СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ НЕВЕРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПОТОКА В ВИБРАЦИОННОМ РАСХОДОМЕРЕ
SYSTEM AND METHOD TO PREVENT INCORRECT MEASUREMENTS OF FLOW IN VIBRATION FLOW METER

Область техники, к которой относится изобретение
Описанные ниже варианты осуществления относятся к вибрационным расходомерам, и в более частном случае, к системе и способу для предотвращения неверных измерений потока в вибрационном расходомере.
Уровень техники
Вибрационные расходомеры, например, вибрационные денситометры и кориолисовы расходомеры, в общем случае, известны и используются для измерения массового расхода и другой информации о веществах в трубке. Измерительный прибор содержит сборку датчика и электронный узел. Вещество в сборке датчика может быть текущим или неподвижным. Каждый тип датчика может иметь уникальные характеристики, которые измерительный прибор должен учитывать для достижения оптимальных эксплуатационных показателей.
Иллюстративные кориолисовы расходомеры раскрыты в патенте США 4,109,524, патенте США 4,491,025 и Re. 31,450, все выданные J.E. Smith и др. Эти расходомеры имеют одну или более трубок прямой или искривленной конфигурации. Конфигурация каждой трубки в кориолисовом массовом расходомере имеет набор мод свободных колебаний, которые могут представлять собой простые колебания изгиба, крутильные колебания или связанные колебания. Каждая трубка может приводиться в колебательное движение в предпочтительной моде.
Вещество течет в сборку датчика расходомера из трубопровода, присоединенного на входной стороне датчика, направляется через трубку(и) и выходит из датчика через выходную сторону датчика. Моды свободных колебаний колебательной системы, наполненной веществом, определяются отчасти совокупной массой трубок и вещества, текущего в трубках.
В отсутствие потока через сборку датчика, движущее усилие, приложенное к трубке(ам), заставляет все точки вдоль трубки(ок) колебаться с одинаковой фазой или небольшим “смещением нуля”, которое представляет собой задержку по времени, измеренную при нулевом расходе. Когда вещество начинает течь через сборку датчика, кориолисовы силы приводят к тому, что каждая точка вдоль трубки(ок) колеблется с разной фазой. Например, фаза на входном конце датчика отстает от фазы в позиции централизованного возбудителя, тогда как фаза на выходе опережает фазу в позиции централизованного возбудителя. Измерительные датчики на трубке(ах) вырабатывают синусоидальные сигналы, представляющие движение трубки(ок). Сигналы, выводимые из измерительных датчиков, обрабатываются для определения разности фаз между измерительными датчиками. Разность фаз между двумя или более измерительными датчиками пропорциональна массовому расходу вещества, текущего через трубку(и).
Массовый расход вещества можно определить путем умножения разности фаз на калибровочный коэффициент потока (FCF). До установки сборки датчика расходомера в трубопровод, FCF определяется посредством процесса калибровки. В процессе калибровки, текучая среда пропускается через трубку Вентури с известным расходом, и вычисляется соотношение между разностью фаз и расходом (т.е. FCF). Затем сборка датчика расходомера определяет расход путем умножения FCF на разность фаз измерительных датчиков. Кроме того, при определении расхода можно учитывать другие калибровочные коэффициенты.
Отчасти, в силу высокой точности вибрационных расходомеров и, в частности, кориолисовых расходомеров, вибрационные расходомеры успешно применяются в различных отраслях промышленности. Одной отраслью, предъявляющей повышенные требования к точности и повторяемости измерений, является нефтяная и газовая промышленность. При возрастании затрат, связанных с нефтью и газом, ситуации приема/сдачи нефти/газа требуют усовершенствований в измерении фактически перекачиваемого количества нефти. Примером ситуации приема/сдачи нефти/газа является бункеровка топлива. Бункеровка относится к практике хранения и переноса морских топливных масел, которые получили общеупотребительное название бункерных топлив. Для заправки корабля, большие количества топлива можно временно хранить на барже или в другом контейнере с целью переноса топлива с берега на корабль. Бункер может находиться в доке или в другом портовом сооружении или может транспортироваться баржой или другим заправочным судном. В ходе бункеровки измерение топлива обычно содержит процесс последовательного перекачивания по схеме “пустой-полный-пустой”, что способствует увлечению газа топливом. Увлеченный газ в топливе серьезно затрудняет измерение, ввиду изменения объема и массы доставляемого топлива. Дополнительно, в начале и конце процесса, расходомер может быть частично наполнен текучей средой, а не полностью пуст или полностью полон.
Бункерное топливо содержит сравнительно тяжелый нефтепродукт, который используется для отопления или в больших промышленных и/или корабельных двигателях. Бункерное топливо может содержать множественные сорта топлива. Бункерное топливо, в общем случае, более тяжелое и вязкое, чем бензин или дизельное топливо.
Стоимость морского топлива представляет основную часть стоимости эксплуатации корабля. С ростом цен на нефть и усиления охраны недр, аккуратное управление потреблением топлива приобретает особое значение по природоохранным и финансовым причинам.
Усовершенствования кориолисовых расходомеров позволяют получать более точные измерения топлива даже с увлеченным газом. Однако проблема может возникать, всякий раз, когда поток останавливается, например в начале или в конце процесса бункеровки, когда клапаны и насосы, доставляющие топливо, закрываются. Одна причина состоит в изменении смещения нуля вибрационного расходомера. Даже когда топливо перестает течь через кориолисов расходомер, трубки Вентури продолжают вибрировать. В идеале задержка по времени между измерительными датчиками будет возвращаться к исходному значению смещения нуля, когда расход через трубки равен нулю. Пока задержка по времени возвращается к исходному смещению нуля, кориолисов расходомер будет выдавать нулевой массовый расход. Однако различные факторы обусловлены смещением нуля сборки датчика и некоторые из факторов могут изменяться либо в ходе процесса бункеровки, либо после последнего процесса обнуления.
