ВИБРАЦИОННЫЙ РАСХОДОМЕР И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
VIBRATION FLOWMETER AND TEMPERATURE MEASUREMENT METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к вибрационному расходомеру и способу, в частности к вибрационному расходомеру и способу измерения температуры.
Уровень техники
Вибрационные расходомеры могут быть подвержены воздействию различных эксплуатационных факторов. Одним фактором окружающей среды, который может воздействовать на точность вибрационного расходомера, является температура. Она может включать в себя температуру материала потока. Дополнительно она может включать в себя температуру окружающей среды измерительного прибора, например температуру окружающего воздуха и трубопроводов, подсоединенных к расходомеру.
Вибрационный расходомер, как правило, конструируют и калибруют для функционирования при ожидаемой температуре или в диапазоне температур. Отклонение от ожидаемой температуры или диапазона температур может воздействовать на результаты измерения, выполняемые расходомером. Например, жесткость конструкции расходомера подвержена воздействию температуры и может влиять на результаты измерения массовой скорости потока. Кроме того, изменения температуры могут влиять на резонансную частоту вибрационного расходомера.
Влияния температуры в расходомере можно компенсировать. Типичный подход к температурной компенсации в предшествующем уровне техники заключается в том, чтобы прикреплять датчик температуры на стороне трубопровода расходомера и использовать результаты измерение температуры для масштабирования выходного сигнала измерительного прибора известным способом. Это может включать в себя температурную компенсацию изменений в модуле упругости в конструкции измерительного прибора вследствие изменений температуры, при этом резонансная частота измерительного прибора может изменяться с изменением температуры. Для типичного измерительного прибора с прямой трубкой также может требоваться датчик температуры на конструкции компенсатора и/или на корпусе. Разность между температурой компенсатора/корпуса и температурой трубопровода для потока используется для компенсации термического напряжения (то есть сил растяжения или сжатия) вследствие изменений температуры, при котором физические размеры измерительного прибора могут изменяться.
Фиг. 1 изображает вибрационный расходомер типа расходомера с одним трубопроводом в соответствии с предшествующим уровнем техники. Как показано, расходомер включает в себя корпус 103, заключающий в себе стержень 102 компенсатора. Стержень 102 компенсатора является цилиндрическим и заключает в себе трубопровод 101. Корпус 103 имеет торцевые элементы 104, соединенные посредством элементов 105 поперечного сужения с впускным и выпускным фланцами 106. Элемент 107 для расходомера является впускным; элемент 108 является выпускным. Трубопровод 101 имеет впускной конец 109, соединенный с отверстием в торце 104 корпуса у элемента 112, который является распорным участком стержня торца 104 корпуса. Распорный участок 112 стержня соединен с элементом 105 поперечного сужения. На правой стороне, выпускной конец 110 трубопровода 101 соединен с торцом 104 корпуса в местоположении 112, в котором торец 104 корпуса сочленяется с элементом 105 поперечного сужения.
В процессе эксплуатации приводное устройство (не показано) возбуждает вибрацию трубопровода 101 и стержня 102 компенсатора в противофазе. С протекающей в трубопроводе текучей средой вибрация трубопровода 101 вызывает кориолисову реакцию, которая выявляется измерительными преобразователями (не показаны). Выходные сигналы измерительных преобразователей подаются на электронные схемы, которые обрабатывают сигналы для получения требуемой информации, имеющей отношение к текучему веществу, например, такой как массовая скорость потока, плотность, вязкость и т.д. Сдвиг фазы между измерительными преобразователями представляет собой информацию, имеющую отношение к массовой скорости потока текучей среды. Резонансная частота в любом измерительном преобразователе представляет собой информацию, имеющую отношение к плотности текучей среды.
Измерительный прибор с одной трубкой предшествующего уровня техники поддерживается в равновесии в некотором диапазоне плотностей текучей среды посредством конструктивного решения, которое автоматически регулирует соотношение амплитуд между трубопроводом для потока и стержнем компенсатора. Это имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что это приводит к изменению положения неподвижных узлов, которые располагаются вдоль оси вибрирующей конструкции. Изменение местоположения узлов в расходомерах является проблемой, поскольку узлы, как правило, располагаются на трубопроводе, где конструкция компенсатора сочленяется с трубопроводом. Соответственно, область между узлами обычно определяет активную длину трубопровода. Активная длина влияет на чувствительность измерения. Кроме того, если узлы изменяют положение, то оконечные участки трубки могут вибрировать. Это также вызывает вибрацию фланцев. Эти нежелательные вибрации могут дополнительно воздействовать на чувствительность измерения.
При температурной компенсации температуры различных деталей конструкции измерительного прибора могут отличаться по их значимости для выходных данных измерительного прибора. Концепция взвешивания значимости локальной температуры является ключевой. Повышение температуры корпуса на 10 градусов (по сравнению с изменением температуры трубопровода для потока) приводит к изменению в измеряемом расходе на 1%, а повышение температуры конструкции компенсатора на 10 градусов приводит к изменению в измеряемом расходе на 2%, таким образом, при компенсации температурных воздействий температура конструкции компенсатора, как говорят, в два раза важнее, чем температура корпуса. Значимость локальной температуры пропорциональна ее воздействию на измеренные расход и плотность. Эта значимость локальных температур для технических характеристик измерительного прибора может быть определена либо посредством эксперимента, либо, как это обычно делается, посредством компьютерного моделирования.
В прошлом, температурная компенсация состояла из одного датчика температуры на трубопроводе для потока, для компенсации смещения модуля (абсолютного значения) с изменением температуры. Система датчиков температуры, содержащая два или более стандартных датчиков температуры на конструкции компенсатора и/или корпусе, использовалась для компенсации термического напряжения. Эти стандартные датчики температуры обычно представляют собой RTD (резистивные датчики температуры) и имеют стандартное сопротивление, такое как 100 Ом при нуле градусов по Цельсию. Сопротивление датчиков RTD увеличивается с ростом температуры, так что температура RTD определяется на основании их сопротивления.
В системе компенсации температуры термического напряжения предшествующего уровня техники температура уравновешивающего механизма, например, могла быть в два раза важнее для генерирования выходных данных, чем температура корпуса. Такой измерительный прибор может иметь два стандартных датчика температуры на уравновешивающем механизме и один стандартный датчик температуры на корпусе. Датчики на уравновешивающем механизме и корпусе могут быть соединены последовательно. Таким образом, их сопротивления могут складываться. Деление полного сопротивления на три дает среднее сопротивление и, таким образом, средневзвешенную температуру. Итогом может быть результат измерения температуры, которое взвешивает температуру конструкции компенсатора в два раза больше, чем температуру корпуса при генерировании средневзвешенного результата измерения температуры для компенсации термического напряжения.
Система компенсации термического напряжения является важной в измерительных приборах с прямыми трубками, в которых изменение температуры не трубчатых компонентов может приводить к растяжению или сжатию трубопровода для потока и изменять их частоту и чувствительность к потоку. В измерительных приборах с изогнутой трубкой термическое напряжение доставляет меньшее беспокойство, поскольку трубопровод для потока может слегка изгибаться, чтобы компенсировать изменяющиеся размеры других компонентов измерительного прибора. В результате измерительные приборы с изогнутой трубкой демонстрируют только весьма незначительные изменения частоты или чувствительности к потоку вследствие воздействий натяжения при изменении температуры не трубчатых компонентов.
У измерительных приборов с одной изогнутой трубкой имеется другая проблема. В них используют такое же конструктивное решение компенсирования соотношения амплитуд, как в измерительных приборах с одной прямой трубкой. Однако, поскольку трубопровод для потока значительно менее жесткий, конструкция компенсатора также значительно менее жесткая и играет намного более активную роль в определении собственной частоты вибрации. Другими словами, смещение модуля в конструкции компенсатора может иметь такое же большое влияние на частоту системы, как смещение модуля в трубопроводе для потока. Поскольку частота является основополагающей в определении плотности текучей среды и поскольку плотность необходима для компенсации выходного сигнала потока, необходимо компенсировать выходные данные для температуры конструкции компенсатора.
