РАСХОДОМЕР СО МНОЖЕСТВОМ ПОТОКОВЫХ ТРУБОК
FLOW RATE METRE WITH MULTITUDE OF FLOW TUBES

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к расходомеру и, в частности, касается расходомера с множеством потоковых трубок.
Уровень техники
Вибрационные трубные датчики, такие как массовые расходомеры Кориолиса и вибрационные денситометры, как правило, работают на основе обнаружения движения вибрирующей трубки, которая содержит текучий материал. Характеристики, связанные с материалом в трубке, такие как массовый расход, плотность и т.п., можно определить путем обработки сигналов измерений, принятых от преобразователей движения, связанных с трубкой. Режимы вибрации, заполненных вибрирующим материалом систем, в общем случае зависят от совместных характеристик, включая массу, жесткость и демпфирование, самой трубки и содержащегося в ней материала.
Типовой кориолисовый массовый расходомер включает в себя один или несколько трубок, которые соединены в линию в виде трубопроводного канала или другой транспортной системы и переносят материал, например, жидкости, суспензии и т.п. в системе. Можно считать, что каждая трубка имеет настройку режимов естественной вибрации, включая, например, режим плоского изгиба, крутильный, радиальный и сопряженные режимы. При типовом применении кориолисового измерения массового расхода трубка возбуждается в одном или нескольких вибрационных режимах при протекании через нее материала, а движение трубки измеряется в точках, рассредоточенных вдоль трубки. Возбуждение, как правило, обеспечивается исполнительным механизмом, например, электромеханическим устройством, таким как возбудитель типа звуковой катушки, который прикладывает к трубке периодическое возмущение. Массовый расход можно определить путем измерения временной задержки или разностей фазы между движениями в местах расположения измерительных преобразователей. Для измерения вибрационного отклика потоковой трубки или трубок обычно используют два таких преобразователя (или датчика), которые, как правило, размещают вниз по потоку и вверх по потоку от исполнительного механизма. Оба этих датчика подсоединяют к электронной измерительной аппаратуре с помощью кабелей, например, с помощью двух независимых пар проводов. Измерительная аппаратура принимает сигналы от двух датчиков и обрабатывает сигналы для получения результатов измерения массового расхода.
Расходомеры используют для выполнения измерений массового расхода самых разных потоков жидкостей. Одной из областей, в которой потенциально можно использовать кориолисовые расходомеры, является измерение и распределение топлива, включая альтернативные виды топлива. Рынок альтернативных видов топлива продолжает расширяться в связи с усилением проблем загрязнения окружающей среды, а также в связи с усилением проблем, касающихся стоимости и доступности неэтилированного бензина и других традиционных видов топлива. В действительности, многим правительствам приходится подчиняться законодательству, стимулирующему использование альтернативных видов топлива.
Перспективой для использования кориолисовых измерительных приборов на рынке альтернативных видов топлива является заправка транспортных средств, таких как автомобили, автобусы и так далее. На сегодняшний день, заправка индивидуальных транспортных средств выполняется на заправочных станциях, где используются традиционные бензиновые насосы, или с использованием дозатора сжатого природного газа (CNG) для альтернативных видов топлива. Для традиционных бензиновых дозаторов требуется два отдельных и независимых измерительных прибора, чтобы можно было одновременно заправлять два транспортных средства. Дозатор с двойным измерением топлива может обеспечить измерение двух потоков. Эти два потока могут иметь разные скорости. Также эти два потока могут содержать разные материалы (то есть, например, два разных вида топлива) и могут иметь разную плотность.
Однако для обеспечения конкурентоспособности производства насосов в такой быстро растущей отрасли необходимо минимизировать общую стоимость и размеры топливного насоса для альтернативных видов топлива. Таким образом, существует проблема разработки экономичного топливного расходомера, который может обеспечить два одновременных измерения расхода топлива в двух независимых потоках.
Одним из известных подходов является установка двух отдельных расходомеров на одном дозаторе топлива. Хотя такой подход является вполне работоспособным, он связан с рядом недостатков. Два измерительных устройства требуют удвоенного пространства в дозаторе топлива по сравнению с одним измерительным устройством. Два измерительных устройства могут вдвое увеличить затраты на измерения в дозаторе топлива. Для двух измерительных устройств может потребоваться удвоение электроэнергии.
Сущность изобретения
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, обеспечен расходомер с множеством потоковых трубок. Расходомер с множеством потоковых трубок содержит первую потоковую трубку, проводящую первый поток, и пару первых датчиков, прикрепленных к первой потоковой трубке. Расходомер с множеством потоковых трубок, кроме того, содержит, по меньшей мере, одну дополнительную потоковую трубку, проводящую, по меньшей мере, один дополнительный поток, и, по меньшей мере, одну пару дополнительных датчиков, прикрепленных, по меньшей мере, к одной дополнительной потоковой трубке. Этот, по меньшей мере, один дополнительный поток не зависит от первого потока. Расходомер с множеством потоковых трубок, кроме того, содержит общий возбудитель, выполненный с возможностью создания вибраций как первой потоковой трубки, так и, по меньшей мере, одной дополнительной потоковой трубки для создания первого вибрационного отклика и, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационного отклика.
Согласно варианту осуществления изобретения, обеспечен способ измерения для расходомера с множеством потоковых трубок. Способ содержит создание вибраций первой потоковой трубки, проводящей первый поток, и вибраций, по меньшей мере, одной дополнительной потоковой трубки. Вибрация создается общим возбудителем. Способ, кроме того, содержит прием первого вибрационного отклика первой потоковой трубки, прием, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационного отклика, по меньшей мере, одной дополнительной потоковой трубки и определение характеристики первого потока из первого вибрационного отклика и, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационного отклика.
