Область техники, к которой относится изобретение
Это изобретение относится к измерительной электронной аппаратуре, предназначенной для расходомера Кориолиса. Точнее, это изобретение относится к измерительной электронной аппаратуре, имеющей преобразователь сигналов, который находится на удалении от базовой системы и для которого может быть обеспечена предопределенная безопасность. Еще точнее, это изобретение относится к измерительной электронной аппаратуре, имеющей преобразователь сигналов, который обеспечивает возможность использования обычного 2-х или 4-х жильного кабеля для подачи энергии к расходомеру Кориолиса.
Проблемы
Известно использование расходомеров, действующих на основе эффекта Кориолиса и предназначенных для измерения массового потока и получения другой информации, касающейся материалов, протекающих по трубопроводу, что раскрыто в патенте США №4491025, выпущенном на имя J.E. Smith и др. 1 января 1985 г., и в переизданном патенте 31450 на имя J.E. Smith от 11 февраля 1982 г. Эти расходомеры содержат одну или более трубы для прохождения потока, имеющие криволинейную или прямую конфигурацию. Каждой конфигурации трубы расходомера Кориолиса, предназначенного для измерения массового потока, свойственна определенная группа режимов естественной вибрации, которые могут представлять собой простой изгиб, кручение, радиальную вибрацию или их сочетание.
Каждую трубу для прохождения потока приводят в колебательное состояние с обеспечением резонанса в одном из этих естественных режимов. При естественных режимах вибрации систем, заполненных материалом, такие системы частично определяются объединенной массой труб для прохождения потока и материалом, находящимся внутри этих труб. Материал втекает в расходомер с его входной стороны из подсоединенного трубопровода. После этого материал направляют по трубе или по трубам, предназначенным для прохождения потока, и он выходит из расходомера к трубопроводу, подсоединенному с его выходной стороны.
Задающее устройство прилагает к трубе для прохождения потока силу вибрации. Эта сила вызывает колебания трубы. Когда течение материала через расходомер не происходит, все точки вдоль трубы совершают колебания, фактически идентичные по фазе. Когда по трубе начинает течь материал, кориолисово ускорение приводит к тому, что каждая точка вдоль трубы будет иметь иную фазу по отношению к другим точкам вдоль трубы. Фаза с входной стороны трубы отстает от задающего устройства, в то время как фаза с выходной стороны опережает задающее устройство. Датчики в двух различных точках на трубе для прохождения потока создают синусоидальные сигналы, характеризующие движение трубы в двух точках. Разность по фазе двух сигналов, получаемую от датчиков, вычисляют в единицах времени. Разность по фазе между двумя сигналами датчиков пропорциональна скорости массового потока материала, текущего по трубе или по трубам.
Проблема заключается в том, что должен быть использован 9-жильный кабель для подсоединения измерительной электронной аппаратуры к смежному расходомеру в сборе. В целях предлагаемого обсуждения будем считать, что измерительная электронная аппаратура включает в себя все схемы, необходимые для создания задающих сигналов и для обработки сигналов от датчиков, а расходомер Кориолиса в сборе включает в себя по меньшей мере одну трубу для прохождения потока, прикрепленное задающее устройство и датчики, необходимые для измерения колебаний трубы при прохождения потока. 9-жильный кабель, предназначенный для подсоединения измерительной электронной аппаратуры к расходомеру в сборе, включает в себя два провода, которые соединяют измерительную электронную аппаратуру с задающим устройством, два провода, которые соединяют измерительную электронную аппаратуру с первым тензодатчиком, два провода, которые соединяют измерительную электронную аппаратуру со вторым тензодатчиком, и три провода для соединения измерительной электронной аппаратуры с датчиком температуры.
9-жильный кабель представляет собой закупаемый кабель, требующий больших затрат для его изготовления и, следовательно, больших затрат для его приобретения пользователем расходомером Кориолиса. Стоимость 9-жильного кабеля представляет собой особую проблему, когда пользователь расходомером Кориолиса хочет переместить измерительную электронную аппаратуру в контролируемую зону на расстояние от расходомера в сборе. 9-жильный кабель должен быть размещен по всей длине между измерительной электронной аппаратурой и расходомером Кориолиса в сборе. Стоимость такого 9-жильного кабеля значительно увеличивается при увеличении расстояния между измерительной электронной аппаратурой и расходомером в сборе. Было бы особенно предпочтительно, если бы обычный 2-жильный или 4-жильный кабель, который относительно недорог и легко доступен, мог быть использован для соединения расходомера в сборе с измерительной электронной аппаратурой, особенно в том случае, когда измерительная электронная аппаратура расположена на удалении.
Дополнительная проблема, касающаяся проектирования измерительной электронной аппаратуры, заключается в том, чтобы ее можно было использовать во взрывоопасной среде, содержащей летучий материал. Для предлагаемого обсуждения взрывоопасная окружающая среда представляет собой систему, включающую в себя летучий материал, который может быть воспламенен от искры, избыточного тепла или избыточной энергии, вводимой в окружающую среду. Одним из способов, согласно которому измерительная электронная аппаратура может быть приведена в действие с обеспечением безопасности, состоит в том, чтобы заключать ее во взрывозащищенный корпус. Взрывозащищенный корпус представляет собой корпус, который сконструирован таким образом, чтобы искра или избыточное тепло внутри корпуса не воспламеняли летучий материал в окружающей среде снаружи от корпуса.