Конструкция компенсатора, при ее деформации во время вибрации приводного устройства, имеет области относительно высокого напряжения и области относительно низкого напряжения. Области высокого напряжения являются более значимыми в отношении частоты приводного устройства, чем области низкого напряжения. Концепция значимости является такой же, как для измерительных приборов с прямыми трубками, за исключением областей измерительных приборов с прямыми трубками, имеющих значение для изменения частоты посредством введения трубопровода в состояние растяжения/сжатия, тогда как в измерительных приборах с одной изогнутой трубкой области, имеющие значение для изменения частоты, образуются через смещение модуля конструкции компенсатора.
Способ компенсации с использованием множества стандартных датчиков температуры предшествующего уровня техники имеет недостатки в измерительных приборах либо с прямой, либо с изогнутой трубкой. Необходимая система датчиков температуры может становиться сложной, требующей множества датчиков температуры, если значимость температуры стержня компенсатора представляет собой какое-либо значение за исключением целого кратного значимости температуры корпуса. Например, измерительный прибор с одним трубопроводом, показанный на Фиг. 1, имеет температуру корпуса, которая составляет 3/8 от значимости температуры конструкции компенсатора. Конфигурация этой сети предшествующего уровня техники может состоять из трех датчиков температуры, расположенных на корпусе, и восьми датчиков температуры, расположенных на конструкции компенсатора. Все одиннадцать датчиков температуры могут быть соединены последовательно.
Такое решение сопровождается следующими недостатками. Требуется множество датчиков температуры. Это приводит к высокому полному сопротивлению. Кроме того, необходимы сложная схема и многочисленные провода. Стоимости материалов увеличиваются. Производственные издержки увеличиваются. Большее количество резистивных датчиков температуры увеличивает вероятность возникновения неисправностей в проводке и отказов при эксплуатации, при этом один отказ в последовательной схеме множества резистивных устройств выводит схему из строя. Большее количество резистивных датчиков температуры, вероятно, увеличивает аддитивную погрешность допуска.
Раскрытие изобретения
В одном аспекте изобретения, вибрационный расходомер содержит:
один изогнутый трубопровод для потока;
1
датчик T температуры трубопровода, прикрепленный к одному изогнутому трубопроводу для потока;
конструкцию компенсатора, прикрепленную к одному изогнутому трубопроводу для потока и противолежащую ему; и
2
1
2
датчик T температуры компенсатора, прикрепленный к конструкции компенсатора, при этом сопротивление датчика температуры трубопровода датчика T температуры трубопровода и сопротивление датчика температуры конструкции компенсатора датчика T температуры компенсатора выбирают так, чтобы образовывать предварительно определенное соотношение сопротивлений.
Предпочтительно, предварительно определенное соотношение сопротивлений соответствует соотношению значимостей температур между одним изогнутым трубопроводом для потока и конструкцией компенсатора.
Предпочтительно, конструкция компенсатора содержит основание, присоединенное к одному изогнутому трубопроводу для потока, и приводную конструкцию, продолжающуюся от основания, причем первый участок приводного устройства вибрационного приводного устройства является прикрепленным к приводной конструкции и выполнен с возможностью взаимодействия со вторым участком приводного устройства, прикрепленным к одному изогнутому трубопроводу для потока.
Предпочтительно, приводная конструкция содержит консольный рычаг, который продолжается в общем ортогонально от основания.
Предпочтительно, предварительно определенное соотношение сопротивлений соответствует соотношению значимостей температур между одним изогнутым трубопроводом для потока и приводной конструкцией.
Предпочтительно, предварительно определенное соотношение сопротивлений соответствует соотношению значимостей температур между одним изогнутым трубопроводом для потока и основанием, объединенным с приводной конструкцией.
Предпочтительно, сопротивление датчика температуры трубопровода и сопротивление датчика температуры конструкции компенсатора используются для компенсации смещения в модуле упругости с изменением температуры одного изогнутого трубопровода для потока.
Предпочтительно, сопротивление датчика температуры трубопровода и сопротивление датчика температуры конструкции компенсатора используются для компенсации смещения в модуле упругости с изменением температуры конструкции компенсатора.
Предпочтительно, сопротивление датчика температуры трубопровода и сопротивление датчика температуры конструкции компенсатора используются для компенсации термического напряжения с изменением температуры одного изогнутого трубопровода для потока.
Предпочтительно, сопротивление датчика температуры трубопровода и сопротивление датчика температуры конструкции компенсатора используются для компенсации термического напряжения с изменением температуры конструкции компенсатора.
2
2
3
Предпочтительно, датчик T температуры компенсатора дополнительно содержит два или более датчиков T и T температуры компенсатора, прикрепленных к одному или более местоположениям конструкции компенсатора и генерирующих сигнал температуры конструкции компенсатора, при этом сопротивления двух или более датчиков температуры конструкции компенсатора в одном или более местоположениях конструкции компенсатора образуют объединенное сопротивление конструкции компенсатора, связанное со значимостями температур одного или более местоположений конструкции компенсатора.
В одном аспекте изобретения, способ измерения температуры в вибрационном расходомере содержит:
1
измерение электрического тока трубопровода, протекающего через датчик T температуры трубопровода, прикрепленный к одному изогнутому трубопроводу для потока вибрационного расходомера;
2
измерение электрического тока компенсатора, протекающего через датчик T температуры компенсатора, прикрепленный к конструкции компенсатора вибрационного расходомера, причем конструкция компенсатора прикреплена к одному изогнутому трубопроводу и противостоит ему; и
1
2
выполнение одной или более компенсаций влияния температуры расходомера, используя измерение температуры, при этом сопротивление датчика температуры трубопровода датчика T температуры трубопровода и сопротивление датчика температуры конструкции компенсатора датчика T температуры компенсатора выбирают так, чтобы образовывать предварительно определенное соотношение сопротивлений.
Предпочтительно, предварительно определенное соотношение сопротивлений соответствует соотношению значимостей температур между одним изогнутым трубопроводом для потока и конструкцией компенсатора.
Предпочтительно, конструкция компенсатора содержит основание, присоединенное к одному изогнутому трубопроводу для потока, и приводную конструкцию, продолжающуюся от основания, причем первый участок приводного устройства вибрационного приводного устройства является прикрепленным к приводной конструкции и выполнен с возможностью взаимодействия со вторым участком приводного устройства, прикрепленным к одному изогнутому трубопроводу для потока.
Предпочтительно, приводная конструкция содержит консольный рычаг, который продолжается в общем ортогонально от основания.
Предпочтительно, предварительно определенное соотношение сопротивлений соответствует соотношению значимостей температур между одним изогнутым трубопроводом для потока и приводной конструкцией.
Предпочтительно, предварительно определенное соотношение сопротивлений соответствует соотношению значимостей температур между одним изогнутым трубопроводом для потока и основанием, объединенным с приводной конструкцией.
Предпочтительно, сопротивление датчика температуры трубопровода и сопротивление датчика температуры конструкции компенсатора используются для компенсации смещения в модуле упругости с изменением температуры одного изогнутого трубопровода для потока.
Предпочтительно, сопротивление датчика температуры трубопровода и сопротивление датчика температуры конструкции компенсатора используются для компенсации смещения в модуле упругости с изменением температуры конструкции компенсатора.
Предпочтительно, сопротивление датчика температуры трубопровода и сопротивление датчика температуры конструкции компенсатора используются для компенсации термического напряжения с изменением температуры одного изогнутого трубопровода для потока.
Предпочтительно, сопротивление датчика температуры трубопровода и сопротивление датчика температуры конструкции компенсатора используются для компенсации термического напряжения с изменением температуры конструкции компенсатора.