Согласно варианту изобретения, обеспечен способ измерения для расходомера с множеством потоковых трубок. Способ содержит создание вибраций первой потоковой трубки, проводящей первый поток и вибраций, по меньшей мере, одной дополнительной потоковой трубки, проводящей, по меньшей мере, один дополнительный поток. Вибрация создается общим возбудителем. Этот, по меньшей мере, один дополнительный поток не зависит от первого потока. Способ, кроме того, содержит прием первого вибрационного отклика первой потоковой трубки и прием, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационного отклика, по меньшей мере, одной дополнительной потоковой трубки. Способ дополнительно содержит определение характеристики первого потока из первого вибрационного отклика и, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационного отклика и определение, по меньшей мере, одной характеристики дополнительного потока из первого вибрационного отклика и, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационного отклика.
Согласно варианту изобретения, обеспечен способ калибровки для расходомера с множеством потоковых трубок. Способ содержит обнуление расходомера с множеством потоковых трубок и обнуление одного или нескольких контрольных измерительных приборов, связанных с расходомером с множеством потоковых трубок. Способ, кроме того, содержит измерение первого потока через первую потоковую трубку расходомера с множеством потоковых трубок с использованием расходомера с множеством потоковых трубок и с использованием одного или нескольких контрольных измерительных приборов, а также измерение, по меньшей мере, одного дополнительного потока через, по меньшей мере, одну дополнительную потоковую трубку расходомера с множеством потоковых трубок с использованием расходомера с множеством потоковых трубок и с использованием одного или нескольких контрольных измерительных приборов. Способ, дополнительно содержит определение двух или более калибровочных коэффициентов (FCF) потока для расходомера с множеством потоковых трубок с использованием измерения первого потока и измерения, по меньшей мере, одного дополнительного потока.
Аспекты изобретения
Согласно одному аспекту расходомера, расходомер содержит кориолисовый расходомер.
Согласно другому аспекту расходомера, расходомер содержит вибрационный денситометр.
Согласно еще одному аспекту расходомера, первый поток и, по меньшей мере, один дополнительный поток исходят из общего ввода.
Согласно следующему аспекту расходомера, первый поток исходит из первого ввода, а, по меньшей мере, один дополнительный поток исходит из второго ввода.
Согласно другому аспекту расходомера, расходомер дополнительно содержит измерительную электронику, выполненную с возможностью создания вибрации первой потоковой трубки и вибрации, по меньшей мере, одной дополнительной потоковой трубки, причем вибрация осуществляется общим возбудителем, приема первого вибрационного отклика первой потоковой трубки, приема, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационного отклика, по меньшей мере, одной дополнительной потоковой трубки и определения характеристики первого потока из первого вибрационного отклика и, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационного отклика.
Согласно еще одному аспекту расходомера, расходомер дополнительно содержит измерительную электронику, выполненную с возможностью создания вибрации первой потоковой трубки и вибрации, по меньшей мере, одной дополнительной потоковой трубки, причем, по меньшей мере, одна дополнительная потоковая трубка проводит, по меньшей мере, один дополнительный поток, при этом вибрация осуществляется общим возбудителем, и, по меньшей мере, один дополнительный поток не зависит от первого потока, приема первого вибрационного отклика первой потоковой трубки, приема, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационного отклика, по меньшей мере, одной дополнительной потоковой трубки, определения характеристики первого потока из первого вибрационного отклика и, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационного отклика и определения характеристики второго потока, по меньшей мере, одного дополнительного потока из первого вибрационного отклика и, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационного отклика.
Согласно следующему аспекту расходомера, расходомер дополнительно содержит измерительную электронику, выполненную с возможностью определения характеристики первого потока и, по меньшей мере, характеристики одного дополнительного потока с использованием первого вибрационного отклика и, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационного отклика в уравнениях
и
,
чтобы определить первый массовый расход () первого потока и второй массовый расход () второго потока.
Согласно другому аспекту расходомера, расходомер дополнительно содержит измерительную электронику, выполненную с возможностью определения характеристики первого потока и, по меньшей мере, характеристики одного дополнительного потока с использованием первого вибрационного отклика и, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационного отклика в уравнениях
и
,
чтобы определить первый массовый расход () первого потока и второй массовый расход () второго потока.
Согласно еще одному аспекту, расходомер дополнительно содержит измерительную электронику, выполненную с возможностью обнуления расходомера с множеством потоковых трубок для процесса калибровки, обнуления одного или нескольких контрольных измерительных приборов, связанных с расходомером с множеством потоковых трубок, измерения первого потока через первую потоковую трубку расходомера с множеством потоковых трубок с использованием расходомера с множеством потоковых трубок и с использованием одного или нескольких контрольных измерительных приборов, измерения, по меньшей мере, одного дополнительного потока через, по меньшей мере, одну дополнительную потоковую трубку расходомера с множеством потоковых трубок с использованием расходомера с множеством потоковых трубок и использованием одного или нескольких контрольных измерительных приборов и определения двух или более калибровочных коэффициентов (FCF) потока для расходомера с множеством потоковых трубок с использованием измерения первого потока и измерения, по меньшей мере, одного дополнительного потока.
Согласно следующему аспекту расходомера, расходомер дополнительно содержит измерительную электронику, выполненную с возможностью определения двух или более калибровочных коэффициентов (FCF) потока для расходомера с множеством потоковых трубок с использованием уравнения
Согласно другому аспекту расходомера, расходомер дополнительно содержит измерительную электронику, выполненную с возможностью определения двух или более калибровочных коэффициентов (FCF) потока для расходомера с множеством потоковых трубок с использованием уравнения
.
Согласно одному аспекту способа, по меньшей мере, одна дополнительная потоковая трубка имеет нулевой поток.
Согласно другому аспекту способа, по меньшей мере, одна дополнительная потоковая трубка проводит, по меньшей мере, один дополнительный поток.
Согласно еще одному аспекту способа, первый поток и, по меньшей мере, один дополнительный поток исходят из общего ввода.
