ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПРОТЕКАЮЩЕЙ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МАГИСТРАЛИ СРЕДЫ
MEASURING SYSTEM FOR MEDIUM FLOWING THROUGH PROCESS LINE

Изобретение относится к измерительной системе для измерения плотности протекающей по технологической магистрали, изменяющейся вдоль воображаемой оси течения измерительной системы в отношении термодинамического состояния, в частности, по меньшей мере, частично сжимаемой среды посредством датчика температуры, датчика давления, а также, по меньшей мере, временно связанного с датчиками температуры и давления измерительного электронного блока, который, по меньшей мере, временно формирует, по меньшей мере, одно измеренное значение плотности, максимально точно представляющее локальную плотность протекающей среды.
Для регистрации описывающих процесс измеряемых параметров протекающих сред, например параметра термодинамического состояния «плотность» или производных от него измеряемых параметров, и для формирования соответственно представляющих этот измеряемый параметр измеренных значений в технике измерения промышленных процессов, в частности также в связи с автоматизацией химических или технологических процессов, используются установленные вблизи процесса измерительные системы, которые образованы двумя или более связанными между собой, самостоятельными полевыми измерительными приборами, размещенными непосредственно на или в технологической магистрали, по которой протекает среда. Регистрируемыми измеряемыми параметрами могут быть помимо плотности, например, также другие, в частности регистрируемые датчиками и, следовательно, непосредственно измеряемые, параметры термодинамического состояния, например давление или температура, непосредственно или косвенно измеряемые параметры течения, например скорость, объемный или массовый расход, или другие комплексные транспортные параметры, например тепловой поток, а также другие специфические для среды измеряемые параметры, например вязкость, по меньшей мере, частично жидкой, порошко- или газообразной среды, которая соответственно направляется по технологической магистрали, выполненной, например, в виде трубопровода.
Особенно для косвенного, называемого ниже также виртуальным измерения плотности, основанного на формируемых датчиками измерительных сигналах давления и температуры, а также на возможных производных от них измеряемых параметрах, например массовом или объемном расходе, были разработаны многочисленные промышленные стандарты, которые рекомендуют в значительной степени нормированный, следовательно, сравнительный расчет, в частности также с использованием непосредственно зарегистрированных и, следовательно, реально измеренных температур и/или давлений, и которые находят свое применение в зависимости от области применения и среды. В качестве примеров таких стандартов можно назвать промышленный стандарт „IAWPS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam", International Association for the Properties of Water and Steam (IAWPS-IF97), "A.G.A. Manual for the Determination of Supercompressibility Factors for Natural Gas - PAR Research Project NX-19", American Gas Association (AGA-NX 19, Library of Congress No. 63-23358), международный стандарт ISO 12213:2006, Part 1-3 „Natural gas - Calculation of compressing factor", а также цитированные A.G.A. Compressibility Factors for Natural Gas and Other Related Hydrocarbon Gases", American Gas Association Transmission Measurement Committee Report No. 8 (AGA-8) и „High Accuracy Compressibility Factor Calculation for Natural Gases and Similar Mixtures by Use of a Truncated Viral Equation", GERG Technical Monograph TM2 1998 & Fortschritt-Berichte VDI, Series 6, No. 231 1989 (SGERG-88).
Часто определение плотности служит также для пересчета измеренного, точнее непосредственно массового расхода в измеренный косвенно или виртуально объемный расход, или наоборот. Для непосредственного измерения служащих для этого в качестве первичного измеряемого параметра параметров течения, например локальной скорости, локального объемного или локального массового расхода, измерительные системы рассматриваемого типа содержат, по меньшей мере, один соответствующий датчик течения, который, реагируя, в основном, на первично регистрируемый параметр течения среды или же на его изменения, формирует при работе, по меньшей мере, один, в частности электрический, измерительный сигнал, на который влияет первично зарегистрированный измеряемый параметр и который максимально точно представляет его. При этом, по меньшей мере, один датчик течения может быть выполнен, по меньшей мере, так, что он частично касается среды, например погружен в нее, или измеряет снаружи через стенку технологической магистрали или мембрану. Обычно датчик течения образован большей частью очень сложным преобразователем расхода, который соответствующим образом встроен непосредственно в направляющую среду технологическую магистраль или в байпас.
Распространенные преобразователи расхода выполнены обычно в виде предварительно изготовленного и предварительно калиброванного блока с помещаемой в соответствующую технологическую магистраль несущей трубой и, по меньшей мере, одним, предварительно установленным на ней физико-электрическим чувствительным элементом, который, при необходимости, во взаимодействии с самой несущей трубой и/или другими, в частности пассивно-инвазивными компонентами преобразователя расхода, такими, например, как направленные в течение препятствия, и/или активными компонентами преобразователя расхода, такими, например, как установленная снаружи на несущей трубе, вырабатывающая магнитное поле катушка или вырабатывающие звук преобразователи, по меньшей мере, один вырабатывающий измерительный сигнал датчик течения. Широко распространенными в промышленной технике измерений являются, в частности, магнитно-индуктивные преобразователи расхода, преобразователи расхода, измеряющие время прохождения введенных в протекающую среду ультразвуковых волн, вихревые преобразователи расхода, в частности преобразователи расхода Vortex, преобразователи расхода с вибрирующей измерительной трубой, преобразователи расхода, измеряющие разность давлений, или термические преобразователи расхода. Принципиальная конструкция и принцип действия магнитно-индуктивных преобразователей расхода достаточно описаны, например, в ЕР-А 1039269, US-A 6031740, US-A 5540103, US-A 5351554, US-A 4563904, а ультразвуковых преобразователей расхода, например, в US-B 6397683, US-B 6330831, US-B 6293156, US-B 6189389, US-A 5531124, US-A 5463905, US-A 5131279, US-A 4787252. Поскольку и другие, упомянутые выше, обычно реализованные в промышленных преобразователях расхода принципы измерений также достаточно известны специалисту, здесь дальнейшее пояснение этих и других зарекомендовавших себя в промышленной технике изменений, реализованных посредством преобразователей расхода принципов измерений, вполне можно опустить.
В случае регистрирующих параметры течения промышленных измерительных систем речь идет часто о таких измерительных системах, в которых, по меньшей мере, одно из формирующих измерительные сигналы, называемых далее реальными мест измерений образовано компактным врезным измерительным прибором с преобразователем расхода описанного выше типа. Другие примеры таких известных специалисту измерительных систем, образованных компактными врезными измерительными приборами с преобразователем расхода, подробно описаны, в том числе, в ЕР-А 605944, ЕР-А 984248, ЕР-А 1767908, GB-A 2142725, US-A 4308754, US-A 4420983, US-A 4468971, US-A 4524610, US-A 4716770, US-A 4768384, US-A 5052229, US-A 5052230, US-A 5131279, US-A 5231884, US-A 5359881, US-A 5458005, US-A 5469748, US-A 5687100, US-A 5796011, US-A 5808209, US-A 6003384, US-A 6053054, US-A 6006609, US-B 6352000, US-B 6397683, US-B 6513393, US-B 6644132, US-B 6651513, US-B 6651512, US-B 6880410, US-B 6910387, US-B 6938496, US-B 6988418, US-B 7007556, US-B 7010366, US-A 2002/0096208, US-A 2004/0255695, US-A 2005/0092101, US-A 2006/0266127, WO-A 88/02476, WO-A 88/02853, WO-A 95/08758, WO-A 95/16897, WO-A 97/25595, WO-A 97/46851, WO-A 98/43051, WO-A 00/36379, WO-A 00/14485, WO-A 01/02816, WO-A 02/086426, WO-A 04/023081 или WO-A 04/081500, WO-A 05/095092, как и в собственных, предварительно не опубликованных заявках DE 102006034296.8 и DE 102006047815.0.
Для дальнейшей обработки или оценки сформированных в измерительной системе измерительных сигналов она содержит далее, по меньшей мере, один соответствующий измерительный электронный блок. Измерительный электронный блок, подходящим образом связанный с соответствующим измерительным преобразователем, в частности также, по меньшей мере, с одним чувствительным элементом, периодически формирует при работе с использованием, по меньшей мере, одного измерительного сигнала, по меньшей мере, одно представляющее в данный момент измеряемый параметр измеренное значение, например массового расхода, объемного расхода, плотности, вязкости, давления, температуры и т.п. При этом измеренные значения, в частности косвенно или виртуально измеренное значение плотности, часто определяются посредством очень сложных расчетов по одному из упомянутых промышленных стандартов, например AGA 4, AGA 8, AGA-NX 19, IAWPS-IF97, SGERG-88 и т.п.
Для размещения измерительного электронного блока такие измерительные системы содержат в большинстве случаев соответствующий корпус, который, как это предложено, например, в US-A 6397683 или WO-A 00/36379, расположен на удалении от измерительного преобразователя и может быть соединен с ним гибким проводом. В качестве альтернативы или в дополнение к этому корпус, как это описано, например, также в ЕР-А 903651 или ЕР-А 1008836, с образованием компактного врезного измерительного прибора, например кориолисова массового расходомера/плотномера, ультразвукового расходомера, расходомера Vortex, термического расходомера, магнитно-индуктивного расходомера и т.п., может быть расположен непосредственно на измерительном преобразователе или на отдельно заключающем в себя измерительный преобразователь корпусе. В последнем случае корпус электронного блока, как это описано, например, в ЕР-А 9842486 US-A 4716770 или US-A 6352000, часто служит также для размещения заодно некоторых механических компонентов измерительного преобразователя, таких, например, как деформирующиеся при работе под механическим воздействием мембрано-, стержне-, втулкообразные или трубчатые деформационные или вибротела (US-A 6352000).
В измерительных системах описанного типа соответствующий измерительный электронный блок посредством соответствующих электрических проводов и/или беспроводным путем по радио обычно электрически соединен с пространственно удаленной в большинстве случаев и в большинстве случаев также пространственно распределенной вышестоящей электронной системой обработки данных, на которую формированные соответствующей измерительной системой измеренные значения близко по времени передаются посредством соответственно несущего их сигнала. Кроме того, измерительные системы описанного типа обычно соединены посредством предусмотренной внутри вышестоящей системы обработки данных, проводной и/или основанной на радиосвязи сети передачи данных между собой и/или с соответствующими электронными системами управления процессом, например установленными на месте системами управления с программируемой памятью или установленными в удаленной диспетчерской, управляющими процессом компьютерами, куда передаются формированные измерительной системой, подходящим образом оцифрованные и соответственно кодированные измеренные значения. Используя соответственно установленные программные компоненты, можно посредством управляющих процессом компьютеров обработать переданные измеренные значения и в виде соответствующих результатов измерений визуализировать, например, на мониторах и/или преобразовать в управляющие сигналы для других, выполненных в виде исполнительных приборов полевых приборов, например электромагнитных клапанов, электродвигателей и т.д. В соответствии с этим система обработки данных обычно служит также для кондиционирования формированного измерительным электронным блоком сигнала измеренных значений в соответствии с требованиями сетей передачи данных, например подходящим образом оцифровывания и, при необходимости, преобразования в соответствующую телеграмму, и/или для обработки на месте. Для этого в таких системах обработки данных предусмотрены электрически связанные с соответствующими соединительными проводами обрабатывающие схемы, которые предварительно и/или дальше обрабатывают, а также, при необходимости, подходящим образом преобразуют полученные от соответствующего измерительного электронного блока измеренные значения. Для передачи данных в таких промышленных системах обработки данных служат, по меньшей мере, на отдельных участках, в частности последовательные, полевые шины, например Foundation Fieldbus, CAN, CANopen Rackbus-RS 485, Profibus и т.д., или, например, также сети на основе стандарта Ethernet, а также соответствующие, в большинстве случаев стандартизированные протоколы передачи.
Обычно помимо таких визуализации, контроля и управления процессом посредством управляющих компьютеров может быть реализовано также дистанционное управление, параметрирование и/или контроль подключенной измерительной системы. В соответствии c этим измерительный электронный блок современных полевых измерительных приборов помимо собственно передачи измеренных значений обеспечивает также передачу различных, используемых в измерительной системе настроечных и/или эксплуатационных параметров, например калибровочных данных, диапазонов измеряемых значений или же выявленных внутри полевого прибора диагностических значений. С учетом этого посредством упомянутых, в большинстве случаев гибридных в отношении физики и/или логики передачи сетей передачи данных можно в большинстве случаев передавать также соответствующие измерительной системе эксплуатационные данные.
Помимо обрабатывающих схем, необходимых для обработки и преобразования формированных соответствующими подключенными измерительными электронными блоками измеренных значений, вышеописанные системы обработки данных указанного типа содержат в большинстве случаев также служащие для питания электрической энергии подключенных измерительных электронных блоков и, следовательно, также соответствующей измерительной системы электрические питающие схемы, которые вырабатывают соответствующее, при необходимости, запитанное непосредственно подключенной полевой шиной питающее напряжение для соответствующего электронного блока измерительного прибора и прокладывают подключенные к ней электрические провода, а также протекающие через нее электрические токи. При этом питающая схема может быть придана, например, ровно одному измерительному электронному блоку и вместе с приданной соответствующему измерительному прибору обрабатывающей схемой, будучи объединены, например, в один соответствующий адаптер полевой шины, может быть размещена в одном общем корпусе, выполненном, например в виде U-образного шинного модуля. Однако вполне допустимо разместить также вышестоящие обрабатывающие и питающие схемы в отдельных, при необходимости, пространственно удаленных друг от друга корпусах и соединить их между собой внешними проводами.