Как известно, чтобы создать взрывобезопасное устройство, используют способы, включающие в себя заключение в корпус, герметизацию и обеспечение огнестойкости. Каждый из вышеупомянутых способов предполагает наличие приспособления для предотвращения контакта летучего материала с устройством, нагретые поверхности которого или искра от схемы, находящейся в нем, могут вызвать воспламенение материала. Если материал воспламеняется внутри ограждения, то какие-либо зазоры или отверстия в ограждении должны обеспечивать путь для пламени, имеющий достаточную длину, чтобы охлаждать материал, когда он просачивается из ограждения. Охлаждение горячего материала предотвращает воспламенение этим материалом летучего материала снаружи ограждения.
Второе решение заключается в создании измерительной электронной аппаратуры с предопределенной безопасностью. Устройство с предопределенной безопасностью представляет собой устройство, имеющее только такую схему, которая действует на определенном низком энергетическом уровне. Посредством работы на определенном энергетическом уровне может быть предотвращено образование искры или достаточного для взрыва количества тепла, при этом даже в случае каких-либо сбоев в работе устройства можно избежать возникновения взрыва. Уровень энергии, необходимый для того, чтобы создать устройство с предопределенной безопасностью, устанавливают распорядительные организации, такие как UL в Соединенных Штатах, CENELEC в Европе, CSA в Канаде и TIIS в Японии.
Решение
В этой отрасли вышеупомянутые и другие проблемы решают, а усовершенствования обеспечивают посредством измерительной электронной аппаратуры, имеющей преобразователь сигналов, действующий согласно этому изобретению. Первое преимущество этого изобретения заключается в том, что 9-жильный кабель для расходомера Кориолиса в сборе может быть уменьшен по длине или исключен, включая варианты осуществления конструкции, обеспечивающие подачу энергии к измерительной электронной аппаратуре, находящейся на удалении от расходомера Кориолиса. Второе преимущество предлагаемой измерительной электронной аппаратуры заключается в том, что нет необходимости в заключении всей измерительной электронной аппаратуры во взрывобезопасный корпус. Вместо этого используют преобразователь сигналов в измерительной электронной аппаратуре, действующий на энергетическом уровне, который ниже требуемого порога энергии или мощности, необходимого для предопределенной безопасности. Преобразователь сигналов может быть расположен в непосредственной близости от расходомера Кориолиса в сборе и не должен быть заключен во взрывобезопасный корпус, если по проводам, подводимым к преобразователю сигналов и отводимым от него, не предполагается передача энергии и/или мощности с уровнем, большим, чем предопределенный порог безопасности.
Измерительная электронная аппаратура согласно этому изобретению исключает необходимость применения обычного 9-жильного кабеля для подсоединения расходомера в сборе к измерительной электронной аппаратуре в случае использования расходомера Кориолиса. Вместо него для подачи энергии и/или мощности к преобразователю сигналов от дистанционной базовой системы может быть использован обычный 2-жильный или 4-жильный кабель. Преобразователь сигналов находится в непосредственной близости от расходомера Кориолиса в сборе и генерирует задающий сигнал, получает сигналы от тензодатчиков движения и от датчиков температуры, прикрепленных к трубе расходомера Кориолиса, служащей для прохождения потока, и обрабатывает сигналы от тензодатчиков для получения информации о параметрах материала, протекающего по трубе.
Преобразователь сигналов подсоединяют к задающему устройству и к датчикам расходомера Кориолиса посредством 9 отдельных проводов, которые отличаются от обычного 9-жильного кабеля, который использовали ранее для подсоединения измерительной электронной аппаратуры к расходомеру Кориолиса. После обработки сигналов от тензодатчиков преобразователь сигналов передает информацию, касающуюся параметров протекающего материала, по двум отдельным проводам в обычном 4-жильном кабеле или по двум проводам, подающим энергию в обычном 2-жильном кабеле.
Для того, чтобы создать преобразователь сигналов с обеспечиваемой предопределенной безопасностью, такой преобразователь должен включать в себя схему защиты со стороны базовой системы и схему защиты расходомера в сборе. Схема защиты со стороны базовой системы предотвращает подачу энергии и/или мощности, превышающей предопределенный порог безопасности, преобразователем сигналов к проводам, соединяющим преобразователь сигналов с дистанционной базовой системой. Предопределенный порог безопасности представляет собой уровень энергии и/или мощности, предписываемый различными организациями для гарантии того, чтобы искра или тепло от схемы не воспламеняли летучий материал в окружающей среде. Для краткости на всем протяжении остальной части этого обсуждения термин "мощность" следует понимать как мощность и/или энергия.
