ВИБРАЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ РАСХОДА И СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ДЛЯ УВЛЕЧЕННОЙ ФАЗЫ В ДВУХФАЗНОМ ПОТОКЕ ПРОТЕКАЮЩЕГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2011 года по МПК G01F1/84 

Область техники

Изобретение относится к вибрационному измерителю расхода и способу, в частности к вибрационному измерителю расхода и способу коррекции для увлеченной (потоком) фазы в двухфазном потоке протекающего материала.

Описание проблемы

Работа датчиков, использующих вибрирующие каналы, таких как измерители массового расхода Кориолиса и вибрационные плотномеры, как правило, основана на обнаружении перемещения вибрирующего канала, который содержит протекающий материал. Свойства, относящиеся к материалу, находящемуся в канале, например массовый расход, плотность и тому подобное, могут быть определены путем обработки сигналов измерения, принятых от чувствительных элементов, обнаруживающих перемещение, которые связаны с каналом. На режимы вибрации системы, заполненной вибрирующим материалом, в общем случае влияет комбинация характеристик массы, жесткости и демпфирования канала, содержащего материал, и самого материала.

Типичный измеритель массового расхода Кориолиса включает один или более каналов, которые встроены в трубопровод или другую систему транспортировки и перемещают материал, например текучую среду, суспензии, эмульсии и т.п., в этой системе. Каждый канал можно рассматривать как имеющий набор режимов естественной вибрации, включая, например, простой изгиб, крутящий, радиальный режимы и их комбинации. При типичном применении измерения массового расхода методом Кориолиса канал возбуждают в одном или более режимов вибрации при протекании через него материала и перемещение канала измеряют в разных точках вдоль канала. Возбуждение, как правило, обеспечивают при помощи исполнительного механизма, например электромеханического устройства, такого как генератор звуковых волн в виде катушки, который порождает возмущения в канале периодическим образом. Массовый расход можно определить, измеряя временную задержку или разность фаз между перемещениями в местах расположения чувствительных элементов. Чтобы измерить вибрационную реакцию канала или каналов с потоком, как правило, используют два таких чувствительных элемента (или датчика для измерения механических перемещений), которые находятся в положениях выше и ниже по потоку относительно исполнительного механизма. Два датчика для измерения механических перемещений соединены с электронной аппаратурой при помощи проводных соединений, например двумя независимыми парами проводов. Аппаратура принимает сигналы от упомянутых двух датчиков для измерения механических перемещений и обрабатывает сигналы, чтобы получить измерение массового расхода.

Измерители расхода используют, чтобы выполнить измерения массового расхода для широкого диапазона потоков текучей среды. Одной из областей, в которых могут быть использованы измерители расхода Кориолиса, является измерение характеристик нефтяных и газовых скважин. Продукт, добываемый из таких скважин, может содержать многофазный поток, включающий нефть или газ, а также включающий другие компоненты, например воду и воздух и/или твердые вещества. В высшей степени желательно, чтобы получаемые в результате измерения были как можно более точными даже для подобных многофазных потоков.

Измерители Кориолиса обеспечивают высокую точность для однофазных потоков. Однако когда измеритель расхода Кориолиса используется для измерения характеристик аэрированных текучих сред или текучих сред, включающих увлеченный в них газ (эмульсии), точность измерителя может существенно ухудшиться. Это справедливо и для погруженных твердых веществ (суспензии).

Увлеченный воздух обычно присутствует в протекающем материале в виде пузырьков. Размер пузырьков может меняться в зависимости от количества имеющегося воздуха, давления протекающего материала, а также температуры. Степень ухудшения результатов связана не только с общим количеством присутствующего газа, но также и с размером отдельных пузырьков газа в потоке. Размер пузырьков влияет на точность измерения.