2
2
3
Предпочтительно, датчик T температуры компенсатора дополнительно содержит два или более датчиков T и T температуры компенсатора, прикрепленных к одному или более местоположениям конструкции компенсатора и генерирующих сигнал температуры конструкции компенсатора, при этом сопротивления двух или более датчиков температуры конструкции компенсатора в одном или более местоположениях конструкции компенсатора образуют объединенное сопротивление конструкции компенсатора, связанное со значимостями температур в одном или более местоположениях конструкции компенсатора.
В одном аспекте изобретения, способ формирования вибрационного расходомера содержит:
формирование сборки расходомера, включающей в себя один изогнутый трубопровод для потока и конструкцию компенсатора, прикрепленную к одному изогнутому трубопроводу для потока и противолежащую ему;
1
прикрепление датчика T температуры трубопровода к одному изогнутому трубопроводу для потока; и
2
1
2
прикрепление датчика T температуры компенсатора к конструкции компенсатора, причем сопротивление датчика температуры трубопровода датчика T температуры трубопровода и сопротивление датчика температуры конструкции компенсатора датчика T температуры компенсатора выбирают так, чтобы образовывать предварительно определенное соотношение сопротивлений.
Предпочтительно, предварительно определенное соотношение сопротивлений соответствует соотношению значимостей температур между одним изогнутым трубопроводом для потока и конструкцией компенсатора.
Предпочтительно, конструкция компенсатора содержит основание, присоединенное к одному изогнутому трубопроводу для потока, и приводную конструкцию, продолжающуюся от основания, причем первый участок приводного устройства вибрационного приводного устройства является прикрепленным к приводной конструкции и выполнен с возможностью взаимодействия со вторым участком приводного устройства, прикрепленным к одному изогнутому трубопроводу для потока.
Предпочтительно, приводная конструкция содержит консольный рычаг, который продолжается в общем ортогонально от основания.
Предпочтительно, предварительно определенное соотношение сопротивлений соответствует соотношению значимостей температур между одним изогнутым трубопроводом для потока и приводной конструкцией.
Предпочтительно, предварительно определенное соотношение сопротивлений соответствует соотношению значимостей температур между одним изогнутым трубопроводом для потока и основанием, объединенным с приводной конструкцией.
Предпочтительно, сопротивление датчика температуры трубопровода и сопротивление датчика температуры конструкции компенсатора используются для компенсации смещения в модуле упругости с изменением температуры одного изогнутого трубопровода для потока.
Предпочтительно, сопротивление датчика температуры трубопровода и сопротивление датчика температуры конструкции компенсатора используются для компенсации смещения в модуле упругости с изменением температуры конструкции компенсатора.
Предпочтительно, сопротивление датчика температуры трубопровода и сопротивление датчика температуры конструкции компенсатора используются для компенсации термического напряжения с изменением температуры одного изогнутого трубопровода для потока.
Предпочтительно, сопротивление датчика температуры трубопровода и сопротивление датчика температуры конструкции компенсатора используются для компенсации термического напряжения с изменением температуры конструкции компенсатора.
2
2
3
Предпочтительно, прикрепление датчика T температуры компенсатора дополнительно содержит прикрепление двух или более датчиков T и T температуры компенсатора к одному или более местоположениям конструкции компенсатора и генерирование сигнала температуры конструкции компенсатора, при этом сопротивления двух или более датчиков температуры конструкции компенсатора в одном или более местоположениях конструкции компенсатора образуют объединенное сопротивление конструкции компенсатора, связанное со значимостями температур в одном или более местоположениях конструкции компенсатора.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 изображает вибрационный расходомер типа расходомера с одним трубопроводом предшествующего уровня техники.
Фиг. 2 показывает вибрационный расходомер в соответствии с изобретением.
Фиг. 3 показывает вибрационный расходомер в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 4 показывает датчики температуры, в которых соотношение сопротивлений составляет приблизительно 1:2.
Фиг. 5 показывает датчики температуры, в которых соотношение сопротивлений составляет приблизительно 1:5.
Фиг. 6 показывает вибрационный расходомер в соответствии с изобретением.
Фиг. 7 показывает, что ведомый элемент и трубопровод для потока предпочтительно приводят в движение относительно оси X изгиба, которая частично определена соединительными деталями.
Фиг. 8 показывает вращение трубопровода для потока, которое приводит к небольшому качанию основания, синфазно с ведомым элементом.
Фиг. 9 показывает вращение трубопровода для потока, в котором основание слегка качается, но синфазно с трубопроводом.
Осуществление изобретения
Фиг. 2-9 и последующее описание изображают конкретные примеры, предназначенные для того, чтобы научить специалистов в данной области техники, как сделать и использовать наилучшее техническое выполнение изобретения. С целью обучения обладающим признаками изобретения принципам некоторые обычные аспекты были упрощены или опущены. Специалистам в данной области техники должны быть понятны изменения на основании этих примеров, которые находятся в пределах объема изобретения. Специалисты в данной области техники должны принять во внимание, что описанные ниже признаки могут объединяться различными способами, образуя множество видоизменений изобретения. Вследствие этого изобретение не ограничено конкретными примерами, описанные ниже, а только пунктами формулы изобретения и их эквивалентами.
Фиг. 2 показывает вибрационный расходомер 205 в соответствии с изобретением. Вибрационный расходомер 205 содержит массовый расходомер Кориолиса или вибрационный денситометр. Вибрационный расходомер 205 включает в себя трубопровод 210 для потока, основание 260, соединенное с трубопроводом 210 для потока, и ведомый элемент 250, который продолжается от основания 260 (см. также Фиг. 6-9 и прилагаемое обсуждение ниже). Приводное устройство 220 (см. Фиг. 6 и прилагаемое обсуждение) образовано из компонентов, прикрепленных к трубопроводу 201 и к ведомому элементу 250. Во время функционирования вибрационного расходомера 205 приводное устройство 220 вызывает вибрацию в трубопроводе 210 для потока относительно приводной конструкции 250. Приводное устройство 220 заставляет ведомый элемент 250 вибрировать по существу в противофазе с трубопроводом 210 для потока. Следовательно, когда трубопровод 210 для потока перемещается в одном направлении, ведомый элемент 250 будет перемещаться по существу в противоположном направлении, уравновешивая трубопровод 210 для потока. Трубопровод 210 для потока может вибрировать с амплитудой и частотой, которые являются такими же или отличающимися от вибрационных характеристик конструкции 208 компенсатора.
Хотя показан изогнутый трубопровод для потока, датчики температуры не ограничены расходомерами с изогнутым трубопроводом. Аналогично этому, хотя показан один трубопровод для потока, датчики температуры в соответствии с изобретением не ограничены расходомерами с одним трубопроводом или расходомерами, в которых применяется стержень компенсатора или другая конструкция компенсатора.
1
2
1
1
1
1
Вибрационный расходомер 205 дополнительно включает в себя датчик T 291 температуры трубопровода и датчик T 292 температуры компенсатора, выполненные с возможностью компенсации модуля. В некоторых вариантах осуществления, датчики температуры могут содержать резистивные датчики температуры (RTD). Датчик T 291 температуры трубопровода прикреплен к трубопроводу 210 для потока и измеряет температуру трубопровода для потока. Датчик T 291 температуры трубопровода генерирует сигнал температуры трубопровода для потока. Хотя датчик T 291 температуры трубопровода показан как расположенный около местоположения приводного устройства в центре трубопровода 210 для потока, следует понимать, что датчик T 291 температуры трубопровода может быть расположен в любом месте на трубопроводе 210 для потока.
2
2
2
2
Датчик T 292 температуры компенсатора прикреплен к конструкции 208 компенсатора и измеряет температуру конструкции компенсатора. Датчик T 292 температуры компенсатора может быть прикреплен, например, к ведомому элементу 250 или может быть прикреплен к основанию 260. Датчик T 292 температуры компенсатора генерирует сигнал температуры ведомого элемента. Следует понимать, что датчик T 292 температуры компенсатора может быть расположен в любом месте на конструкции 208 компенсатора.