Схема защиты со стороны базовой системы может включать в себя схему защиты от источника питания и/или схему защиты подачи сигналов. Схема защиты от источника питания препятствует прохождению энергии от преобразователя сигналов по первому проводу и по второму проводу, подающим энергию от дистанционной базовой системы к преобразователю сигналов. Схема защиты подачи сигналов препятствует подаче энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, посредством схемы преобразования сигналов тензодатчиков в преобразователе сигналов к проводам, соединяющим схему преобразования сигналов тензодатчиков с дистанционной базовой системой.
Схема защиты расходомера в сборе препятствует подаче энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, к проводам, подсоединенным к расходомеру в сборе. Схема защиты расходомера в сборе включает в себя схему защиты задающего сигнала и схему защиты сигналов датчиков. Схема защиты задающего сигнала препятствует подаче энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, к проводам, подсоединенным к задающему устройству, посредством схемы задающего сигнала в преобразователе сигналов. Схема защиты сигналов датчиков препятствует подаче энергии к проводу, подсоединенному к первому тензодатчику, и к проводу, подсоединенному ко второму тензодатчику, посредством схемы преобразования сигналов тензодатчиков в устройстве для преобразования сигналов.
Дистанционная базовая система включает в себя источник питания и вспомогательную систему для обработки сигналов. Источник питания обеспечивает подачу энергии ко всей системе. Вспомогательная система для обработки сигналов получает выходные сигналы от устройства для преобразования сигналов и определяет параметры материала, протекающего по трубе. Для того, чтобы была обеспечена предопределенная безопасность, базовая система включает в себя барьер, который препятствует подаче энергии, большей предопределенного порога безопасности, к проводам, подсоединенным к преобразователю сигналов, от базовой системы.
Барьер дистанционной базовой системы включает в себя схему защиты от источника питания и вспомогательную схему защиты обработки сигналов. Схема защиты от источника питания препятствует подаче энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, к первому проводу и ко второму проводу, подводящим энергию к преобразователю сигналов. Вспомогательная схема защиты сигналов препятствует подаче энергии посредством этой вспомогательной схемы к проводам, соединяющим вспомогательную систему для обработки сигналов со схемой преобразования сигналов тензодатчиков в преобразователе сигналов.
Один из аспектов этого изобретения заключается в создании измерительной электронной аппаратуры для расходомера Кориолиса, которая может обладать предопределенной безопасностью. Измерительная электронная аппаратура включает в себя нижеуказанные компоненты. Преобразователь сигналов, который получает энергию от источника питания в дистанционной базовой системе посредством первого провода и второго провода. Задающую схему в преобразователе сигналов, которая создает задающий сигнал посредством энергии, получаемой от дистанционного источника питания, и подает задающий сигнал к задающему устройству, прикрепленному по меньшей мере к одному трубопроводу расходомера Кориолиса. Схема преобразования сигналов тензодатчиков в преобразователе сигналов получает входные сигналы от первого тензодатчика и от второго тензодатчика, прикрепленных к упомянутому по меньшей мере одному трубопроводу расходомера Кориолиса, формирует информацию, включающую в себя параметры материала, протекающего по трубопроводу, на основе входных сигналов и передает выходные сигналы, содержащие информацию, к дистанционной базовой системе. Схема защиты со стороны базовой системы, находящаяся в преобразователе сигналов, препятствует подаче энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, посредством схемы преобразователя сигналов к проводам, соединяющим преобразователь сигналов с базовой системой. Схема защиты расходомера в сборе, находящаяся в преобразователе сигналов, препятствует подаче энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, посредством схемы преобразователя сигналов к проводам, соединяющим преобразователь сигналов с задающим устройством, с первым тензодатчиком и со вторым тензодатчиком.
Предпочтительно, чтобы измерительная электронная аппаратура для расходомера Кориолиса в сборе обладала предопределенной безопасностью, при этом измерительная электронная аппаратура содержит:
упомянутую задающую схему;
источник питания, обеспечивающий возможность подачи энергии к упомянутой измерительной электронной аппаратуре и к устройству для преобразования сигналов,
отличающаяся тем, что она дополнительно содержит:
преобразователь сигналов, в котором расположена упомянутая задающая схема;
базовую систему, удаленную от упомянутого преобразователя сигналов, в которой расположен источник питания;
в которой упомянутый преобразователь сигналов получает энергию от источника питания дистанционной базовой системы посредством первого провода и второго провода;
в которой упомянутая задающая схема в преобразователе сигналов генерирует задающий сигнал в ответ на энергию, получаемую от источника питания, и подает задающий сигнал к задающему устройству, прикрепленному по меньшей мере к одному трубопроводу расходомера Кориолиса;
схему преобразования сигналов тензодатчиков, находящуюся в преобразователе сигналов, которая получает входной сигнал от первого тензодатчика и от второго тензодатчика, прикрепленных по меньшей мере к одному трубопроводу, и в ответ на них формирует информацию, указывающую параметры материала, протекающего по меньшей мере по одному трубопроводу, при этом упомянутый преобразователь сигналов передает выходные сигналы, содержащие упомянутую информацию о материале, к дистанционной базовой системе;
схему защиты со стороны базовой системы, находящуюся в упомянутом преобразователе сигналов, которая препятствует подаче энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, посредством схемы в преобразователе сигналов к упомянутым проводам, соединяющим преобразователь сигналов с дистанционной базовой системой;
схему защиты расходомера в сборе, находящуюся в упомянутом преобразователе сигналов, которая препятствует подаче энергии, превышающей упомянутый предопределенный порог безопасности, посредством схемы в преобразователе сигналов к проводам, соединяющим преобразователь сигналов с упомянутым задающим устройством, а также с первым тензодатчиком и со вторым тензодатчиком расходомера Кориолиса.