Например, хотя многие кориолисовы расходомеры способны поддерживать точные измерения, несмотря на увлеченный газ, в ряде случаев, когда расход через трубки Вентури падает до нуля, увлеченный газ может приводить к дисбалансу, который создает асимметричное затухание между входной и выходной стороной сборки датчика вибрационного расходомера. Асимметричное затухание может приводить к задержке по времени между датчиками, которая может отличаться от исходного смещения нуля и, таким образом, может интерпретироваться как реальный расход. Эта проблема также может возникать, например, если сборка датчика лишь частично наполнена текучей средой. Даже в вибрационных расходомерах, которые толерантны к топливу, включающему в себя увлеченный газ, в ряде случаев может быть желательно прекращать измерение расхода через кориолисов расходомер после закрытия или отключения клапанов и насосов. Дело в том, что топливо в трубопроводе, которое продолжает течь после клапана управления расходом текучей среды вследствие остаточного давления или под действием собственного веса, например, может уже находиться в системе. Таким образом, топливо, уже находящее в системе, не должно причисляться к суммарной бункеровке. Координация сумматора расходомера с закрытием клапанов и насосов часто бывает затруднена, поскольку расходомер может не быть соединен с клапанами или насосом.
Различные способы, отвечающие уровню техники, были предложены для коррекции неверных показаний, связанных с аэрированной текучей средой в трубках Вентури при нулевом расходе. Один из наиболее часто используемых способов состоит в том, чтобы просто считывать значение сумматора сразу после отключения насоса и/или закрытия клапана. Идея, лежащая в основе этого способа, состоит в получении показания до того, как вибрационный расходомер получает возможность выдавать неверные измерения. Однако этот подход предусматривает вмешательство оператора для тщательного отслеживания ситуации. Этот подход также предполагает, что оператор, считывающий суммарное значение, хочет, чтобы измерительный прибор измерял правильную сумму пакета.
Другой способ состоит в увеличении отсечки низкого расхода вибрационного расходомера. Отсечка низкого расхода - это значение, которое предполагает, что задержки по времени ниже отсечки низкого расхода обусловлены смещением нуля и, таким образом, равны нулевому расходу. Проблема этого способа состоит в том, что с увеличением значения отсечки низкого расхода возрастает вероятность того, что значения реального расхода будут ниже отсечки низкого расхода. Таким образом, этот подход может приводить к принудительному обнулению значений реального расхода.
Еще один традиционный подход состоит в задании верхнего и нижнего пределов плотности для предотвращения суммирования, если плотность отклоняется от известной плотности жидкости более чем на пороговую величину. К сожалению, этот способ недостаточно хорошо работает на практике, поскольку присутствие увлеченного газа и твердых частиц может приводить к положительным и отрицательным ошибкам, которые часто компенсируют друг друга. Дополнительно, в бункеровочных применениях, значительный массовый расход фактически может иметь место, когда измеренная плотность ниже известной плотности жидкости, например, при наличии 5%-ой объемной доли газа в ходе части доставки пакета.
Следовательно, эти традиционные подходы в большинстве случаев неадекватны. Таким образом, в уровне техники существует необходимость в обеспечении повышенной надежности и точности вибрационных расходомеров. В уровне техники существует необходимость в точном определении, когда вибрационный расходомер должен остановить суммирование измерений расхода. Эти и другие проблемы решаются, и достигается прогресс по сравнению с уровнем техники.
Варианты осуществления, описанные ниже, предусматривают систему и способ, которые, по существу, предотвращают неверные измерения в вибрационном расходомере. Варианты осуществления, описанные ниже, предусматривают один или более из переключателей текучей среды вблизи вибрационного расходомера. Переключатели текучей среды могут обнаруживать определенные состояния потока, например, присутствие текучей среды и/или потока текучей среды вблизи вибрационного расходомера для определения, должен ли вибрационный расходомер суммировать измерения.
Раскрытие изобретения
Предусмотрена система потока текучей среды согласно варианту осуществления. Система потока текучей среды содержит трубопровод и первый переключатель текучей среды, расположенный в трубопроводе и определяющий одно или более состояний текучей среды в трубопроводе. Согласно варианту осуществления, система потока текучей среды дополнительно содержит вибрационный расходомер, включающий в себя сборку датчика, расположенную в трубопроводе вблизи и в соединении посредством текучей среды с первым переключателем текучей среды, и измерительную электронную схему в электрическом соединении со сборкой датчика для приема одного или более сигналов датчика для измерения одной или более характеристик потока. Согласно варианту осуществления, система потока текучей среды дополнительно содержит системный контроллер в электрическом соединении с первым переключателем текучей среды и в электрическом соединении с измерительной электронной схемой. Системный контроллер выполнен с возможностью приема одной или более измеренных характеристик потока от измерительной электронной схемы и приема сигнала первого переключателя текучей среды, указывающего одно или более состояний текучей среды в трубопроводе, от первого переключателя текучей среды. Системный контроллер дополнительно выполнен с возможностью коррекции измеренных характеристик потока, если состояние текучей среды из одного или более состояний текучей среды выходит за пределы порогового значения или диапазона.
Способ эксплуатации вибрационного расходомера предусмотрен согласно варианту осуществления. Вибрационный расходомер включает в себя измерительную электронную схему и сборку датчика, расположенную в трубопроводе и в соединении посредством текучей среды с одним или более из переключателей текучей среды. Согласно варианту осуществления, способ содержит этап, на котором измеряют одну или более характеристик потока текучей среды, текущей через сборку датчика. Согласно варианту осуществления, способ дополнительно содержит этап, на котором измеряют одно или более состояний текучей среды с помощью одного или более из переключателей текучей среды. Согласно варианту осуществления, способ корректирует одну или более характеристик потока текучей среды, текущей через сборку датчика, если состояние текучей среды из одного или более состояний текучей среды выходит за пределы порогового значения или диапазона.
Измерительная электронная схема для вибрационного расходомера предусмотрена согласно варианту осуществления. Измерительная электронная схема содержит сборку датчика, расположенную в трубопроводе и в соединении посредством текучей среды с одним или более из переключателей текучей среды. Согласно варианту осуществления, измерительная электронная схема выполнена с возможностью измерения одной или более характеристик потока текучей среды, текущей через сборку датчика. Согласно варианту осуществления, измерительная электронная схема дополнительно выполнена с возможностью приема сигнала первого переключателя текучей среды, указывающего состояние текучей среды в трубопроводе от первого переключателя текучей среды из одного или более из переключателей текучей среды. Согласно варианту осуществления, измерительная электронная схема дополнительно выполнена с возможностью коррекции одной или более характеристик потока, если состояние текучей среды выходит за пределы порогового значения или диапазона.