Согласно следующему аспекту способа, первый поток исходит из первого ввода, а, по меньшей мере, один дополнительный поток исходит из второго ввода.
Согласно еще одному аспекту способа, по меньшей мере, одна дополнительная потоковая трубка проводит, по меньшей мере, один дополнительный поток, который не зависит от первого потока, причем способ дополнительно содержит определение, по меньшей мере, характеристики одного дополнительного потока, по меньшей мере, одного дополнительного потока из первого вибрационного отклика и, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационного отклика.
Согласно следующему аспекту способа, определение дополнительно содержит использование первого вибрационного отклика и, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационного отклика в уравнениях
и
,
чтобы определить первый массовый расход () первого потока и второй массовый расход () второго потока.
Согласно другому аспекту способа, определение дополнительно содержит использование первого вибрационного отклика и, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационного отклика в уравнениях
и
,
чтобы определить первый массовый расход () первого потока и второй массовый расход () второго потока.
Согласно еще одному аспекту, способ дополнительно содержит обнуление расходомера с множеством потоковых трубок для процесса калибровки, обнуление одного или нескольких контрольных измерительных приборов, связанных с расходомером с множеством потоковых трубок, измерение первого потока через первую потоковую трубку расходомера с множеством потоковых трубок с использованием расходомера с множеством потоковых трубок и с использованием одного или нескольких контрольных измерительных приборов, измерение, по меньшей мере, одного дополнительного потока через, по меньшей мере, одну дополнительную потоковую трубку расходомера с множеством потоковых трубок с использованием расходомера с множеством потоковых трубок и с использованием одного или нескольких контрольных измерительных приборов и определение двух или более калибровочных коэффициентов (FCF) потока для расходомера с множеством потоковых трубок с использованием измерения первого потока и измерения, по меньшей мере, одного дополнительного потока.
Согласно следующему аспекту способа, определение содержит определение двух или более калибровочных коэффициентов (FCF) потока для расходомера с множеством потоковых трубок с использованием уравнения
.
Согласно другому аспекту способа, определение содержит определение двух или более калибровочных коэффициентов (FCF) потока для расходомера с множеством потоковых трубок с использованием уравнения
.
Согласно одному аспекту способа, первый поток и, по меньшей мере, один дополнительный поток исходят из общего ввода.
Согласно следующему аспекту способа, первый поток исходит из первого ввода, а, по меньшей мере, один дополнительный поток исходит из второго ввода.
Согласно следующему аспекту способа, определение дополнительно содержит использование первого вибрационного отклика и, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационного отклика в уравнениях
и
,
чтобы определить первый массовый расход () первого потока и второй массовый расход () второго потока.
Согласно другому аспекту способа, определение дополнительно содержит использование первого вибрационного отклика и, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационного отклика в уравнениях
и
,
чтобы определить первый массовый расход () первого потока и второй массовый расход () второго потока.
Согласно еще одному аспекту, способ дополнительно содержит обнуление расходомера с множеством потоковых трубок для процесса калибровки, обнуление одного или нескольких контрольных измерительных приборов, связанных с расходомером с множеством потоковых трубок, измерение первого потока через первую потоковую трубку расходомера с множеством потоковых трубок с использованием расходомера с множеством потоковых трубок и с использованием одного или нескольких контрольных измерительных приборов, измерение, по меньшей мере, одного дополнительного потока через, по меньшей мере, одну дополнительную потоковую трубку расходомера с множеством потоковых трубок с использованием расходомера с множеством потоковых трубок и с использованием одного или нескольких контрольных измерительных приборов и определение двух или более калибровочных коэффициентов (FCF) потока для расходомера с множеством потоковых трубок с использованием измерения первого потока и измерения, по меньшей мере, одного дополнительного потока.
Согласно следующему аспекту, определение содержит определение двух или более калибровочных коэффициентов (FCF) потока для расходомера с множеством потоковых трубок с использованием уравнения
Согласно другому аспекту способа, определение двух или более коэффициентов (FCF) содержит определение двух или более коэффициентов (FCF) с использованием уравнения
Согласно одному аспекту способа калибровки, определение содержит определение двух или более калибровочных коэффициентов (FCF) потока для расходомера с множеством потоковых трубок с использованием уравнения
Согласно одному аспекту способа калибровки, определение содержит определение двух или более калибровочных коэффициентов (FCF) потока для расходомера с множеством потоковых трубок с использованием уравнения
.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - расходомер, содержащий сборку расходомера и измерительную электронику;
фиг.2 - схема расходомера с множеством потоковых трубок, согласно варианту изобретения;
фиг.3 - блок-схема способа измерения для расходомера с множеством потоковых трубок, согласно варианту изобретения;
фиг.4 - схема расходомера с множеством потоковых трубок, согласно варианту изобретения;
фиг.5 - схема расходомера с множеством потоковых трубок с прямой трубкой, согласно варианту изобретения;
фиг.6 - расходомер с множеством потоковых трубок, согласно варианту изобретения;
фиг.7 - расходомер с множеством потоковых трубок, согласно варианту изобретения;
фиг.8 - расходомер с множеством потоковых трубок при исходной установке калибровки, согласно варианту изобретения;
фиг.9 - расходомер с множеством потоковых трубок при исходной установке калибровки, согласно варианту изобретения;
фиг.10 - блок-схема способа калибровки расходомера с множеством потоковых трубок, согласно варианту изобретения;
фиг.11 - схема исходной установки калибровки, согласно варианту изобретения;
фиг.12 - расходомер с множеством потоковых трубок, согласно варианту изобретения.