В случае промышленных измерительных систем рассматриваемого типа речь идет часто, следовательно, о пространственно распределенных измерительных системах, в которых в реально отстоящих друг от друга вдоль образованной технологической магистралью оси течения измерительной системы местах измерений с помощью датчиков локально регистрируются соответственно несколько измеряемых параметров одинакового и/или разного типа и подаются в общий измерительный электронный блок в виде соответствующих измерительных сигналов по проводам, например, в так называемом режиме HART-Multidrop или Burst-Mode, и/или беспроводным путем, в частности по радио и/или оптически, при необходимости, также с кодированием в цифровой сигнал или в передающую цифровым путем телеграмму. В описанном выше случае, когда такая измерительная система образована преобразователем расхода, можно, например, дополнительно к, по меньшей мере, одному практически непосредственно зарегистрированному параметру течения, служащему в качестве первичного измеряемого параметра, например объемному расходу, используя также другие, удаленно зарегистрированные измеряемые параметры, например удаленную локальную температуру или удаленное локальное давление среды, по меньшей мере, косвенно определить посредством того же измерительного электронного блока также производные вторичные измеряемые параметры, например массовый расход и/или плотность, и следовательно, по меньшей мере, виртуально измерить.
Экспериментальные исследования распределенных измерительных систем рассматриваемого типа, например таких, которые, как это описано, в том числе, также в US-B 6651512, посредством непосредственно измеренного объемного расхода и виртуально измеренной плотности определяют массовый расход в качестве косвенного измеряемого параметра, показали, что, в частности, несмотря на использование очень точно определенных внутри и снаружи измеряемых параметров, в обычных для соответствующего калибра технологической магистрали диапазонах измерений могут возникнуть значительные погрешности в результате виртуального в упомянутом смысле измерения, которые могут составить около 5% фактического измеряемого параметра или даже более. Это происходит в особенности также при определении измеряемых параметров, например объемного расхода, температуры или давления, в качестве реально измеренной промежуточной величины и/или плотности в качестве виртуально измеренной промежуточной величины, в соответствии с рекомендованными в упомянутых промышленных стандартах методами измерения и расчета.
Дальнейшие сравнительные исследования показали также, что названные погрешности измерений могут иметь, в том числе, определенную зависимость от числа Рейнольдса течения в данный момент, как и от термодинамического состояния среды в данный момент. Правда, в этой связи оказалось также, что в многочисленных промышленных применениях, в частности со сжимаемыми и/или, по меньшей мере, двухфазными средами, число Рейнольдса или термодинамическое состояние среды может изменяться не только во времени, но и в большей степени также в пространстве, преимущественно в направлении оси течения измерительной системы. Помимо применений с, по меньшей мере, частично сжимаемыми средами такие применения показывают также значительную поперечную восприимчивость к пространственной дисперсии числа Рейнольдса или термодинамического состояния, при которых измерение, по меньшем мере, одного измеряемого параметра происходит в одном месте измерения - реально или виртуально, в котором технологическая магистраль имеет калибр, отличающийся от, по меньшей мере, одного из соответственно других - реальных или виртуальных - мест измерений. Это происходит, например, при использовании уменьшающих проходное сечение кондиционеров течения, таких, например, как служащие в качестве так называемых редукторов сопла, которые находят применение во входной зоне измерительных преобразователей расхода, или же при использовании увеличивающих проходное сечение кондиционеров течения, так называемых диффузоров, в выходной зоне измерительных преобразователей расхода. Измерительные системы с такими редукторами и/или диффузорами описаны, например, в GB-A 2142725, US-A 5808209, US-A 2005/0092101, US-B 6880410, US-B 6644132, US-A 6053054, US-B 6644132, US-A 5052229 или US-B 6513393 и используются, например, для повышения точности измерений измерительных преобразователей расхода. Кроме того, было выявлено, что упомянутая, основанная на использовании редукторов и/или диффузоров поперечная восприимчивость является значительной для отношений калибров 0,6-0,7, тогда как их влиянием в случае отношений калибров с предельными скачками диаметров менее 0,2 вполне можно пренебречь.
Другой случай применения со значительной для желаемой точности измерений поперечной восприимчивостью к названным изменениям связан также с такими измерительными системами, которые предусмотрены для измерения расхода тяжелых газов, например диоксида углерода, фосгена или длинноцепных углеродных соединений, молекулярной массой более 30 г/моль.
Описанная пространственная дисперсия числа Рейнольдса может привести к тому, что практически любое из названных, удаленных друг от друга реальных мест измерений распределенной измерительной системы будет иметь при работе локальное число Рейнольдса, которое в значительной степени будет отличаться от локальных чисел Рейнольдса в соответственно других используемых местах измерений. В равной мере описанное изменение термодинамического состояния привело бы к тому, что удаленные друг от друга места измерений распределенной измерительной системы могли бы иметь при работе отличающиеся друг от друга термодинамические состояния. Ввиду этого каждый из распределенно измеренных параметров следовало бы соотносить с соответствующим локальным числом Рейнольдса и/или с соответствующим локальным термодинамическим состоянием, что за неимением необходимой для этого информации, а именно соответственно других, однако удаленно измеренных параметров состояния, возможно не без проблем. Если, например, плотность и/или массовый расход вычислять на основе измеренных параметров состояния: давлении и температуры без учета изменения числа Рейнольдса или термодинамического состояния, то возникла бы дополнительная погрешность измерения, имеющая, в основном, квадратичную зависимость от скорости течения. В соответствии с этим для названной конфигурации при скоростях течения заметно менее 10 м/с для желаемой в настоящее время точности измерений 0,1-0,5% практически больше несущественно.
Исходя из перечисленных недостатков измерительных систем описанного типа, в частности таких, которые определяют массовый или объемный расход, задача изобретения состоит в повышении точности измерений таких вторичных параметров, которые определяются с использованием пространственно-распределенно зарегистрированных параметров состояния, таких как давление и/или температура.
Для решения этой задачи, согласно изобретению, создана измерительная система для измерения плотности протекающей по технологической магистрали, изменяющейся вдоль воображаемой оси течения измерительной системы в отношении термодинамического состояния, в частности, по меньшей мере, частично сжимаемой среды. Для этого измерительная система содержит, по меньшей мере, один установленный в месте измерения температуры, первично реагирующий на локальную температуру ϑ протекающей мимо среды датчик температуры, который формирует, по меньшей мере, один подвергаемый влиянию локальной температуры измеряемой среды измерительный сигнал температуры, по меньшей мере, один установленный в месте измерения давления, первично реагирующий на локальное, в частности статическое, давление р протекающей мимо среды датчик давления, который формирует, по меньшей мере, один подвергаемый влиянию локального давления р в измеряемой среде измерительный сигнал давления, а также, по меньшей мере, временно связанный, по меньшей мере, с датчиками температуры и давления измерительный электронный блок, который с использованием измерительного сигнала температуры, по меньшей мере, измерительного сигнала давления и, по меньшей мере, одного, в частности хранящегося в цифровом виде, числового компенсирующего коэффициента, по меньшей мере, временно формирует, по меньшей мере, одно, в частности цифровое, измеренное значение плотности, представляющее локальную плотность ρ в данный момент, которую протекающая среда имеет в расположенном на заданном удалении, в частности от места измерения давления и/или от места измерения температуры вдоль оси течения, виртуальном месте измерения плотности, причем компенсирующий коэффициент соответствует вычисленной, в частности предварительно и/или при работе, возникающей вдоль оси течения измерительной системы локальной изменяемости, по меньшей мере, одного параметра термодинамического состояния среды, в частности температуры, давления и/или плотности, и/или вычисленной, в частности предварительно и/или при работе, возникающей вдоль оси течения измерительной системы локальной изменяемости числа Рейнольдса протекающей среды.
Согласно первому варианту выполнения изобретения, по меньшей мере, один компенсирующий коэффициент определяется с учетом фактически измеряемой среды, в частности ее состава и/или термодинамических свойств, в частности во время калибровки измерительной системы известной эталонной средой и/или во время пуска измерительной системы в эксплуатацию на месте.
p
Согласно модификации этого варианта выполнения изобретения, измерительный электронный блок определяет, по меньшей мере, один компенсирующий коэффициент, по меньшей мере, один раз во время пуска измерительной системы в эксплуатацию, и/или причем измерительный электронный блок определяет компенсирующий коэффициент во время работы измерительной системы периодически, в частности вместе с изменением, по меньшей мере, одного химического свойства измеряемой среды или ее заменой на другую, и/или измерительный электронный блок определяет, по меньшей мере, один компенсирующий коэффициент с помощью заданной, вычисленной, в частности в диалоге с пользователем и/или вне измерительного электронного блока, удельной теплоемкости c фактической среды.
Согласно второму предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительный электронный блок содержит выполненную, в частности в виде табличной памяти, и/или энергонезависимую память данных, в которой хранится, по меньшей мере, один компенсирующий коэффициент. Согласно модификации этого варианта выполнения изобретения, в памяти данных хранится множество компенсирующих коэффициентов, предварительно вычисленных для различных сред и/или установочных положений, и/или измерительный электронный блок выбирает, по меньшей мере, один компенсирующий коэффициент из множества хранящихся в памяти данных компенсирующих коэффициентов с учетом фактической среды и фактического установочного положения.
р
Согласно третьему предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительный электронный блок содержит, в частности, энергонезависимую память данных, в которой, по меньшей мере, временно хранится, по меньшей мере, один специфицирующий только фактически измеряемую среду параметр измерительной системы, в частности удельную теплоемкость с фактически измеряемой среды, молярную массу n среды и/или определяющее молекулярное строение среды число f колебательных степеней свободы атомов или молекул среды.
Согласно четвертому предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительный электронный блок определяет измеренное значение плотности с использованием, по меньшей мере, одного специфицирующего только фактически измеряемую среду параметра измерительной системы.
Согласно пятому предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительный электронный блок содержит, в частности, энергонезависимую память данных, в которой, по меньшей мере, временно хранится, по меньшей мере, один параметр измерительной системы, специфицирующий как фактически измеряемую посредством измерительной системы среду, так и установочное положение измерительной системы в данный момент, причем установочное положение определяется расположением мест измерения давления, температуры и плотности по отношению друг к другу, а также формой и размером технологической магистрали в зоне места измерения давления, плотности и/или температуры. Согласно модификации этого варианта выполнения изобретения, измерительный электронный блок определяет измеренное значение плотности с использованием, по меньшей мере, одного параметра измерительной системы, специфицирующего как фактически измеряемую посредством измерительной системы среду, так и установочное положение измерительной системы в данный момент.
Согласно шестому предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительный электронный блок содержит, в частности, энергонезависимую память данных, в которой, по меньшей мере, временно хранится, по меньшей мере, один специфицирующий фактически измеряемую среду параметр измерительной системы первого типа, в частности удельную теплоемкость фактически измеряемой среды, молярную массу среды и/или число степеней свободы среды, и в которой, по меньшей мере, временно хранится, по меньшей мере, один, специфицирующий как фактически измеряемую посредством измерительной системы среду, так и установочное положение измерительной системы в данный момент параметр измерительной системы второго типа, причем установочное положение определяется расположением мест измерения давления, температуры и плотности по отношению друг к другу, а также формой и размером технологической магистрали в зоне места измерения давления, плотности и/или температуры, причем измерительный электронный блок определяет измеренное значение плотности с использованием, по меньшей мере, параметров измерительной системы первого и второго типов.
р
р
Согласно седьмому предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительный электронный блок, по меньшей мере, временно принимает вычисленные, в частности, вне измерительной системы и/или близко по времени числовые параметрические значения, по меньшей мере, одного специфицирующего измеряемую среду и/или установочное положение измерительной системы в данный момент параметра измерительной системы, в частности удельную теплоемкость с измеряемой среды, который представляет предварительно вычисленную и/или измеренную на удалении от места измерения плотности удельную теплоемкость с измеряемой среды.
р
Согласно восьмому предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительный электронный блок, по меньшей мере, временно, в частности посредством проводов и/или радио, связан с вышеописанной электронной системой обработки данных, в частности через полевую шину. Согласно модификации этого варианта выполнения изобретения, измерительный электронный блок передает измеренное значение плотности на систему обработки данных и/или причем измерительный электронный блок, по меньшей мере, временно принимает от системы обработки данных числовые параметрические значения специфицирующих фактически измеряемую среду, в частности ее термодинамические свойства и/или ее химический состав, параметров измерительной системы, в частности удельную теплоемкость с, молярную массу n и/или число f колебательных степеней свободы атомов или молекул фактически измеряемой среды и/или измерительный электронный блок посредством, в частности последовательной, полевой шины связан с вышеописанной электронной системой обработки данных.
р
Согласно предпочтительному девятому варианту выполнения изобретения, измерительный электронный блок при работе, по меньшей мере, временно определяет удельную теплоемкость с фактически измеряемой среды, в частности на основе правила
где n - молярная масса, R - абсолютная газовая постоянная с R=8,3143 Дж/(К моль), а f - определяемое молекулярным строением среды число колебательных степеней свободы ее атомов или молекул.
Согласно десятому предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительный электронный блок на основе измерительного сигнала температуры периодически формирует, в частности цифровое, измеренное значение температуры, которое представляет в данный момент локальную температуру среды, в частности температуру среды в месте ее измерения.
