ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРИБОР ДЛЯ КОРИОЛИСОВОГО РАСХОДОМЕРА И СПОСОБ ПОДТВЕРЖДЕНИЯ ПРАВИЛЬНОСТИ КАЛИБРОВОЧНОГО КОЭФФИЦИЕНТА РАСХОДА, ИСПОЛЬЗУЕМОГО В ЭТОМ ИЗМЕРИТЕЛЬНОМ ПРИБОРЕ Российский патент 2003 года по МПК G01F1/84 G01N25/00 

Область техники
Настоящее изобретение касается системы для проверки правильности калибровки кориолисового расходомера. Более конкретно, настоящее изобретение касается измерения периода колебаний трубки, когда по трубке протекает вещество, для определения, имелось ли изменение свойства вещества или поперечного сечения трубки. Еще более конкретно, настоящее изобретение касается определения, когда плотность вещества, рассчитанная за период колебания трубки, не равна известной плотности вещества.

Предшествующий уровень техники
Известно использование массовых расходомеров, работающих на эффекте Кориолиса, для измерения массового секундного расхода и другой информации о веществах, протекающих по трубопроводу (см., например, патент США 4491025, 1985 г., Смита). Эти расходомеры имеют одну или больше трубок изогнутой конфигурации. Каждая конфигурация трубки в кориолисовом расходомере имеет собственные колебания, которые могут быть простыми изгибными, крутильными, радиальными или связанными колебаниями. Каждую трубку приводят в колебания на резонансной частоте в одном из видов собственных колебаний. Виды собственных колебаний, заполненных веществом колебательных систем, определяются объединенной массой трубок и веществом внутри трубок. Вещество течет в расходомер из подсоединенного трубопровода со стороны впуска расходомера. Затем вещество направляется по трубке или трубкам и выходит из расходомера в трубопровод на выпускной стороне.

Задающее устройство прикладывает силу к трубке.

Сила вызывает колебание трубки. Когда через расходомер не протекает никакое вещество, все точки вдоль трубки колеблются в одинаковой фазе. Когда по трубке начинает протекать вещество, кориолисово ускорение заставляет каждую точку вдоль трубки иметь отличающуюся фазу относительно других точек вдоль трубки. Фаза колебаний на впускной стороне трубки отстает от фазы колебаний задающего устройства, в то время как фаза колебаний на выпускной стороне опережает фазу колебаний задающее устройство. Датчики помещены в двух различных точках на трубке, чтобы создавать синусоидальные сигналы, представляющие перемещение трубки в двух точках. Разность фаз двух сигналов, полученных от датчиков, вычисляется в единицах времени.

Разность фаз между сигналами двух датчиков пропорциональна массовому расходу вещества, протекающего по трубке или трубкам. Массовый расход вещества определяется путем умножения разности фаз на калибровочный коэффициент потока. Этот калибровочный коэффициент потока определяется свойствами вещества и свойствами поперечного сечения трубки.

До установки расходомера в трубопровод, калибровочный коэффициент потока определяют путем калибровки. При калибровке текучую среду пропускают по трубке при заданной скорости потока и вычисляют соотношение между разностью фаз и скоростью потока.

Одно преимущество кориолисового расходомера заключается в том, что на точность измеряемого массового расхода не действует износ подвижных деталей в расходомере. Скорость потока определяют путем перемножения разности фаз между двумя точками на трубке и калибровочного коэффициента потока. Единственным входным сигналом являются синусоидальные сигналы с датчиков, показывающие колебание двух точек на трубке. Разность фаз вычисляют на основании синусоидальных сигналов. В вибрирующей трубке отсутствуют подвижные детали. Калибровочный коэффициент потока пропорционален свойствам вещества и поперечного сечения трубки.

Следовательно, на измерение разности фаз и калибровочного коэффициента потока износ подвижных деталей в расходомере не влияет.

Однако существует проблема, поскольку свойства вещества и поперечного сечения трубки при использовании кориолисового расходомера могут изменяться. Изменения свойств вещества и поперечного сечения трубки вызываются эрозией, коррозией и покрытием трубки: веществом, протекающим по трубке. Один пример изменения свойств поперечного сечения трубки представляет собой изменение момента инерции, вызванного коррозией трубки.

Второй пример изменения свойства вещества и поперечного сечения трубки заключается в увеличении массы трубки, уменьшении площади поперечного сечения, вызванных покрытием трубки, веществами, протекающими по трубке. Изменение свойств вещества и поперечного сечения трубки может изменять калибровочный коэффициент потока трубки. Если калибровочный коэффициент потока расходомера изменяется, расходы, которые вычисляются с использованием первоначального калибровочного коэффициента потока, будут неточными. Задачей настоящего изобретения является разработка системы, которая обнаруживает возможное изменение свойств вещества и/или поперечного сечения трубки, указывающее, что массовые расходы, измеряемые кориолисовым расходомером, могут оказаться неточными.

Краткое изложение существа изобретения
Поставленная задача решена благодаря созданию системы для проверки правильности калибровочного коэффициента потока кориолисового расходомера. В соответствии с настоящим изобретением, когда по трубке протекает вещество, измеряется период колебаний трубки кориолисового расходомера. Измеренный период колебаний используется для определения возможной ошибки в кориолисовом расходомере. Если обнаружена ситуация возникновения возможной ошибки, сигнал указывает, что расходомер необходимо проверить на предмет возможного повреждения.