Подробное описание изобретения
На фиг.1-12 и в последующем описании описаны конкретные примеры, дающие представление специалистам в данной области техники, каким образом можно выполнить и использовать наилучший вариант изобретения. В целях усвоения новых принципов изобретения изложения некоторых известных аспектов было упрощено или опущено. Специалистам в данной области техники должны быть очевидны вытекающие из показанных примеров варианты, которые не выходят за рамки объема настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники также должно быть очевидно, что ниже описанные признаки можно скомбинировать различными путями для создания множества других вариантов изобретения. В результате изобретение не ограничивается описанными ниже конкретными вариантами, а ограничивается только формулой изобретения и ее эквивалентами.
На фиг.1 показан расходомер 5, содержащий сборку 10 расходомера и измерительную электронику 20. Измерительная электроника 20 соединена со сборкой 10 расходомера посредством электропроводов 100, обеспечивающих выдачу информации о плотности, массовом расходе, объемном расходе, суммарном массовом расходе, температуре и иной информации через линию 26. Специалистам в данной области техники должно быть ясно, что настоящее изобретение можно использовать в кориолисовом расходомере любого типа независимо от количества возбудителей, датчиков, потоковых трубок или рабочего режима вибрации. Вдобавок, следует понимать, что расходомер 5 в альтернативном варианте содержит вибрационный денситометр.
Сборка 10 расходомера включает в себя пару фланцев 101 и 101', коллекторы 102 и 102', возбудитель 104, датчики 105-105' и потоковые трубки 103А и 103В. Возбудитель 104 и датчики 105 и 105' соединены с потоковыми трубками 103А и 103В.
Фланцы 101 и 101' прикреплены к коллекторам 102 и 102'. Коллекторы 102 и 102' могут быть прикреплены к противоположным концам распорки 106. Распорка 106 поддерживает расстояние между коллекторами 102 и 102' для предотвращения нежелательных вибраций в потоковых трубках 103А и 103В. Когда сборка 10 расходомера вставлена в трубопроводную систему (не показана), по которой переносится измеряемый материал, материал входит в сборку 10 расходомера через фланец 101, проходит через впускной коллектор 102, где все количество материала направляется на вход потоковых трубок 103А и 103В, протекает через потоковые трубки 103А и 103В и поступает обратно в выпускной коллектор 102', где он покидает сборку 10 расходомера через фланец 101'.
Потоковые трубки 103А и 103В выбирают и соответствующим образом устанавливают на впускном коллекторе 102 и выпускному коллекторе 102', с тем чтобы обеспечить по существу одинаковое распределение масс, моментов инерции и модулей упругости относительно осей W-W и W'-W' соответственно. Потоковые трубки выходят наружу из коллекторов фактически параллельно.
Потоковые трубки 103А и 103В возбуждаются возбудителем 104 в противоположных направлениях относительно соответствующих осей W и W' изгиба, что называется режим изгиба расходометра с несовпадением по фазе. Возбудитель 104 может содержать одну из многих хорошо известных конфигураций, например, магнит, расположенный на потоковой трубке 103А и противолежащая катушка, расположенная на потоковой трубке 103В. Через противолежащую катушку проходит переменный ток, вызывающий колебания обеих трубок. Соответствующий сигнал возбуждения подается от измерительной электроники 20 через электропровод 110 к возбудителю 104.
Измерительная электроника 20 принимает сигналы датчиков по электропроводам 111 и 111', соответственно. Измерительная электроника 20 создает на электропроводе 110 сигнал возбуждения, заставляющий возбудитель 104 вызывать колебания потоковых трубок 103А и 103В. Измерительная электроника 20 обрабатывает сигналы скорости слева и справа от датчиков 105 и 105', для вычисления массового расхода. Канал 26 обеспечивает средство ввода и вывода, позволяющее измерительной электронике 20 взаимодействовать с оператором или другой электронной системой. Описание фиг.1 является просто примером работы кориолисового расходомера и не подразумевает ограничения идеи, лежащей в основе настоящего изобретения.
На фиг.2 представлена схема расходомера 200 с множеством потоковых трубок, согласно варианту изобретения. Расходомер 200 включает в себя первую потоковую трубку 201 и, по меньшей мере, одну дополнительную потоковую трубку 202. Обе потоковых трубки 201 и 201 включают в себя фланцы 212 на входном и выходном концах. Следует понимать, что расходомер 200 с множеством потоковых трубок может включать в себя более двух потоковых трубок. Однако для ясности здесь показано только две трубки. Через расходомер 200 может проходить потоковый материал, включая первый поток и, по меньшей мере, один дополнительный поток, который не зависит от первого потока.
Между первой потоковой трубкой 201 и второй потоковой трубкой 202 расположен общий возбудитель 220, который вызывает вибрацию обеих потоковых трубок 201 и 202. Если расходомер 200 с множеством потоковых трубок включает в себя более двух потоковых трубок, то количество возбудителей будет на единицу меньше, чем количество потоковых трубок из-за того, что возбудитель используется для вибрации, по меньшей мере, двух потоковых трубок.
Первая потоковая трубка 201 включает в себя пару первых датчиков 215 и 215', установленных для обнаружения вибрации первой потоковой трубки 201. Первые датчики 215 и 215' могут поддерживаться какой-либо жесткой опорной конструкцией (не показана), при использовании которой датчик удерживается в фиксированном положении и измеряет относительное движение вибрации соответствующей потоковой трубки. Вторая потоковая трубка 202 включает в себя пару вторых датчиков 216 и 216', установленных для обнаружения вибрации второй потоковой трубки 202 и также закрепленных на опорной конструкции (не показана). Опорная конструкция для датчиков 215 и 215' может совпадать или отличаться от опорной конструкции, используемой для датчиков 216 и 216'. При вибрации потоковых трубок 201 и 202 пара первых датчиков 215 и 215' производит измерение характеристики потока для первой потоковой трубки 201, а пара вторых датчиков 216 и 216' производит измерение характеристики потока для второй потоковой трубки 202.