Согласно одиннадцатому предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительный электронный блок на основе измерительного сигнала давления периодически формирует, в частности цифровое, измеренное значение давления, которое представляет в данный момент давление, преобладающее в среде, в частности в месте его измерения.
Согласно двенадцатому предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительная система содержит также, по меньшей мере, один установленный в месте измерения течения, первично реагирующий на локальный, усредненный, в частности, по сечению технологической магистрали параметр течения, в частности его скорость, объемный или массовый расход измеряемой среды, в частности также на их изменения, датчик течения, который формирует, по меньшей мере, один подвергаемый влиянию локального параметра течения измерительный сигнал течения.
Согласно модификации этого варианта выполнения изобретения, измерительный электронный блок, по меньшей мере, временно связан также с датчиком течения, причем измерительный электронный блок определяет измеренное значение плотности с использованием также измерительного сигнала течения, и/или среда имеет в виртуальном месте измерения плотности термодинамическое состояние, соответствующее термодинамическому состоянию среды в месте измерения скорости, и/или виртуальное место измерения плотности и место измерения течения, по меньшей мере, частично перекрываются, в частности совмещены, и/или место измерения температуры и место измерения течения, по меньшей мере, частично перекрываются, в частности совмещены, и/или место измерения давления и место измерения течения, по меньшей мере, частично перекрываются, и/или измеренное значение плотности представляет локальную плотность среды в зоне датчика течения, и/или измерительный электронный блок посредством, в частности последовательной, полевой шины и/или беспроводным путем по радио связан с датчиком течения, и/или измерительный электронный блок, по меньшей мере, временно связан с датчиком течения, причем измерительный электронный блок с использованием, по меньшей мере, измерительного сигнала течения, определяет, в частности цифровое, измеренное значение скорости, представляющее скорость течения среды в данный момент.
Согласно тринадцатому предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительный электронный блок определяет измеренное значение плотности с использованием, по меньшей мере, одного зависимого как от скорости течения среды, так и от господствующей в месте измерения температуры локальной температуры, вычисленного к моменту прохождения корректировочного значения плотности, которое соответствует обусловленной, в частности, фактически измеряемой средой и установочное положение в данный момент и/или возникающей вдоль оси течения измерительной системы локальной изменяемости в данный момент, по меньшей мере, одного параметра термодинамического состояния среды, и/или обусловленной, в частности, средой и/или конструкцией измерительной системы, и/или возникающей вдоль оси течения измерительной системы локальной изменяемости в данный момент числа Рейнольдса протекающей среды.
Согласно модификации этого варианта выполнения изобретения, измерительный электронный блок определяет при работе, в частности цифровое, измеренное значение скорости, представляющее скорость течения среды в данный момент, измерительный электронный блок определяет корректировочное значение плотности с использованием измеренных значений скорости и температуры, и/или измерительный электронный блок периодически сравнивает при работе корректировочное значение плотности, по меньшей мере, с одним заданным эталонным значением, и/или измерительный электронный блок на основе сравнения корректировочного значения плотности и эталонного значения количественно сигнализирует об отклонении корректировочного значения плотности в данный момент от эталонного значения и/или периодически подает сигнал тревоги, который сигнализирует о нежелательном, в частности недопустимо высоком, расхождении между корректировочным значением плотности и соответствующим эталонным значением.
Согласно четырнадцатому предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительный электронный блок на основе измерительных сигналов давления и температуры определяет временное измеренное значение плотности, в частности по одному из промышленных стандартов AGA 8, AGA NX-19, SGERG-88, IAWPS-IF97, ISO 12213:2006, представляющее плотность, которую протекающая среда лишь кажущимся образом имеет в виртуальном месте измерения плотности.
Согласно модификации этого варианта выполнения изобретения, измерительный электронный блок периодически определяет при работе погрешность плотности, которая соответствует, в частности относительному, отклонению временного измеренного значения плотности и измеренного значения плотности, в частности выдает также в виде числового значения погрешности плотности, и/или измерительный электронный блок выдает погрешность плотности в данный момент, которая соответствует, в частности относительному, отклонению временного измеренного значения плотности и измеренного значения плотности, в виде числового значения погрешности плотности и/или сравнивает, по меньшей мере, с одним заданным эталонным значением и на основе этого сравнения периодически подает сигнал тревоги, который сигнализирует о нежелательном, в частности недопустимо высоком, расхождении между временным измеренным значением плотности и измеренным значением плотности.
Согласно пятнадцатому предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительная система содержит далее, по меньшей мере, один установленный в месте измерения течения, первично реагирующий на локальный, усредненный, в частности, по сечению технологической магистрали параметр течения, в частности его скорость, объемный или массовый расход измеряемой среды, в частности также на их изменения, датчик течения, который формирует, по меньшей мере, один подвергаемый влиянию локального параметра течения измерительный сигнал течения, причем измерительный электронный блок, по меньшей мере, временно связан с датчиком течения, причем измерительный электронный блок с использованием, по меньшей мере, измерительного сигнала течения, определяет, в частности цифровое, измеренное значение объемного расхода, представляющее долю объемного расхода протекающей среды в данный момент, и/или причем измерительный электронный блок с использованием, по меньшей мере, измеренных значений плотности и объемного расхода определяет, в частности цифровое, измеренное значение массового расхода, представляющее долю массового расхода протекающей среды в данный момент, и/или причем измерительный электронный блок с использованием, по меньшей мере, измерительных сигналов температуры, давления и течения определяет, в частности цифровое, измеренное значение массового расхода, представляющее долю массового расхода протекающей среды в данный момент, и/или причем место измерения плотности расположено вверх по потоку перед местом измерения температуры и/или вверх по потоку перед местом измерения давления, и/или причем, по меньшей мере, один датчик течения образован, по меньшей мере, одним пьезоэлектрическим и/или, по меньшей мере, одним пьезорезистивным элементом, и/или причем, по меньшей мере, один датчик течения образован, по меньшей мере, одним электрическим резистивным элементом, через который, в частности, по меньшей мере, временно течет ток нагрева, и/или причем, по меньшей мере, один датчик течения образован, по меньшей мере, одним, в частности контактирующим с протекающей средой, снимающим электрические потенциалы измерительным электродом и/или, по меньшей мере, один датчик течения образован, по меньшей мере, одним реагирующим на изменения параметра течения измерительным конденсатором, и/или причем, по меньшей мере, один датчик течения при работе периодически подвержен механическим деформациям под воздействием протекающей в измерительной системе среды, и/или причем, по меньшей мере, один датчик течения при работе периодически перемещается относительно статического исходного положения под воздействием протекающей в измерительной системе среды, и/или причем, по меньшей мере, один датчик течения образован, по меньшей мере, одной помещенной в технологическую магистраль, по меньшей мере, временно вибрирующей при работе измерительной трубой, а также, по меньшей мере, одним регистрирующим вибрации измерительной трубы, в частности электродинамическим или оптоэлектронным путем, датчиком колебаний, и/или причем, по меньшей мере, один датчик течения образован, по меньшей мере, одним сужающим сечение технологической магистрали препятствием течения, в частности заслонкой или соплом, а также, по меньшей мере, одним датчиком разности давлений, который частично может быть образован установленным в месте измерения давления датчиком давления, регистрирующим возникающую над препятствием течения разность давлений и формирующим представляющий ее измерительный сигнал разности давлений, и/или причем измерительная система содержит, по меньшей мере, одно, входящее во внутренний канал технологической магистрали, погруженное в среду подпорное тело, и/или, по меньшей мере, один, по меньшей мере, частично входящий во внутренний канал технологической магистрали датчик течения расположен вниз по потоку за, по меньшей мере, одним входящим во внутренний канал технологической магистрали, погруженным в среду подпорным телом.
Согласно шестнадцатому предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительный электронный блок посредством, в частности последовательной, полевой шины и/или беспроводным путем по радио связан с датчиком температуры.
Согласно семнадцатому предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительный электронный блок посредством, в частности последовательной, полевой шины и/или беспроводным путем по радио связан с датчиком давления.
Согласно восемнадцатому предпочтительному варианту выполнения изобретения, среда в месте измерения плотности находится в термодинамическом состоянии, которое, по меньшей мере, временно в отношении, по меньшей мере, одного локального параметра термодинамического состояния, в частности температуры, и/или давления, и/или плотности, существенно, в частности в значительной для желаемой точности измерений степени, отличается от термодинамического состояния среды в месте измерения температуры и/или давления.
Согласно девятнадцатому предпочтительному варианту выполнения изобретения, протекающая среда имеет число Рейнольдса более 1000.
-6
-1
Согласно двадцатому предпочтительному варианту выполнения изобретения, среда является сжимаемой, в частности имеет сжимаемость κ=-1/V·dV/dp более 10 бар, и/или, по меньшей мере, частично газообразной. При этом среда может представлять собой насыщенный твердыми частицами и/или каплями газ.
Согласно двадцать первому предпочтительному варианту выполнения изобретения, среда является двух- или более фазной. При этом одна фаза среды может быть жидкой, и/или среда может представлять собой насыщенную газом и/или твердыми частицами жидкость.
Согласно двадцать второму предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительная система содержит далее связанный, по меньшей мере, временно с измерительным электронным блоком индикатор для визуального отображения, по меньшей мере, измеренного значения плотности.
Согласно двадцать третьему предпочтительному варианту выполнения изобретения, технологическая магистраль, по меньшей мере, на отдельных участках, в частности в зоне, по меньшей мере, места измерения плотности и/или в зоне, по меньшей мере, места измерения давления выполнена в виде, в основном, формоустойчивого, по меньшей мере, под рабочим давлением, в частности жесткого и/или круглого в сечении, трубопровода.
Согласно двадцать четвертому предпочтительному варианту выполнения изобретения, технологическая магистраль, по меньшей мере, на отдельных участках, в частности в зоне между местами измерения плотности и давления и/или между местами измерения плотности и температуры, выполнена в виде, в основном, прямого, в частности круглого в сечении, трубопровода.
Согласно двадцать пятому предпочтительному варианту выполнения изобретения, технологическая магистраль имеет в виртуальном месте измерения плотности калибр, отличающийся от ее калибра в месте измерения давления. Согласно модификации этого варианта выполнения изобретения, калибр технологической магистрали в месте измерения давления больше ее калибра в виртуальном месте измерения плотности, в частности отношение калибра технологической магистрали в месте измерения давления к ее калибру в виртуальном месте измерения плотности поддерживается больше 1.1.
Согласно двадцать шестому предпочтительному варианту выполнения изобретения, отношение калибра технологической магистрали в месте измерения давления к ее калибру в виртуальном месте измерения плотности поддерживается меньше 5.
Согласно двадцать седьмому предпочтительному варианту выполнения изобретения, отношение калибра технологической магистрали в месте измерения давления к ее калибру в виртуальном месте измерения плотности поддерживается в диапазоне 1.2-3.1.
Согласно двадцать восьмому предпочтительному варианту выполнения изобретения, технологическая магистраль имеет между виртуальным местом измерения плотности и местом измерения давления секцию, которая выполнена в виде, в частности, воронкообразного диффузора с расширяющимся, в частности непрерывно, в направлении течения внутренним каналом.
Согласно двадцать девятому предпочтительному варианту выполнения изобретения, технологическая магистраль имеет между виртуальным местом измерения плотности и местом измерения давления секцию, которая выполнена в виде, в частности, воронкообразного сопла с сужающимся, в частности непрерывно, в направлении течения внутренним каналом.
Согласно тридцатому предпочтительному варианту выполнения изобретения, технологическая магистраль имеет в виртуальном месте измерения плотности калибр, в основном, равный ее калибру в месте измерения давления.
Согласно тридцать первому предпочтительному варианту выполнения изобретения, технологическая магистраль имеет в виртуальном месте измерения плотности калибр, отличающийся от ее калибра в месте измерения температуры. Согласно модификации этого варианта выполнения изобретения, калибр технологической магистрали в месте измерения температуры больше ее калибра в виртуальном месте измерения плотности, в частности отношение калибра технологической магистрали в месте измерения температуры к ее калибру в виртуальном месте измерения плотности поддерживается больше 1.1.
Согласно тридцать второму предпочтительному варианту выполнения изобретения, отношение калибра технологической магистрали в месте измерения температуры к ее калибру в виртуальном месте измерения плотности поддерживается меньше 5.
Согласно тридцать третьему предпочтительному варианту выполнения изобретения, отношение калибра технологической магистрали в месте измерения температуры к ее калибру в виртуальном месте измерения плотности поддерживается в диапазоне 1.2-3.1.
Согласно тридцать четвертому предпочтительному варианту выполнения изобретения, технологическая магистраль имеет между виртуальным местом измерения плотности и местом измерения температуры секцию, которая выполнена в виде, в частности, воронкообразного диффузора с расширяющимся, в частности непрерывно, в направлении течения внутренним каналом.
Согласно тридцать пятому предпочтительному варианту выполнения изобретения, технологическая магистраль имеет между виртуальным местом измерения плотности и местом измерения температуры секцию, которая выполнена в виде, в частности, воронкообразного сопла с сужающимся, в частности непрерывно, в направлении течения внутренним каналом.
Согласно тридцать шестому предпочтительному варианту выполнения изобретения, технологическая магистраль имеет в виртуальном месте измерения плотности калибр, равный ее калибру в месте измерения температуры.