2
2
2
В некоторых вариантах осуществления, датчик T 292 температуры компенсатора прикреплен к ведомому элементу 250, поскольку ведомый элемент 250 наиболее вероятно будет подвержен изменениям модуля с изменением температуры. В некоторых вариантах осуществления, ведомый элемент 250 содержит консольный рычаг, который продолжается в общем ортогонально от основания 260. В качестве альтернативы, датчик T 292 температуры компенсатора может быть установлен на основании 260. Однако местоположение датчика T 292 температуры компенсатора не ограничено каким-либо конкретным положением и может быть расположено в любом желаемом месте на конструкции 208 компенсатора.
2
1
1
2
1
2
На чертеже, датчик T 292 температуры компенсатора представлен как физически превышающий датчик T 291 температуры трубопровода. Разница в физических пропорциях сделана для того, чтобы показать возможную разницу между внутренними сопротивлениями датчика T 291 температуры трубопровода и датчика T 292 температуры компенсатора (однако сопротивления могут быть равными). Эта разница иллюстрирует, что сопротивление датчика T 291 температуры трубопровода и сопротивление датчика T 292 температуры компенсатора выбирают так, чтобы образовывать предварительно определенное соотношение сопротивлений. Соотношение сопротивлений установлено в соответствии с относительной значимостью локальных температур в выходных данных. Это делают там, где, например, температурная характеристика трубопровода отличается от температурной характеристики основания, например там, где изменение температуры во время функционирования вибрационного расходомера 205 (со всеми другими факторами, остающимися неизменными) приводит к изменению в сигналах результатов измерений, производимых одним или обоими измерительными преобразователями 230 и 231.
Вибрационный расходомер 205 некоторых вариантов осуществления включает в себя предварительно определенное соотношение сопротивлений, соответствующее соотношению значимостей температур между трубопроводом 210 для потока и конструкцией 208 компенсатора. Вибрационный расходомер 205 некоторых вариантов осуществления включает в себя предварительно определенное соотношение сопротивлений, соответствующее соотношению значимостей температур между трубопроводом 210 для потока и приводной конструкцией 250. Вибрационный расходомер 205 некоторых вариантов осуществления включает в себя предварительно определенное соотношение сопротивлений, соответствующее соотношению значимостей температур между трубопроводом 210 для потока и основанием 260.
2
3
2
3
В качестве альтернативы, или дополнительно, предварительно определенное соотношение сопротивлений может быть образовано на приводной конструкции 250 в отличие от основания 260 конструкции 208 компенсатора. Приводная конструкция 250 может включать в себя датчик T 292 температуры, а основание 260 может включать в себя датчик T 293 температуры (пунктирные линии). Датчик T 292 температуры и датчик T 293 температуры при желании могут образовывать второе соотношение сопротивлений и при этом могут быть полностью охарактеризованы значимость температуры приводной конструкции 250 в зависимости от основания 260.
Соотношение значимостей температур может содержать количественное выражение того, как изменение температуры будет влиять на модуль упругости этого компонента. Соотношение значимостей температур может определять количественно, как изменение температуры текучей среды потока (или температуры окружающей среды) передается компоненту. Например, концы основания быстрее реагируют на изменения температуры текучей среды, чем центр основания. Поэтому датчики температуры могут быть расположены на концах и в центре основания 260. Эти датчики могут быть выбраны так, чтобы они имели надлежащее соотношение сопротивлений, соответствующее их относительной значимости. Тогда может быть добавлено сопротивление датчиков на основании 260, чтобы установить желаемое соотношение значимостей (и сопротивлений) с трубопроводом 210 для потока.
В некоторых вариантах осуществления соотношение значимостей температур может содержать экспериментально полученное значение. В других вариантах осуществления, соотношение значимостей температур может быть определено из известных свойств теплообмена материалов расходомера и известных количеств этих материалов, например, посредством компьютерного моделирования. Однако следует понимать, что соотношение значимостей температур может быть получено другими способами.
Значения сопротивлений датчиков температуры могут быть установлены или образованы каким-либо подходящим способом. Например, датчик температуры может быть образован посредством подгонки (например, такой как лазерная подгонка или травление), резания или прожигания элементов резистивной цепочки, сварки или объединения вместе резистивных компонентов, и так далее.
TOT
TOT
TOT
В некоторых вариантах осуществления, в которых полное сопротивление R не имеет значения, датчики 291 и 292 температуры могут быть выбраны любым способом. Например, один датчик температуры может быть выбран в виде стандартного сопротивления, а второй датчик температуры может быть выполнен с возможностью получения предварительно определенного соотношения сопротивлений. В качестве альтернативы, сначала может быть выбрано полное сопротивление R, а затем один или оба датчика температуры могут быть выполнены с возможностью получения предварительно определенного соотношения сопротивлений. Этот подход гарантирует, что полное сопротивление R двух датчиков температуры системы датчиков температуры не будет слишком большим или слишком маленьким.
1
2
1
2
Способ измерения температуры в вибрационном расходомере в соответствии с некоторыми вариантами осуществления содержит измерение электрического тока, протекающего через датчик T температуры трубопровода, прикрепленный к трубопроводу для потока вибрационного расходомера, и через датчик T температуры компенсатора, прикрепленный к конструкции компенсатора вибрационного расходомера, с электрическим током, содержащим измерение температуры, и выполнение одной или более компенсаций влияния температуры расходомера, используя измерение температуры. Сопротивление датчика температуры трубопровода датчика T 291 температуры трубопровода и сопротивление датчика температуры конструкции компенсатора датчика T 292 температуры компенсатора выбирают так, чтобы образовывать предварительно определенное соотношение сопротивлений.
1
2
1
2
Способ формирования вибрационного расходомера в соответствии с некоторыми вариантами осуществления содержит формирование сборки расходомера, включающей в себя конструкцию компенсатора и трубопровод для потока, прикрепление датчика T 291 температуры трубопровода к трубопроводу для потока, и прикрепление датчика T 292 температуры компенсатора к конструкции компенсатора. Сопротивление датчика температуры трубопровода датчика T 291 температуры трубопровода и сопротивление датчика температуры конструкции компенсатора датчика T 292 температуры компенсатора выбирают так, чтобы образовывать предварительно определенное соотношение сопротивлений.
2
3
В некоторых вариантах осуществления могут быть включены один или более дополнительных датчиков температуры конструкции компенсатора, таких как датчики T 292 и T 293 температуры, показанные на Фиг. 2, чтобы полностью охарактеризовать конструкцию 208 компенсатора. В качестве примера, в котором температура основания в два раза важнее, чем температура приводной конструкции, к основанию 260 конструкции 208 компенсатора может быть прикреплено вдвое больше элементов датчиков температуры по сравнению с приводной конструкцией 250. Вследствие этого изменение температуры в основании 260 будет иметь влияние на электрическое сопротивление датчика в два раза больше, чем изменение температуры в приводной конструкции 250. Тогда изменение сопротивления трех датчиков температуры, соединенных последовательно, может быть разделено на три, чтобы дать средневзвешенную температуру конструкции 208 компенсатора. Множество датчиков температуры также могут быть соединены параллельно, или в других конфигурациях электрической схемы, чтобы характеризовать термальную значимость областей конструкции 208 компенсатора.
Датчики температуры в соответствии с изобретением обеспечивают несколько преимуществ. Датчикам температуры в соответствии с изобретением требуется только два элемента датчиков для вибрационного расходомера 205. Для датчиков температуры в соответствии с изобретением требуются только два провода. Потребность в меньшем количестве резистивных элементов означает меньше возможностей для ошибок из-за неточности изготовления. Потребность в меньшем количестве резистивных элементов означает меньшую статистическую вероятность наличия проблем аддитивного допустимого отклонения.