Предпочтительно, чтобы упомянутая схема со стороны базовой системы содержала схему защиты от источника питания, которая препятствует подаче энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, к первому проводу и ко второму проводу посредством упомянутой схемы преобразователя сигналов.
Предпочтительно, чтобы упомянутая схема со стороны базовой системы содержала схему защиты подачи сигналов, которая препятствует подаче энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, к проводам, соединяющим схему преобразования сигналов тензодатчиков с упомянутой дистанционной базовой системой.
Предпочтительно, чтобы упомянутая схема защиты расходомера в сборе дополнительно содержала схему защиты задающего сигнала, которая препятствует подаче энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, упомянутой схемой задающего сигнала к проводам, подсоединенным к упомянутому задающему устройству.
Предпочтительно, чтобы упомянутая схема защиты расходомера в сборе дополнительно содержала схему защиты датчиков, которая препятствует подаче энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, упомянутой схемой преобразования сигналов тензодатчиков к проводам, соединяющим первый тензодатчик и второй тензодатчик с упомянутой схемой преобразования сигналов тензодатчиков.
Предпочтительно, чтобы упомянутая дистанционная базовая система включала в себя упомянутый источник питания и вспомогательную систему для обработки сигналов, при этом упомянутая измерительная электронная аппаратура дополнительно содержит барьер в дистанционной базовой системе, который препятствует подаче энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, посредством базовой системы к проводам между преобразователем сигналов и дистанционной базовой системой.
Предпочтительно, чтобы упомянутый барьер содержал схему защиты от энергии, которая препятствует подаче энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, к первому из упомянутых проводов и ко второму из упомянутых проводов от источника питания.
Предпочтительно, чтобы измерительная электронная аппаратура дополнительно содержала вспомогательную схему защиты обработки сигналов в дистанционной базовой системе, которая препятствует подаче энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, упомянутой вспомогательной системой для обработки сигналов к проводам, соединяющим схему преобразования сигналов тензодатчиков со вспомогательной системой обработки сигналов.
Предпочтительно, чтобы упомянутые выходные сигналы были поданы к первому проводу и ко второму проводу, проходящим к дистанционной базовой системе, посредством упомянутой схемы преобразования сигналов тензодатчиков.
Предпочтительно, чтобы упомянутые выходные сигналы были поданы к третьему проводу и к четвертому проводу, подсоединенным к дистанционной базовой системе.
Предпочтительно, чтобы упомянутая задающая схема контролировала величину тока задающего сигнала, который подают к упомянутому задающему устройству.
Предпочтительно, чтобы упомянутая задающая схема контролировала величину напряжения задающего сигнала, который подают к задающему устройству.
Предпочтительно, чтобы способ, позволяющий обеспечить предопределенную безопасность обработки сигналов для расходомера Кориолиса в сборе, содержал следующую стадию: формирование информации, указывающей параметры материала, протекающего через расходомер Кориолиса, посредством входных сигналов, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя следующие стадии:
получение энергии преобразователем сигналов от источника питания, находящегося в дистанционной базовой системе, удаленной от преобразователя сигналов, посредством первого провода и второго провода;
предотвращение подачи энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, к первому проводу и ко второму проводу посредством схемы преобразователя сигналов;
создание задающего сигнала посредством полученной энергии, используя задающую схему в упомянутом преобразователе сигналов;
подачу упомянутого задающего сигнала к задающему устройству, прикрепленному по меньшей мере к одному трубопроводу расходомера Кориолиса;
предотвращение подачи энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, посредством задающей схемы к проводам, подсоединенным к упомянутому задающему устройству;
получение входных сигналов посредством схемы преобразования сигналов тензодатчиков от первого тензодатчика и от второго тензодатчика, прикрепленных по меньшей мере к одному трубопроводу расходомера Кориолиса;
предотвращение подачи энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, упомянутой схемой преобразования сигналов тензодатчиков к проводам, соединяющим первый тензодатчик и второй тензодатчик с упомянутой схемой преобразования сигналов;
передачу выходных сигналов, содержащих упомянутую информацию, к дистанционной базовой системе;
предотвращение подачи энергии, превышающей упомянутый предопределенный порог безопасности, к проводам, соединяющим схему преобразования сигналов тензодатчиков с дистанционной базовой системой.
Предпочтительно, чтобы упомянутая дистанционная базовая система включала в себя источник питания и вспомогательную систему для обработки сигналов, при этом способ дополнительно содержит следующую стадию: предотвращение подачи энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, упомянутой базовой системой к проводам между преобразователем сигналов и вспомогательной системой для обработки сигналов.