Согласно тридцать седьмому предпочтительному варианту выполнения изобретения, виртуальное место измерения плотности расположено вверх по потоку перед местом измерения температуры и/или местом измерения давления.
Согласно тридцать восьмому предпочтительному варианту выполнения изобретения, место измерения давления расположено вниз по потоку за местом измерения температуры.
Согласно тридцать девятому предпочтительному варианту выполнения изобретения, расстояние места измерения давления от виртуального места измерения плотности отличается от расстояния места измерения температуры от виртуального места измерения плотности.
Согласно сороковому предпочтительному варианту выполнения изобретения, расстояние места измерения давления от виртуального места измерения плотности больше расстояния места измерения температуры от виртуального места измерения плотности.
Согласно сорок первому предпочтительному варианту выполнения изобретения, расстояние места измерения давления от виртуального места измерения плотности и/или расстояние места измерения давления от места измерения температуры больше калибра технологической магистрали в месте измерения давления. Согласно модификации этого варианта выполнения изобретения, расстояние места измерения давления от виртуального места измерения плотности и/или расстояние места измерения давления от места измерения температуры соответствует, по меньшей мере, 3-кратной, в частности более чем 5-кратной, величине калибра технологической магистрали в месте измерения давления.
Согласно сорок второму предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительный электронный блок содержит микрокомпьютер. Согласно модификации этого варианта осуществления изобретения, измерительный электронный блок формирует посредством микрокомпьютера, по меньшей мере, измеренное значение плотности.
Согласно сорок третьему предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительная система содержит далее, по меньшей мере, один, в частности взрывопрочный, и/или стойкий к давлению, и/или ударопрочный, и/или погодостойкий, корпус, в котором, по меньшей мере, частично размещен измерительный электронный блок. Согласно модификации этого варианта выполнения изобретения, по меньшей мере, один, в частности металлический, корпус измерительного электронного блока закреплен на технологической магистрали и/или установлен в непосредственной близости от виртуального места измерения плотности.
Основная задача изобретения состоит в повышении точности измерений измерительных систем описанного выше типа за счет того, что служащая в многочисленных применениях промышленной техники измерений с протекающими средами в качестве центрального измеряемого параметра, но часто поневоле производная от реально, однако пространственно-распределенно измеренных параметров состояния плотность определяется с повышенной точностью с учетом возможной пространственной дисперсии, в частности ее степени, а также числа Рейнольдса и/или термодинамического состояния протекающей среды. Это осуществляется в предложенной измерительной системе таким образом, что плотность вычисляется надежно, по отношению к предварительно определенной для данной измерительной системы, служащей в качестве неподвижной воображаемой измерительной точки эталонной точке и измеряется, следовательно, виртуально. В усовершенствование этой основной идеи точность измерений, с которой измерительная система определяет локальную плотность, можно значительно повысить еще за счет того, что измерительная система определяет упомянутую плотность также с учетом также локально измеренной, фактической скорости течения, и тем самым может быть достигнута дополнительная компенсация погрешности, связанной с упомянутыми изменениями числа Рейнольдса и/или термодинамического состояния протекающей среды.
При этом изобретение основано на том неожиданном факте, что пространственная дисперсия числа Рейнольдса и/или термодинамического состояния и связанные с этим погрешности измерений для конкретных измерительных систем проецируются на единственное, лежащее в направлении течения и/или совпадающее с осью течения измерительной системы измерение и могут быть отображены в виде соответственно упрощенного набора параметров измерительной системы, который, по меньшей мере, преобладающим образом может быть определен предварительно-экспериментальным путем или с помощью компьютера, например в процессе калибровки измерительной системы во время изготовления и/или во время ее пуска в эксплуатацию. Упомянутая пространственная дисперсия или ее степень и, следовательно, также набор параметров прибора могут быть калиброваны специфически и, следовательно, индивидуально для каждой конкретной измерительной системы и каждой конкретной среды, однако в равной мере их можно рассматривать при оставленной тогда без изменений измерительной системе с, в основном, постоянной по своему химическому составу средой как инвариантные по сравнению с возможными, возникающими при работе изменениями числа Рейнольдса и/или термодинамического состояния. Другими словами, для данной распределенной измерительной системы степень возникающих вдоль оси течения изменений термодинамического состояния можно предопределить и тем самым калибровать, и следовательно, также компенсировать их влияние с достаточной для измерений точностью, причем неожиданным образом оказалось, что степень изменений для данной измерительной системы с постоянной средой в значительной мере постоянная и тем самым может быть отображена в виде набора специфических, однако постоянных, параметров прибора.
Преимуществом изобретения следует также считать то, что лежащий в его основе способ может быть затем вполне реализован также в многочисленных, уже установленных измерительных системах, в любом случае, если электронный блок измерительного прибора допускает изменение соответствующей обрабатывающей программы.
Изобретение и другие предпочтительные варианты его выполнения поясняются чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1 - перспективный вид сбоку измерительной системы для измерения локальной плотности, содержащей протекающую по технологической магистрали среду в месте измерения плотности, посредством расположенного в месте измерения давления датчика давления и расположенного в месте измерения температуры датчика температуры;
фиг.2 - измерительная система по фиг.1 в виде блок-схемы;
фиг.3а, 3b - частичный разрез в различных видах вихревого преобразователя расхода, подходящего для применения в измерительной системе по фиг.1 и работающий по принципу Vortex;
фиг.4a-4h - разрез различных вариантов выполнения технологической магистрали и относительного расположения отдельных мест измерений по фиг.1.
ρ
На фиг.1 схематично показана измерительная система 1, имеющая, при необходимости, модульную конструкцию, которая подходит и предназначена для того, чтобы очень точно и в равной степени очень надежно, по меньшей мере, временно определять плотность протекающей по технологической магистрали 20, при необходимости, также двух- или более фазной среды, такой, например, как насыщенный твердыми частицами газ и/или жидкость, насыщенный твердыми частицами и/или каплями газ, при необходимости, также насыщенный пар и т.п., и при необходимости, также в реальном времени отображать в виде соответственно надежного, например также цифрового, измеренного значения Х плотности. В качестве среды могут рассматриваться, например, водород, азот, хлор, кислород, гелий или образованные ими соединения и/или смеси, например диоксид углерода, вода, фосген, воздух, природный газ и другие углеводородные смеси.
-6
-1
В частности, измерительная система предназначена для того, чтобы измерять плотность протекающей среды также тогда, когда она изменяется вдоль оси течения измерительной системы в отношении своего термодинамического состояния, как это может происходить, например, в случае реагирующих внутри технологической магистрали сред, местами охлажденных или местами нагретых сред, сжимаемых сред и/или в случае технологических магистралей с изменяющимся вдоль оси течения сечением. Измерительная система предназначена далее для точного определения плотности протекающих сред с числом Рейнольдса Re более 1000 и/или сжимаемых сред сжимаемостью к более 10 бар.
ϑ
ϑ
p
р
Для этого измерительная система содержит, по меньшей мере, один, установленный в месте М измерения температуры, первично реагирующий на локальную температуру ϑ протекающей мимо среды датчик температуры, который формирует, по меньшей мере, один подверженный влиянию локальной температуры измеряемой среды измерительный сигнал х температуры, а также, по меньшей мере, один установленный в месте M измерения давления, первично реагирующий на локальное, например статическое и/или абсолютное, давление протекающей мимо среды датчик давления, который формирует, по меньшей мере, один подверженный влиянию локального давления р в измеряемой среде измерительный сигнал х давления. Хотя место измерения давления в данном примере расположено вниз по потоку за местом измерения температуры, оно может быть расположено, при необходимости, разумеется также вверх по потоку перед местом измерения температуры.
ϑ
р
Дополнительно к датчикам температуры и давления измерительная система содержит, по меньшей мере, один, соответственно, по меньшей мере, временно связанный с ними измерительный электронный блок 100, который проводами и/или беспроводным путем принимает от датчиков температуры и давления, при необходимости, соответственно преобразованные измерительные сигналы х, х.
В качестве датчика температуры может служить, например, промышленный датчик температуры, например термоэлемент или резистивный термометр типа Pt100 или Pt1000, а в качестве датчика давления может использоваться, например, промышленный, в частности измеряющий абсолютно /или относительно, датчик давления, например с емкостной измерительной ячейкой. При необходимости, могут использоваться также другие емкостные измерительные ячейки для датчиков давления, которые преобразуют зарегистрированные средой и переданные давления в соответствующие измерительные сигналы, или другие подходящие датчики температуры. Кроме того, датчик температуры может быть выполнен, например, в виде компонента самостоятельного, пригодного для промышленного применения прибора для измерения температуры с собственным электронным блоком. Такие известные специалисту приборы для измерения температуры давно зарекомендовали себя в технике измерений промышленных процессов и предлагаются, например, фирмой «Эндресс + Хаузер Ветцер ГмбХ + Ко. КГ» под названием «Easytemp TSM» или «Omnigrad Т». В качестве альтернативы или в дополнение к этому датчик температуры, как это подробно поясняется ниже, может быть выполнен также в виде неотъемлемой составной части комплексного, регистрирующего, при необходимости, также несколько параметров протекающей среды врезного измерительного прибора. В равной мере датчик давления также может быть неотъемлемой составной частью такого комплексного врезного измерительного прибора или компонентом самостоятельного, пригодного для промышленного применения прибора для измерения давления с собственным электронным блоком. Такие, также известные специалисту приборы для измерения давления давно зарекомендовали себя в технике измерений промышленных процессов и предлагаются фирмой «Эндресс + Хаузер Ветцер ГмбХ + Ко. КГ» под названием «Cerabar S», «Cerabar M» или «Cerabar Т». В остальном датчик давления и датчик температуры могут быть образованы также одним измерительным прибором для измерения давления и температуры, например в соответствии с предложенным в WO-A 97/48970 промышленным комбинированным измерительным прибором.
Как схематично показано на фиг.1, измерительный электронный блок может быть, по меньшей мере, частично размещен, в частности во взрывопрочном, и/или стойком к давлению, и/или ударопрочном, и/или погодостойком, корпусе 110. При этом корпус 110, например металлический, может быть, при необходимости, закреплен на технологической магистрали.
ρ
Для обработки измерительных сигналов давления и температуры внутри измерительной системы, согласно одному варианту выполнения изобретения, в измерительном электронном блоке предусмотрен микрокомпьютер µС, который служит также для формирования измеренного значения Х плотности и может быть образован, например, по меньшей мере, одним микропроцессором и/или, по меньшей мере, одним сигнальным процессором. В качестве альтернативы или в дополнение к этому для реализации микрокомпьютера µС могут использоваться также специализированные интегральные схемы ASIC и/или программируемые логические элементы или системы, например так называемая FGPA (field programmable gate array - программируемая пользователем вентильная матрица), и/или, как это предложено, в том числе, в WO-A 03/098154 - так называемая SOPC (system on programmable chip - система на программируемом кристалле). Кроме того, согласно другому варианту осуществления изобретения, измерительный электронный блок содержит, по меньшей мере, один расположенный, например, в ее непосредственной близости, по меньшей мере, временно связанный с ней, в частности с предусмотренным, при необходимости, в ней, микрокомпьютером индикаторный элемент HMI для визуального отображения, по меньшей мере, одного измеренного значения плотности. При этом индикаторный элемент HMI может быть выполнен, например, также в виде комбинированного индикаторного элемента и элемента управления, который помимо визуализации измеренных значений позволяет также пользователю вводить параметрирующие измерительный электронный блок и/или управляющие им команды.
ϑ
р
р
Согласно другому варианту выполнения изобретения, измерительный электронный блок на основе измерительного сигнала температуры, например с использованием также предусмотренного, при необходимости, микрокомпьютера, периодически формирует, в частности цифровое, измеренное значение Х температуры, которое представляет в данный момент локальную температуру среды, в частности температуру среды в месте ее измерения, и/или измерительный электронный блок на основе измерительного сигнала х давления, например также с использованием предусмотренного, при необходимости, микрокомпьютера, периодически формирует, в частности цифровое, измеренное значение Х давления, которое представляет в данный момент давление, господствующее в среде, в частности в месте его измерения.
По меньшей мере, в описанном выше случае, когда измерительная система образована двумя или более самостоятельными измерительными приборами, сам ее измерительный электронный блок может быть реализован за счет соответствующего соединения - проводами и/или беспроводным путем - отдельных, образующих его частичные электронные схемы электронных схем измерительного прибора и может иметь, следовательно, модульную конструкцию. При этом измерительный электронный блок может быть связан, например, посредством, в частности последовательной, полевой шины с датчиком температуры и/или с датчиком давления. В качестве альтернативы распределенной конструкции измерительного электронного блока он может быть выполнен также, при необходимости, в виде единственного электронного модуля, в который непосредственно подаются формированные датчиком давления и/или температуры измерительные сигналы.