Одним из существенных источников ошибки является разделение текучей среды. Разделение текучей среды происходит в результате перемещения пузырьков газа относительно жидкости из-за вибрации трубы. Перемещение пузырьков газа относительно жидкости порождается выталкивающей силой, аналогичной силе, которая вызывает подъем пузырьков на поверхность под влиянием силы тяжести. Однако в вибрирующей трубке перемещение пузырьков вызывается ускорением этой трубки, а не ускорением силы тяжести. Так как плотная текучая среда сопротивляется ускорению сильнее, чем легкие пузырьки, пузырьки ускоряются в том же направлении, что и направление ускорения трубы. Поэтому пузырьки перемещаются быстрее и дальше, чем трубка, в которой перемещается поток, и перемещение пузырьков приводит к тому, что некоторая часть текучей среды перемещается медленнее трубки. В этом заключается проблема разделения. Как результат, текучая среда, имеющая более низкую амплитуду вибраций, подвергается меньшему ускорению Кориолиса и обладает меньшей силой Кориолиса, действующей на расходомерную трубку, чем это было бы при отсутствии пузырьков. Это приводит к получению характеристик расхода и плотности ниже отчетных (отрицательные ошибки для значений потока и плотности) при наличии увлеченного воздуха.

В суспензиях возникает проблема, аналогичная разделению. Однако в случае суспензий частицы твердого вещества часто тяжелее жидкости. Под действием ускорения вибрирующей трубы более тяжелые частицы перемещаются в меньшей степени, чем жидкость. Это приводит к тому, что некоторая часть жидкости перемещается в большей степени, чем вибрирующая труба. В результате характеристики жидкости выше отчетных (положительные ошибки для значений потока и плотности) при наличии частиц тяжелее жидкости. В обоих случаях из-за разницы в плотности между увлеченной фазой и жидкостью возникает относительное перемещение увлеченной фазы. Если пренебречь сжимаемостью газов, то для описания поведения как увлеченного воздуха, так и погруженных частиц можно использовать одни и те же уравнения. Вычитание плотности увлеченной фазы из плотности жидкости дает положительные значения для газов и отрицательные значения для твердых веществ. Разделение суспензий просто является отрицательным. По этой причине термин "разделение" будет использоваться на равных основаниях как для эмульсий, так и для суспензий.

Компенсировать разделение текучей среды трудно, так как существует несколько факторов, определяющих то, какое количество пузырьков перемещается относительно текучей среды. Очевидным фактором является вязкость текучей среды. В очень вязкой текучей среде пузырьки (или частицы), по сути, застывают на месте в этой среде, и возникают незначительные ошибки в характеристиках потока.

Другим фактором, влияющим на подвижность пузырьков, является их размер. Торможение пузырька пропорционально площади поверхности, в то время как выталкивающая сила пропорциональна объему. Таким образом, очень маленькие пузырьки имеют высокое значение отношения торможения к выталкивающей силе и имеют тенденцию к перемещению вместе с текучей средой. Как следствие, маленькие пузырьки вызывают маленькие ошибки. И наоборот, большие пузырьки не имеют тенденции к перемещению вместе с текучей средой и приводят к большим ошибкам. То же остается справедливым и для частиц. Небольшие частицы имеют тенденцию к перемещению вместе с текучей средой и вызывают небольшие ошибки.

Другим фактором является разница в плотности между текучей средой и газом. Выталкивающая сила пропорциональна разнице в плотности между текучей средой и газом. Газ, имеющий высокое давление, может иметь достаточно высокую плотность, чтобы влиять на выталкивающую силу и уменьшать эффект разделения. В дополнение к этому большие пузырьки занимают больше объема, что приводит к реальным флуктуациям в плотности протекающего материала. Из-за сжимаемости газа количество газа в пузырьках может меняться, но при этом не обязательно будет меняться их размер. И наоборот, если изменяется давление, может соответствующим образом меняться размер пузырьков, которые расширяются при падении давления или сжимаются при увеличении давления. Это также может вызвать изменения в естественной или резонансной частоте измерителя расхода и, таким образом, изменения в реальной плотности двухфазного потока.

На подвижность пузырька и частицы также могут влиять факторы второго порядка. Турбулентность в текучей среде, имеющей высокую скорость потока, разрушает большие пузырьки и частицы на меньшие, что уменьшает ошибку из-за разделения. Поверхностно-активные вещества снижают поверхностное натяжение пузырьков и уменьшают их тенденцию к объединению. Клапаны могут уменьшить размер пузырьков за счет увеличенной турбулентности, в то время как повороты в трубопроводах могут увеличить размер пузырьков путем принудительного их объединения за счет центробежной силы.

В данной области техники остается потребность в вибрационном измерителе расхода, который обнаруживает проблемные уровни материалов, являющихся увлеченной второй фазой. В данной области техники остается потребность в вибрационном измерителе расхода, который может точно измерить характеристики потока в присутствии материалов, являющихся увлеченной второй фазой. В данной области техники остается потребность в вибрационном измерителе расхода, который может точно измерить характеристики потока при разных уровнях материалов, являющихся увлеченной второй фазой.