Предпочтительно, чтобы упомянутая стадия предотвращения подачи энергии от дистанционной базовой системы содержала следующую стадию: предотвращение подачи энергии, превышающей упомянутый предопределенный порог безопасности, к первому проводу и ко второму проводу от источника питания.
Предпочтительно, чтобы упомянутая стадия предотвращения подачи энергии от базовой системы содержала следующую стадию: предотвращение подачи энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, посредством вспомогательной системы для обработки сигналов к проводам, соединяющим упомянутую схему для преобразования сигналов тензодатчиков со вспомогательной системой для обработки сигналов.
Предпочтительно, чтобы упомянутая стадия передачи выходных сигналов содержала следующую стадию: подачу выходного сигнала к первому проводу и ко второму проводу посредством схемы преобразования сигналов тензодатчиков.
Предпочтительно, чтобы упомянутая стадия передачи выходных сигналов дополнительно содержала следующую стадию: подачу выходных сигналов к третьему проводу и к четвертому проводу, которые подсоединены к упомянутой базовой системе.
Предпочтительно, чтобы упомянутый способ дополнительно содержал следующую стадию: управление величиной тока упомянутого задающего сигнала, который подают к задающему устройству.
Предпочтительно, чтобы упомянутый способ дополнительно содержал следующую стадию: управление величиной напряжения упомянутого задающего сигнала, который подают к задающему устройству.
Желательно, чтобы система обработки сигналов расходомера, содержащая измерительную электронную аппаратуру, отличалась бы тем, что упомянутая измерительная электронная аппаратура дополнительно содержит преобразователь сигналов; базовую систему, дистанционно подсоединенную к упомянутому преобразователю сигналов, при этом упомянутый преобразователь сигналов и базовая система выполнены с возможностью действия в пределах предопределенного порога безопасности.
Желательно, чтобы упомянутый преобразователь сигналов содержал бы схему защиты расходомера в сборе, подсоединенную к расходомеру в сборе, и схему защиты со стороны базовой системы, подсоединенную к упомянутой базовой системе.
Желательно, чтобы упомянутая схема защиты расходомера в сборе содержала схему защиты задающего сигнала.
Желательно, чтобы упомянутая схема защиты расходомера в сборе содержала бы схему защиты датчиков.
Желательно, чтобы упомянутая базовая система содержала барьер.
Желательно, чтобы упомянутый барьер содержал схему защиты от источника питания, подсоединенную к упомянутому преобразователю сигналов.
Желательно, чтобы упомянутый барьер содержал схему защиты обработки сигналов, подсоединенную к упомянутому преобразователю сигналов.
Желательно, чтобы способ обработки сигналов расходомера, содержал этапы, при которых осуществляют обеспечение измерительной электронной аппаратуры; отличался бы тем, что дополнительно содержал следующие этапы:
обеспечивают систему для обработки сигналов в упомянутой измерительной электронной аппаратуре, содержащей преобразователь сигналов и базовую систему, подсоединенную к расходомеру в сборе;
осуществляют работу упомянутого преобразователя сигналов в пределах предопределенного порога безопасности;
работу упомянутой базовой системы на удалении от преобразователя сигналов и в пределах предопределенного порога безопасности;
осуществляют получение сигналов от расходомера в сборе у упомянутого преобразователя сигналов,
обработку упомянутых сигналов.
Желательно, чтобы на упомянутом этапе работы преобразователя сигналов осуществляли бы создание задающего сигнала и подачу упомянутого задающего сигнала к задающему устройству, подсоединенному к расходомеру в сборе.
Желательно, чтобы на упомянутом этапе работы преобразователя сигналов осуществляли бы получение сигналов по меньшей мере от одного датчика, подсоединенного к расходомеру в сборе.
Желательно, чтобы на упомянутом этапе работы преобразователя сигналов осуществляли бы получение энергии от базовой системы.
Желательно, чтобы на упомянутом этапе работы преобразователя сигналов осуществляли бы создание сигналов к базовой системе.
Желательно, чтобы существовал этап, при котором предотвращали бы подачу энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, в течение работы преобразователя сигналов или в течение состояния короткого замыкания.
Желательно, чтобы существовал этап предотвращения, осуществляющий обеспечение схемы защиты преобразователя сигналов.
Желательно, чтобы на упомянутом этапе работы базовой системы осуществляли бы подачу энергии к преобразователю сигналов.
Желательно, чтобы на упомянутом этапе работы базовой системы осуществляли бы получение сигналов от преобразователя сигналов.
Желательно, чтобы существовал этап, на котором осуществляли бы предотвращение подачи энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, в течение работы базовой системы или в течение состояния короткого замыкания.
Желательно, чтобы на упомянутом этапе предотвращения осуществляли бы обеспечение схемы защиты базовой системы.
Краткое описание фигур
Вышеупомянутые и другие преимущества этого изобретения указаны в подробном описании и на нижеупомянутых фигурах:
на фиг.1 представлены расходомер Кориолиса в сборе и измерительная электронная аппаратура согласно этому изобретению;
на фиг.2 представлена блок-схема измерительной электронной аппаратуры согласно этому изобретению;
на фиг.3 представлены дополнительные детали измерительной электронной аппаратуры предпочтительного варианта осуществления конструкции согласно этому изобретению.