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2

Предусмотренные, при необходимости, в измерительной системе, по меньшей мере, две электронные схемы измерительного прибора или же частичные электронные блоки 100, 100 должны быть связаны между собой известным специалисту образом так, чтобы при работе, по меньшей мере, одного из обоих электронных блоков 100, 100 соответственно формированные измеренные данные могли передаваться, по меньшей мере, однонаправленно к другому электронному блоку, функционирующему, следовательно, в качестве основного. Это может осуществляться известным специалисту образом в виде кодированных по напряжению, и/или току, и/или частоте измерительных сигналов, и/или в виде заключенных в кодированные в цифровой форме телеграммы измеренных значений, например в режиме HART-Multidrop или Burst-Mode. Следует учесть, что вместо этого могут использоваться также связанные двунаправленно между обоими электронными блоками 100, 100 соединения для передачи локально вычисленных параметров к соответственно другому электронному блоку 100 или 100, например через внешнюю полевую шину. Для реализации необходимого коммуникационного соединения между обоими электронными блоками 100, 100 могут предпочтительным образом найти применение зарекомендовавшие себя в промышленной технике измерений и автоматизации стандартные интерфейсы, например проводные токовые петли 4-20 мА, при необходимости, также в сочетании с протоколами HART или другими соответствующими протоколами полевой шины, и/или подходящие радиосоединения.
1
2
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения, по меньшей мере, один измерительный электронный блок 100, 100 выполнен далее так, что он при работе, по меньшей мере, временно связывает измерительную систему, как это схематично показано на фиг.1, с вышестоящей системой обработки данных, а именно таким образом, что, по меньшей мере, в нормальном измерительном режиме измерительная система периодически передает вычисленные измеренные значения, при необходимости, также в виде кодированных в цифровой форме телеграмм, максимально близко по времени и/или в реальном времени на систему обработки данных. Для регистрации вычисленных измерительным электронным блоком измеренных данных в системе 2 обработки данных предусмотрена, по меньшей мере, одна, по меньшей мере, временно связанная с ней подходящим образом обрабатывающая схема 80. Вышестоящая система 2 обработки данных может быть, например, частью близкого к процессу, автоматизированного управления или же обширной системы технологических магистралей, которая содержит множество управляющих процессом компьютеров и/или цифровых систем управления с программируемой памятью, которые пространственно распределены в пределах промышленной установки и связаны между собой посредством соответствующей сети передачи данных, образованной, в частности, также цифровыми полевыми шинами. В равной мере система обработки данных может быть связана с другими измерительными приборами и/или с вмешивающимися в процесс сервоустройствами, например клапанами или насосами. Согласно одной модификации изобретения, система обработки данных содержит далее, по меньшей мере, одну, в частности последовательную, полевую шину FB, служащую для передачи цифровых измеренных и/или эксплуатационных данных. В случае, по меньшей мере, одной полевой шины FB речь может идти, например, о полевой шине по одному из зарекомендовавших себя в автоматизации промышленных процессов стандартов, например Foundation Fieldbus, Profibus, CANbus, Modbus, Rackbus-RS485 и т.п. В одной предпочтительной модификации обрабатывающая схема 80 связана, по меньшей мере, с одной полевой шиной, в частности для передачи измеренных значений, принятых измерительной системой в виде цифровых измеренных данных. В зависимости от выполнения полевой шины и измерительного электронного блока последний может быть подключен к системе 2 обработки данных либо непосредственно, либо через адаптер, который подходящим образом преобразует несущий измеренное значение сигнал.
V
Измерительный электронный блок и пространственно удаленная от него, при необходимости, значительно система 2 обработки данных в одной модификации изобретения электрически соединены между собой посредством, по меньшей мере, одной проводной пары 2L, через которую при работе, по меньшей мере, временно течет, в частности изменяющийся, ток I. Ток может подаваться, например, предусмотренным в вышестоящей системе обработки данных внешним источником 70 энергии, который при работе вырабатывает, по меньшей мере, одно возбуждающее протекающий в проводной паре 2L ток I, в частности униполярное, питающее напряжение U. Источником энергии может служить, например, аккумулятор и/или источник постоянного или переменного напряжения, питаемый сетью внутри установки. Для подключения, в частности разъемного, по меньшей мере, одной проводной пары 2L к измерительному электронному блоку 100 и, следовательно, к измерительной системе 1 как таковой она имеет, по меньшей мере, одну выведенную наружу клеммную пару.
1
2
1
2
В описанном выше случае измерительного электронного блока, выполненного модульным посредством отдельных частичных электронных блоков, каждый из используемых частичных электронных блоков 100, 100 может быть отдельно подключен к внешнему источнику энергии, например также посредством упомянутой токовой петли 4-20 мА. В качестве альтернативы или в дополнение к этому один из частичных электронных блоков 100, 100 может быть подключен к другому с возможностью его, по меньшей мере, периодического питания электрической энергией.
Измерительный электронный блок выполнен в другом предпочтительном варианте так, что измерительная система, по меньшей мере, временно передает формированные внутри измеренные значения, будь то измеренные значения одного зарегистрированного параметра или измеренные значения разных зарегистрированных параметров, таких, например как вычисленные плотность и массовый расход, через, по меньшей мере, одну проводную пару 2L на вышестоящую систему 2 обработки данных. При этом пара электрических проводов 2L может быть выполнена, например, в виде части хорошо зарекомендовавшей себя в промышленной технике измерений, так называемой двухпроводной токовой петли. В этом случае, с одной стороны, по меньшей мере, временно формированные измеренные значения передавались бы через эту проводную пару 2L на вышестоящую систему обработки данных в виде модулированного по нагрузке, в частности тактового или непрерывно изменяющегося, тока петли, а с другой стороны, измерительный электронный блок и, следовательно, измерительная система, по меньшей мере, временно и/или, по меньшей мере, частично питались бы через проводную пару 2L электрической энергией.
Измерительный электронный блок 100 выполнен в другом варианте для того, чтобы формировать при работе множество измеренных значений, в частности цифровых, представляющих, по меньшей мере, частично, по меньшей мере, один параметр, и по меньшей мере, частично передавать их через клеммную пару и соответственно подключенную к ней проводную пару 2L на систему 2 обработки данных при согласовании с ней. При необходимости, измерительная система может быть усовершенствована таким образом, что измерительный электронный блок 100 и система 2 обработки данных соединены между собой посредством, по меньшей мере, одной дополнительной второй проводной пары (не показана), через которую при работе, по меньшей мере, временно течет ток. В этом случае измерительная система может передавать формированные внутри измеренные значения, по меньшей мере, частично также через дополнительную проводную пару на систему обработки данных. В качестве альтернативы или в дополнение к этому измерительная система и система обработки данных могут быть связаны между собой также беспроводным путем, например посредством радиоволн. Особенно в последнем случае может быть также предпочтительным питать измерительную систему электрической энергией, в частности также исключительно, посредством внутреннего и/или внешнего, в частности заменяемого и/или повторно заряжаемого, аккумулятора и/или топливной ячейки. Кроме того, измерительная система может также питаться - частично или исключительно - посредством использующих регенеративные источники энергии, расположенных непосредственно на полевом измерительном приборе и/или на удалении от него силовых преобразователей, например термогенераторов, солнечных элементов, ветрогенераторов и т.п.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительная система через измерительный электронный блок, по меньшей мере, временно может обмениваться с внешним блоком управления и контроля, например ручным блоком управления или предусмотренным в вышестоящей системе обработки данных блоком программирования, специфическими для прибора данными, например свойственными измерительному прибору настроечными параметрами для самого измерительного электронного блока и/или свойственными измерительной системе диагностическими параметрами. Для этого в измерительном электронном блоке 100 предусмотрена, по меньшей мере, одна схема связи СОМ, которая соответственно контролирует и управляет связью через, по меньшей мере, одну проводную пару 2L. В частности, схема связи служит для преобразования передаваемых, специфических для измерительной системы данных в сигналы, передаваемые через пару электрических проводов 2L, а затем для их ввода в нее. В качестве альтернативы или в дополнение к этому схема связи СОМ может быть выполнена также для соответствующего приема переданных извне через соответствующую пару электрических проводов, специфических для измерительной системы данных, например набора изменяемых настроечных параметров для измерительного электронного блока. В качестве схемы связи может служить, например, работающая по протоколу полевой связи HART (HART Communication Foundation, Austin TX) интерфейсная схема, использующая, следовательно, частотно-модулированное переменное напряжение более высокой частоты в качестве носителя сигнала, или же интерфейсная схема, выполненная по стандарту Profibus. При необходимости, к измерительному электронному блоку могут иметь непосредственный доступ также процессы, которые протекают извне, например в окружении вышестоящей системы обработки данных, и обрабатывают связанные с измерительным электронным блоком 100 данные.
ϑ
p
ρ
ρ
ρ
ρ
р
ϑ
ρ
ϑ
р
В предложенной измерительной системе далее предусмотрено, что измерительный электронный блок при работе с использованием, по меньшей мере, измерительного сигнала х температуры и измерительного сигнала x давления формирует измеренное значение X плотности таким образом, что оно представляет локальную плотность, которую протекающая среда фактически имеет в локально определенной внутри технологической магистрали 20, при необходимости, также удаленной на заданное расстояние от реального места измерения давления и/или температуры вдоль оси течения, воображаемой эталонной точке, которая в отсутствие там соответствующего датчика плотности и для различения от фактически образованных датчиками температуры и давления и, следовательно, реальных мест измерений обозначается как виртуальное место М' измерения плотности. При этом оно может относиться к эталонной точке, выбранной при работе из множества заданных эталонных точек, и может быть, следовательно, определенным образом изменяемой по месту, а также стационарной. По меньшей мере, в последнем случае, согласно другому варианту осуществления изобретения, корпус 110 с находящимся в нем измерительным электронным блоком расположен в непосредственной близости от виртуального места М' измерения плотности. Определение виртуального места М' измерения плотности осуществляется при этом за счет соответствующей конфигурации измерительного электронного блока, в частности служащих в целях измерения плотности методов расчета, с учетом положения и геометрического выполнения реальных мест измерений М, М. При этом, согласно другому варианту осуществления изобретения, виртуальное место М' измерения плотности расположено вверх по потоку перед местом М измерения температуры и/или местом М измерения давления. Кроме того, для определения плотности может быть предпочтительным, чтобы место измерения плотности было совмещено либо с местом измерения температуры, либо с местом измерения давления.
ρ
В рассматриваемой измерительной системе при этом предполагается, что протекающая среда имеет, по меньшей мере, один параметр состояния, например температуру, и/или давление, и/или плотность, и/или число Рейнольдса Re, которые по отдельности или вместе принимают в виртуальном месте М' измерения плотности, по меньшей мере, временно, в частности в релевантном для формирования измеренного значения плотности отрезке времени и/или периодически, существенно иное значение, по меньшей мере, в смысле желательной для измерения плотности точности, нежели, по меньшей мере, в одном из формирующих фактические измерительные сигналы реальных мест измерений, т.е. в месте измерения температуры и/или в месте измерения давления. Другими словами, следует исходить из того, что в виртуальном месте измерения плотности среда, по меньшей мере, временно находится в термодинамическом состоянии и/или в состоянии течения, которое в отношении, по меньшей мере, одного локального параметра термодинамического состояния - температуры, давления, плотности и т.д. - отличается от термодинамического состояния среды в месте измерения температуры и/или от термодинамического состояния среды в месте измерения давления существенно, в частности и значительной для желаемой точности измерений измерительной системы степени. Эта пространственная дисперсия термодинамического состояния и/или состояния течения среды, как уже сказано, может возникать, например, в случае сжимаемой среды, реагирующей в технологической магистрали среды, дополнительно охлаждаемой или дополнительно нагреваемой среды. Кроме того, такое изменение термодинамического состояния и/или состояния течения может быть вызвано также тем, что среду заставляют течь по технологической магистрали, которая вдоль ось течения на отдельных участках сужается и/или расширяется, как это происходит, например, при использовании в ней соответственно сопел или диффузоров, в результате чего среда соответственно ускоряется или замедляется, соответственно сжимаясь или расширяясь.
ρ
Согласно одному предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительный электронный блок на основе измерительных сигналов давления и температуры сначала определяет временное измеренное значение Х' плотности, например по одному из упомянутых промышленных стандартов AGA 8, AGA NX-19, SGERG-88, IAWPS-IF97, ISO 12213:2006, представляющее плотность, которую протекающая среда лишь кажущимся образом имеет в виртуальном месте измерения плотности вследствие временного пренебрежения рассматриваемой пространственной дисперсией термодинамического состояния и/или состояния течения.
ρ
Определение временного измеренного значения Х' плотности может осуществляться при этом, по меньшей мере, временно, в частности также для, по меньшей мере, частично газообразных сред, таких как природный газ, воздух, метан, фосген и т.д., на основе правила
M
где n - молярная масса, z - реальный газовый коэффициент среды, вычисленный по одному из промышленных стандартов AGA 8, AGA NX-19, SGERG-88, IAWPS-IF97, ISO 12213:2006 и/или с использованием измерительного сигнала температуры и/или давления, a R - относительная газовая постоянная измеряемой среды, которая соответствует нормированной по молярной массе n среды абсолютной газовой постоянной R/n при R=8,3143 Дж/(К моль).
ρ
В качестве альтернативы или в дополнение к этому измерительный электронный блок может, по меньшей мере, временно определять временное измеренное значение Х′ плотности, в частности в случае, по меньшей мере, частично содержащей водяной пар среды, также на основе правила
IAWPS-IF97
p
IAWPS
IAWPS-IF97
IAWPS-IF97
M
IAWPS-IF97
где π=X/P* и γ=g/(R·Xϑ), P* - специфическое для среды критическое давление по промышленному стандарту IAWPS-IF97, в частности 16,53 МПа, в случае, если измеряемой средой является вода, выше которого данная измеряемая среда в любом случае не может быть жидкой, a g - специфическая для среды свободная энтальпия (свободная энергия Гиббса) по промышленному стандарту IAWPS-IF97.