Датчики температуры в соответствии с изобретением обеспечивают электрические сопротивления пропорционально термальной значимости компонентов. Следовательно, температурная компенсация достигается легче и является более точной и репрезентативной.
1
2
Изобретение рассматривает проблему неодинаковых температурных воздействий, применяя датчики температуры, имеющие сопротивления в соответствии с предварительно определенным соотношением сопротивлений. Это может включать в себя использование изготовленных по спецзаказу датчиков температуры, при этом отношение базового сопротивления (то есть сопротивления при 0 градусах по Цельсию) датчика T 291 температуры трубопровода к базовому сопротивлению датчика T 292 температуры компенсатора может быть равным соотношению значимостей температур трубопровода для потока и конструкции компенсатора.
Например, стандартный датчик температуры имеет сопротивление 100 Ом. Если этот датчик температуры использовать для измерения температуры конструкции компенсатора, то можно использовать датчик температуры с базовым сопротивлением 37,5 Ом, чтобы измерять температуру трубопровода для потока, с соотношением сопротивлений, составляющим 37,5 Ом к 100 Ом, или соотношением сопротивлений приблизительно 3:8. Но, в отличие от предшествующего уровня техники, необходимы только два датчика температуры, а не одиннадцать датчиков температуры. Если два датчика температуры будут сделаны из одного и того же материала, имеющего по существу одинаковый температурный коэффициент, то когда они соединены последовательно, они дадут желаемый результат. Соответственно, изменение сопротивления вследствие воспринимаемой объединенной температуры точно предскажет изменение массовой скорости потока и/или частоты вибрации с изменением температуры.
1
2
3
Фиг. 3 показывает вибрационный расходомер 205 в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения. Усовершенствование измерения температуры может использоваться для компенсации термического напряжения расходомера, как в измерительных приборах с прямыми трубками. В этом варианте осуществления, датчик T 291 температуры трубопровода содержит первую схему измерения температуры, а датчики T 292 и T 293 температуры компенсатора содержат независимую вторую схему измерения температуры. В результате, электронные схемы 26 измерительного прибора принимают отдельные измерения температуры трубопровода для потока и конструкции компенсатора. Этот вариант осуществления может применяться там, где термическое напряжение является существенным, например, в прямых или слегка изогнутых трубопроводах для потока. Термическое напряжение обусловлено разностью в температуре между трубопроводом для потока и другими частями измерительного прибора, как в случае, когда горячая текучая среда протекает через измерительный прибор в холодной окружающей среде. Для компенсации термического напряжения требуется, чтобы были известны две температуры: температура трубопровода для потока и температура средневзвешенной величины других компонентов измерительного прибора. В некоторых вариантах осуществления компенсации модуля расходомерной трубки температура трубопровода для потока используется отдельно от средневзвешенной величины. Кроме того, тогда также может быть определена разность между температурой трубопровода для потока и средневзвешенной температурой.
Усовершенствование измерения температуры может использоваться с измерительными приборами с изогнутой трубкой для компенсации расходомера относительно смещения модуля. Температуры областей значимости вибрирующей системы трубопровода для потока и конструкции компенсатора измеряют таким образом, что используется средневзвешенная температура для определения и компенсации смещения модуля вибрирующей конструкции.
Поскольку весьма маловероятно, что соотношение значимостей температур представляет собой точно два к одному, или любое другое целочисленное соотношение, точность компенсации напряжения может быть улучшена путем приведения в соответствие точного отношения с соотношением сопротивлений.
В некоторых вариантах осуществления, уравнение компенсации термического напряжения содержит:
vib
tube
avg
<mrow><mtable><mtr><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd></mtr></mtable></mrow>
FCF=K1*T+K2*(T-T),
(1)
vib
avg
где T - средневзвешенная температура вибрирующей системы, а T - средневзвешенная величина компонентов термического напряжения. В измерительных приборах с изогнутой трубкой K2 может быть достаточно маленьким, чтобы представлять второй незначительный член.
avg
При условии линейной зависимости между перепадом температур и ошибкой в периоде трубки, возведенной в квадрат (из-за термического напряжения), довольно легко определять коэффициенты пропорциональности (K1 и K2) посредством температурной калибровки. В качестве альтернативы, средневзвешенная температура T может быть заменена (или дополнена) измерением температуры конструкции компенсатора. После этого может быть введена поправка измерительного прибора относительно производимой за счет тепловой энергии ошибки.
vib
tube
avg
Первый член компенсации (K1*T) может выполнять компенсацию модуля упругости вибрирующей конструкции. Второй член компенсации (К2*(T-T)) может выполнять компенсацию термического напряжения.
В общем, если трубопровод 210 для потока и конструкция 208 компенсатора изготовлены из одного и того же материала, то термическое напряжение обычно происходит только с разностью температур между температурой трубопровода для потока и средней температурой конструкции компенсатора.
Для всех кориолисовых расходомеров требуется компенсация, чтобы корректировать сигналы, которые производятся индуцированным силой Кориолиса смещением вибрирующей расходомерной трубки. Эти сигналы представляют собой разность фаз между расположенными на расстоянии друг от друга измерительными преобразователями расходомерной трубки и являются показателем материала, протекающего через расходомер. Измерительные приборы и с изогнутыми, и с прямыми трубками нуждаются в компенсации изменения модуля упругости расходомерной трубки с изменением температуры. Когда температуры трубки для потока и конструкции компенсатора повышаются, модуль уменьшается, и измерительный прибор становится более чувствительным. Компенсация изменения модуля упругости достигается посредством использования датчиков температуры на вибрирующей конструкции и использования результатов температурных измерений в соответствующем алгоритме компенсации в электронных схемах измерительного прибора.
Плотность получают из резонансной частоты трубопровода для потока плюс какой-либо текучей среды внутри трубопровода, либо текущей, либо не текущей. Плотность определяется как
2
<mrow><mtable><mtr><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd></mtr></mtable></mrow>
ρ=K(1/f)+b.
(2)
В данном описании, член (b) представляет собой калибровочный коэффициент, который обычно определяется во время калибровочной операции, в то время как член (f) является частотой ответных вибраций расходомера. Член К представляет жесткость измерительного прибора и включает в себя модуль упругости материала измерительного прибора. Ясно, что изменения в модуле упругости из-за температуры также оказывают воздействие на измерения плотности.
1
2
2
1
Фиг. 4 показывает датчики 291 и 292 температуры, в которых соотношение сопротивлений составляет приблизительно 1:2. Например, датчик T 291 температуры трубопровода может иметь электрическое сопротивление приблизительно 100 Ом, в то время как датчик T 292 температуры компенсатора может иметь сопротивление приблизительно 200 Ом. Это представляет собой только один пример, и могут использоваться другие значения сопротивления. Следовательно, датчик T 292 температуры компенсатора имеет сопротивление приблизительно в два раза больше, чем сопротивление датчика T 291 температуры трубопровода.
Снова, два датчика температуры показаны с физическими размерами, которые графически представляют их относительные электрические сопротивления. Однако следует понимать, что два датчика температуры могут иметь любой размер, и их физические пропорции не обязательно управляют или влияют на их уровни сопротивлений.
1
2
2
1
Фиг. 5 показывает датчики 291 и 292 температуры, в которых соотношение сопротивлений составляет приблизительно 1:5. Например, у датчика T 291 температуры трубопровода может быть электрическое сопротивление приблизительно 100 Ом, в то время как у датчика T 292 температуры компенсатора может быть сопротивление приблизительно 500 Ом. Это представляет собой лишь один пример, и могут использоваться другие значения сопротивлений. Следовательно, датчик T 292 температуры компенсатора имеет сопротивление приблизительно в пять раз больше, чем сопротивление датчика T 291 температуры трубопровода.