Аспекты
Согласно аспекту, система потока текучей среды содержит:
трубопровод;
первый переключатель текучей среды, расположенный в трубопроводе и определяющий одно или более состояний текучей среды в трубопроводе;
вибрационный расходомер, включающий в себя:
сборку датчика, расположенную в трубопроводе вблизи и в соединении посредством текучей среды с первым переключателем текучей среды;
измерительную электронную схему в электрическом соединении со сборкой датчика для приема одного или более сигналов датчика для измерения одной или более характеристик потока;
системный контроллер в электрическом соединении с первым переключателем текучей среды и в электрическом соединении с измерительной электронной схемой и выполненный с возможностью:
приема одной или более измеренных характеристик потока от измерительной электронной схемы;
приема сигнала первого переключателя текучей среды, указывающего одно или более состояний текучей среды в трубопроводе, от первого переключателя текучей среды; и
коррекции измеренных характеристик потока, если состояние текучей среды из одного или более состояний текучей среды выходит за пределы порогового значения или диапазона.
Предпочтительно, первый переключатель текучей среды располагается перед сборкой датчика.
Предпочтительно, система потока текучей среды дополнительно содержит, по меньшей мере, второй переключатель текучей среды, расположенный вблизи и после сборки датчика.
Предпочтительно, первый переключатель текучей среды представляет собой переключатель уровня текучей среды, причем сигнал первого переключателя текучей среды указывает, что уровень текучей среды в трубопроводе выходит за пределы порогового значения или диапазона.
Предпочтительно, первый переключатель текучей среды представляет собой переключатель потока текучей среды, причем сигнал первого переключателя текучей среды указывает, что расход текучей среды через трубопровод выходит за пределы порогового значения или диапазона.
Предпочтительно, вибрационный расходомер содержит кориолисов массовый расходомер, и характеристика потока из одной или более характеристик потока содержит массовый расход.
Предпочтительно, коррекция измеренных характеристик потока содержит определение того, что характеристики потока неверны.
Согласно другому аспекту, способ эксплуатации вибрационного расходомера, включающего в себя измерительную электронную схему и сборку датчика, расположенную в трубопроводе и в соединении посредством текучей среды с одним или более из переключателей текучей среды, содержит этапы, на которых:
измеряют одну или более характеристик потока текучей среды, текущей через сборку датчика;
измеряют одно или более состояний текучей среды с помощью одного или более из переключателей текучей среды; и
корректируют одну или более характеристик потока текучей среды, текущей через сборку датчика, если состояние текучей среды из одного или более состояний текучей среды выходит за пределы порогового значения или диапазона.
Предпочтительно, переключатель текучей среды из одного или более из переключателей текучей среды содержит переключатель уровня текучей среды.
Предпочтительно, состояние текучей среды из одного или более состояний текучей среды содержит уровень текучей среды в трубопроводе.
Предпочтительно, переключатель текучей среды из одного или более из переключателей текучей среды представляет собой переключатель потока текучей среды.
Предпочтительно, состояние текучей среды из одного или более состояний текучей среды содержит расход в трубопроводе.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап, на котором суммируют одну или более характеристик потока после того, как состояние текучей среды из одного или более состояний текучей среды выходит за пределы порогового значения или диапазона.
Предпочтительно, вибрационный расходомер содержит кориолисов расходомер.
Предпочтительно, характеристика потока из одной или более характеристик потока содержит массовый расход.
Согласно другому аспекту, измерительная электронная схема для вибрационного расходомера со сборкой датчика, расположенной в трубопроводе и в соединении посредством текучей среды с одним или более из переключателей текучей среды, выполнена с возможностью:
измерения одной или более характеристик потока текучей среды, текущей через сборку датчика;
приема сигнала первого переключателя текучей среды, указывающего состояние текучей среды в трубопроводе от первого переключателя текучей среды из одного или более из переключателей текучей среды; и
коррекции одной или более характеристик потока, если состояние текучей среды выходит за пределы порогового значения или диапазона.
Предпочтительно, состояние текучей среды содержит уровень текучей среды в трубопроводе.
Предпочтительно, состояние текучей среды содержит расход в трубопроводе.
Предпочтительно, измерительная электронная схема дополнительно выполнена с возможностью суммирования одной или более характеристик потока после того, как одно или более состояний текучей среды выходит за пределы порогового значения или диапазона.
Предпочтительно, первый переключатель текучей среды располагается перед сборкой датчика, причем измерительная электронная схема дополнительно выполнена с возможностью приема сигнала второго переключателя текучей среды от второго переключателя текучей среды, расположенного после сборки датчика.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вибрационный расходомер согласно варианту осуществления.
Фиг. 2 - измерительная электронная схема согласно варианту осуществления.
Фиг. 3 - система потока текучей среды согласно варианту осуществления.
Фиг. 4 - процедура обработки согласно варианту осуществления.
Осуществление изобретения
На фиг. 1-4 и в нижеследующем описании приведены конкретные примеры, демонстрирующие специалистам в данной области техники предпочтительные варианты осуществления системы предотвращения. С целью представления принципов изобретения, некоторые традиционные аспекты были упрощены или упразднены. Специалистам в данной области техники очевидны разновидности этих примеров, которые отвечают объему настоящего описания. Специалистам в данной области техники очевидно, что описанные ниже признаки можно по-разному комбинировать для формирования множественных разновидностей системы предотвращения. В результате, варианты осуществления, описанные ниже, не ограничиваются описанными ниже конкретными примерами, а только формулой изобретения и ее эквивалентами.
На Фиг. 1 показан вибрационный расходомер 5 в форме кориолисова расходомера, содержащего сборку 10 датчика и измерительную электронную схему 20 согласно варианту осуществления. Сборка 10 датчика и измерительная электронная схема 20 могут быть электрически соединены проводами 100. Сборка 10 датчика принимает текущую текучую среду согласно показанному варианту осуществления; однако сборки датчика вибрационных расходомеров не обязаны ограничиваться конструкцией, где испытуемая текучая среда течет. Таким образом, сборка 10 датчика может содержать вибрирующую часть вибрационного денситометра, где текучая среда не течет, чувствительную часть ультразвуковых расходомеров, чувствительную часть магнитных объемных расходомеров, и т.д.