Кориолисов расходомер имеет датчики на трубке, которые подсоединены к измерительному электронному прибору. Сигналы с датчиков поступают в измерительный электронный прибор и преобразуются в машиночитаемые или цифровые сигналы. Цифровые сигналы используются в виде данных для прикладных программ, выполняемых процессором в измерительном электронном приборе, для определения некоторых характеристик, например массового расхода и плотности вещества, протекающего по трубке. Команды для этих прикладных программ хранятся в запоминающем устройстве, подсоединенном к процессору. Настоящее изобретение касается также прикладной программы, выполняемой процессором, которая проверяет правильность калибровочного коэффициента потока кориолисового расходомера. Прикладная программа проверки правильности измеряет период колебаний трубки, когда вещество, имеющее известную плотность, протекает по трубке. Затем измеренный период колебаний применяется для выявления ситуации возможных ошибок в трубке, используя результаты решения уравнения для определения плотности вещества в зависимости от периода колебаний трубки.

Период колебаний используется для выявления ситуаций появления возможных ошибок в трубке из-за связи между калибровочным коэффициентом потока трубки и полученной в результате измерения плотностью вещества, протекающего по трубке. Калибровочный коэффициент потока (ККП) равен первой геометрической постоянной (G₁), умноженной на модуль упругости первого рода (модуль Юнга) для трубки (Е₀) и на момент инерции (I₀) трубки. Плотность вещества, протекающего по трубке, вычисляют путем умножения квадрата периода колебаний трубки (Р²), когда вещество протекает по трубке, на первую постоянную плотности (C₁) и затем добавления к результату второй постоянной плотности (С₂). Первую постоянную плотности (C₁) определяют путем умножения второй геометрической постоянной (G₂) на модуль упругости первого рода для трубки (Е₀) и момент инерции (I₀) трубки. Поскольку первая геометрическая постоянная калибровочного коэффициента потока и вторая геометрическая постоянная плотности умножаются на модуль упругости первого рода для трубки и на момент инерции трубки, калибровочный коэффициент потока и первая постоянная плотности являются пропорциональными.

Изменение первой постоянной плотности (C₁) обычно не связано с изменением второй геометрической постоянной (G₂), которая изменяется очень слабо при изменении свойств вещества и/или поперечного сечения трубки. Следовательно, изменение первой постоянной плотности (C₁) обычно вызывается изменением модуля упругости первого рода (Е₀) или момента инерции (I₀) в трубке. Поскольку модуль упругости первого рода (Е₀) и момент инерции (I₀) также используются для вычисления калибровочного потока (ККП), можно допустить, что изменение первой постоянной плотности (C₁) указывает на изменение калибровочного коэффициента потока (ККП).

Изменение первой постоянной плотности (C₁) может быть обнаружено на основании измеренной плотности вещества. Если плотность вещества измерена неточно, первая и вторая постоянные плотности (C₁ и С₂), используемые для вычисления плотности, также должны быть неточными. Поскольку период колебаний трубки, когда вещество течет по трубке (Р), используется для вычисления плотности вещества, протекающего по трубке, можно использовать период колебаний (Р) для выявления измерения первой постоянной плотности (C₁), которая, в свою очередь, показывает вероятное изменение калибровочного коэффициента потока (ККП).

Следующие четыре варианта осуществления настоящего изобретения обнаруживают ситуацию ошибок, которые выявляются при измерении периода колебаний трубки. В первом и втором вариантах осуществления используются плотность вещества, рассчитанная на основании измеренного периода колебаний трубки, чтобы обнаружить ситуацию возникновения ошибок. В третьем варианте осуществления для обнаружения ситуации возникновения ошибок используется первая постоянная плотности. В четвертом варианте осуществления обнаруживается ситуация возникновения ошибок на основании сравнения измеренного периода колебаний трубки Вентури и известного периода колебаний трубки для данного вещества.

Первый вариант осуществления обнаруживает ситуацию возникновения ошибок следующим образом. Период колебаний трубки измеряется, когда по трубке протекает вещество с известной плотностью. Плотность вещества вычисляется на основании измеренного периода колебаний. Рассчитанная и известная плотности вещества сравниваются. Если рассчитанная плотность не равна известной плотности, сигнал указывает, что возникла ситуация ошибок, поскольку калибровочный коэффициент потока изменился, и требуется проверка кориолисового расходомера. Если рассчитанная и известная плотности равны, измеряемый массовый расход точен, и кориолисов расходомер проверять не нужно.

Второй альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения учитывает допуск при сравнении рассчитанных и известных плотностей вещества следующим образом. После вычисления плотности вещества известная плотность вычитается из рассчитанной плотности, чтобы вычислить отклонение рассчитанной плотности. Затем отклонение сравнивается с областью допустимых значений. Если отклонение находится вне области допустимых значений, сигнал указывает, что возникла ситуация ошибок, потому что калибровочный коэффициент потока мог измениться, и требуется проверка кориолисового расходомера. Если отклонение находится в пределах области допустимых значений, измеренный массовый расход оказывается точным, и кориолисов расходомер проверять не нужно.

Измерение периода колебаний и вычисление отклонения можно выполнять периодически. Рассчитанное в каждом интервале отклонение можно хранить для использования в будущем. Одним перспективным использованием запомненных рассчитанных отклонений является составление контрольной карты отклонений. Из составленной контрольной карты отклонений можно определить нижний и верхний пределы диапазона допустимых отклонений.