Измерения характеристики потока от пары первых датчиков 215 и 215' и пары вторых датчиков 216 и 216' принимаются и обрабатываются измерительной электроникой 20 (см. фиг.1). Измерительная электроника 20 может производить первое измерение потока, относящееся к первому потоку, и может производить второе измерение потока, относящееся ко второму потоку. Обработка может создавать, например, измерения массового расхода и/или плотности.
Другой характеристикой, которая может быть создана путем обработки, является значение вязкости для каждого потока. Если две потоковых трубки имеют разные площади сечения потока, то, например, расходомер 200 с множеством потоковых трубок может быть выполнен с возможностью измерения динамической вязкости и отложения. Путем обработки можно также создать другие характеристики потока, что входит в объем описания и формулу изобретения.
Первый поток не зависит от второго потока. В результате первый поток не связан с или не находится под влиянием второго потока, и наоборот. Следовательно, поток через каждую потоковую трубку может измеряться и регулироваться независимо от потока через другую трубку.
В одном варианте первый поток может иметь расход, отличный от второго потока. В одном варианте первый поток может содержать первый потоковый материал, а второй поток может содержать второй потоковый материал. Первый поток может иметь первую плотность, а второй поток может иметь вторую плотность. Например, первый поток может содержать первое топливо, а второй поток может содержать второе топливо. Каждое топливо может протекать с разной скоростью. Таким образом, измерительная электроника 20 может использовать измерения первого и второго потоков для проведения двух независимых измерительных операций, например, топлива.
В одном варианте потоковые трубки 201 и 202 содержат, как показано, по существу U-образные потоковые трубки. В альтернативном варианте, показанном на фиг.5 и обсуждаемом ниже, потоковые трубки 201 и 202 могут содержать фактически прямые потоковые трубки. Однако можно использовать другие формы, причем они не выходят за рамки объема описания и формулы изобретения.
В одном варианте первая потоковая трубка 201 имеет ту же самую площадь поперечного сечения, что и вторая потоковая трубка 202. В альтернативном варианте они могут иметь разные площади поперечного сечения.
На фиг.3 представлена блок-схема 300 способа измерения для расходомера с множеством потоковых трубок, согласно варианту изобретения. Этот способ можно использовать для измерения потока только через первую потоковую трубку, измерения потока только через вторую потоковую трубку или для измерения потока одновременно через обе потоковые трубки: первую и вторую.
На этапе 301 общий возбудитель 220 вызывает вибрацию первой потоковой трубки и второй потоковой трубки. Первая потоковая трубка может проводить первый поток, а вторая потоковая трубка может проводить второй поток. В одном варианте каждая потоковая трубка имеет отдельный набор датчиков (см. фиг.2). В альтернативном варианте потоковые трубки совместно используют один набор датчиков (см. фиг.4).
На этапе 302 принимают первый вибрационный отклик первой потоковой трубки. Первый вибрационный отклик может содержать электрический сигнал, созданный набором датчиков, где электрический сигнал относится к первому вибрационному отклику. В первой потоковой трубке протекает первый потоковый материал. Следовательно, первый вибрационный отклик может включать в себя вибрационный отклик потокового материала в первой потоковой трубке.
На этапе 303 принимают второй вибрационный отклик второй потоковой трубки. Второй вибрационный отклик может содержать эклектический сигнал, созданный набором датчиков, где электрический сигнал относится ко второму вибрационному отклику. Таким образом, второй вибрационный отклик может включать в себя вибрационный отклик потокового материала во второй потоковой трубке, может включать в себя вибрационный отклик, не относящийся к потоку, или может включать в себя вибрационный отклик пустой второй потоковой трубки.
На этапе 304 определяют характеристику первого потока. Следует понимать, что на этом этапе возможно определение более одной характеристики первого потока. Характеристику первого потока определяют из первого и, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационных откликов. Характеристика первого потока может содержать массовый расход () первого потокового материала. Дополнительно, из первого и, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационных откликов можно определить плотность, вязкость и т.д. первого потокового материала.
На этапе 305 определяют характеристику второго потока, по меньшей мере, одного дополнительного потока. Следует понимать, что на этом этапе возможно определение более одной характеристики, по меньшей мере, одного дополнительного потока. Характеристику второго потока определяют из первого и, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационных откликов. Характеристика второго потока может содержать массовый расход () второго потокового материала. Дополнительно, из первого и, по меньшей мере, одного дополнительного вибрационных откликов можно определить плотность, вязкость и т.д. второго потокового материала.
1
2
Хотя поток через каждую потоковую трубку является независимым, измерение массового расхода в одной потоковой трубке зависит от потока через другую трубку. Поток через одну трубку сдвигает фазу в другой трубке. Из-за этой связи в расходомере 200 с множеством потоковых трубок, согласно изобретению, используется новое уравнение массового расхода. Новые уравнения двух потоковых трубок основаны на временной задержке, возникающей в обеих потоковых трубках 201 и 202 (то есть Δt и Δt).
В известном двухтрубном кориолисовом расходомере измеряется фаза между двумя потоковыми трубками, и вычисляется разность фаз между датчиками впуска и датчиками выпуска измерительного прибора. Эта разность фаз преобразуется в одну временную задержку (Δt), которую используют для определения величины потка (например, массового расхода ) путем использования уравнения
В этом уравнении для измерения потока можно использовать одно измерение временной задержки (Δt). Временная задержка (Δt) регулируется с использованием нулевой временной задержки (Δtz). Нулевая временная задержка (Δtz) содержит калибровочный коэффициент, определенный в условиях отсутствия потока.
Однако это известное уравнение для массового расхода не адекватно для расходомера с множеством потоковых трубок. Причина этого состоит в том, что при наличии двух потоковых трубок, согласно изобретению, поток создает некоторую фазу в обоих потоковых трубках. Это действительно даже в тех случаях, когда поток протекает только в одной из двух потоковых трубок. В известном расходомере из-за прохождения общего потока через обе потоковые трубки, создаваемая фаза одинакова в каждой трубке. В результате создаваемая фаза не проявляется в виде разности фаз между двумя трубками и не влияет на вычисление результата. Таким образом, в известном уровне техники для определения расхода в известном расходомере можно использовать одну временную задержку.