Согласно показанному варианту осуществления, измерительная электронная схема 20 подключена к сборке 10 датчика для измерения одной или более характеристик текущего вещества, например, плотности, массового расхода, объемного расхода, суммарного массового расхода, температуры и другой информации. Хотя измерительная электронная схема 20 показана соединенной с единичной сборкой 10 датчика, очевидно, что измерительная электронная схема 20 может осуществлять связь с множественными сборками датчика, а также множественными дополнительными измерительными электронными схемами 20. Кроме того, очевидно, что, хотя вибрационный расходомер 5 описан как содержащий кориолисов расходомер, вибрационный расходомер 5 в той же мере может содержать вибрационный расходомер другого типа, например, вибрационный денситометр, вибрационный объемный расходомер или какой-либо другой вибрационный расходомер, которому не хватает всех измерительных возможностей кориолисовых расходомеров. Таким образом, настоящий вариант осуществления не подлежит ограничению кориолисовыми расходомерами. Напротив, измерительная электронная схема 20 может быть соединена со сборками датчика других типов, с текущей текучей средой или неподвижной текучей средой.
Сборка 10 датчика включает в себя пару фланцев 101 и 101', коллекторы 102 и 102' и трубки 103A и 103B. Коллекторы 102, 102' присоединены к противоположным концам трубок 103A и 103B. Фланцы 101 и 101' кориолисова расходомер присоединены к противоположным концам распорки 106. Распорка 106 поддерживает разнесение между коллекторами 102, 102' для предотвращения нежелательных вибраций в трубках 103A и 103B. Трубки 103A и 103B проходят наружу из коллекторов по существу параллельно. Когда датчик 10 вставлен в трубопроводную систему (не показана), которая переносит текущее вещество, вещество поступает в сборку 10 датчика через фланец 101, проходит через впускной коллектор 102, где суммарное количество вещества распределяется по трубкам 103A, 103B, течет через трубки 103A, 103B и возвращается в выпускной коллектор 102', где оно выходит из сборки 10 датчика через фланец 101'.
Сборка 10 датчика может включать в себя возбудитель 104. Возбудитель 104 показан присоединенным к трубкам 103A, 103B в положении, где возбудитель 104 может сообщать трубкам 103A, 103B колебательное движение, например, в режиме возбуждения. Возбудитель 104 может содержать одну из многих общеизвестных конфигураций, например, катушку, установленную на трубке 103A, и, напротив нее, магнит, установленный на трубке 103B. Возбуждающий сигнал в форме переменного тока может обеспечиваться измерительной электронной схемой 20, например по линии 110, и проходить через катушку, заставляя обе трубки 103A, 103B колебаться относительно осей W-W и W'-W' изгиба.
Сборка 10 датчика также включает в себя пару измерительных датчиков 105, 105', которые присоединены к трубкам 103A, 103B. Согласно варианту осуществления, датчики 105, 105' могут представлять собой электромагнитные детекторы, например, измерительные магниты и измерительные катушки, которые вырабатывают сигналы датчика, которые представляют и скорость и положение трубок 103A, 103B. Например, датчики 105, 105' могут выдавать сигналы датчика на измерительную электронную схему 20 по линиям 111, 111'. Специалистам в данной области техники очевидно, что движение трубок 103A, 103B пропорционально определенным характеристикам текущего вещества, например, массовому расходу и плотности вещества, текущего через трубки 103A, 103B.
Согласно варианту осуществления, измерительная электронная схема 20 принимает сигналы датчика от датчиков 105, 105'. Канал 26 может обеспечивать средство ввода и вывода, которое позволяет оператору взаимодействовать с одной или более измерительными электронными схемами 20. Измерительная электронная схема 20 может измерять одну или более характеристик испытуемой текучей среды, например, разность фаз, частоту, задержку по времени (разность фаз, деленную на частоту), плотность, массовый расход, объемный расход, суммарный массовый расход, температуру, поверку измерительного прибора и другую информацию.
На Фиг. 2 показана измерительная электронная схема 20, изображенная в целом на фиг. 1 согласно варианту осуществления. Измерительная электронная схема 20 может включать в себя интерфейс 201 и систему 203 обработки. Система 203 обработки может включать в себя систему 204 хранения. Система 204 хранения может содержать внутреннюю память, как показано, или, альтернативно, может содержать внешнюю память. Измерительная электронная схема 20 может генерировать возбуждающий сигнал 211 и подавать возбуждающий сигнал 211 на возбудитель 104, показанный на фиг. 1. Измерительная электронная схема 20 также может принимать сигналы 210 датчика от сборки 10 датчика, например, от измерительных датчиков 105, 105' по проводам 111 и 111', показанным на фиг. 1. В некоторых вариантах осуществления, сигналы 210 датчика могут приниматься от возбудителя 104. Измерительная электронная схема 20 может действовать как денситометр или может действовать как расходомер, в том числе, может действовать как кориолисов расходомер. Очевидно, что измерительная электронная схема 20 также может действовать как сборка вибрационного расходомера какого-либо другого типа, и приведенные конкретные примеры не должны ограничивать объем настоящего варианта осуществления. Измерительная электронная схема 20 может обрабатывать сигналы 210 датчика для получения одной или более характеристик потока вещества, текущего через трубки 103A, 103B.
Интерфейс 201 может принимать сигналы 210 датчика от возбудителя 104 или измерительных датчиков 105, 105' по проводам 110, 111, 111'. Интерфейс 201 может осуществлять любую необходимую или желаемую обработку сигнала, например, любые виды форматирования, усиления, буферизации и т.д. Альтернативно, обработка сигнала, полностью или частично, может осуществляться в системе 203 обработки. Кроме того, интерфейс 201 может обеспечивать связь между измерительной электронной схемой 20 и внешними устройствами. Интерфейс 201 может осуществлять любые виды электронной, оптической или беспроводной связи.
В одном варианте осуществления, интерфейс 201 может включать в себя цифратор (не показан), в котором сигналы 210 датчика содержат аналоговые сигналы датчика. Цифратор может дискретизировать и цифровать аналоговые сигналы датчика и генерировать цифровые сигналы датчика. Цифратор также может осуществлять любое необходимое прореживание, в котором цифровой сигнал датчика прореживается для снижения необходимого объема обработки сигнала и для сокращения времени обработки.