ρ
ρ
Выбор фактически подходящего правила расчета временного измеренного значения Х' плотности и, следовательно, также собственно измеренного значения Х плотности может осуществляться при этом автоматически и/или в диалоге с пользователем на месте, или через вышестоящую систему обработки данных полуавтоматически, при необходимости, также с учетом фактически измеренного давления или фактически измеренной температуры, и/или в соответствии с предложенным в упомянутой публикации WO-A 2004/023081 способом выбора.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительный электронный блок формирует измеренное значение плотности также с использованием, по меньшей мере, одного хранящегося, например, в цифровом виде, числового компенсирующего коэффициента К, который соответствует возникающей вдоль оси течения измерительной системы, специфической для нее и среды локальной изменяемости, по меньшей мере, одного параметра термодинамического состояния среды, в частности температуры, давления или самой плотности, и/или соответствует возникающей вдоль оси течения измерительной системы, специфической для нее и среды локальной изменяемости числа Рейнольдса протекающей среды.
р
р
Названные локальные изменяемости и компенсирующий коэффициент K могут определяться, по меньшей мере, для измерительных систем с постоянными условиями предварительно и/или при работе, например с учетом фактически измеряемой среды, в частности ее химического состава и/или ее термодинамических свойств. Определение компенсирующего коэффициента K может осуществляться, например, во время калибровки измерительной системы известной эталонной средой и/или на месте во время пуска измерительной системы в эксплуатацию. Для определенных применений, в частности со средами постоянного химического состава или с постоянными термодинамическими свойствами, может быть вполне достаточным, по меньшей мере, один раз определить, по меньшей мере, один компенсирующий коэффициент K только во время пуска измерительной системы в эксплуатацию. В случае сред, значительно изменяющихся при работе измерительной системы по составу и/или термодинамическим свойствам, при необходимости, также в ходе ее замены, может быть вполне предпочтительным, если измерительный электронный блок периодически определяет компенсирующий коэффициент К также после пуска измерительной системы в эксплуатацию во время ее работы. Определение, по меньшей мере, одного компенсирующего коэффициента К может осуществляться при этом, например, с помощью заданной, вычисленной, при необходимости, в диалоге с пользователем - на месте или удаленно - и/или вне измерительного электронного блока удельной теплоемкости с фактической среды. Например, теплоемкость с или же другие для спецификации фактически измеряемой среды может посылаться вышеописанной системой обработки данных к измерительному электронному блоку и, следовательно, передаваться к измерительной системе.
Согласно другой модификации изобретения, измерительный электронный блок, в частности для упрощения определения компенсирующего коэффициента K, содержит, по меньшей мере, одну, в частности энергонезависимую, память 16 данных для хранения параметров измерительной системы, которые необходимы для ее работы, в частности для определения ее измерительных и передающих функций. В частности, при этом предусмотрено, что в выполненной, например, в виде табличной памяти и/или энергонезависимой памяти данных, по меньшей мере, временно хранится, по меньшей мере, один компенсирующий коэффициент K, при необходимости, также при отключенном измерительном электронном блоке. Например, в памяти данных может храниться для этого также множество компенсирующих коэффициентов, предварительно вычисленных для различных сред и/или установочных положений, так что измерительный электронный блок может выбрать из множества хранящихся в памяти компенсирующих коэффициентов, по меньшей мере, один нужный компенсирующий коэффициент K с учетом фактической среды и фактического установочного положения.
M
ρ
M
p
M
В частности, для определения компенсирующего коэффициента K, согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения, в памяти данных, по меньшей мере, временно хранится, по меньшей мере, один специфицирующий фактически измеряемую среду параметр SP первого типа измерительной системы и что измерительная электронная система определяет измеренное значение Х плотности с использованием, по меньшей мере, одного параметра SP первого типа измерительной системы. Этот параметр может представлять собой, например, удельную теплоемкость c фактически измеряемой среды, молярную массу n среды и/или определяемое молекулярным строением среды число f колебательных степеней свободы ее атомов или молекул и/или производные от этого параметры, например вычисленный по одному из промышленных стандартов AGA 8, AGA NX-19, SGERG-88, IAWPS-IF97, ISO 12213:2006 реальный газовый коэффициент или коэффициент (сверх)сжимаемости. Следует учесть, что в памяти данных могут храниться также два или более таких специфицирующих фактически измеряемую среду параметров SP первого типа с разной размерностью и/или разными единицами измерения.
ME
ρ
ME
ME
ME
M
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения, в памяти данных, по меньшей мере, временно хранится, по меньшей мере, один специфицирующий как фактически измеряемую среду, так и установочное положение измерительной системы в данный момент ее параметр SP второго типа, причем измерительный электронный блок определяет измеренное значение Х плотности с использованием, по меньшей мере, параметра SP второго типа, в частности с использованием также параметра SP первого типа. При этом установочное положение, по меньшей мере, в значительной для определения измеренного значения плотности степени определяется расположением мест измерений давления, температуры и плотности по отношению друг к другу, а также формой и размером технологической магистрали в зоне места измерения давления, плотности и/или температуры. Поэтому параметр SP второго типа может быть, например, частью набора параметров, который отражает фактическое положение мест измерений и фактическую конфигурацию технологической магистрали в зоне мест измерений, а также термодинамические свойства фактически измеряемой среды, или числовым значением соответственно учитывающего эти влияния, например экспериментальным и/или эмпирическим путем, комплексного параметра, определенным образом вычисленного, при необходимости, также с использованием параметра SP первого типа только при работе измерительной системы.
M
ME
p
p
M
M
ME
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительный электронный блок, по меньшей мере, временно принимает, в частности переданные и/или близко по времени вычисленные вышестоящей системой обработки данных, числовые параметрические значения, по меньшей мере, одного специфицирующего измеряемую среду и/или установочное положение измерительной системы в данный момент параметр SP, SP, например теплоемкость c измеряемой фактически и/или в будущем среды. Теплоемкость c или переданный в равной степени другой системный параметр S первого типа можно предварительно определить при этом за счет соответствующего, проводимого, например, местом измерения плотности и/или вне измерительной системы измерения, и/или за счет ввода пользователем, при необходимости, также с использованием вышестоящей системы обработки данных. Потому в предложенной измерительной системе предусмотрено, что измерительный электронный блок, по меньшей мере, временно связанный с вышестоящей системой обработки данных проводами и/или по радио, передает ей измеренное значение плотности и/или, по меньшей мере, временно принимает от нее числовые, в частности в виде стандартной телеграммы, параметрические значения фактически измеряемой среды, например специфицирующие ее термодинамические свойства и/или химический состав параметры SP первого типа. При необходимости, посредством системы обработки данных можно также определить параметры SP второго типа и непосредственно передать их измерительному электронному блоку в виде числовых параметрических значений.
M
p
В описанном случае, когда измерительный электронный блок при работе должен самостоятельно с помощью системных параметров S первого типа, по меньшей мере, временно определять удельную теплоемкость c фактически измеряемой среды, это может осуществляться, например, на основе правила
где n - молярная масса, R - абсолютная газовая постоянная с R=8,3143 Дж/(К моль), a f - число колебательных степеней свободы атомов или молекул фактически измеряемой среды.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения, компенсирующий коэффициент определяется так, что он определен только фактически измеряемой средой, в частности ее химическим составом и непосредственно производными от него физическими свойствами, а также конкретным выполнением измерительной системы в отношении размеров и положений встраивания отдельных мест измерений, а также размером и формой технологической магистрали в зоне мест измерений, так что он в значительной степени не зависит от реально измеренных параметров: давления и температуры.
ρ
K
K
С учетом и ввиду того, что рассматриваемая пространственная дисперсия термодинамического состояния или состояния течения среды и тем самым точность измерения таких измерительных систем может определяться заодно также фактической скоростью течения самой среды, согласно другому варианту осуществления изобретения, предусмотрено, что измерительный электронный блок определяет измеренное значение Х плотности с использованием, по меньшей мере, одного корректировочного значения X плотности, зависимого как от скорости течения среды, так и от господствующей в месте измерения температуры локальной температуры и вычисленного ко времени прохождения. Это корректировочное значение Х плотности рассчитано так, что оно соответствует обусловленной, в частности, фактически измеряемой средой и/или установочным положением в данный момент, и/или возникающей вдоль оси течения измерительной системы локальной изменяемости в данный момент, по меньшей мере, одного параметра термодинамического состояния среды, и/или обусловленной, в частности, средой и/или конструкцией измерительной системы, и/или возникающей вдоль оси течения измерительной системы локальной изменяемости в данный момент числа Рейнольдса протекающей среды.
v
Для этого, согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения, в измерительном электронном блоке, по меньшей мере, временно хранится соответствующее измеренное значение X скорости, которое представляет фактическую скорость течения среды в измерительной системе в данный момент.
v
ϑ
Используя измеренное значение X скорости и измеренное значение Х температуры, а также упомянутый компенсирующий коэффициент K, можно тогда очень просто посредством измерительного электронного блока определить корректировочное значение плотности на основе правила
ρ
ρ
K
В описанном выше случае, когда измерительный электронный блок 100 определяет временное измеренное значение Х'ρ плотности посредством вычислительного алгоритма, основанного на правиле расчета (1) и/или (2), можно очень просто и быстро определить значение Х виртуально измеренной плотности, используя как временное измеренное значение Х' плотности, так и корректировочное значение X плотности, на основе правила
ρ
В соответствии с этим, согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительный электронный блок конфигурирован так, что он определяет измеренное значение Х плотности с использованием правил расчета (4), (5), (1), по меньшей мере, на основе правила
и/или, по меньшей мере, временно на основе правила
K
K
K
K
ρ
ρ
ρ
ρ
K
K
K
ρ
ρ
Для проверки достоверности вычисленного в данный момент измеренного значения плотности, например в процессе самовалидации измерительной системы, измерительный электронный блок, согласно другому варианту осуществления изобретения, периодически сравнивает корректировочное значение X плотности при работе, по меньшей мере, с одним заданным, специфическим для измерительной системы эталонным значением. Далее предусмотрено, что измерительный электронный блок на основе сравнения корректировочного значения Х плотности и эталонного значения количественно сигнализирует об отклонении корректировочного значения Х плотности в данный момент от эталонного значения и/или периодически подает сигнал тревоги, который сигнализирует о нежелательном, в частности недопустимо высоком, расхождении между корректировочным значением Х плотности и соответствующим эталонным значением. В качестве альтернативы или в дополнение к этому измерительный электронный блок выполнен далее так, что он периодически определяет при работе погрешность плотности, которая соответствует, в частности относительному, отклонению вычисленного, в частности, в соответствии со стандартом временного измеренного значения Х' плотности и измеренного значения Х плотности, в частности выдает также в виде числового значения погрешности плотности. Недопустимо высокое расхождение между временным измеренным Х' и измеренным Х значениями плотности или между корректировочным значением Х плотности и соответствующим эталонным значением можно объяснить, например, ошибочно параметрированным измерительным электронным блоком или неожиданным изменением измеряемой среды, и/или сбоем в содержащей технологическую магистраль установке. С учетом этого, согласно одному варианту осуществления изобретения, измерительный электронный блок использует корректировочное значение Х плотности при формировании измеренного значения Хρ плотности только тогда, когда оно составляет, по меньшей мере, 1, в частности лежит в диапазоне 1-1,2. Согласно альтернативному варианту, измерительный электронный блок конфигурирован так, что он использует корректировочное значение Х плотности при формировании измеренного значения Хρ плотности только тогда, когда оно составляет самое большее 1, в частности лежит в диапазоне 0,8-1. Кроме того, для пользователя может быть предпочтительным, если измерительный электронный блок выдает погрешность плотности в данный момент в виде числового значения погрешности плотности и/или сравнивает, по меньшей мере, с одним заданным эталонным значением и на основе этого сравнения периодически подает сигнал тревоги, который сигнализирует о нежелательном, в частности недопустимо высоком, расхождении между временным измеренным Х' и измеренным Х значениями плотности, например на месте посредством индикатора HMI.
K
v
v
v
ρ
Согласно одной модификации изобретения, измерительная система, в частности также в целях автоматического и близкого по времени определения корректировочного значения Х плотности, оборудована, по меньшей мере, одним, расположенным в месте M измерения скорости датчиком течения, который, первично реагируя на локальную, в частности усредненную по сечению технологической магистрали, скорость течения измеряемой среды, в частности также на ее изменения, формирует, по меньшей мере, один подвергаемый влиянию локальной скорости течения измерительный сигнал x течения. При работе измерительный электронный блок 100 и датчик течения, по меньшей мере, временно связаны между собой, по меньшей мере, таким образом, что измерительный электронный блок, по меньшей мере, временно предоставляет в распоряжение формированный датчиком течения измерительный сигнал x течения. При этом, в частности, предусмотрено, что измерительный электронный блок определяет измеренное значение Х плотности с использованием также измерительного сигнала течения. По меньшей мере, для этого измерительный электронный блок связан, по меньшей мере, временно также с датчиком течения, например через внешнюю полевую шину и/или беспроводным путем по радио. Кроме того, предусмотрено формирование измеренного значения плотности посредством электронного блока измерительного прибора таким образом, что оно представляет локальную плотность среды в зоне датчика течения.