В третьем альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения ситуацию ошибок в кориолисовом расходомере обнаруживают на основании первой постоянной плотности следующим способом. Первая постоянная плотности вычисляется с помощью калибровки для обнаружения ситуации ошибок. При калибровке первый период колебаний трубки измеряется, когда по трубке протекает первое эталонное вещество, имеющее первую известную плотность, а второй период колебаний измеряется, когда по трубке протекает второе эталонное вещество, имеющее вторую известную плотность. Затем первый и второй периоды колебаний возводятся в квадрат. Первый возведенный в квадрат период колебаний вычитается из второго возведенного в квадрат периода колебаний для определения изменения возведенных в квадрат периодов колебаний. Для определения изменения плотностей первая известная плотность вычитается из второй известной плотности. Затем изменение плотностей делится на изменение периодов колебаний, возведенных в квадрат для определения первой постоянной плотности. Первая постоянная плотности, первая известная плотность и первый возведенный в квадрат период колебаний хранятся в запоминающем устройстве для использования при сравнениях в последующих испытаниях.

Для обнаружения ситуации возникновения ошибок в третьем примерном варианте осуществления первую постоянную плотности проверяют следующим способом. Третий период колебаний трубки измеряется, когда по трубке протекает третья текучая среда с третьей известной плотностью. Измеренный третий период колебаний возводится в квадрат. Возведенный в квадрат период колебаний либо первого, либо второго вещества, протекающего по трубке, вычитается из третьего возведенного в квадрат периода колебаний для определения изменения квадратов периодов колебаний. Выбор используемого эталонного вещества определяют по признаку, которое из веществ может обеспечить самое большое изменение периода колебаний. Для определения изменения плотностей известная плотность эталонного вещества вычитается из третьей известной плотности. Затем изменение плотностей делится на изменение квадратов периодов колебаний для определения новой первой постоянной плотности. Новая первая постоянная плотности сравнивается с запомненной первой постоянной плотности. Если новая первая постоянная плотности не равна запомненной первой постоянной плотности, сигнал указывает, что возникла ситуация ошибок, потому что изменился калибровочный коэффициент потока, и требуется проверка кориолисового расходомера. Если новая первая постоянная плотности и запомненная первая постоянная плотности равны, то измеренный массовый расход является точным и проверки кориолисова расходомера не требуется.

В указанных вариантах осуществления плотность протекающего по трубке вещества известна, поскольку используется вещество типа воздуха или воды, имеющее плотность, которая является известной или ее можно найти в таблице известных плотностей. Однако известную плотность вещества также можно определить с помощью вещества, текущего через денсиметр, встроенный вместе с кориолисовым расходомером, для определения известной плотности вещества, протекающего по трубке Вентури.

В четвертом варианте осуществления для выявления ситуации возникновения возможных ошибок сравниваются ожидаемый период колебаний и измеряемый период колебаний трубки, когда вещество протекает по трубке. Ожидаемый период колебаний определяется из вычислений, используя известную плотность вещества, или из предыдущих измерений периода колебаний. Период колебаний трубки измеряется, когда по трубке протекает вещество. Измеряемый период колебаний сравнивается с ожидаемым периодом колебаний. Если измеряемый и ожидаемый периоды колебаний вещества не равны, сигнал указывает, что возникла ситуация ошибок, потому что калибровочный коэффициент потока изменился, и требуется проверка кориолисового расходомера. Если измеряемый и известный периоды колебаний равны, то измеряемый массовый расход оказывается точным, и кориолисов расходомер проверять не нужно.

Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает известный кориолисов расходомер, широко используемый в технике;
фиг.2 - блок-схему измерительного электронного прибора кориолисового расходомера;
фиг.3 - алгоритм способа калибровки плотности кориолисового расходомера;
фиг.4 - алгоритм проверки правильности согласно изобретению;
фиг. 5 - алгоритм первого варианта способа обнаружения ошибок согласно изобретению;
фиг. 6 - алгоритм второго варианта способа обнаружения ошибок согласно изобретению;
фиг. 7 - алгоритм третьего варианта способа обнаружения ошибок согласно изобретению;
фиг. 8 - алгоритм возможного процесса коррекции ошибки с использованием данных третьего варианта способа обнаружения ошибок согласно изобретению;
фиг.9 - алгоритм четвертого варианта способа обнаружения ошибок согласно изобретению;
фиг.10 - блок-схему системы, содержащей денсиметр для определения плотности вещества, согласно изобретению;
фиг. 11 - алгоритм определения плотности вещества, когда вещество протекает через систему, согласно изобретению;
фиг. 12 - алгоритм способа нахождения верхнего и нижнего пределов для диапазона допустимых отклонений согласно изобретению.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
На фиг. 1 показан известный кориолисов расходомер 5, содержащий узел 10 расходомера и измерительный электронный прибор 20. Измерительный электронный прибор 20 подсоединен к измерительному узлу 10 посредством проводов 100 для получения плотности, массового расхода, объемного расхода, суммированного массового расхода и другой информации по каналу 26. Специалистам в данной области техники очевидно, что настоящее изобретение можно использовать с любым типом кориолисового расходомера, независимо от количества задающих устройств или количества датчиков.

Узел 10 расходомера содержит пару фланцев 101 и 101', коллектор 102 и трубки 103А и 103В. К трубкам 103А и 103В подсоединен возбудитель 104 и датчики 105 и 105'. Распорные стержни 106 и 106' служат для задания осей W и W', относительно которых колеблется каждая трубка 103А и 103В.