Фиг. 6 показывает вибрационный расходомер 205 в соответствии с изобретением. Фиг. 6-9 иллюстрируют примеры вибрационного расходомера 205 в форме кориолисового расходомера, содержащего сборку 206 датчиков и конструкцию 208 компенсатора. Одна или более электронных схем 26 измерительного прибора связаны со сборкой 206 датчиков через проводники 110, 111, 111' для измерения характеристики текучего вещества, например, такой как плотность, массовая скорость потока, объемный расход, суммированный массовый расход, температура, а также другая информация. Электронные схемы 26 измерительного прибора могут передавать информацию пользователю или на другой процессор.
Сборка 206 датчиков включает в себя трубопровод 210, который определяет путь потока для приема текучего вещества. Трубопровод 210 может быть изогнут, как показано, или может быть обеспечен любой другой формой, такой как прямолинейная конфигурация или геометрически неправильная конфигурация. Когда сборка 206 датчиков вставлена в систему трубопровода, которая переносит текучее вещество, вещество входит в сборку 206 датчиков через впускной фланец (не показан), затем течет через трубопровод 210, в котором измеряется характеристика текучего вещества. После этого текучее вещество выходит из трубопровода 210 и проходит через выпускной фланец (не показан). Специалисты в данной области техники должны принимать во внимание, что трубопровод 210 может быть подсоединен к фланцам, таким как фланцы 106, показанные на Фиг. 1, через множество подходящих средств. В представленном варианте осуществления, трубопровод 210 обеспечен оконечными участками 211, 212, которые продолжаются в общем от соединительных деталей 270, 271 и соединены с фланцами по их внешним краям.
Сборка 206 датчиков из представленного примера включает в себя по меньшей мере одно приводное устройство 220. Приводное устройство 220 включает в себя первый участок 220A, подсоединенный к ведомому элементу 250 конструкции 208 компенсатора, и второй участок 220B, подсоединенный к трубопроводу 210. Первый и второй участки 220A, 220B могут соответствовать, например, обмотке 220A возбуждения и магниту 220B приводного устройства. В представленном варианте осуществления, приводное устройство 220 предпочтительно приводит в движение ведомый элемент 250 и трубопровод 210 в противофазе.
Фиг. 7 показывает, что ведомый элемент 250 и трубопровод 210 предпочтительно приводятся в движение относительно оси X изгиба, которая частично определена соединительными деталями 270, 271. В соответствии с вариантом осуществления изобретения, ось X изгиба соответствует оси впускной-выпускной трубки. Ведомый элемент 250 изгибается от основания 260. Приводное устройство 220 может содержать одно из многих известных устройств, включающих в себя в качестве примера, а не ограничения, пьезоэлектрические элементы или электромагнитное устройство обмотки возбуждения/магнита.
Как показано на Фиг. 6, сборка 206 датчиков включает в себя по меньшей мере один измерительный преобразователь. Показанный вариант осуществления обеспечен парой измерительных преобразователей 230, 231. В соответствии с одним аспектом представленного варианта осуществления, измерительные преобразователи 230, 231 измеряют перемещение трубопровода 210. В представленном варианте осуществления, измерительные преобразователи 230, 231 включают в себя первый участок, расположенный на соответствующих плечах 280, 281 измерительного преобразователя, и второй участок, расположенный на трубопроводе 210. Измерительный преобразователь (измерительные преобразователи) может содержать одно из многих известных устройств, включающих в себя в качестве примера, а не ограничения, пьезоэлектрические элементы, емкостные элементы или электромагнитное устройство обмотки/магнита. Поэтому, подобно приводному устройству 220, первый участок измерительного преобразователя может содержать обмотку измерительного преобразователя, в то время как второй участок измерительного преобразователя может содержать магнит измерительного преобразователя. Специалисты в данной области техники могут оценить, что перемещение трубопровода 210 связано с определенными характеристиками текучего вещества, например с массовой скоростью потока или плотностью текучего вещества, протекающего через трубопровод 210.
Специалисты в данной области техники могут оценить, что одна или более электронных схем 26 измерительного прибора принимают сигналы измерительных преобразователей от измерительных преобразователей 230, 231 и подают управляющий сигнал на приводное устройство 220. Одна или более электронных схем 26 измерительного прибора могут измерять характеристику текучего вещества, например, такую как плотность, массовая скорость потока, объемный расход, суммированный массовый расход, температура, а также другая информация. Одна или более электронных схем 207 также могут принимать один или более других сигналов, например, от одного или более датчиков температуры (не показаны) и одного или более датчиков давления (не показаны), и использовать эту информацию для измерения характеристики текучего вещества. Специалисты в данной области техники могут оценить, что количество и тип датчиков будут зависеть от конкретной измеряемой характеристики.
Фиг. 6-9 также изображают конструкцию 208 компенсатора представленного варианта осуществления. В соответствии с одним аспектом представленного варианта осуществления, конструкция 208 компенсатора выполнена с возможностью по меньшей мере частичного компенсирования вибрации трубопровода 210. В соответствии с одним аспектом представленного варианта осуществления, конструкция 208 компенсатора выполнена с возможностью по меньшей мере частичного компенсирования инерции движения трубопровода 210.
Как показано на Фиг. 6-9, конструкция 208 компенсатора включает в себя основание 260, соединенное с ведомым элементом 250. Как показано, ведомый элемент 250 предпочтительно является консольным рычагом, который продолжается в общем ортогонально от основания 260. Основание 260 в представленном варианте осуществления предпочтительно является относительно массивным и неподвижным по сравнению с ведомым элементом 250. В качестве примера, а не ограничения, основание 260 может быть обеспечено массой, по меньшей мере в 5 раз превышающей массу ведомого элемента 250. В качестве примера, а не ограничения, основание 260 может быть обеспечено массой по меньшей мере в 5 раз большей, чем масса трубопровода 210. В некоторых вариантах осуществления эти числа могут быть больше, например в 14 и 8 раз больше, чем ведомый элемент 250 и трубопровод 210, соответственно.
Конструкция 208 компенсатора в представленном варианте осуществления соединена с трубопроводом 210. Как показано, основание 260 включает в себя пару соединительных деталей 270, 271, которые могут быть в форме показанных пластин или которые могут быть обеспечены какой-либо другой формой. В представленном варианте осуществления, соединительные детали 270, 271 присоединяют основание 260 к внутренней части оконечных участков 211, 212 трубопровода 210. В показанном варианте осуществления, пара соединительных деталей 270, 271 присоединяет противолежащие торцевые поверхности 261, 262 основания 260 к соответствующим оконечным участкам 211, 212 трубопровода 210.
В соответствии с одним аспектом представленного варианта осуществления, трубопровод 210, ведомый элемент 250 и основание 260 выполнены с возможностью обеспечения сбалансированной системы. Следует учесть, что система не может быть абсолютно сбалансирована. Однако система сконструирована так, что является более сбалансированной, чем системы предшествующего уровня техники, которые не включают в себя конструкцию 208 компенсатора. В представленном варианте осуществления, трубопровод 210 и ведомый элемент 250 действуют как две отдельные вибрирующие системы, которые приводятся в движение на одинаковых резонансных частотах, в противофазе относительно оси X. Как показано на Фиг. 7, ведомый элемент 250 вибрирует на своей резонансной частоте, изгибаясь на основании 260. Специалисты в данной области техники могут оценить, что Фиг. 7 представляет преувеличение имеющих место перемещений, чтобы лучше передать концепции представленного варианта осуществления. Также на Фиг. 7 показано, что трубопровод 210 вибрирует не синфазно с ведомым элементом 250.
Перемещение трубопровода 210 относительно оси X прикладывает крутящий момент к соединительным деталям 270, 271. Специалисты в данной области техники также могут оценить, что перемещение ведомого элемента 250 относительно оси X также прикладывает крутящий момент к соединительным деталям 270, 271 через основание 260. Допустим, ради простоты, что масса трубопровода 210, включающая в себя массу текучего вещества, и масса ведомого элемента 250 равны, тогда для обеспечения сбалансированной системы ведомый элемент 250 и трубопровод 210 могут приводиться в движение в противофазе, на одинаковой частоте и с равной амплитудой.