Система 203 обработки может осуществлять операции измерительной электронной схемы 20 и обрабатывать измерения расхода от датчика 10. Система 203 обработки может выполнять обработку данных, необходимую для реализации одной или более процедур обработки, а также обрабатывать измерения расхода для генерации одной или более характеристик потока.
Система 203 обработки может содержать компьютер общего назначения, микропроцессорную систему, логическую схему или какое-либо другое устройство обработки общего или специального назначения. Система 203 обработки может быть распределена между множественными устройствами обработки. Система 203 обработки может включать в себя любую разновидность встроенного или независимого электронного носителя данных, например, систему 204 хранения.
Следует понимать, что измерительная электронная схема 20 может включать в себя различные другие компоненты и функции, которые, в общем случае, известны в уровне техники. Эти дополнительные признаки, для лаконичности, исключены из описания и чертежей. Таким образом, настоящий вариант осуществления не подлежит ограничению показанными и рассмотренными конкретными вариантами осуществления.
На Фиг. 3 показана система 300 потока текучей среды согласно варианту осуществления. Согласно варианту осуществления, система 300 потока текучей среды может быть выполнена с возможностью переноса текучей среды от первого объекта ко второму объекту, т.е. приема/сдачи нефти/газа. Например, система 300 потока текучей среды может содержать бункеровочную систему доставки, которая переносит бункерное топливо с баржи (первого объекта) на корабль (второй объект). Очевидно, что, в этом случае, желательно определять точное количество переносимого топлива, а также, возможно, качества, сорта, чистоты и т.д. Желательно также, чтобы измерение было автоматизированным и происходило без участия человека. Согласно другому варианту осуществления, система 300 потока текучей среды может содержать систему доставки текучей среды для пакетного процесса на производственном предприятии. Система 300 потока текучей среды может быть внедрена в существующий трубопровод 301, например. Очевидно, что систему 300 потока текучей среды можно использовать в разнообразных областях применения и, таким образом, конкретное место, где реализована система 300 потока текучей среды, никоим образом не должно ограничивать объем настоящего варианта осуществления. Кроме того, хотя на фиг. 3 описаны различные компоненты, настоящий вариант осуществления не ограничивается требованием наличия всех показанных компонентов, но напротив, объем варианта осуществления должен ограничиваться только нижеследующей формулой изобретения, поскольку некоторые из проиллюстрированных компонентов являются необязательными.
Согласно варианту осуществления, система 300 потока текучей среды содержит трубопровод 301. Трубопровод 301 может содержать уже имеющийся трубопровод, составляющий часть более крупной системы. Трубопровод 301 содержит впускное отверстие 301A для текучей среды и выпускное отверстие 301B для текучей среды. Система 300 потока текучей среды может дополнительно включать в себя клапан 302 отбора проб, клапан 303 управления расходом, датчик 304 давления и фильтр 305. Клапан 302 отбора проб может быть предусмотрен, например, для периодического получения образцов текучей среды, текущей через трубопровод 301. Согласно варианту осуществления, клапан 303 управления расходом может находиться в электрическом соединении с измерительной электронной схемой 20 по проводу 306. Система 300 потока текучей среды может дополнительно содержать датчик 307 температуры, бесшкальный манометр 308, первый переключатель 309 текучей среды, сборку 10 датчика, второй переключатель 310 текучей среды и отсечной клапан 311, все из которых находятся в соединении посредством текучей среды друг с другом через трубопровод 301, как показано на чертеже. Как показано на фиг. 3, датчик 307 температуры, бесшкальный манометр 308, первый и второй переключатели 309, 310 текучей среды и сборка 10 датчика могут находиться в электрическом соединении с измерительной электронной схемой 20 по проводам 312, 313, 314, 315 и 100, соответственно. Однако очевидно, что в других вариантах осуществления, различные датчики и переключатели могут находиться в электрическом соединении через беспроводной интерфейс.
Помимо различных датчиков, электрически соединенных с измерительной электронной схемой 20, измерительная электронная схема 20 также может находиться в электрическом соединении с принтером 316 квитанций, системным контроллером 317 и пользовательским интерфейсом 318 по проводам 319, 320 и 321, соответственно. Кроме того, хотя первый и второй переключатели 309, 310 текучей среды показаны в электрическом соединении с измерительной электронной схемой 20 вибрационного расходомера 5, в альтернативном варианте осуществления, первый и второй переключатели 309, 310 текучей среды могут, альтернативно, находиться в электрическом соединении с системным контроллером 317, как показано пунктирными линиями 314', 315'. Системный контроллер 317, таким образом, может содержать централизованную систему обработки, компьютер общего назначения или какой-либо другой тип устройства обработки общего или специального назначения, которое может обрабатывать сигналы, принятые от обоих переключателей 309, 310 текучей среды, а также сигналы от измерительной электронной схемы 20 вибрационного расходомера 5. Таким образом, системный контроллер 317 может не содержать часть вибрационного расходомера 5, но, напротив, может быть выполнен с возможностью обработки сигналов от вибрационного расходомера 5. Системный контроллер 317 также может находиться в электрическом соединении с пользовательским интерфейсом 318 по проводу 322. Таким образом, пользователь получает возможность конфигурировать системный контроллер 317 согласно предпочтениям или требованиям пользователя.
При эксплуатации, клапан 303 управления расходом текучей среды может открываться, давая возможность текучей среде течь из впускного отверстия 301A для текучей среды во выпускное отверстие 301B для текучей среды. Клапан 303 управления расходом текучей среды может открываться вручную или электронно с использованием, например, измерительной электронной схемы 20. Насос (не показан) можно использовать, например, для обеспечения течения текучей среды через трубопровод 301. Текучая среда может содержать, например, бункерное топливо или какой-либо другой тип текучей среды. Текучая среда может содержать жидкость, жидкость, увлеченную газом, жидкость, включающую в себя твердые частицы, и т.д. Таким образом, конкретная текучая среда, текущая через систему 300 потока текучей среды, никоим образом не должна ограничивать объем описанного здесь варианта осуществления.