В противоположность этому, в настоящем изобретении первый и второй потоки являются независимыми. По этой причине фаза, создаваемая обоими потоками, может в двух потоковых трубках отличаться. Следовательно, уравнение массового расхода, основанное на одной временной задержке, использовать нельзя.
Поток в расходомере 200 с множеством потоковых трубок создает фазу в обеих потоковых трубках 201 и 202 даже в том случае, если поток существует только в одной из потоковых трубок. Эти две созданные фазы могут отличаться друг от друга. В результате, для измерения потока потребуются измерения временной задержки в каждой потоковой трубке. Измерение потока может осуществляться для одного или двух потоков. Эта схема измерений может быть проиллюстрирована следующими уравнениями
,
12
где нижний индекс 1 относится к первой потоковой трубке, а нижний индекс 2 относится ко второй потоковой трубке. Второй член в уравнениях (2) и (3) (то есть, например, для «2» члена FCF) необходим из-за того, что поток через одну потоковую трубку создает фазу в другой трубке. Уравнения (2) и (3) могут быть использованы в измерительной электронике 20 для определения массовых расходов в обеих потоковых трубках 210 и 202.
Далее для значений временной задержки в виде () верхний индекс А обозначает, какая потоковая трубка проводит поток. Если поток проходит через вторую потоковую трубку 202, то тогда значение временной задержки будет выглядеть как (). Нижний индекс В обозначает потоковую трубку, от которой принимают вибрационный отклик. Следовательно, значение () представляет временную задержку, измеренную для второй потоковой трубки, когда имеет место поток через первую потоковую трубку. В альтернативном варианте, значение () представляет собой временную задержку, измеренную для первой потоковой трубки, когда имеет место поток через вторую потоковую трубку 202. Нулевой верхний индекс обозначает состояние отсутствия потока, где значение () обозначает временную задержку, измеренную для первой потоковой трубки 201, когда общий возбудитель 220 вызывает вибрацию первой потоковой трубки в нулевом состоянии, то есть состоянии отсутствия потока.
Однако для определения характеристик потока можно использовать более простой вид уравнений (2) и (3). Уравнения (2) и (3) не обладают симметрией. Одним из возможных видов симметрии является симметрия временной задержки. Если временная задержка симметрична, то есть если
,
то тогда уравнения (2) и (3) преобразуются в
1
1
2
2
1
2
11
12
21
22
Члены Т представляют измерения температуры. Член Tcпредставляет температуру первой потоковой трубки, а член Tmпредставляет температуру первой потоковой жидкости. Аналогичным образом, член Tc представляет температуру второй потоковой трубки, а член Tm температуру второй потоковой жидкости. Значение (Δtz) является калибровочным значением нулевого потока для первой потоковой трубки, а значение (Δtz) является калибровочным значением нулевого потока для второй потоковой трубки. Калибровочные коэффициенты FCF, FCF, FCF и FCFпотока представляют калибровочные коэффициенты, которые определяются тестовыми измерениями потока и используются затем при калибровках характеристики потока.
12
21
Вдобавок, калибровочные коэффициенты потока также могут быть симметричными. В этом случае уравнения (5) и (6) можно дополнительно упростить благодаря тому, что калибровочные коэффициенты потока могут быть примерно симметричными, то есть FCF≈FCF. Симметрия уравнений оказывает влияние на процесс калибровки.
Возможность измерения двух массовых расходов также позволяет измерять дополнительные регулируемые параметры процесса, а не только два массовых расхода. Например, если две потоковые трубки имеют разные площади поперечного сечения, то отношение этих двух расходов может быть связано с динамической вязкостью. Другим возможным приложением может быть измерение отложения на внутренних поверхностях потоковых трубок. Такие отложения на потоковых трубках создают неравномерное распределение массы в системе, и такое неравномерное распределение массы можно обнаружить через отношение амплитуд двух результирующих вибрационных откликов потоковых трубок. Вышесказанное - это лишь два примера того, что можно осуществить с помощью расходомера, который измеряет два независимых потока.
Процедура калибровки для известного кориолисового расходомера с одним потоком, представленного уравнением (1), достаточно проста. Нулевую временную задержку (Δtz) определяют в условиях нулевого потока в расходомере 200 с множеством потоковых трубок, а значение FCF определяют тестированием при единичном расходе.
Из уравнений (2) (3), а также (5) и (6) можно видеть, что аналогичная стратегия (измерение (Δtz) при нуле и тестирование при единичном расходе на трубку) не работает в случае расходомера с множеством потоковых трубок.
На фиг.4 показан расходомер 200 с множеством потоковых трубок, согласно варианту изобретения. Компоненты, совпадающие с другими фигурами, обозначены одинаковыми ссылочными позициями. В этом варианте между первой и второй потоковыми трубками 201 и 202 установлена только одна пара датчиков 215 и 215'. Пара датчиков 215 и 215' измеряет вибрации в обеих потоковых трубках, а каждый датчик 215 и 215' обеспечивает сигнал, относящийся к временной задержке между двумя потоковыми трубками.
На фиг.5 показан расходомер 200 с множеством потоковых трубок с прямой трубкой, согласно варианту изобретения. В этом варианте потоковые трубки 201 и 202 по существу являются прямыми. Следует понимать, что расходомер 200 по этому варианту может включать в себя два набора датчиков, как на фиг.2, или включать один набор датчиков, как на фиг.4.