В этом примере, инерция движения и трубопровода 210, и ведомого элемента 250 сбалансирована, поскольку инерция движения представляет собой произведение массы и скорости, а скорость пропорциональна амплитуде вибрации. Результатом является то, что крутящие моменты, прикладываемые к соединительным деталям 270, 271, почти равны и имеют противоположный знак, таким образом взаимно компенсируясь. Кроме того, неподвижные узлы расположены по существу по осям оконечных участков 211, 212 и по существу там, где соединительные детали 270, 271 присоединены к трубопроводу 210. Соответственно, обеспечена полная сбалансированная система, и крутящий момент, и вибрации по существу взаимно компенсируются. Кроме того, к внешним концевым частям оконечных участков 211, 212 трубопровода 210 и к фланцам прикладывается небольшой крутящий момент, или вообще никакой крутящий момент не прикладывается.
В соответствии с одним аспектом представленного варианта осуществления, трубопровод 210 и конструкция 208 компенсатора предпочтительно изолированы от каких-либо соединительных конструкций с помощью относительно мягких креплений, которые выполнены с возможностью ограничения передачи движения каким-либо соединительным конструкциям. Соответственно, трубопровод 210 и конструкция 208 компенсатора функционируют как изолированная вибрирующая конструкция с двумя массами, вибрирующими в противофазе на одной и той же частоте, которая является самобалансирующейся. Соответственно, имеются две вибрирующие системы, то есть вибрирующая система трубопровода, которая может включать в себя трубопровод 210, или трубопровод 210, а также соединительные детали 270, 271 и основание 260, и вибрирующая система ведомого элемента, которая может включать в себя ведомый элемент 250, или ведомый элемент 250, а также соединительные детали 270, 271 и основание 260, как обсуждается ниже. Эти две вибрирующие системы разделены общими неподвижными узлами, которые предпочтительно лежат по существу на оси оконечных участков 211, 212 трубопровода 210, по существу ближайших к соединительным деталям 270, 271.
Предпочтительно, представленное устройство также может обеспечивать многочисленные преимущества, когда масса трубопровода 210 изменяется. Например, масса трубопровода 210 может увеличиваться, как например, когда масса текучего вещества внутри трубопровода 210 увеличивается, или масса самого трубопровода 210 увеличивается, например, из-за наращивания защитного покрытия. Когда это происходит, частота вибрации и амплитуда вибрации трубопровода 210 уменьшаются. Это происходит автоматически в результате дополнительной массы и мягкого крепления объединенной вибрирующей конструкции. Кроме того, в качестве естественной реакции, амплитуда вибрации ведомого элемента 250 увеличивается. Это изменение в соотношении амплитуд вызывает изменение местоположения узлов. Однако узлы просто перемещаются внутрь вдоль оси трубопровода X в области, в которой перемещение трубопровода является просто вращательным относительно своей собственной оси. При использовании корпусных соединителей 590, 591 может быть гарантировано чистое вращение. Поскольку никакая сила Кориолиса чистым вращением трубопровода вокруг его собственной оси X не генерируется, перемещение узлов вдоль оси X не влияет на выходной сигнал.
Фиг. 8 показывает вращение трубопровода для потока, которое приводит к небольшому качанию основания 260, синфазно с ведомым элементом 250. В представленном варианте осуществления, увеличение амплитуды вибрации ведомого элемента 250 показано как увеличение диапазона перемещения, относительно которого ведомый элемент 250 изгибается относительно основания 260. Это увеличение перемещения является небольшим, но тем не менее приводит к дополнительному крутящему моменту, прикладываемому к основанию 260, который дополнительно передается в виде крутящего момента соединительным деталям 270, 271. Этот дополнительный крутящий момент заставляет соединительные детали 270, 271 и основание 260 весьма незначительно вращаться относительно оси оконечных участков 211, 212 трубопровода 210 синфазно с ведомым элементом 250. Хотя на чертежах это преувеличено в иллюстративных целях, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что качательное движение основания является небольшим из-за массы основания 260 и гибкости ведомого элемента 250.
Соответственно, основание 260 и соединительные детали 270, 271 вращаются относительно оси X, продолжающейся через оконечные участки 211, 212, синфазно с ведомым элементом 250, образуя вибрирующую систему. Принимая во внимание, что частота трубопровода 210 уменьшается из-за исходного увеличения массы, взаимодействие перемещения ведомого элемента 250 с основанием 260 и соединительными деталями 270, 271 имеет такой же эффект увеличения массы и снижения частоты. Таким образом, частота ведомого элемента 250 снижается так, что по существу соответствует частоте трубопровода 210. Точно так же взаимодействие массы основания 260 и соединительных деталей 270, 271 увеличивает амплитуду ведомого элемента 250 так, что инерция движения ведомого элемента 250 и основания 260 равняется инерции движения расходомерной трубки 210 и, таким образом, равновесие восстанавливается.
Аналогичным образом, масса трубопровода 210 может уменьшаться, например, когда масса текучего вещества внутри трубопровода 210 уменьшается. Когда это происходит, частота вибрации и амплитуда вибрации трубопровода 210 увеличиваются. Это происходит автоматически в результате снижения массы. Дополнительно, в качестве естественной реакции, амплитуда вибрации ведомого элемента 250 уменьшается. Снова, это изменение в соотношении амплитуд приводит к изменению местоположения узлов вдоль оси впускной-выпускной трубки X по существу без влияния на выходной сигнал измерительного прибора.
Фиг. 9 показывает вращение трубопровода для потока в случае, если основание 260 слегка качается, но синфазно с трубопроводом 210. В представленном варианте осуществления, увеличение амплитуды вибрации трубопровода 210 отражено в виде увеличения диапазона перемещения, относительно которого трубопровод 210 изгибается относительно оси X оконечных участков 210, 211. Это увеличение перемещения снова является небольшим, но тем не менее приводит к дополнительному крутящему моменту, прикладываемому к соединительным деталям 270, 271, который дополнительно передается в виде крутящего момента к основанию 260. Этот дополнительный крутящий момент заставляет соединительные детали 270, 271 и основание 260 весьма незначительно вращаться относительно оси X оконечных участков 211, 212 трубопровода 210. Это вращение приводит к небольшому качанию основания 260, но синфазно с трубопроводом 210. Хотя на чертежах это преувеличено в иллюстративных целях, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что качательное движение основания 260 является небольшим из-за массы основания 260 и гибкости трубопровода 210.
Соответственно, основание 260 и соединительные детали 270, 271 вращаются относительно оси X, продолжающейся через оконечные участки 211, 212, синфазно с трубопроводом 210, образуя вибрирующую систему. Принимая во внимание, что частота трубопровода 210 повышается из-за понижения массы текучей среды, взаимодействие массы основания 260 и соединительных деталей 270, 271 имеет противоположный эффект, понижая частоту. Суммарное воздействие состоит в том, что частота слегка повышается. Точно так же, вращение массы основания 260 и соединительных деталей 270, 271 с трубопроводом 210 для потока снижает амплитуду ведомого элемента 250 и слегка повышает его частоту так, что она равняется частоте трубопровода 210 для потока. Таким образом, соотношение амплитуд трубопровода 210 и ведомого элемента 250 изменяется так, что инерция движения ведомого элемента 250 и основания 260 по существу равняется инерции движения трубопровода 210 для потока и, таким образом, равновесие восстанавливается.