Когда узел 10 расходомера вставляют в систему трубопровода (не показана), по которой проходит подлежащее измерению вещество, это вещество входит в узел 10 расходомера через фланец 101, проходит через коллектор 102, где вещество направляется для ввода в трубки 103А и 103В, протекает по трубкам 103А и 103В и обратно в коллектор 102, где он выходит из измерительного узла 10 через фланцы 101'.

Трубки 103А и 103В выбирают и соответственно закрепляют на коллекторе 102 так, чтобы они имели по существу одно и то же распределение массы, момент инерции и упругий модуль относительно осей W-W' и W'-W' изгиба, соответственно. Трубки выходят наружу из коллектора 102 по существу параллельно.

Трубки 103А-103В возбуждаются возбудителем 104 в противоположных направлениях относительно их осей W и W' изгиба, и это определяет первый изгибающий момент расходомера. Возбудитель 104 может быть выполнен в виде многих известных устройств, типа магнита, укрепленного на трубке 103А, и противодействующей катушки, укрепленной на трубке 103В. Переменный ток пропускается через катушку, чтобы вызвать колебания обеих трубок. Соответствующий сигнал возбуждения по проводу 110 подается в возбудитель 104 из измерительного электронного прибора 20. Описание прибора представлено в качестве примера функционирования кориолисового расходомера и не предназначено для ограничения настоящего изобретения.

Измерительный электронный прибор 20 принимает правый и левый сигналы скорости, появляющиеся в проводах 111 и 111', соответственно. Измерительный электронный прибор 20 формирует возбуждающий сигнал в проводе 110, который заставляет возбудитель 104 приводить трубки 103А и 103В в колебательное движение. Заявленное изобретение может производить множество возбуждающих сигналов от множества задающих устройств. Измерительный электронный прибор 20 обрабатывает левый и правый сигналы скорости для вычисления массового расхода и формирует систему проверки правильности согласно изобретению. Канал 26 служит средством ввода и вывода, которое обеспечивает возможность оператору взаимодействовать с измерительным электронным прибором 20.

На фиг. 2 показана блок-схема известного измерительного электронного прибора 20. По проводам 111 и 111' передают левый и правый сигналы скорости от узла 10 расходомера в измерительный электронный прибор 20. Сигналы скорости принимает аналого-цифровой преобразователь 203 в измерительном электронном приборе 20. Аналого-цифровой преобразователь 203 преобразует левый и правый сигналы скорости в цифровые сигналы для использования процессором 201 и передает цифровые сигналы по проводу 213 в шину 210 ввода-вывода. Цифровые сигналы передаются по шине 210 ввода-вывода в процессор 201. Сигналы задающего устройства передаются по шине 210 ввода-вывода в провод 212, который подает сигналы в цифроаналоговый преобразователь 202. Аналоговые сигналы из цифроаналогового преобразователя 202 передаются в возбудитель 104 по проводу 110. Канал 26 соединен с шиной 210 ввода-вывода и несет сигналы в средство ввода и вывода (не показано), которое позволяет от измерительного электронного прибора 20 передавать и принимать данные оператору.

Процессор 201 считывает из постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 220 через провод 221 команды для выполнения различных функций расходомера, включая вычисление массового расхода вещества, вычисление объемного расхода вещества и вычисление плотности вещества. Данные, а также команды для выполнения различных функций хранятся в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) 230. Процессор 201 выполняет операции считывания записи в запоминающем устройстве 230 ОЗУ через провод 231.

Настоящее изобретение касается процесса проверки правильности калибровочного коэффициента потока узла 10 кориолисового расходомера, который использует пропорциональную связь между калибровочным коэффициентом потока узла 10 расходомера и плотностью текучей среды, измеряемой с помощью колебаний трубки 103А-В во время протекания вещества по трубке 103А-В. Пропорциональная связь основана на уравнении для нахождения калибровочного коэффициента потока и уравнении для вычисления плотности вещества на основании периода колебаний трубки 103А-В. Калибровочный коэффициент потока ККП равен первой геометрической постоянной, умноженной на модуль упругости первого рода (Е₀) трубки и на момент инерции (I₀) трубки в соответствии с уравнением (1)
ККП = G₁ • E₀ • I₀. (1)
Плотность текучей среды, протекающей по трубке, определяется уравнением (2)
ρ_{вещества} = (C₁ • P²) + C₂, (2)
где ρ_{вещества} - плотность вещества; C₁ - первая постоянная плотности; Р² - квадрат периода колебаний трубки и С₂ - вторая постоянная плотности, определяемая плотностью трубки, площадью поперечного сечения трубки 103А-В и путем, который проходит поток в поперечном сечении через трубку 103А-В.

Первая постоянная C₁ плотности определяется уравнением (3)
C₁ = G₂ • E₀ • I₀, (3)
где G₂ - вторая геометрическая постоянная, определяемая свойствами вещества и поперечного сечения трубки, Е₀ - модуль упругости первого рода, и I₀ - момент инерции трубки.