При протекании текучей среды через систему 300, текучая среда течет через клапан 302 отбора проб, клапан 303 управления расходом текучей среды, датчик 304 давления и фильтр 305. Эти компоненты могут содержать часть оборудования первого объекта. Например, эти компоненты могут содержать часть оборудования продавца применительно к бункеровке. Однако, в других вариантах осуществления, все показанные компоненты могут содержать часть оборудования единичного объекта.
В конце концов, текучая среда течет через сборку 10 датчика вибрационного расходомера 5. Сборка 10 датчика может передавать по проводам 100 сигналы 210 датчика на измерительную электронную схему 20, которая может измерять одну или более характеристик потока, например, плотность, массовый расход, объемный расход, суммарный массовый расход и суммарный объемный расход текучей среды на основании сигналов 210 датчика. В ряде случаев, систему 300 потока текучей среды можно использовать как систему пакетного типа, в которой желательны суммарные значения массового расхода и/или объемного расхода. Однако очевидно, что систему 300 потока текучей среды не обязательно реализовать как систему пакетного типа. В вариантах осуществления, где система 300 потока текучей среды содержит систему пакетного типа, измерительная электронная схема 20 может начинать суммирование расхода через сборку 10 датчика, как только клапан 303 управления расходом текучей среды открывается. Помимо измерения характеристик потока через сборку 10 датчика, измерительная электронная схема 20 может принимать сигнал 212 температуры от датчика 307 температуры и сигнал 213 давления от бесшкального манометра 308.
Согласно варианту осуществления, измерительная электронная схема 20 может дополнительно принимать сигнал 214 первого переключателя текучей среды от первого переключателя 309 текучей среды. Согласно показанному варианту осуществления, первый переключатель 309 текучей среды находится вблизи и перед сборкой 10 датчика вибрационного расходомера 5. Таким образом, сигнал 214 первого переключателя текучей среды может содержать сигнал, указывающий одно или более состояний потока перед сборкой 10 датчика.
Сигнал 214 первого переключателя текучей среды может указывать, что одно или более состояний текучей среды вышло за пределы порогового уровня, например, сигнал, указывающий, что уровень текучей среды и/или расход текучей среды находятся за пределами порогового значения или порогового диапазона (диапазона значений). Пороговые значения могут содержать, например, низкий пороговый уровень текучей среды или низкий уровень расхода. Однако конкретный пороговый уровень может зависеть от конкретного реализованного типа переключателя текучей среды. Согласно варианту осуществления, первый переключатель 309 текучей среды может содержать переключатель уровня жидкости, например, переключатель уровня жидкости Rosemount 2120. Согласно варианту осуществления, первый переключатель 309 текучей среды может не выдавать сигнал 214 первого переключателя текучей среды, если одно или более состояний текучей среды не выходит за пределы порогового значения в течение заранее определенного промежутка времени. Это допускает некоторое изменение расхода, не влияющее на измеренные характеристики потока, выводимые измерительной электронной схемой 20. Однако можно использовать и другие типы переключателей уровня жидкости. В вариантах осуществления, где первый переключатель 309 текучей среды представляет собой переключатель уровня жидкости, сигнал 214 первого переключателя текучей среды, отправленный на измерительную электронную схему 20, может указывать, выше ли или ниже уровень текучей среды в трубопроводе 301 заранее определенного уровня. Например, в одном варианте осуществления, переключатель 309 текучей среды может располагаться в трубопроводе 301, что позволяет переключателю 309 обнаруживать спад уровня текучей среды в трубопроводе 301 ниже приблизительно ¼ площади поперечного сечения трубопровода 301, т.е. наполнения трубопровода 301 только на ¼. Это можно осуществлять, вставляя переключатель на глубине ¾ поперечного сечения трубопровода 301. Конкретные уровни приведены лишь в качестве примера и никоим образом не должны ограничивать объем настоящего варианта осуществления. Уровень текучей среды в трубопроводе 301 может падать ниже заранее определенного уровня, например, если клапан 303 управления расходом закрывается, и текучая среда в трубопроводе 301 начинает уходить по мере опустошения трубопровода 301. Уровень текучей среды в трубопроводе 301 также может падать ниже заранее определенного уровня, например, в конце пакета, при сливе текучей среды, оставшейся в трубопроводе 301.
Согласно варианту осуществления, первый переключатель 309 текучей среды располагается вблизи и в соединении посредством текучей среды со сборкой 10 датчика, благодаря чему, поток через сборку 10 датчика снижается приблизительно до нуля, когда уровень текучей среды на первом переключателе 309 текучей среды падает ниже заранее определенного порога. Таким образом, согласно варианту осуществления, если текучая среда в трубопроводе 301 падает ниже заранее определенного уровня, что обнаруживает первый переключатель 309 текучей среды, измерительная электронная схема 20 может принимать сигнал 214 первого переключателя текучей среды и определять, что поток через сборку 10 датчика опустился ниже порогового уровня, т.е. нуля. Таким образом, измерительная электронная схема 20 может остановить суммирование неверных измерений расхода, которые могут быть обнаружены сборкой 10 датчика. Однако сборка 10 датчика все еще может иметь текучую среду в трубках 103A, 103B Вентури.
Согласно другому варианту осуществления, вместо переключателя уровня текучей среды первый переключатель 309 текучей среды может представлять собой переключатель потока текучей среды, например, тепловой переключатель потока или лопаточный переключатель потока, в общем случае, известный в технике. В этом варианте осуществления, состояние текучей среды, сигнализируемое сигналом 214 первого переключателя текучей среды, может указывать, вышел ли расход текучей среды через трубопровод 301 за пределы порогового значения или диапазона. Предпочтительно, первый переключатель 309 текучей среды располагается вблизи и в соединении посредством текучей среды со сборкой 10 датчика, так что, если первый переключатель 309 текучей среды определяет, что расход меньше порогового уровня, расход через сборку 10 датчика также будет меньше порогового уровня.
Хотя переключатель потока текучей среды можно использовать в любом желаемом окружении, включая бункеровку, в ряде случаев целесообразнее использовать переключатель уровня текучей среды вместо переключателя потока текучей среды. Это может быть особенно справедливо в случаях, когда проблема состоит в том, что, вследствие, например, вязкости текучей среды, переключатель потока текучей среды может непреднамеренно застревать в открытом положении даже после того, как расход падает ниже порогового уровня. Следовательно, в некоторых случаях лучше использовать переключатель уровня текучей среды, представляющий собой переключатель 309 текучей среды.
