск (CD) или цифровой видеодиск (DVD)), флэш-память, постоянное запоминающее устройство) или их сочетание.
[0050] На фиг. 7 показана блок-схема основанного на устройстве обработки данных варианта реализации устройства 128 обработки данных о расходе. Вариант реализации устройства 128 обработки данных о расходе по фиг. 7 содержит устройство 700 обработки данных и запоминающее устройство 710, соединенное с устройством 700 обработки данных. Устройство 700 обработки данных представляет собой устройство выполнения инструкций, как описано выше. Запоминающее устройство 710 представляет собой машиночитаемый носитель данных, который описан выше. Устройство 700 обработки данных извлекает и выполняет инструкции, хранящиеся в запоминающем устройстве 710, считывает данные из запоминающего устройства 710 и записывает данные в запоминающее устройство 710. Запоминающее устройство содержит модуль 702 температурного отклонения, модуль 704 температурной поправки, модуль 706 проверки температуры и модуль 708 вычисления расхода, каждый из которых содержит инструкции для обеспечения реализации соответствующих процессорных устройств 402, 404, 406 и 408. Запоминающее устройство 712 может также содержать предыдущие данные 712 о температуре (например, предыдущие измеренные и/или вычисленные значения температур), используемые, например, для вычисления предыдущей разницы между измеренными и вычисленными результатами измерения температуры.
[0051] На фиг. 8 показана блок-схема способа 800 проверки результата измерения температуры в ультразвуковой системе измерения расхода в соответствии с различными вариантами реализации. Несмотря на то, что действия показаны последовательно для целей ясности, по меньшей мере некоторые из показанных действий могут быть выполнены в другом порядке и/или выполнены параллельно. Кроме того, некоторые варианты реализации могут выполнять только некоторые из показанных действий. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере некоторые из операций по фиг. 8, а также другие операции, описанные в настоящей заявке, могут быть реализованы в виде инструкций, хранящихся на машиночитаемой носителе 710 и выполняемых устройством 700 обработки данных.
[0052] В блоке 802 текучая среда протекает через центральный канал 104 ультразвукового расходомера 101 и мимо датчиков 134-138. Датчик температуры 138 измеряет температуру текучей среды, протекающей вокруг датчика температуры 138. Результат измерения температуры текучей среды, выданный датчиком температуры 138, характеризует температуру текучей среды, протекающей на уровне, на котором расположен датчик 508 температуры расположен в трубе 132.
[0053] В блоке 804 ультразвуковой расходомер 101 генерирует ультразвуковые сигналы, которыми обмениваются преобразователи каждой пары преобразователей (например, преобразователи 112, 114). Расходомер 101 измеряет время передачи ультразвукового сигнала между преобразователями и вычисляет значение скорости звука для каждой пары преобразователей (то есть, для каждой хордальной траектории), как показано в формуле (2).
[0054] В блоке 806 устройство 128 обработки данных о расходе вычисляет значение вычисляемой температуры потока текучей среды. Значение вычисленной температуры основано на измеренных значениях скорости звука, а также результатах измерений давления и состава текучей среды, выданных датчиками 134, 136. Устройство 128 обработки данных о расходе может рассчитывать вычисляемую температуру итерационным образом на основании реверсивных вычислений скорости звука из отчета №10 Газовой ассоциации США (AGA 10).
[0055] В блоке 808, если предыдущая разница между измеренной температурой и вычисленной температурой не была установлена, то затем, в блоке 810, устройство обработки данных о расходе вычисляет предыдущую разницу в том случае, если были накоплены достаточные данные о разницах. Устройство 128 обработки данных о расходе может основывать предыдущую разницу на значениях разницы, полученных с течением времени. Например, предыдущая разница может представлять собой среднее от значений разниц, полученных с течением времени, или может представлять собой разницу мгновенных значений, если разница между измеренной температурой и вычисленной температурой оказывается постоянной с течением времени. В некоторых вариантах реализации значение предыдущей разницы может быть определено для каждого поддиапазона температурного диапазона, в котором работает система 100 измерения расхода.
[0056] Если в блоке 808 была установлена предыдущая разница, то затем, в блоке 812, устройство обработки данных о расходе применяет предыдущую разницу для введения поправки в одно из вычисленной температуры, измеренной температуры и диапазона проверки температуры. Введение поправки может включать корректирование или сдвиг параметра, в который вводят поправку на предыдущее значение. Например, предыдущее значение может быть добавлено к значению температуры или может служить в качестве центрального значения диапазона проверки.
[0057] В блоке 814 устройство 128 обработки данных о расходе определяет, находится ли разница значений измеренной температуры и вычисленной температуры в пределах пороговых значений диапазона проверки температуры. Например, если диапазон проверки температуры связан с измеренной температурой, то затем устройство обработки данных о расходе может определить, находится ли вычисленная температура с введенной поправкой в пределах пороговых значений диапазона проверки. Аналогичным образом, если диапазон проверки температуры связан с вычисленной температурой, то затем устройство обработки данных о расходе может определить то, находится ли измеренная температура с введенной поправкой в пределах пороговых значений диапазона проверки. В альтернативном варианте, если диапазон проверки температуры связан со значением предыдущей разницы, то затем устройство обработки данных о расходе может определить, находится ли разница измеренной температуры и вычисленной температурой в пределах пороговых значений диапазона проверки. Пределы или пороговые значения диапазона проверки температуры могут соответствовать пределу неопределенности измерения температуры, задаваемому национальным, международным или промышленным стандартом.
[0058] Если в блоке 816 разница измеренной и вычисленной температур находится в пределах диапазона проверки температуры, то затем обработка продолжается с результата измерения температуры потока текучей среды в блоке 802. С другой стороны, если разница не находится в пределах диапазона проверки температуры, то затем устройство 128 обработки данных о расходе выдает предупредительное сообщение о температуре в блоке 818. Предупредительное сообщение о температуре может представлять собой визуальный индикатор, звуковой индикатор, сообщение и т.п., которое предупреждает оператора ультразвуковой системы 100 измерения расхода о потенциальной ошибке измерения температуры.
[0059] Таким образом, варианты реализации систем и способов, раскрытых в настоящей заявке, обеспечивают проверку приборов для измерения температуры в ультразвуковой системе измерения расхода без необходимости в использования дополнительных приборов и/или без простоя системы для осуществления испытания.
[0060] Приведенное выше описание предназначено для иллюстрации принципов различных иллюстративных вариантов реализации настоящего изобретения. Многие изменения и модификации будут очевидны специалистам в области техники после полного ознакомления с приведенным выше описанием. Предполагается, что приведенная далее формула изобретения может быть интерпретирована как охватывающая все такие изменения и модификации.