Из уравнения 1 и уравнения 3 очевидно, что C₁ и ККП пропорциональны, как показано в уравнении (4):
ККП/C₁ = G₁ • E₀ • I₀/G₂ • E₀ • I₀ = G₁/G₂. (4)
При нормальных условиях можно предположить, что когда свойства вещества и поперечного сечения трубки 103А-В не меняются, G₂ и G₁ остаются постоянными. Также можно предположить, что Е₀ и I₀ не остаются постоянными, когда свойства вещества и/или поперечного сечения трубки 103А/103В изменяются. В результате при изменении Е₀ и I₀ изменяются как калибровочный коэффициент потока ККП, так и первая постоянная C₁ плотности. Эта связь позволяет находить возможные изменения ККП или C₁ на основании изменения другой величины. Из уравнения 2 можно заметить, что изменение первой постоянной C₁ плотности вызовет ошибку в измеряемой плотности, если для вычисления плотности используются первоначальные значения первой постоянной C₁ плотности и второй постоянной С₂ плотности. Следовательно, на основании измеряемой плотности можно обнаружить возможное изменение калибровочного коэффициента потока. Более конкретно, ситуацию возможных ошибок, которые могут изменить ККП, можно обнаружить на основании периода колебаний трубки, когда по трубке протекает вещество.

Процесс калибровки для определения первой постоянной C₁ плотности и второй постоянной С₂ плотности (фиг.3) осуществляется следующим образом.

Чтобы использовать уравнение (2) для обнаружения потенциальных ошибок, следует выполнить калибровку плотности для узла 10 кориолисового расходомера для определения C₁ и С₂ для использования их в вычислениях плотности вещества, протекающего по трубке 103А-В. Алгоритм 300 (фиг.3) представляет собой калибровку плотности, которая выполняется для определения C₁ и C₂ перед установкой узла 10 кориолисового расходомера в трубопровод. Процесс начинается на этапе 301 с протекания первого эталонного вещества с известной плотностью по трубке 103А-В. На этапе 302 в трубке 103А-В возбуждает колебания возбудитель 104, когда по трубке 103А-В протекает первое известное эталонное вещество, и измеряется период колебаний трубки 103А-В.

На этапе 303 по трубке 103А-В протекает второе эталонное вещество со второй известной плотностью. На этапе 304 возбудитель 104 возбуждает колебания в трубке 103А-В во время протекания по трубке 103А-В второго эталонного вещества, и измеряется период колебаний трубки 103А-В. На этапе 305 определяются квадраты первого и второго измеряемых периодов колебаний. Изменение квадратов периодов колебаний вычисляют на этапе 306 путем вычитания квадрата первого периода колебаний из квадрата второго периода колебаний. На этапах 307 и 308 из запоминающего устройства 230 извлекаются известная плотность первого эталонного вещества и известная плотность второго эталонного вещества. На этапе 309 определяется изменение плотностей путем вычитания известной плотности первого эталонного вещества из плотности второго эталонного вещества. На этапе 310 определяется C₁ путем деления изменения плотностей на изменение квадратов периодов колебаний. С₂ вычисляется на этапе 311 в соответствии с уравнением (5):
C₂ = ((D₂ - D₁)/(P₂ ² - P₁ ²) • P₁ ²) - D₁, (5)
где D₁ - плотность первого эталонного вещества, D₂ - плотность второго эталонного вещества, P₁ - первый измеренный период колебаний и Р₂ - второй измеренный период колебаний.

На этапе 312 первая постоянная C₁ плотности, вторая постоянная С₂ плотности, плотность D₁ первого эталонного вещества, плотность D₂ второго эталонного вещества, первый измеренный период P₁ колебаний и второй измеренный период Р₂ колебаний запоминаются в запоминающем устройстве 230 для использования в будущих вычислениях.

Процесс проверки правильности калибровочного коэффициента потока (фиг.4) осуществляется следующим образом.

На фиг.4 показан процесс 400 проверки правильности калибровочного коэффициента потока узла 10 кориолисового расходомера. Процесс 400 начинается на этапе 401 с протекания вещества известной плотности по трубке 103А-В. На этапе 402 процессор 201 передает сигнал возбудителю 104 для возбуждения колебаний трубки 103А-В, когда вещество протекает по трубке 103А-В. На этапе 403 измеряется период колебаний трубки. На этапе 404 для обнаружения ситуации ошибок в узле 10 осуществляется обнаружение ошибок, как описано ниже. Если обнаруживаются ошибки, то на этапе 405 генерируется сигнал ошибок. Если ошибки не обнаруживаются, то на этапе 406 генерируется сигнал, указывающий, что ошибки не обнаружены.

Процесс обнаружения ошибок, использующий измеренную плотность (фиг.5), осуществляется следующим образом.

На фиг.5 показан первый вариант осуществления процесса обнаружения ошибок. Процесс 500 обнаружения ошибок представляет собой простое сравнение известной плотности вещества и рассчитанной плотности вещества на основании периода колебаний. Процесс 500 начинается на этапе 501 с вычисления плотности вещества на основании измеренного периода колебаний, используя C₁ и C₂, которые определяются с помощью процесса 300 калибровки, описанного выше. На этапе 502 известная плотность вещества извлекается из запоминающего устройства 230. На этапе 503 выполняется сравнение рассчитанной и известной плотностей. Если рассчитанная плотность равна известной плотности, сигнал указывает на этапе 505, что ошибки не обнаружены. Если рассчитанная плотность не равна известной плотности, сигнал указывает на этапе 506, что обнаружены возможные ошибки. Процесс 500 возвращается к этапу 404 процесса 400 после выполнения либо этапа 504, либо этапа 505.

Процесс обнаружения ошибок, использующий отклонение от известной плотности (фиг.6), осуществляется следующим образом.

Второй вариант осуществления процесса обнаружения ошибок показан на фиг. 6. Процесс 600 обнаружения ошибок предусматривает приемлемое изменение между измеряемой плотностью вещества, протекающего по трубке 103А-В, и известной плотностью вещества. Изменение учитывается посредством определения отклонения между рассчитанной плотностью и известной плотностью вещества и сравнения отклонения с диапазоном приемлемого отклонения, иначе называемого областью допустимых значений.