Согласно варианту осуществления, если первый переключатель 309 текучей среды определяет, что уровень текучей среды или расход текучей среды в трубопроводе 301 вблизи сборки 10 датчика находится в пределах заранее определенного порогового уровня, измерительная электронная схема 20 может продолжить измерение характеристик потока, например, суммирование расхода через сборку 10 датчика. Например, первый переключатель 309 текучей среды может определить, что уровень текучей среды выше порогового уровня текучей среды, или что расход текучей среды превышает пороговый расход текучей среды. Напротив, если первый переключатель 309 текучей среды определяет, что уровень текучей среды или расход текучей среды в трубопроводе 301 вблизи сборки 10 датчика выходит за пределы заранее определенного порогового значения или диапазона, первый переключатель 309 текучей среды может сигнализировать измерительной электронной схеме 20 о необходимости коррекции расхода через сборку 10 датчика. Коррекция может состоять, например, в остановке суммирования и/или остановке измерения расход. Как объяснено выше, измерительная электронная схема 20 может остановить суммирование расхода через сборку 10 датчика, даже если сборка 10 датчика обнаруживает задержку по времени, которая отличается от ранее определенного смещения нуля, т.е. сборка 10 датчика обнаруживает поток текучей среды.
Как показано в варианте осуществления, представленном на фиг. 3, система 300 потока текучей среды может дополнительно содержать второй переключатель 310 текучей среды. Второй переключатель 310 текучей среды может располагаться, например, после сборки 10 датчика. Аналогично первому переключателю 309 текучей среды, второй переключатель 310 текучей среды может выдавать сигнал второго переключателя текучей среды 215 на измерительную электронную схему 20. Сигнал второго переключателя текучей среды 215 может указывать, вышел ли уровень текучей среды или расход текучей среды в трубопроводе 301 вблизи и после сборки 10 датчика за пределы заранее определенного порогового значения или диапазона. Согласно варианту осуществления, первый и второй переключатели 309, 310 текучей среды могут быть соединены с измерительной электронной схемой 20 параллельно для создания логического элемента, эквивалентного “OR”. Следовательно, как объяснено ниже, измерительная электронная схема 20 может корректировать измеренный расход, если любой из переключателей 309, 310 выдает сигнал на измерительную электронную схему 20.
Когда клапан 303 управления расходом открыт, текучая среда течет через трубопровод 301, что приводит к превышению заранее определенных уровней первого и второго переключателей 309, 310 текучей среды. Таким образом, сигналы 214, 215 первого и второго переключателей текучей среды позволяют измерительной электронной схеме 20 продолжать измерение и/или суммирование характеристик потока текучей среды.
Однако, после закрытия клапана 303 управления расходом, запорного клапана 311, или их обоих, расход текучей среды через систему 300 потока текучей среды снижается приблизительно до нуля. В некоторых вариантах осуществления, трубопровод 301 может быть сконфигурирован таким образом, что оставшаяся текучая среда в трубопроводе 301 сливается для опустошения трубопровода. Когда расход текучей среды и/или уровень текучей среды в трубопроводе 301 падает ниже заранее определенных пороговых уровней, первый и/или второй переключатели 309, 310 текучей среды отправляют на измерительную электронную схему 20 сигнал, указывающий, что одно или более состояний текучей среды находятся за пределами заранее определенного значения или диапазона. Благодаря тому, что измерительная электронная схема 20 принимает сигнал 214, 215 первого и/или второго переключателя текучей среды, измерительная электронная схема 20 может корректировать измеренные характеристики потока текучей среды в сборке 10 датчика, даже если сигналы 210 датчика, отправленные сборкой 10 датчика, указывают, что текучая среда все еще течет через сборку 10 датчика. Таким образом, даже если увлеченный газ в текучей среде или частичное наполнение трубки приводят к асимметричному затуханию сборки 10 датчика, тем самым приводя к изменению смещения нуля сборки 10 датчика, измерительная электронная схема 20 останавливает суммирование неверного расхода.
Как упомянуто выше, коррекция может предусматривать остановку измерения характеристик потока текучей среды в сборке 10 датчика. Альтернативно, коррекция может предусматривать остановку суммирования ранее принятых характеристик потока. Другой альтернативой может быть коррекция характеристик потока до значения, полученного до приема сигнала 214 переключателя текучей среды. Например, после приема сигнала 214 переключателя текучей среды, указывающего, что одно или более состояний текучей среды находятся за пределами заранее определенных значений или диапазонов, измеренную плотность можно корректировать обратно к плотности, полученной за некоторое время до приема сигнала 214 переключателя текучей среды, или некоторой другой известной или сохраненной плотности. Специалистам в данной области техники очевидно, что в характеристики потока можно вносить другие поправки, не выходя за рамки объема описанного здесь варианта осуществления.
После того, как измерительная электронная схема 20 прекращает суммирование расхода, принтер 316 квитанций может печатать квитанцию с суммарным расходом совместно с любыми другими желаемыми характеристиками потока, которые определяются вибрационным расходомером 5. Кроме того, хост-компьютер 317 может отправлять сигнал на измерительную электронную схему 20 для осуществления какого-то другого измерения или, альтернативно, осуществления сброса при подготовке к последующему циклу измерений. Пользовательский интерфейс 318 также дает возможность пользователю отслеживать состояние измерительной электронной схемы 20, например, в ходе и по окончании цикла измерений.
Согласно альтернативному варианту осуществления, первый и второй переключатели 309, 310 текучей среды могут находиться в прямом электрическом соединении с системным контроллером 317, а не с измерительной электронной схемой 20. Согласно этому альтернативному варианту осуществления, измерительная электронная схема 20 может принимать сигналы 210 датчика от сборки 10 датчика и генерировать одну или более характеристик потока. Одна или более характеристик потока может поступать на системный контроллер 317, например, для дальнейшей обработки. Системный контроллер 317 также может принимать сигналы 214, 215 первого и второго переключателей текучей среды по проводам 314', 315'. Аналогично описанному выше, если системный контроллер 317 принимает сигнал 214, 215 первого или второго переключателя текучей среды, указывающий, что одно или более состояний текучей среды находятся за пределами порогового значения или диапазона, системный контроллер 317 может корректировать характеристики потока, поступающие от измерительной электронной схемы 20. Коррекция может предусматривать связывание входных сигналов с нулевым расходом, т.е. определение, что характеристики потока неверны.