В данном примере, по меньшей мере, датчик течения, в частности также один из модулей измерительного электронного блока, образован выполненным, например, в виде компактного прибора, промышленно-пригодным врезным измерительным прибором для протекающих сред. Врезной измерительный прибор включает в себя, по меньшей мере, одну обтекаемую при работе измеряемой средой, помещенную, в частности, непосредственно в технологическую магистраль и, следовательно, образующую ее секцию, в основном, жесткую и достаточно стойкую к давлению несущую трубу, на и/или в которой расположен собственно датчик течения. В зависимости от случая применения несущая труба может состоять, например, из металла, пластика и/или керамики.
В данном примере датчик течения образован помещенным в технологическую магистраль, выполненным в виде вихревого расходомера, компактным врезным измерительным прибором. Такие вихревые расходомеры служат обычно для высокоточной регистрации в качестве первичного физического измеряемого параметра скорости течения и/или объемного расхода протекающих сред, в частности с высокой температурой и/или высоким давлением.
На фиг.3а, 3b в перспективе и в разрезе изображен вихревой расходомер, причем на фиг.3а он изображен в направлении течения, а на фиг.3b - против направления течения. Вихревой расходомер содержит фиксированный на стенке 21 несущей трубы 20, образующей фактически секцию технологической магистрали, и входящий в нее через выполненное в ней отверстие 22 вихревой датчик 30, служащий в качестве датчика течения. Он может быть, например, динамически компенсированным вихревым датчиком с погруженной в среду лопастью и регистрирующим ее деформации емкостным чувствительным элементом, как это описано, в том числе, в US-A 6003384.
Внутри несущей трубы 20, которая сама помещена в трубопровод, например посредством соответствующего фланцевого соединения, вдоль одного из ее диаметров расположено подпорное тело 40, которое прочно соединено с несущей трубой, образуя диаметрально противоположные друг другу места 41, 41* фиксации. Центр отверстия 22 и центр места 41 фиксации лежат на образующей несущей трубы 20. Подпорное тело 40 имеет отражающую поверхность 42, на которую при работе натекает измеряемая среда. Подпорное тело 40 имеет также две боковые поверхности, из которых на фиг.3а, 3b видна только одна (передняя) боковая поверхность 43. Отражающая поверхность 42 и боковые поверхности образуют две кромки отрыва, из которых на фиг.3а только одна (передняя) кромка отрыва 44 видна полностью, а другая (задняя) кромка отрыва 45 лишь обозначена. Подпорное тело 40 на фиг.3а, 3b имеет, в основном, форму прямой треугольной колонны, т.е. колонны треугольного сечения. При необходимости, для реализации предложенной измерительной системы могут использоваться подпорные тела другой формы.
v
За счет натекания среды на отражающую поверхность 42 вниз по потоку за подпорным телом образуется вихревая дорожка Кармана, и на каждой кромке отрыва попеременно отрываются вихри, которые затем плывут вместе со средой. Эти захватываемые течением вихри создают локальные колебания давления в протекающей среде, а их временная частота отрыва, т.е. так называемая частота вихрей, является мерой скорости течения и/или объемного расхода среды. Вызванные плывущими вместе со средой вихрями колебания давления посредством образованного здесь лопастью, расположенного вниз по потоку за подпорным телом вихревого датчика 30 соответственно преобразуются в вихревой сигнал, соответствующий локальной скорости течения и служащий в качестве электрического измерительного сигнала x течения.
Чувствительный элемент 36 формирует упомянутый измерительный сигнал, частота которого пропорциональна объемному расходу протекающей среды.
Вихревой датчик 30 помещен вниз по потоку за подпорным телом 40 в отверстие 22 стенки 21 несущей трубы 20 и герметизирует отверстие 22 от боковой поверхности несущей трубы 20, для чего вихревой датчик 30 свинчен со стенкой 21. Этому служат, например, четыре винта, из которых на фиг.3а, 3b видны винты 5, 6, 7. Из вихревого датчика 30 видны входящий внутрь несущей трубы 20 через отверстие 22 в ее стенке 21 клинообразный флажок 31 и крышка 32 корпуса. Последняя через более тонкостенную проставку 323 заканчивается продолжением 322 (см. также US-A 6003384). Флажок 31 датчика имеет главные поверхности, из которых на фиг.3а, 3b видна только главная поверхность 311. Главные поверхности совпадают с упомянутой образующей несущей трубы 20 и образуют переднюю кромку 313. Флажок 31 может иметь также другие подходящие пространственные формы; так, например, он может иметь две главные поверхности, образующие две параллельные передние кромки. Флажок 31 выполнен короче диаметра несущей трубы 20; он выполнен также изгибно-жестким и может иметь, например, глухое отверстие 314, в которое может быть помещен чувствительный элемент, который определяет температуру среды, при необходимости, служит для формирования измерительного сигнала температуры и, следовательно, для реализации самого места ее измерения и выполнен в виде термоэлемента или резистивного термометра (см. US-B 6988418 или US-B 6910387). Чтобы глухое отверстие 314 имело достаточный диаметр, от главных поверхностей выдаются выступы, из которых на фиг.3а виден выступ 315. Глухое отверстие 314 доходит почти до передней кромки 313 и имеет там дно.
К вихревому датчику 30 относится далее закрывающая отверстие 22 мембрана 33 с обращенной к среде первой поверхностью 331 и обращенной от среды второй поверхностью 332 (фиг.3, 4). На поверхности 331 фиксирован флажок 31 датчика, а на поверхности 332 - реагирующий на его изгибы или движения физико-электрический чувствительный элемент 36. Флажок 31, мембрана 33 и ее кольцеобразный край 333 могут быть изготовлены из одного куска материала, например металла, в частности высококачественной стали.
Следует учесть, что вместо изображенного в качестве примера вихревого расходомера, по меньшей мере, с одним входящим во внутренний канал технологической магистрали, погруженным в среду подпорным телом и, по меньшей мере, одним, по меньшей мере, частично входящим во внутренний канал технологической магистрали, расположенным вниз по потоку, по меньшей мере, за одним подпорным телом датчиком течения могут использоваться, разумеется, и другие, зарекомендовавшие себя в технике автоматизации процессов врезные измерительные приборы для реализации, по меньшей мере, одного формирующего упомянутый измерительный сигнал течения датчика течения и, следовательно, для образования места измерения течения как такового, например магнитно-индуктивные расходомеры, термические расходомеры, расходомеры с разностью давлений, ультразвуковые расходомеры и т.п. При этом сам датчик течения, как это является обычным в таких измерительных приборах и зависит от реализованного принципа измерения, может быть образован, по меньшей мере, одним электрическим резистивным элементом, через который, по меньшей мере, временно течет ток нагрева, по меньшей мере, одним в частности контактирующим с протекающей средой, снимающим электрические потенциалы измерительным электродом, по меньшей мере, одним, реагирующим на изменения параметра течения измерительным конденсатором, и/или, по меньшей мере, одним пьезоэлектрическим, и/или, по меньшей мере, одним пьезорезистивным элементом. Датчик течения, в частности при использовании измерительного конденсатора и/или пьезоэлектрического или пьезорезистивного элемента для образования датчика течения, может представлять собой такой датчик течения, который для формирования измерительного сигнала периодически подвержен при работе механическим деформациям под воздействием протекающей в измерительной системе среды и/или который при работе периодически перемещается относительно статического исходного положения под воздействием протекающей в измерительной трубе среды, как это помимо упомянутых врезных измерительных приборов, измеряющих параметр течения с помощью плывущих в нем с образованием вихревой дорожки Кармана вихрей, обычно бывает, например, также при использовании таких врезных измерительных приборов, которые измеряют параметры течения рассматриваемого типа с помощью разностей давлений. В последнем случае, по меньшей мере, один датчик течения может быть образован, например, по меньшей мере, одним сужающим сечение технологической магистрали препятствия течения, в частности заслонкой или соплом, а также, по меньшей мере, одним датчиком разности давлений, который регистрирует на возникающую над препятствием течения разность давлений и вырабатывает представляющий ее измерительный сигнал разности давлений. При этом, по меньшей мере, один датчик разности давлений может быть, например частично, образован расположенным в месте измерения давления датчиком давления. В качестве альтернативы названным типам датчиков и измерительных приборов, по меньшей мере, один датчик течения может быть образован, кроме того, во взаимодействии с секцией технологической магистрали, когда возбужденные соответствующим возбудителем колебаний активным путем извне и/или пассивным путем самой средой вибрации этой секции обнаруживаются, по меньшей мере, одним регистрирующим механические колебания чувствительным элементом, например электродинамическим или оптоэлектронным путем, и преобразуются в соответствующий колебательный сигнал, как это бывает, например, также при использовании кориолисовых массовых расходомеров. Распространенные кориолисовые массовые расходомеры являются предлагаемыми обычно в виде компактного измерительного прибора врезными измерительными приборами, у которых, по меньшей мере, одна помещенная посредством фланцев в технологическую магистраль, снабженная снаружи возбудителями и датчиками колебаний измерительная труба образует, по меньшей мере, временно вибрирующую при работе секцию.
Использование измерительной системы с врезным измерительным прибором описанного типа позволяет тем самым дополнительно к виртуальному измерению плотности с такой же высокой точностью, при необходимости, также в реальном времени определять другие параметры протекающей по технологической магистрали среды, в частности массовый расход, объемный расход, температуру и/или т.п.
По меньшей мере, при использовании также датчика течения внутри измерительной системы можно, кроме того, предварительно вполне определить также упомянутый компенсирующий коэффициент K, в частности также подвергнуть мокрой калибровке. Например, компенсирующий коэффициент K может быть очень просто выбран так, чтобы это отвечало правилу
ρ
ρ
Ref
Ref
ρ
ρ
Ref
где ΔХ соответствует предварительно, в частности в процессе калибровки той же и/или, в основном, такой же по типу измерительной системы известной эталонной средой и/или в процессе пуска измерительной системы в эксплуатацию, выявленному на месте, например вычисленному и/или измеренному, специфическому для измерительной системы отклонению, которое временное измеренное значение Х' плотности, выявленное для определенной, по меньшей мере, в отношении своей фактической плотности ρ эталонной среды, имеет от такой же плотности ρ эталонной среды. Следовательно, ΔХ можно практически рассматривать как присущую измерительной системе погрешность измерения, которую выявленное посредством самой измерительной системы временное измеренное значение Х' плотности имеет по сравнению с фактической плотностью в виртуальном месте измерения. Зная временное измеренное значение Х'ρ плотности, как и фактическую плотность ρ эталонной среды, можно квантифицировать эту погрешность измерения следующим образом:
так что компенсирующий коэффициент K следует выбирать так, чтобы он максимально отвечал правилу
В качестве альтернативы или в дополнение к этому, по меньшей мере, при использовании внутреннего в измерительной системе датчика течения вполне можно определить компенсирующий коэффициент K экспериментальным путем посредством эталонной измерительной системы и соответствующих эталонных сред и/или с помощью компьютера и на основе этого экстраполировать другие числовые значения компенсирующего коэффициента K на другие, аналогичные эталонной измерительной системе измерительные системы и/или другие среды.
v
V
m
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения, измерительный электронный блок с использованием, по меньшей мере, измерительного сигнала течения определяет также, в частности цифровое, измеренное значение X скорости, представляющее скорость течения среды в данный момент, и/или, в частности цифровое, измеренное значение X объемного расхода, представляющее долю объемного расхода протекающей среды в данный момент. В качестве альтернативы или в дополнение к этому измерительный электронный блок с использованием, по меньшей мере, измерительных сигналов температуры и давления или производного от них измеренного значения плотности, а также измерительного сигнала течения или производного от него измеренного значения объемного расхода, может определять при работе, например цифровое, измеренное значение X массового расхода, представляющее долю массового расхода протекающей среды или общий массовый расход протекающей среды в данный момент.
Для упрощения конструкции измерительной системы и тем самым для дальнейшего повышения точности измеренного значения плотности датчик течения может быть расположен предпочтительным образом так, что, по меньшей мере, частично перекрываются, в частности совмещены, по меньшей мере, место измерения течения и место измерения температуры (US-B 6988418 или US-B 6910387) или, по меньшей мере, частично перекрываются, в частности совмещены, по меньшей мере, место измерения течения и место измерения давления (US-B 7007556). В качестве альтернативы или в дополнение к этому место измерения течения может быть расположено также на удалении от места измерения температуры и/или давления, как это схематично показано на фиг.1, 2, например вверх по потоку перед местом измерения температуры и/или давления.
Согласно одной модификации изобретения, предусмотрено, что датчик температуры и/или давления, как это предложено, например, в US-B 6988418, US-B 6910387 или US-B 6651512, образован также врезным измерительным прибором, выполненным, например, в виде компактного измерительного прибора и содержащего датчик течения.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения, виртуальное место измерения плотности и место измерения течения выбраны так, что среда имеет в виртуальном месте измерения плотности термодинамическое состояние, соответствующее термодинамическому состоянию среды в месте измерения скорости, и/или среда имеет в виртуальном месте измерения плотности и в месте измерения скорости, в основном, одинаковое число Рейнольдса. Это можно достичь, например, за счет того, что виртуальное место измерения плотности расположено так, что оно и место измерения течения, по меньшей мере, частично перекрываются, в частности совмещены. Другими словами, измеренное значение плотности должно определяться таким образом, чтобы оно точно представляло локальную плотность среды в зоне датчика течения и тем самым также локальную плотность среды в месте измерения скорости.