Процесс 600 начинается на этапе 601 с вычисления плотности вещества на основании периода колебаний, используя C₁ и C₂, которые определяются описанным процессом 300 калибровки плотности. Известная плотность вещества извлекается из запоминающего устройства 230 на этапе 602. На этапе 603 для определения отклонения известная плотность вещества вычитается из рассчитанной плотности вещества. Отклонение запоминается в запоминающем устройстве 230 для дальнейшего использования на этапе 604. Дальнейшее использование состоит в составлении контрольной карты отклонений на основании множества испытаний, чтобы установить верхний и нижний пределы области допустимых значений, как показано на фиг.12. Верхний предел области допустимых значений извлекается на этапе 605 из запоминающего устройства. На этапе 606 сравниваются отклонение и верхний предел для определения, является ли отклонение большим, чем верхний предел. Если отклонение больше верхнего предела, то на этапе 609 сигнал указывает наличие возможных ошибок. Если отклонение меньше или равно верхнему пределу, на этапе 607 из запоминающего устройства 230 извлекается нижний предел области допустимых значений. На этапе 608 отклонение сравнивается с нижним пределом. Если отклонение меньше, чем нижний предел, то на этапе 609 сигнал указывает на наличие возможных ошибок. Если отклонение большее или равно нижнему пределу, на этапе 610 сигнал указывает на отсутствие ошибок. После этапа 609 или этапа 610 процесс 600 возвращается к этапу 404 процесса 400 (фиг.4).

Процесс обнаружения ошибок, использующий C₁ (фиг.7), осуществляется следующим образом.

Третий процесс обнаружения ошибок показан на фиг.7. Процесс 700 обнаружения ошибок выявляет появление возможных ошибок путем определения нового значения C₁ для расходомера и сравнения нового значения C₁ и старого C₁, определенного процессом 300 калибровки плотности. Для выполнения процесса 600 полагают, что плотность первого и второго эталонного вещества, используемого в процессе 300 калибровки, и период колебаний первого и второго эталонных веществ не изменяются. Это не верно в изменяющейся системе, поскольку период колебаний для первого и второго веществ должны измениться для компенсации изменяющейся C₁. Хотя рассчитанная новая C₁ является аппроксимацией, результат процесса 600 все еще надежен для обнаружения ошибок, потому что изменение C₁ обнаруживается, даже если аккуратное вычисление нового значения C₁ является неточным.

Процесс 700 начинается с этапа 701 вычислением квадрата периода колебаний, измеренного на этапе 403 (фиг.4). Квадрат периода колебаний для одного из эталонных веществ в процессе 300 калибровки извлекается из запоминающего устройства 230 на этапе 702. Используемое эталонное вещество является эталонным веществом, имеющим период колебаний, который имеет самое большое отклонение измеряемого периода колебаний. Изменение квадратов периодов колебаний вычисляется на этапе 703 путем вычитания квадрата периода колебаний эталонного вещества из квадрата измеренного периода колебаний. На этапе 704 известная плотность измеряемого вещества извлекается из запоминающего устройства 230, а на этапе 705 известная плотность эталонного вещества из процесса 300 калибровки извлекается из запоминающего устройства 230. Изменение плотностей вычисляется на этапе 706 путем вычитания плотности эталонного вещества из известной плотности измеряемого вещества. Новое значение C₁ вычисляется на этапе 707 путем деления изменения плотностей на изменение квадратов периодов колебаний. Старое значение C₁ извлекается из запоминающего устройства 230 на этапе 708 и сравнивается с новым значением C₁. На этапе 709 сравниваются новое значение C₁ и старое C₁. Если старое значение C₁ равно новому C₁, сигнал на этапе 710 показывает, что ошибки не обнаружены. Если старое значение C₁ не равно новому C₁, на этапе 711 сигнал показывает, что обнаружены возможные ошибки. После выполнения этапа 710 или 711 процесс возвращается к этапу 404 процесса 400 (фиг.4).

Процесс коррекции ошибок, основанный на C₁ (фиг.8), осуществляется следующим образом.

Если в узле 10 кориолисового расходомера образуется равномерная коррозия, момент инерции изменяется однородно. Если момент инерции изменяется однородно, пропорциональное изменение первой постоянной плотности приблизительно равно пропорции изменения калибровочного коэффициента потока. В процессе коррекции ошибок используется преимущество этой связи для нахождения нового калибровочного коэффициента потока для системы. Процесс 800 начинается на этапе 801 с диагностического испытания для определения равномерной коррозии трубки у распорных стержней. Полагают, что оператор, знакомый с физическими и химическими свойствами вещества, протекающего по трубке 103А-В, может обнаружить эту равномерную коррозию. Если равномерная коррозия не обнаружена, процесс 800 оканчивается на этапе 802, который выдает сигнал, что ошибка некорректируема. Если обнаружена равномерная коррозия, то на этапе 803 новое значение С делится на старое значение С для нахождения пропорции изменения. На этапе 804 пропорция изменения и калибровочный коэффициент потока перемножаются для нахождения нового калибровочного коэффициента потока. На этапе 805 калибровочный коэффициент потока запоминается для будущего использования.

На этапе 806 определяется величина коррозии трубки.