На фиг.6 показан расходомер 200 с множеством потоковых трубок, согласно варианту изобретения. В этом варианте расходомер 200 включает в себя общий впуск в виде делителя 203 потока. Делитель 203 потока соединен с первой потоковой трубкой 201 и второй потоковой трубкой 202. В этом варианте каждая потоковая трубка имеет пару соответствующих датчиков 215 и 215' и датчиков 216 и 216', как обсуждалось ранее. Устройства, расположенные вниз по потоку (не показаны), могут обеспечить регулировку или управление потоком.
На фиг.7 показан расходомер 200 с множеством потоковых трубок, согласно варианту изобретения. Этот вариант включает в себя делитель 203 потока, как на фиг.6. Однако этот вариант включает в себя только одну пару датчиков 215 и 215'. Так же, как на фиг.4, пара датчиков 215 и 215' измеряет одновременно вибрации обеих потоковых трубок 201 и 202.
На фиг.8 показан расходомер 200 с множеством потоковых трубок при начальной установке 260 калибровки, согласно варианту изобретения. В этом варианте, где расходомер 200 с множеством потоковых трубок имеет отдельное впускное отверстие и отдельное выпускное отверстие, для процесса калибровки используют первый и второй контрольные измерительные приборы 291 и 292. Контрольные измерительные приборы 291 и 292 являются расходомерами, которые используют для точного измерения состояний потока, где тестируемый измерительный прибор калибруют с использованием измерений, полученных от контрольных измерительных приборов 291 и 292.
Первый контрольный измерительный прибор 291 измеряет первый поток, протекающий через первую потоковую трубку 201, и создает измеренное значение (). Второй контрольный измерительный прибор 292 измеряет второй поток, протекающий через вторую потоковую трубку 202, и создает измеренное значение (). Следовательно, поток через каждую потоковую трубку и соответствующий контрольный измерительный прибор отделен и не зависит от потока через другую потоковую трубку. Вдобавок, могут быть получены другие измерения потока.
Полученные измерения можно использовать для калибровки расходомера 200 с множеством потоковых трубок, согласно различным вариантам. Возможные операции калибровки обсуждаются ниже, например, в связи с фиг.10. Однако предполагаются и другие технологии калибровки, которые не выходят за рамки объема описания и формулы изобретения.
На фиг.9 показан расходомер 200 с множеством потоковых трубок при начальной установке 260 калибровки, согласно варианту изобретения. В этом варианте, где расходомер 200 имеет одно впускное отверстие, первый и второй контрольные измерительные приборы 291 и 292 подсоединены к соответствующим выпускным отверстиям первой и второй потоковых трубок 201 и 202. Поток через первую и вторую потоковые трубки 201 и 202 может регулироваться находящимися вниз по потоку клапанами или другими устройствами (не показаны), которые связаны с двумя выпускными отверстиями. Как и прежде, первый контрольный измерительный прибор 291 измеряет первый поток, протекающий через первую потоковую трубку 201, и создает измеренное значение (). Второй контрольный измерительный прибор 292 измеряет второй поток, протекающий через вторую потоковую трубку 202, и создает измеренное значение (). Дополнительно начальная установка 260 калибровки может включать в себя контрольный измерительный прибор 293, который измеряет общий массовый расход (), поступающий в расходомер 200 с множеством потоковых трубок.
На фиг.10 представлена блок-схема 1000 для способа калибровки расходомера с множеством потоковых трубок, согласно варианту изобретения. Базовое уравнение для калибровки содержит
На этапе 1001 расходомер 200 с множеством потоковых трубок (то есть тестируемое устройство, см. фиг.8 и 9) обнуляется. На этом этапе обе потоковые трубки 201 и 202 расходомера 200 заполнены текучим материалом, хотя его поток через расходомер 200 запрещен. В потоковых трубках 201 и 202 создается вибрация в состоянии отсутствия потока, и определяется одна или несколько характеристик потока, таких как значения временных задержек () и () для первой и второй потоковых трубок.
На этапе 1001, где поток равен нулю (массовый расход =0), и выполняется операция обнуления, уравнение (7) приобретает вид
На этапе 1002 контрольные измерительные приборы 291 и 292 обнуляются в состояниях нулевого потока, как это было только что описано. Следует понимать, что этот этап может выполняться перед или после этапа 1001.
1
На этапе 1003 поток создается только через первую потоковую трубку 201. Во время протекания потока как расходомер 200, так и первый контрольный измерительный прибор 291 измеряют характеристики первого потока. Например, расходомер 200 может записать временную задержку () для первой потоковой трубки 201, когда поток проходит через первую потоковую трубку 201. Расходомер 200 измеряет временную задержку () для второй потоковой трубки 202, когда поток протекает через первую потоковую трубку 201, но не протекает через вторую потоковую трубку 202. Дополнительно, первый контрольный измерительный прибор 291 измеряет массовый расход потока через первую потоковую трубку 201 (то есть он создает значение REF). Для этапа 1003, когда поток создается в первой потоковой трубке, уравнение (7) принимает вид
2
На этапе 1004 поток создается через вторую потоковую трубку 202. Во время протекания потока как расходомер 200 с множеством потоковых трубок, так и второй контрольный измерительный прибор 292 измеряют характеристики второго потока. Например, расходомер 200 измеряет временную задержку () для второй потоковой трубки 202 при протекании потока через вторую потоковую трубку 202. Расходомер 200 измеряет временную задержку () для первой потоковой трубки 201 при протекании потока через вторую потоковую трубку 202 и отсутствии потока через первую потоковую трубку 201. Дополнительно, второй контрольный измерительный прибор 292 измеряет массовый расход потока через вторую потоковую трубку 202 (то есть он создает значение REF). Для этапа 1004, когда поток создается во второй потоковой трубке 202, уравнение (7)принимает вид:
1
2
1
2
Следует заметить, что значения REF и REF могут быть созданы двумя разными контрольными измерительными приборами (см. фиг.9). В альтернативном варианте, значения REF и REF могут быть созданы в разные моменты времени одним контрольным измерительным прибором (см. фиг.11).