Подробное описание
Ниже более подробно описаны предпочтительные варианты осуществления конструкции согласно настоящему изобретению со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых подобные элементы обозначены одинаковыми позиционными номерами.
На фиг.1 представлен пример расходомера 5 Кориолиса, содержащий узел (10) расходомера Кориолиса и измерительную электронную аппаратуру 20. Измерительная электронная аппаратура 20 подсоединена к узлу 10 расходомера 10 по пути 100, с тем чтобы, например, обеспечивать по пути 26 информацию о плотности, скорости массового потока, скорости объемного потока и совокупного массового потока, не ограничиваясь такой информацией. Описана структура расходомера Кориолиса. Настоящее изобретение может быть осуществлено на практике применительно к любому устройству, имеющему вибрационный трубопровод для измерения параметров материала, протекающего по этому трубопроводу. Вторым примером такого устройства является денситометр с вибрационной трубой, который не обладает дополнительной измерительной способностью, обеспечиваемой расходомером Кориолиса для измерения массового потока.
Измерительный узел 10 включает в себя пару фланцев 101 и 101', коллектор 102 и трубопроводы 103А и 103В. К трубопроводам 103А и 103В подсоединены задающее устройство 104, тензодатчики 105 и 105' и датчик 107 температуры. Соединительные планки 106 и 106' служат для установления осей W и W', вокруг которых совершает колебания каждый трубопровод.
Когда расходомер 5 Кориолиса вставляют в трубопроводную систему (не показана), которая переносит материал, участвующий в процессе, и который подлежит измерению, этот материал поступает в узел 10 расходомера через фланец 101, проходит через коллектор 102, который придает материалу направление для его входа в трубопроводы 103А и 103В, течет по трубопроводам 103А и 103В и поступает обратно к коллектору 102, где он покидает измерительный узел 10 через фланец 101'.
Трубопроводы 103А и 103В выбирают и надлежащим образом крепят к коллектору 102 таким образом, чтобы обеспечить фактически одно и то же распределение массы, а также одни и те же моменты инерции и модули упругости относительно осей изгиба соответственно W-W и W'-W'. Трубопроводы 103А-103В проходят фактически параллельно в наружном направлении от коллектора.
Трубы 103А-103В возбуждают противоположно по фазе посредством задающего устройства 104 относительно соответствующих осей W и W' и при том, что указано вначале, вне режима фазового изгиба расходомера. Задающее устройство 104 может содержать любое из многих хорошо известных устройств, таких как магнит, прикрепленный к трубе 103А, и противоположную обмотку, прикрепленную к трубе 103В, через которую пропускают переменный ток для обеспечения вибрации обеих труб. Надлежащий задающий сигнал подают посредством измерительной электронной аппаратуры 20 к задающему устройству 104 по пути 110.
Тензодатчики 105 и 105' крепят по меньшей мере к одной из труб 103А и 103В на противоположных концах труб для измерения ее колебаний. Когда трубы 103А-103В вибрируют, тензодатчики 105-105' создают первый сигнал и второй сигнал. Сигналы первого и второго тензодатчиков подают по путям 111 и 111'.Сигнал скорости задающего устройства подают по пути 110.
Датчик 107 температуры крепят по меньшей мере к одной трубе 103А и/или 103В. Датчик 107 температуры измеряет температуру трубы для возможности корректировки уравнений, касающихся температуры системы. По пути 112 происходит передача сигналов температуры от датчика 107 температуры к измерительной электронной аппаратуре 20.
Измерительная электронная аппаратура 20 получает сигналы от первого и второго тензодатчиков соответственно 111 и 111'. Измерительная электронная аппаратура 20 обрабатывает эти первый и второй сигналы для вычисления массового расхода жидкости и других параметров материала, проходящего через узел 10 расходомера. Эту информацию, полученную путем вычислений, подают посредством измерительной электронной аппаратуры 20 по пути 26 к средствам ее использования (не показаны).
Расходомер 5 Кориолиса по конструкции подобен денситометру с вибрационной трубой. В денситометрах тоже используют вибрационную трубу, через которую протекает текучая среда либо внутри которой удерживают текучую среду, что имеет место в случае денситометров для отбираемой пробы. В денситометрах с вибрационной трубой также используют задающую систему для приведения трубопровода в состояние вибрации. В денситометрах с вибрационной трубой обычно используют только один сигнал обратной связи, поскольку для измерения плотности требуется лишь измерение частоты, а в измерении фазы нет необходимости. Описание настоящего изобретения в равной степени применимо к денситометрам с вибрационной трубой.