Определение величины коррозии основано на последующих наблюдениях изменения свойств поперечного сечения трубки 103А-В во время равномерной коррозии. Известно, что при равномерной коррозии трубки 103А-В момент инерции (I₀) и площадь поперечного сечения трубки изменяются, когда трубка подвергается действию коррозии. Однако для обнаружения коррозии можно предположить, что изменяется только момент инерции. Из уравнения (3) известно, что C₁ = (G₂ • Е₀ • I₀). Можно определить величину момента инерции для решения уравнения (3) относительно нового I₀. Чтобы получить решение относительно нового I₀, нужно получить решение для G₂ в уравнении (3), используя старое значение C₁ и известные первоначальные значения Е₀ и I₀. Затем можно найти новый I₀, используя новое значение C₁ и известные значения G₂ и Е₀. Это показано в уравнении (6):
Новый I₀ = Новая C₁/(G₂ • Е₀). (6)
Известно, что I₀ является функцией площади поперечного сечения трубки, как показано в уравнении (7):
I₀ = π • (r₀ ⁴ - r_i ⁴), (7)
где r₀ - внешний радиус трубки 103А-В и r_i - внутренний радиус трубки 103А-В.

Как только новый I₀ становится известным, можно найти новый r_i, манипулируя уравнением (7), поскольку r₀ не изменяется. Для определения величины коррозии на этапе 806 старый r_i вычитается из нового r_i. Это можно использовать для прогнозирования периода времени, в течение которого трубка будет обеспечивать массовые расходы с точностью, требуемой процессом. Процесс 800 оканчивается на этапе 807 сигналом, указывающим на завершение процесса.

Четвертый процесс обнаружения ошибок, использующий измеряемый период колебаний (фиг.9), осуществляется следующим образом.

Четвертый процесс 900 обнаружения ошибок просто сравнивает измеряемый период колебаний, когда вещество протекает по трубке 103А-В, с ожидаемым периодом колебаний для трубки 103А-В при протекании вещества. Этот процесс уменьшает количество вычислений, необходимых в процессе, если ожидаемый период колебаний известен. Процесс 900 начинает на этапе 901 извлечением ожидаемого периода колебаний из запоминающего устройства 230. Ожидаемый период колебаний можно предварительно рассчитать для вещества, имеющего известную плотность, можно определить во время сравнения с помощью вычислений, основанных на известной плотности вещества, или он может быть известен из предыдущих измерений такого же вещества. На этапе 902 ожидаемый период колебаний сравнивается с измеряемым периодом колебаний. Если измеряемый период колебаний равен ожидаемому периоду колебаний, сигнал на этапе 903 указывает, что ошибки не обнаружены. Если измеряемый период колебаний не равен ожидаемому периоду колебаний, сигнал на этапе 904 указывает, что обнаружены возможные ошибки. После этапа 903 или этапа 904 процесс 900 возвращается к этапу 404 процесса 400 (фиг.4).

Ниже описана система и способ определения известной плотности вещества.

На фиг. 10 показана схема 1000, где денсиметр 1001 и узел 10 кориолисового расходомера установлены в трубопроводе 1002. Денсиметр 1001 представляет собой известный денсиметр типа денсиметра, производимого фирмой Solartron, Inc., a узел 10 кориолисового расходомера является известным кориолисовым расходомером типа элитного кориолисового расходомера, производимого фирмой Micro Motion, Inc. В предпочтительном варианте осуществления денсиметр 1001 расположен выше по потоку относительно узла 10 кориолисового расходомера (фиг.10). Однако предусматривается, что денсиметр 1000 может также быть в обтекающем потоке или ниже по потоку относительно кориолисового расходомера 100. Измерительный электронный прибор 20 принимает сигналы с денсиметра 1001 по проводам 1010 и 1011. Измерительный электронный прибор 20 (фиг.2) известного типа имеет схемы для преобразования электронных сигналов от денсиметра 1001, принимаемых от денсиметра 1001 по проводам 1010 и 1011, в машиночитаемые или цифровые сигналы. Затем измерительный электронный прибор 20 может определять плотность согласно командам, запомненным в ПЗУ 220.

Процесс определения плотности иллюстрируется на фиг.11. Процесс 1100 начинается на этапе 1101 приемом сигналов от денсиметра 1001 в измерительном электронном приборе 20. Плотность вещества определяется на основании сигналов на этапе 1102. Затем на этапе 1103 рассчитанная плотность запоминается в запоминающем устройстве 230. После этого плотность используется в любом из указанных процессов обнаружения ошибок в качестве известной плотности вещества, протекающего по трубке 103А-В.

Составление графической схемы программы результатов для обеспечения диапазона возможных приемлемых отклонений описано ниже.

На фиг.12 показан алгоритм вычисления верхнего и нижнего пределов диапазона допустимых отклонений посредством составления контрольной карты. Должно быть понятно, что хотя процесс составление контрольной карты на фиг.12 применяется к отклонениям, вычисленным при n испытаниях, используя представленный на фиг. 6 процесс 600, этот способ составления контрольной карты, а также процесс 600 можно применять к другим вариантам осуществления настоящего изобретения. Процесс 1200 составления контрольной карты начинается на этапе 1201, который устанавливает счетчик n на количество отклонений, полученных из процесса 500, которые храняться в запоминающем устройстве. Итеративный процесс начинается на этапе 1202, на котором получают отклонение их n-ого испытания. На этапе 1203 получают отклонение для (n-1)-ого испытания. (N-1)-ое отклонение вычитается из n-ого отклонения для определения диапазона между отклонениями, а абсолютное значение диапазона определяется на этапе 1204. Абсолютное значение диапазона запоминается на этапе 1205. На этапе 1206 n уменьшается на единицу. Затем n проверяется на этапе 1207 для определения, выполняется ли равенство n=1. Если n равен 1, этапы 1202-1207 повторяются, используя новый n. Если n равен 1, на этапе 12-8 вычисляется средняя величина всех абсолютных значений диапазонов. На этапе 1209 вычисляется и запоминается верхний предел. Верхний предел вычисляется путем умножения средней величины абсолютного значения диапазона на 2,66. Процесс 1200 заканчивается на этапе 1210 вычислением и запоминанием нижнего предела диапазона допустимых отклонений. Нижний предел вычисляется путем умножения средней величины абсолютного значения диапазонов на 2,66 и вычитания из нуля.