11
12
21
22
На этапе 1005 в матрицу (4×4) вводятся различные измерения характеристики потока, полученные выше (см. уравнение (13), представленное ниже). Для создания калибровочных коэффициентов FCF, FCF, FCF и FCF потока выполняют инверсию матрицы. Эти калибровочные коэффициенты потока используют для последующих вычислений характеристик потока, включая определения в нормальном рабочем режиме массового расхода, плотности, вязкости и т.д.
1
2
Таким образом, имеется 4 уравнения с 4 неизвестными. Известными (то есть измеренными) величинами являются REF, REF, (), (), (), (), () и (). Следует напомнить, что на этапе обнуления
11
12
21
22
Неизвестными величинами являются калибровочные коэффициенты FCF, FCF, FCF и FCF потока. Эти коэффициенты FCF представляют собой значения, которые подлежат определению в процессе калибровки.
Затем может быть составлено матричное уравнение 4×4
Затем выполняют инверсию матрицы 4×4
В другом варианте расходомер 200 с множеством потоковых трубок, согласно изобретению, может включать в себя более двух потоковых трубок. Например, расходомер 200 с множеством потоковых трубок может включать в себя N потоковых трубок. Начальное допущение состоит в том, что множество потоковых трубок ведут себя по существу так же, как в измерительном приборе, имеющем две потоковые трубки. При трех потоковых трубках матричное уравнение имеет вид
При использовании той же системы условных обозначений для этого примера с тремя потоковыми трубками будем иметь в результате девять неизвестных (то есть матрицу FCF в приведенном выше уравнении 14), требующих три различных калибровочных точки потока. В каждой калибровочной точке из трех калибровочных точек записываются измерения (Δt) вместе с тремя нулевыми контрольными расходами (z).
Калибровочная точка 1 содержит
Калибровочная точка 2 содержит
Калибровочная точка 3 содержит
ij
ij
12
22
REF
Если предположить, что все контрольные калибровочные точки различны, то можно считать, например, что REF=0 для (i), не равного (j), и можно считать, что REF=REF для (i=j). Например, это может привести к допущению, что REF=0 и что REF(и т.д.)=C.
Это создает девять уравнений с девятью неизвестными калибровочными коэффициентами. Из этих значений может быть построено матричное уравнение [9×9], которое можно решить, используя инверсию матрицы, как показано ниже
,
где член  является матрицей [9×1],
где член  является матрицей [9×9]
и где член  является матрицей [9×1].
В общем случае для N каналов потока базовое уравнение выглядит следующим образом
2
2
Здесь потребуется N калибровочных точек, что приведет к Nуравнениям с N неизвестными, которые можно решить с помощью инверсии матрицы
,
2
где член  является матрицей [N×1],
2
2
где член  является матрицей [N×N]
2
и где член  является матрицей [N×1].
На фиг.11 показана начальная установка 1100 калибровки, согласно варианту изобретения. Начальная установка 1100 калибровки может включать в себя первый и второй клапаны 294а и 294b и один контрольный измерительный прибор 293. Первый и второй клапаны 294а и 294b могут регулироваться для проведения первого потока через первую потоковую трубку 210а, для проведения второго потока через вторую потоковую трубку 210b или для проведения объединенного потока через обе потоковых трубки 210а и 210b.
Здесь показано, что контрольный измерительный прибор 293 расположен после расходомера 200 с тремя датчиками и после клапанов 294а и 294b. Однако, как показано пунктирными линиями, контрольный измерительный прибор 293 (и/или клапаны 294а и 294b) может быть размещен выше по потоку, чем расходомер 200.
1
2
1
2
Следует понимать, что для начальной установки 1100 калибровки значения REF и REF создаются контрольным измерительным прибором 293 в различные моменты времени. Например, в процессе калибровки первый поток через первую потоковую трубку 210а создается путем открытия первого клапана 294а и закрытия второго клапана 294b. Контрольным измерением, созданным позднее этим контрольным измерительным прибором 293, является значение REF. Затем закрывают первый клапан 294а и открывают второй клапан 294b, чтобы создать второй поток через вторую потоковую трубку 210b. Контрольным измерением, созданным позднее этим контрольным измерительным прибором 293, является значение REF.
На фиг.12 показан расходомер 200 с множеством потоковых трубок, согласно варианту изобретения. В этом варианте каждая потоковая трубка 210а-210n включает в себя отдельный вход 212а-212n. Однако все потоковые трубки 210а-210n подсоединены к единому выходу 213. Выше по потоку от индивидуальных входов 212а-212n могут быть предусмотрены клапаны для управления потоком через потоковые трубки 210а-210n. В результате расходомер 200 с множеством потоковых трубок может свести множество потоков в единый поток на едином выходе 213. Расходомером 200 с множеством потоковых трубок можно измерить отдельные составляющие выходного потока.
В изобретении измерения характеристики потока получают фактически одновременно для двух или более независимых потоков. В отличие от известного уровня техники возбудитель вызывает вибрации двух или более потоковых трубок, которые проводят два или более независимых потоков. В отличие от известного уровня техники потоки могут иметь разные скорости потока. В отличие от известного уровня техники потоки могут иметь разные плотности. В отличие от известного уровня техники потоковые трубки могут иметь разные площади поперечного сечения. В отличие от известного уровня техники расходомер, согласно изобретению, может включать в себя множество потоковых трубок. В отличие от известного уровня техники расходомер может совместно использовать возбудители, исключая, по меньшей мере, один возбудитель.
Преимуществом является то, что затраты на расходомер будут ниже из-за совместного использования компонентов. Дополнительно, общие размеры расходомера (и всей измерительной/распределительной системы) могут быть уменьшены. Дополнительно, совместное использование общего возбудителя может уменьшить потребление энергии и позволяет использовать один источник питания меньшей мощности.