Подача сигналов 214, 215 первого и второго переключателей текучей среды на системный контроллер 317 вместо измерительной электронной схемы 20 может быть преимущественным в случаях, когда вибрационный расходомер 5 уже реализован, и измерительная электронная схема 20 уже сконфигурировано. Таким образом, вместо того, чтобы переконфигурировать измерительную электронную схему 20 вибрационного расходомера 5, можно переконфигурировать системный контроллер 317 для обработки сигналов 214, 215 первого и второго переключателей текучей среды.
На Фиг. 4 показана процедура 400 обработки согласно варианту осуществления. Процедура 400 обработки может осуществляться, например, измерительной электронной схемой 20. Процедуру 400 обработки можно использовать для предотвращения суммирования неверных измерений вибрационным расходомером 5 после того, как поток через сборку 10 датчика остановлен, например, в ходе пакетного процесса. Процедура 400 обработки может храниться, например, в системе 204 хранения.
Процедура 400 обработки начинается на этапе 401, когда вибрационный расходомер 5 измеряет одну или более характеристик потока текучей среды, например, разность фаз, частоту, задержку по времени, плотность, массовый расход, объемный расход, суммарный массовый расход, и т.д. на основании принятых сигналов 210 датчика, что, в общем случае, известно в технике.
На этапе 402 измерительная электронная схема 20 определяет, принят ли сигнал от первого или второго переключателя 309, 310 текучей среды. Как объяснено выше, первый и второй переключатели 309, 310 текучей среды определяют, ли вышло одно или более состояний текучей среды за пределы порогового значения или диапазона. Например, первый или второй переключатель 309, 310 текучей среды может определять, упал ли уровень текучей среды ниже порогового уровня текучей среды. Альтернативно, переключатели 309, 310 могут определять, упал ли расход ниже порогового расхода. В некоторых вариантах осуществления, первый переключатель 309 текучей среды может определять, вышел ли уровень текучей среды в трубопроводе 301 за пределы порогового значения, тогда как второй переключатель 310 текучей среды может определять, вышел ли расход в трубопроводе 301 за пределы порогового значения. Другими словами, первый переключатель 309 текучей среды может представлять собой переключатель уровня текучей среды, тогда как второй переключатель 310 текучей среды может представлять собой переключатель потока текучей среды.
Если измерительная электронная схема 20 принимает сигнал 214, 215 переключателя текучей среды от любого из первого и второго переключателя 309, 310 текучей среды, процедура 400 обработки переходит к этапу 403, на котором измерительная электронная схема 20 корректирует характеристики потока. Измерительная электронная схема 20 может остановить измерение характеристик потока, даже если сборка 10 датчика указывает задержку по времени, отличную от смещения нуля. Как объяснено выше, этот указанный “измеренный” расход может быть обусловлен увлеченным газом в текучей среде, частичным наполнением трубок 103A, 103B Вентури или каким-либо другим состоянием, которое изменило смещение нуля сборки 10 датчика. После этапа 403, процедура 400 обработки может перейти к необязательному этапу 404, на котором принтер 316 квитанций печатает квитанцию, указывающую суммарные значения, измеренные вибрационным расходомером 5. Альтернативно, процедура 400 обработки может вернуться к этапу 401 для измерения дополнительных характеристик потока.
Альтернативно, если измерительная электронная схема 20 не принимает сигнал ни от одного из переключателей 309, 310 текучей среды, процедура 400 обработки возвращается к этапу 401, на котором дополнительно измеряются характеристики потока или процесс заканчивается и может печататься квитанция.
В описанных выше вариантах осуществления раскрыты система и способ для предотвращения суммирования неверных измерений от вибрационного расходомера 5. Система и способ позволяют препятствовать измерительной электронной схеме 20 производить или суммировать измерения, если сигнал 214, 215 переключателя текучей среды принимается от первого или второго переключателя 309, 310 текучей среды. Таким образом, первый и второй переключатели 309, 310 текучей среды сигнализируют измерительной электронной схеме 20, вышло ли состояние текучей среды за пределы порогового значения или диапазона. Например, первый и второй переключатели 309, 310 текучей среды могут сигнализировать измерительной электронной схеме 20 о необходимости коррекции одной или более характеристик потока, например, остановки измерения и/или суммирования характеристик потока текучей среды в системе 300, если уровень текучей среды в трубопроводе 301 падает ниже порогового значения. В другом варианте осуществления, первый и второй переключатели 309, 310 текучей среды могут сигнализировать измерительной электронной схеме 20 остановить измерение и/или суммирование характеристик потока текучей среды в системе 300, если расход текучей среды через трубопровод 301 выходит за пределы порогового значения или диапазона. В любом случае, переключатели 309, 310 текучей среды могут сигнализировать состояние, которое существует, когда фактический расход через сборку 10 датчика падает до нуля или, по меньшей мере, ниже порогового значения. Следовательно, система 300 может снижать вероятность неверных измерений, которые могут быть обусловлены дисбалансом в сборке 10 датчика, вызванным, например, увлеченным газом или частичным наполнением трубок Вентури.
Подробные описания вышеприведенных вариантов осуществления не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов осуществления, которые авторы изобретения причисляют к объему настоящего описания. На самом деле, специалисты в данной области техники понимают, что определенные элементы вышеописанных вариантов осуществления можно по-разному комбинировать или исключать для создания дополнительных вариантов осуществления, и такие дополнительные варианты осуществления соответствуют объему и принципам настоящего описания. Специалистам в данной области техники также очевидно, что вышеописанные варианты осуществления можно комбинировать полностью или частично для создания дополнительных вариантов осуществления, отвечающих объему и принципам настоящего описания.
Таким образом, хотя конкретные варианты осуществления и примеры системы предотвращения описаны здесь в целях иллюстрации, возможны различные эквивалентные модификации в объеме настоящего описания, что очевидно специалистам в данной области техники. Представленные здесь принципы можно применять к другим системам вибрационного расходомера, а не только к вариантам осуществления, описанным выше и показанным на прилагаемых чертежах. Соответственно, объем вариантов осуществления должен определяться нижеследующей формулой изобретения.