Настоящее изобретение представляет собой систему проверки правильности, которая выдает сигналы возможных ошибок в калибровочном коэффициенте потока кориолисового расходомера. В большинстве испытаний кориолисового расходомера ошибка не будет обнаружена. Однако во время испытания осуществляется проверка, являются ли точными массовый расход и другие измерения. Согласно изобретению обнаруживается только возможность появления ошибок в расходомере, и расходомер должен быть проверен для обнаружения какого-либо повреждения.

При протекании по расходомерной трубке кориолисового расходомера вещества с известной плотностью возбуждают колебания трубки. С помощью закрепленных на расходомерной трубке датчиков измеряют период ее колебаний, по которому процессор измерительного электронного прибора вычисляет значение плотности. При отклонении подсчитанного значения от значения известной плотности вещества за допустимые пределы процессор формирует сигнал ошибки измерения. Изобретения обеспечивают своевременность обнаружения изменения калибровочного коэффициента расходомера из-за изменения поперечного сечения расходомерной трубки или свойств протекающего через нее вещества. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Измерительный электронный прибор (20) для кориолисового расходомера, содержащий расходомерную трубку (103 А-В), возбудитель, предназначенный для возбуждения колебаний указанной расходомерной трубки (103 А-В), когда по ней протекает вещество, плотность которого известна, датчики (105-105'), закрепленные на расходомерной трубке, при этом измерительный электронный прибор содержит процессор (201), предназначенный для получения сигналов от датчиков, представляющих собой период колебаний указанной расходомерной трубки, и обработки указанных сигналов для подсчета величины плотности указанного вещества, протекающего через расходомерную трубку, отличающийся тем, что указанный процессор выполнен с возможностью сравнения известного значения плотности вещества и подсчитанной плотности вещества для определения отклонения, подтверждения правильности указанного калибровочного коэффициента расхода на основе указанного отклонения. 2. Измерительный электронный прибор по п. 1, отличающийся тем, что указанный процессор предназначен также для сравнения указанного отклонения с допустимыми пределами и определения ошибки, если указанное отклонение выходит за указанные допустимые пределы. 3. Измерительный электронный прибор по п. 2, отличающийся тем, что указанный процессор предназначен также для запоминания указанного отклонения в средстве (230) запоминания разности, обработки указанного отклонения и предварительно запомненных отклонений для установки верхнего предела в указанных допустимых пределах и обработки указанного отклонения и предварительно запомненных отклонений для установки нижнего предела в указанных допустимых пределах. 4. Измерительный электронный прибор по п. 2, отличающийся тем, что указанный процессор предназначен также для указания на наличие ошибки, если подсчитанное значение плотности не равно известному значению плотности. 5. Измерительный электронный прибор по п. 4, отличающийся тем, что указанный процессор предназначен для указания на отсутствие ошибки, если подсчитанное значение плотности равно известному значению плотности. 6. Способ подтверждения правильности калибровочного коэффициента расхода, используемого в измерительном электронном приборе (20) кориолисового расходомера (5), содержащего расходомерную трубку (103 А-В), возбудитель (104), предназначенный для возбуждения колебаний указанной расходомерной трубки (103 А-В), когда по ней протекает вещество, плотность которого известна, датчики (105-105') для измерения периода колебаний расходомерной трубки, заключающийся в том, что пропускают (401) вещество, плотность которого известна, по расходомерной трубке кориолисового расходомера, возбуждают (402) колебания в расходомерной трубке при протекании по ней указанного вещества, измеряют (403) период колебаний расходомерной трубки при протекании через нее вещества, обрабатывают период колебаний для подсчета величины рассчитанной плотности вещества, протекающего через расходомерную трубку, отличающийся тем, что осуществляют сравнение значения известной плотности вещества и подсчитанного значения плотности вещества для определения отклонения, подтверждают правильность калибровочного коэффициента расхода, используемого в расходомере, основанного на указанном отклонении. 7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что на шаге подтверждения правильности калибровочного коэффициента осуществляют сравнение указанного отклонения с допустимыми пределами, формируют сигнал ошибки, если указанное отклонение находится вне допустимых пределов. 8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что дополнительно запоминают (604) указанное отклонение, осуществляют обработку указанного отклонения и предварительно запомненных отклонений для установки верхнего предела из допустимых пределов, осуществляют обработку указанного отклонения и предварительно запомненных отклонений для установки нижнего предела из допустимых пределов. 9. Способ по п. 6, отличающийся тем, что сравнивают подсчитанное значение плотности с известным значением плотности и определяют наличие ошибки, если подсчитанное значение плотности не равно известному значению плотности. 10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что сравнивают подсчитанное значение плотности с известным значением плотности и определяют отсутствие ошибки, если подсчитанное значение плотности равно известному значению плотности.