Поскольку основание 260 предпочтительно обеспечено относительно большой массой, требуется только очень небольшое изменение амплитуды вибрации основания 260, чтобы вызвать относительно большое изменение в вибрационных характеристиках трубопровода 210 и ведомого элемента 250. Основание 260 слегка вращается с трубопроводом 210 для потока и добавляет к нему свою массу, когда течет текучая среда низкой плотности. Оно слегка вращается с ведомым элементом 250 и добавляет к нему свою массу, когда течет текучая среда высокой плотности. Таким образом, оно добавляет свою массу к легкому элементу (трубопроводу 210 для потока или ведомому элементу 250). Равновесие дополнительно поддерживается изменением амплитуды вибрации таким образом, что легкий элемент увеличивает свою амплитуду вибрации, в то время как более тяжелый элемент уменьшает свою амплитуду вибрации. Кроме того, маленькая амплитуда вибрации основания 260 передает только маленький крутящий момент к внутренним концам оконечных участков 211, 212 трубопровода 210. Соответственно, к корпусу 300 с текучими средами высокой или низкой плотности прикладывается крутящий момент только очень небольшой величины.
3
3
3
Соответственно, в представленном варианте осуществления, основание 260 переключается между синфазным перемещением с трубопроводом 210 и синфазным перемещением с ведомым элементом 250 в соответствии с массой трубопровода 210 для потока, и конкретнее, с плотностью текучего вещества. Предпочтительно, основание 260 и внутренние концы оконечных участков 211, 212 являются неподвижными с текучими веществами, имеющими удельный вес приблизительно 1000 кг/м. Предпочтительно, с веществами, имеющими удельный вес меньше чем приблизительно 1000 кг/м, трубопровод 210 имеет более высокую амплитуду, ведомый элемент 250 имеет более низкую амплитуду, и основание 260 и соединительные детали 270, 271 вращаются весьма незначительно с трубопроводом 210. Оконечные участки 211, 212 трубопровода также могут вращаться весьма незначительно с трубопроводом 210. Предпочтительно, с веществами, имеющими удельный вес больше чем приблизительно 1000 кг/м, трубопровод 210 имеет более низкую амплитуду, ведомый элемент 250 имеет более высокую амплитуду, и основание 260 и соединительные детали 270, 271 вращаются весьма незначительно с ведомым элементом 250. В этом случае, оконечные участки 211, 212 трубопровода также могут вращаться весьма незначительно с основанием 260 и соединительными деталями 270, 271. Поскольку чистое вращение трубопровода 210 относительно его собственной оси в оконечных участках 211, 212 не передает кориолисово ускорение текучему веществу, чувствительность измерительного прибора будет в значительной степени не затронута. Следует учесть, что конкретные удельные веса текучих сред, иллюстрируемые выше, являются просто примерами, и конкретная плотность текучей среды может изменяться. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, размер и жесткость конструкции 208 компенсатора могут быть выбраны таким образом, что основание 260 по существу будет неподвижным, когда внутри трубопровода 210 не будет текучей среды (добавляется нулевая плотность). В этом случае, основание 260 может слегка вращаться, двигаясь с ведомым элементом 250 независимо от плотности текучей среды. В еще одном варианте осуществления, размер и жесткость конструкции 208 компенсатора могут быть выбраны таким образом, что основание 260 будет вращаться с трубопроводом 210 для всех диапазонов плотности ожидаемых текучих сред. Другими словами, может быть выбрана некоторая максимальная плотность текучей среды, при которой расходомер, как ожидают, будет работать с текучими средами с максимальной плотностью текучей среды. Поэтому, во время по существу всех ожидаемых эксплуатационных режимов, плотность текучей среды может быть ниже максимальной плотности текучей среды, приводя к тому, что основание 260 вращается с трубопроводом 210 по существу все время. Однако амплитуда вращения основания может меняться в зависимости от плотности текучей среды. Следует учесть, что в случае, если плотность текучей среды превышает максимальную плотность текучей среды, тогда основание 260 может вращаться с ведомым элементом 250, как описано выше. Аналогичным образом, с плотностью текучей среды, составляющей максимальную плотность текучей среды, основание 260 может оставаться по существу неподвижным.
Следует также принять во внимание, что хотя в большей части описания обсуждается основание 260, перемещающееся в ответ на изменение плотности текучей среды, следует учесть, что могут произойти другие условия, которые могут изменить массу трубопровода 210, например, такие как коррозия, эрозия, нанесение покрытия и т.д. Поэтому основание 260 может компенсировать множество условий, которые могут изменять массу трубопровода для потока.
В представленном варианте осуществления, оконечные участки 211, 212 предпочтительно являются достаточно длинными, в качестве примера, а не ограничения, длиной предпочтительно по меньшей мере в три диаметра трубки, так что они являются по существу нежесткими на кручение. Это дополнительно снижает крутящий момент, прикладываемый к фланцам и внешним концевым частям оконечных участков 211, 212.
Как показано на Фиг. 6, сборка 206 датчиков также может включать в себя корпус 300 и корпусные соединители 590, 591. Корпусные соединители 590, 591 показаны как включающие в себя первый участок 595, присоединенный к трубопроводу 210, и второй участок 596, присоединенный к корпусу 300. Как показано, корпусные соединители 590, 591 предпочтительно являются единственными конструкциями, поддерживающими трубопровод, расположенный между фланцами и соединительными деталями 270, 271.
В соответствии с одним аспектом представленного варианта осуществления, корпусные соединители 590, 591 предпочтительно выполнены с возможностью обеспечения опоры для вибрирующей системы, которая является жесткой в осевом и поперечном перемещении и, однако, нежесткой на кручение. Это может быть достигнуто, обеспечивая корпусные соединители 590, 591, например, деформируемыми элементами 592, 593, 594, которые продолжаются радиально относительно оси оконечных участков 211, 212 трубопровода 210. Хотя обеспечены три деформируемых элемента 592, 593, 594, следует учесть, что может использоваться любое количество деформируемых элементов 592, 593, 594, и конкретное количество деформируемых элементов не должно ограничивать объем настоящего изобретения. Они могут быть установлены на трубопроводе 210 любым способом, включающим в себя, например, центральную втулку 595, соединенную с трубопроводом 210. Жесткое для поступательного движения и мягкое на кручение сочленение обеспечивает по меньшей мере две функции. Во-первых, ограничивая оконечные участки 211, 212 для крутильного перемещения, они закрепляют узлы на оси оконечных участков и, таким образом, ограничивают ошибки измерения, связанные с изменениями местоположений узлов. Во-вторых, посредством обеспечения возможности оконечным участкам свободно вращаться, вибрирующая конструкция поддерживается в очень мягкой форме на кручение. Мягкое крепление позволяет соотношению амплитуд изменяться с плотностью текучей среды и гарантирует возможность для признака самобалансирования данного изобретения.
Хотя настоящее изобретение было описано в отношении резистивных датчиков температуры, специалисты в данной области техники должны признать, что вместо датчика температуры можно использовать любой тип резистивного датчика. Например, вместо одного или более датчиков температуры, описанных в данном описании, можно использовать тензометрический датчик, который указывает деформацию в форме переменного сопротивления. Настоящее изобретение может применяться с использованием любого датчика, который указывает состояние, изменяя свое сопротивление. Сущность настоящего изобретения применяется в равной степени к любой такой конфигурации.
Вибрационный расходомер по изобретению может использоваться в соответствии с любым из вариантов осуществления, чтобы при желании обеспечить несколько преимуществ. Измерительный прибор в соответствии с изобретением обеспечивает измерительный прибор с изогнутой трубкой с компенсацией термоупругости. Измерительный прибор в соответствии с изобретением обеспечивает измерительный прибор с изогнутой трубкой с компенсацией термического напряжения.
Подробные описания вышеупомянутых вариантов осуществления не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов осуществления, предполагаемых изобретателями как находящиеся в пределах объема изобретения. В действительности, специалисты в данной области техники должны признать, что определенные элементы описанных выше вариантов осуществления могут быть различным образом объединены или исключены, чтобы создать дополнительные варианты осуществления, и такие дополнительные варианты осуществления находятся в пределах объема и идей изобретения. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что описанные выше варианты осуществления могут быть объединены полностью или частично, чтобы создавать дополнительные варианты осуществления в пределах объема и идей изобретения. Соответственно, объем изобретения должен быть определен из последующей формулы изобретения.