Описание фиг.2
На фиг.2 представлен предпочтительный вариант осуществления измерительной электронной аппаратуры 20 согласно настоящему изобретению в виде блок-схемы. В этом варианте осуществления конструкции измерительная электронная аппаратура 20 физически разделена на дистанционную базовую систему 200 и преобразователь 201 сигналов, находящийся в непосредственной близости от узла 10 расходомера. В случае обычной измерительной электронной аппаратуры эти компоненты размещают в одном блоке, при этом они обычно находятся в непосредственной близости от узла 10 расходомера. В случае таких обычных систем возникает необходимость в прокладывании 9-жильного кабеля от измерительной электронной аппаратуры 20 к измерительному узлу 10 расходомера. Однако разделение компонентов измерительной электронной аппаратуры 20 согласно настоящему изобретению на дистанционную базовую систему 200 и преобразователь 201 сигналов исключает необходимость использования 9-жильного кабеля для подачи сигналов от измерительной электронной аппаратуры 20 к проводам, соединенным с задающим устройством 104, с тензодатчиками 105-105' и с датчиком 107 температуры. (Все они показаны на фиг.1.) Вместо этого преобразователь 201 сигналов может быть подсоединен непосредственно к 9 проводам по путям 110, 111-111' и 112 за счет наложения преобразователя 201 сигналов на узел 10 расходомера.
Преобразователь 201 сигналов включает в себя задающую схему 210 и схему 220 преобразования сигналов тензодатчиков. Преобразователь 201 сигналов может быть выполнен предопределенно безопасным. Вся схема в преобразователе 201 сигналов, как таковая, выполняет операцию на энергетическом уровне, который ниже предопределенного порога безопасности. В целях этого обсуждения термин "мощность" означает энергию и/или мощность. Порог предопределенной безопасности представляет собой максимальную энергию, при которой устройство может работать с гарантией того, что искра, избыточная энергия или избыточное тепло, выделяемое схемой, не приведут к воспламенению летучего материала в окружающей среде. Задающая схема 210 и схема 220 преобразования сигналов тензодатчиков могут представлять собой отдельные аналоговые схемы либо могут выполнять отдельные функции, обеспечиваемые процессором для цифровой обработки сигналов либо другими цифровыми компонентами.
Задающая схема 210 генерирует задающий сигнал, который подают к задающему устройству 104 по пути 110 пути 100 (см фиг.1). Путь 110 содержит первый и второй провода. Задающую схему 210 соединяют со схемой преобразователя сигналов тензодатчиков по пути 215. Путь 215 позволяет задающей схеме 210 контролировать поступающие сигналы тензодатчиков для регулирования задающего сигнала. Энергию для приведения в действие задающей схемы 210 и схемы 220 преобразования сигналов тензодатчиков подводят от дистанционной базовой системы 200 по первому проводу 211 и по второму проводу 212. Первый провод 211 и второй провод 212 могут представлять собой часть обычного 2-жильного или 4-жильного кабеля.
Схема 220 преобразования сигналов тензодатчиков получает входные сигналы от первого тензодатчика 105, второго тензодатчика 105' и датчика 107 температуры по путям 111, 111' и 112 (см. фиг.1). Схема 220 преобразования сигналов тензодатчиков определяет частоту сигналов тензодатчиков, а также может определять параметры материала, протекающего по трубопроводам 103А-103В (см. фиг.1). После того как определена частота входных сигналов от тензодатчиков 105-105', а также определены параметры материала, генерируют выходные сигналы, несущие эту информацию, при этом их по пути 221 передают к вспомогательному блоку 250 обработки сигналов в дистанционной базовой системе 200. В предпочтительном варианте осуществления конструкции путь 221 включает в себя 2 провода 321 и 322 (см. фиг.3).
Дистанционная базовая система 200 включает в себя источник 230 питания и вспомогательный блок 250 обработки сигналов. Источник 230 питания получает электричество от источника и преобразует полученную энергию в соответствующую энергию, требуемую для системы. Вспомогательная система 250 для обработки сигналов получает выходные сигналы от схемы 220 преобразования сигналов тензодатчиков и выполняет процесс, который должен быть проведен для получения необходимых пользователю параметров материала, протекающего по трубопроводам 103А-103В. Такие параметры могут включать в себя плотность, массовый расход и объемный расход, но не ограничены ими.
Описание фиг.3
На фиг.3 представлена блок-схема варианта осуществления конструкции согласно настоящему изобретению с предопределенной безопасностью. В этом варианте осуществления конструкции предопределена безопасность преобразователя 201 сигналов. Поэтому нет необходимости в заключении преобразователя 201 сигналов во взрывобезопасный корпус. Вместо этого в случае взрывоопасной среды во взрывобезопасный корпус должны быть заключены только компоненты базовой системы 200.
Для того, чтобы была предопределена безопасность преобразователя 201 сигналов, задающая схема 210 и схема 220 преобразования сигналов тензодатчиков должны выполнять процесс с энергией, меньшей предопределенного порога безопасности, представляющего собой максимальную энергию, с которой различными организациями допускается работа устройства, чтобы гарантировать, что искра или тепло, выделяемое схемой, не приведут к воспламенению летучих материалов окружающей среды. В этом варианте осуществления конструкции схема 210 управления задающим сигналом получает энергию от источника 230 подачи энергии по путям 211 и 212 и подает задающий сигнал к задающему устройству 104 по проводам 341-342 пути 110, входящего в путь 100 (см. также фиг.1).