Для дальнейшего упрощения измерения, согласно другому выполнению измерительной системы, технологическая магистраль, по меньшей мере, на отдельных участках, в частности в зоне между местами измерения плотности и давления и/или местами измерения плотности и температуры, выполнена в виде, в основном, прямого, т.е. не имеющего никаких отводов или колен трубопровода, в частности кругообразного сечения. Кроме того, технологическая магистраль, по меньшей мере, на отдельных участках, в частности в зоне места измерения температуры и/или места измерения давления, должна быть выполнена в виде находящегося, по меньшей мере, под рабочим давлением, в основном, формоустойчивого, в частности жесткого и/или имеющего кругообразное сечение, трубопровода.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения, названная дисперсия вызвана при работе в значительной степени определенным образом за счет того, что технологическая магистраль, по меньшей мере, в виртуальном месте измерения плотности имеет калибр D1, отличающийся от ее калибра D2 в месте измерения давления. В качестве альтернативы или в дополнение к этому, согласно другому варианту осуществления изобретения, технологическая магистраль, по меньшей мере, в виртуальном месте измерения плотности имеет калибр D1, отличающийся от ее калибра D3 в месте измерения температуры, и/или калибр D2 технологической магистрали в месте измерения давления отличается от ее калибра D3 в месте измерения температуры. Таким образом, возникают многочисленные возможности комбинирования расположения отдельных мест измерений по отношению друг к другу и выбора калибра технологической магистрали в данном месте измерения. Выбор особенно подходящих вариантов этого схематично показан на фиг.4a-4h.
Может быть предпочтительным выполнение измерительной системы так, чтобы калибр D2 технологической магистрали в месте измерения давления был больше ее калибра D3 в месте измерения температуры, или чтобы калибр D3 технологической магистрали в месте измерения температуры был больше ее калибра D2 в месте измерения давления. В качестве альтернативы или в дополнение к этому калибр D2 технологической магистрали в месте измерения давления может быть выбран так, чтобы он был больше ее калибра D1 в виртуальном месте измерения плотности, и/или чтобы калибр D3 технологической магистрали в месте измерения температуры был больше ее калибра D1 в виртуальном месте измерения плотности.
В частности, предусмотрено, что отношение калибра D3 технологической магистрали в месте измерения температуры к ее калибру D1 в виртуальном месте измерения плотности поддерживается больше 1.1 и/или меньше 5, например лежит в диапазоне 1.2-3.1. По меньшей мере, в этом случае предпочтительно, если технологическая магистраль в виртуальном месте измерения плотности имеет калибр D1, в основном, равный ее калибру D2 в месте измерения давления. Согласно другому варианту осуществления изобретения, отношение калибра D2 технологической магистрали в месте измерения давления к ее калибру D1 в виртуальном месте измерения плотности поддерживается больше 1.1 и/или меньше 5, например лежит в диапазоне 1.2-3.1. В этом случае также предпочтительно, если технологическая магистраль в виртуальном месте измерения плотности имеет калибр D1, в основном, равный ее калибру D3 в месте измерения температуры.
Отличия между калибрами D1, D2 и D3 могут быть реализованы в зависимости от нужной конфигурации, в том числе, за счет того, что технологическая магистраль между, по меньшей мере, двумя местами измерений, т.е., например, между виртуальным местом измерения плотности и местом измерения температуры и/или давления или между местами измерения температуры и давления, содержит секцию, выполненную в виде, в частности воронкообразного, диффузора с расширяющимся в направлении течения, в частности непрерывно, внутренним каналом, или содержит секцию, выполненную в виде, в частности воронкообразного, сопла с сужающимся, в частности непрерывно, внутренним каналом.
21
31
21
31
21
23
21
23
Экспериментальные исследования показали далее, что места измерений должны быть расположены или определены предпочтительным образом так, чтобы расстояние L от места измерения давления до виртуального места измерения плотности отличалось от расстояния L от места измерения температуры до виртуального места измерения плотности. Например, для измерения может быть вполне предпочтительным, если расстояние L от места измерения давления до виртуального места измерения плотности больше расстояния L от места измерения температуры до виртуального места измерения плотности, и/или если расстояние L от места измерения давления до виртуального места измерения плотности и/или расстояние L от места измерения давления до виртуального места измерения плотности больше калибра D2 технологической магистрали в месте измерения давления. Вполне подходящим для измерения оказалось при этом расстояние L и/или расстояние L, соответствующее, по меньшей мере, 3-кратной, в частности более чем 5-кратной, величине калибра D2.
Для дальнейшей информации по выполнению и расчету технологической магистрали измерительной системы в отношении названных длин встраивания и/или отношений калибров при использовании редуктора и/или диффузора, как и другие выполнения технологической магистрали вверх по потоку перед и/или вниз по потоку за датчиком течения здесь следует дополнительно указать на собственные, предварительно не опубликованные заявки DE 102006034296.8 и DE 102006047815.0 или на соответствующие им дополнительные заявки, раскрытое содержание которых рассматривается здесь в качестве ссылки.
Дальнейшие исследования предложенных измерительных систем показали для изображенных на фиг.4a-4d расположений мест измерений температуры, давления и плотности по отношению друг к другу и со ссылкой на приведенные отношения калибров, что для этого рассчитанное, по меньшей мере, по правилу (4) и используемое для определения измеренного значения плотности по правилам (1) и (2) корректировочное значение плотности должно быть всегда больше единицы, в противном случае, как уже указано, следует исходить из дефекта измерительной системы или сбоя установки. В равной степени для изображенных на фиг.4e-4h соотношений корректировочное значение плотности при условии использования тех же правил расчета должно быть всегда меньше единицы.
2
-2
Кроме того, в таблице 1 приведены выбранные, выявленные как особенно подходящие для измерительной системы с датчиком течения в соответствии с примером на фиг.2 и 3 соотношения касательно калибров D1, D2, D3 в миллиметрах и выбранных газов в качестве среды, а также соответствующего компенсирующего коэффициента К в K·s·m.
Газ
D1, D3
D2
K
CH<sub>4 </sub>(n=16 г·моль<sup>-1</sup>, f=6)
13,9
24,3
27851,08558
13,9
26,7
26084,12357
13,9
27,2
25671,22129
13,9
28,5
24567,65186
13,9
38,1
17069,51792
13,9
40,9
15350,28348
13,9
41,2
15178,90947
13,9
43,1
14147,85441
24,3
38,1
3086,763684
24,3
40,9
3035,482335
24,3
41,2
3026,384008
24,3
43,1
2957,410639
24,3
49,2
2662,97974
24,3
52,6
2484,170531
24,3
52,7
2478,934254
24,3
54,5
2385,462689
38,1
49,2
448,2000215
38,1
52,6
487,9209744
38,1
54,5
500,3838513
38,1
73,7
459,369374
38,1
78
435,8925863
38,1
78,1
435,337907
38,1
82,5
410,9043438
49,2
73,7
183,0929623
49,2
78
183,4977725
49,2
78,1
183,4687956
49,2
82,5
180,8940523
49,2
97
162,4571647
49,2
102,3
154,3167919
49,2
102,4
154,1619225
49,2
107,1
146,8997624
73,7
97
32,98911974
73,7
102,4
35,0370316
73,7
107,1
36,01526944
73,7
146
32,12475476
73,7
151
31,10798557
73,7
154,2
30,45138942
73,7
159,3
29,40598339
97
146
12,12975471
97
151
12,16106709
97
154,2
12,14098846
97
159,3
12,05687371
97
199,9
10,30674712
97
202,7
10,16121596
97
206,5
9,963705636
97
207,3
9,922187549
146
199,9
2,245529752
146
202,7
2,273600656
146
206,5
2,304852917
146
207,3
2,310502276
146
248,8
2,317268815
146
254,5
2,291734778
146
258,8
2,2702775
146
260,4
2,261877863
Природный газ (n=16-40 г·моль<sup>-1</sup> в зависимости от состава, f=6)
13,9
24,3
31170,01324
13,9
26,7
29190,34938
13,9
27,2
28727,93943
13,9
28,5
27492,24479
13,9
38,1
19099,80535
13,9
40,9
17175,91318
13,9
41,2
16984,14311
13,9
43,1
15830,39114
24,3
38,1
3455,020015
24,3
40,9
3397,337203
24,3
41,2
3387,128821
24,3
43,1
3309,793458
24,3
49,2
2980,007098
24,3
52,6
2779,822049
24,3
52,7
2773,96038
24,3
54,5
2669,329455
38,1
49,2
501,8495813
38,1
52,6
546,2444885
38,1
54,5
560,159696
38,1
73,7
514,0710105
38,1
78
487,7826811
38,1
78,1
487,1616486
38,1
82,5
459,8077209
49,2
73,7
204,9496071
49,2
78
205,3864268
49,2
78,1
205,3536589
49,2
82,5
202,458931
49,2
97
181,8004079
49,2
102,3
172,6858252
49,2
102,4
172,5124389
49,2
107,1
164,3825333
73,7
97
36,93625048
73,7
102,4
39,22468158
73,7
107,1
40,31654938
73,7
146
35,94964274
73,7
151
34,81116896
73,7
154,2
34,07605503
73,7
159,3
32,90573249
97
146
13,57764009
97
151
13,61203427
97
154,2
13,58918743
97
159,3
13,49451405
97
199,9
11,53365739
97
202,7
11,37072445
97
206,5
11,14960825
97
207,3
11,10312955
146
199,9
2,5139906
146
202,7
2,545346756
146
206,5
2,580243371
146
207,3
2,586549405
146
248,8
2,593473866
146
254,5
2,564840534
146
258,8
2,540788021
146
260,4
2,531374101
H<sub>2</sub>O (n=18 г·моль<sup>-1</sup>, f=6)
13,9
24,3
31256,24144
13,9
26,7
29271,0454
13,9
27,2
28807,34836
13,9
28,5
27568,21927
13,9
38,1
19152,54293
13,9
40,9
17223,33422
13,9
41,2
17031,03432
13,9
43,1
15874,09507
24,3
38,1
3464,588763
24,3
40,9
3406,738816
24,3
41,2
3396,501521
24,3
43,1
3318,948505
24,3
49,2
2988,242826
24,3
52,6
2787,502227
24,3
52,7
2781,624305
24,3
54,5
2676,703394
38,1
49,2
503,2441144
38,1
52,6
547,7602846
38,1
54,5
561,7131315
38,1
73,7
515,492087
38,1
78
489,1306726
38,1
78,1
488,5079154
38,1
82,5
461,07809
49,2
73,7
205,5175663
49,2
78
205,9551717
49,2
78,1
205,9223044
49,2
82,5
203,0192259
49,2
97
182,3029139
49,2
102,3
173,1630088
49,2
102,4
172,9891412
49,2
107,1
164,8366844
73,7
97
37,03884498
73,7
102,4
39,33351491
73,7
107,1
40,42832654
73,7
146
36,04900682
73,7
151
34,90736955
73,7
154,2
34,1702149
73,7
159,3
32,99664598
97
146
13,61526406
97
151
13,64973647
97
154,2
13,62681665
97
159,3
113,53186744
97
199,9
11,56552973
97
202,7
11,40214452
97
206,5
11,18041482
97
207,3
11,1338072
146
199,9
2,52096787
146
202,7
2,552409208
146
206,5
2,587400279
146
207,3
2,593723327
146
248,8
2,600650057
146
254,5
2,5719366044
146
258,8
2,547815996
146
260,4
2,538375687
Воздух (n=18 г·моль<sup>-1</sup>, f=5)
13,9
24,3
50338,90921
13,9
26,7
47124,38089
13,9
27,2
46375,14885
13,9
28,5
44374,58191
13,9
38,1
30815,23069
13,9
40,9
27710,05332
13,9
41,2
27400,56851
13,9
43,1
25538,71377
24,3
38,1
5583,208016
24,3
41,2
5470,96068
24,3
43,1
5344,897321
24,3
49,2
4810,117614
24,3
52,6
4486,285526
24,3
52,7
4476,808075
24,3
54,5
4307,671069
38,1
49,2
812,4565419
38,1
52,6
883,65719
38,1
54,5
905,8569033
38,1
73,7
829,8882553
38,1
78
787,3215533
38,1
78,1
786,316573
38,1
82,5
742,0716954
49,2
73,7
331,3026455
49,2
78
331,8738927
49,2
78,1
331,8181848
49,2
82,5
327,0348906
49,2
97
293,4714706
49,2
102,3
278,7184046
49,2
102,4
278,437899
49,2
107,1
265,289832
73,7
97
59,78309893
73,7
102,4
63,449488
73,7
107,1
65,18836646
73,7
146
58,03092489
73,7
151
56,18799037
73,7
154,2
54,9986214
73,7
159,3
53,10590103
97
146
21,94754221
97
151
21,99771435
97
154,2
21,95771667
97
159,3
21,80041304
97
199,9
18,61596382
97
202,7
18,35235887
97
206,5
17,99471318
97
207,3
17,91954828
146
199,9
4,067220274
146
202,7
4,117361285
146
206,5
4,173054129
146
207,3
4,183100739
146
248,8
4,188923875
146
254,5
4,142218763
146
258,8
4,103061713
146
260,4
4,087749585