К схеме 220 преобразования сигналов тензодатчиков сигналы поступают от тензодатчиков 105-105' (показаны на фиг.1) и от датчика 107 температуры по проводам 343-347, которые проходят через барьерную схему 330 расходомера в сборе, как описано ниже. Затем выходные сигналы подают к проводам 321-322 пути 221. Провода 321 и 322 необходимы для поддерживания обычных 4-20 мА или протокола согласно RS405. Однако для квалифицированных специалистов в этой отрасли будет очевидно, что можно подавать выходные сигналы к проводам 211-212, по которым поступает энергия от базовой системы 200.
Преобразователь 201 сигналов также включает в себя схему 320 со стороны базовой системы, которая препятствует подаче энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, посредством преобразователя 201 сигналов к проводам, соединяющим преобразователь 201 сигналов с дистанционной базовой системой 200. Схема 330 защиты расходомера в сборе препятствует подаче энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, посредством преобразователя 201 сигналов к проводам 341-347, соединяющим преобразователь 201 сигналов с узла 10 расходомера. Предопределенный порог безопасности представляет собой максимальную величину энергии, которую различные организации допускают для работы устройств и которую считают предопределенно безопасной. Энергия может быть измерена по величине тока, текущего по проводам, либо по прилагаемому к ним напряжению.
Схема 320 защиты со стороны базовой системы включает в себя схему 322 защиты от энергии и схему 324 защиты передачи сигналов. К схеме 322 защиты от энергии энергия поступает по первому проводу 211 и по второму проводу 212, при этом схема гарантирует, что не будет происходить подача энергии посредством преобразователя 201 сигналов по проводам 211-212 в течение работы либо в случае короткого замыкания. Схема 324 защиты подачи сигналов гарантирует, что энергия, превышающая предопределенный порог безопасности, не будет подана преобразователем 201 сигналов к проводам 321-322.
Схема 330 защиты расходомера в сборе включает в себя схему 331 защиты задающего сигнала и схему 332 защиты датчиков. Схема 331 защиты задающего сигнала препятствует подаче энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, посредством схемы 210 задающего сигнала к проводам 341 и 342, подсоединенным к задающему устройству 104 (показано на фиг.1). Схема 332 защиты датчиков препятствует подаче энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, посредством схемы 220 преобразования сигналов тензодатчиков к проводам 343-347 в течение выполнения операции или при возникновении короткого замыкания. Для того чтобы обеспечить предопределенную безопасность системы, дистанционная базовая система 200 не должна подавать энергию, превышающую предопределенный порог безопасности, к проводам, подсоединенным к преобразователю 201 сигналов. Барьер 310 в базовой системе 200 препятствует подаче энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, к проводам 211-212 и 321-322, соединяющим базовую систему 200 с преобразователем 201 сигналов. Барьер 310 включает в себя схему 311 защиты от источника питания и вспомогательную схему 312 защиты обработки сигналов.
К схеме 311 защиты от источника питания энергию подают от источника 230 по путям 313-314, при этом она включает в себя схему, которая препятствует переходу энергией, подаваемой к проводам 211-212, предопределенного порога безопасности как в течение обычной работы, так и в случае короткого замыкания. Величину энергии можно измерить по величине тока, проходящего по проводам 211-212, или по величине напряжения, прилагаемого к этим проводам.
К вспомогательной схеме 312 защиты обработки сигналов сигналы подают от схемы 220 преобразования сигналов по проводам 321-322 пути 221, при этом схема передает выходные сигналы к вспомогательному блоку 250 обработки сигналов по проводам 315-316. Вспомогательная барьерная схема 312 обработки сигналов препятствует подаче энергии, превышающей предопределенный порог безопасности, к проводам 321-322 пути 221 в течение обычной работы или в случае короткого замыкания.
Выше описана измерительная электронная аппаратура для расходомера Кориолиса, имеющая преобразователь сигналов, для которого может быть обеспечена предопределенная безопасность, и исключающая необходимость применения обычного 9-жильного кабеля.
Измерительная электронная аппаратура содержит преобразователь сигналов, получающий энергию от удаленного от него источника питания в базовой системе. Задающая схема в преобразователе сигналов подает сигнал к задающему устройству, возбуждающему колебания по меньшей мере одного трубопровода расходомера Кориолиса. Схема преобразования сигналов тензодатчиков, прикрепленных к трубопроводу, в преобразователе сигналов формирует информацию о параметрах протекающего материала. Схема защиты со стороны базовой системы и схема защиты расходомера в сборе, находящиеся в преобразователе сигналов, препятствуют подаче энергии, превышающей установленный порог гарантированной безопасности, соответственно к проводам, соединяющим преобразователь сигналов с базовой системой и с задающим устройством и тензодатчиками. Изобретения могут быть использованы во взрывоопасной среде и позволяют использовать для соединения расходомера с измерительной аппаратурой обычный 2- или 4-жильный кабель. 4 с. и 34 з.п. ф-лы, 3 ил.
Способ по п.37, при котором на упомянутой стадии предотвращения осуществляют обеспечение схемы защиты базовой системы (200).
| DE 4323028 А1, 12.01.1995.EP 0759541 А1, 26.02.1997.US 5555190 А, 10.09.1996.RU 2113692 С1, 20.06.1998. |