Сущность изобретения

Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, предлагается вибрационный измеритель расхода, предназначенный для коррекции для увлеченной фазы в двухфазном потоке протекающего материала. Вибрационный измеритель расхода содержит узел измерителя расхода, включающий привод, причем вибрационный измеритель расхода выполнен с возможностью создавать вибрационную реакцию для протекающего материала. Вибрационный измеритель расхода дополнительно содержит измерительную электронику, соединенную с узлом измерителя расхода и принимающую вибрационную реакцию. Измерительная электроника выполнена с возможностью создавать измеренную плотность двухфазного потока, используя вибрационную реакцию, определять расчетную мощность привода, потребляемую приводом, входящим в состав узла измерителя расхода, и вычислять коэффициент компенсации плотности с использованием плотности жидкости, являющейся жидким компонентом двухфазного потока, плотности увлеченной фазы, являющейся увлеченным компонентом, измеренной плотности двухфазного потока и расчетной мощности привода.

Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, предлагается способ коррекции для увлеченной фазы в двухфазном потоке протекающего материала в вибрационном измерителе расхода. Способ содержит создание измеренной плотности двухфазного потока, определение расчетной мощности привода, потребляемой приводом, входящим в состав узла измерителя расхода, и вычисление коэффициента компенсации плотности с использованием плотности жидкости, являющейся жидким компонентом двухфазного потока, плотности увлеченной фазы, являющейся увлеченным компонентом, измеренной плотности двухфазного потока и расчетной мощности привода.

Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, предлагается способ коррекции для увлеченной фазы в двухфазном потоке протекающего материала в вибрационном измерителе расхода. Способ содержит создание измеренной плотности двухфазного потока, определение расчетной мощности привода, потребляемой приводом, входящим в состав узла измерителя расхода, вычисление коэффициента компенсации плотности с использованием плотности жидкости, являющейся жидким компонентом двухфазного потока, плотности увлеченной фазы, являющейся увлеченным компонентом, измеренной плотности двухфазного потока и расчетной мощности привода, и добавление коэффициента компенсации плотности к измеренной плотности двухфазного потока, чтобы получить компенсированную плотность двухфазного потока. Способ дополнительно содержит определение предполагаемой мощности привода с использованием плотности жидкого компонента, плотности увлеченного компонента, компенсированной плотности двухфазного потока и показателя мощности вибрационного измерителя расхода. Способ дополнительно содержит определение точности измерений потока, выполняемых вибрационным измерителем расхода, на основе разницы между предполагаемой мощностью привода и расчетной мощностью привода.

Отличительные особенности изобретения

Согласно одной из отличительных особенностей вибрационного измерителя расхода, измерительная электроника выполнена с возможностью умножать напряжение привода на ток привода, чтобы определить расчетную мощность привода.

Согласно другой отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, измерительная электроника выполнена с возможностью умножать напряжение датчика помех на ток привода, чтобы определить расчетную мощность привода.

Согласно еще одной отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, измерительная электроника выполнена с возможностью решать уравнение чтобы определить расчетную мощность привода, где K - постоянная пропорциональности, I_d - измеренный ток привода, I₀ - ток привода для доли с нулевым объемом, Е_PO - напряжение датчика для измерения механических перемещений, и E_t - плановое напряжение датчика для измерения механических перемещений.

Согласно следующей отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, вычисление коэффициента компенсации плотности содержит решение уравнения причем ρ_l - плотность жидкости, ρ_uut - указанная плотность, ρ_е - плотность увлеченной фазы, P_computed - расчетная мощность привода, а члены Сl и С2 содержат заранее определенные постоянные, зависящие от измерителя.

Согласно еще одной отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, измерительная электроника дополнительно выполнена с возможностью добавлять коэффициент компенсации плотности к измеренной плотности двухфазного потока, чтобы предоставить компенсированную плотность двухфазного потока.

Согласно следующей отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, измерительная электроника дополнительно выполнена с возможностью добавлять коэффициент компенсации плотности к измеренной плотности двухфазного потока, чтобы предоставить компенсированную плотность двухфазного потока, определять предполагаемую мощность привода с использованием плотности жидкости, плотности увлеченной фазы, компенсированной плотности двухфазного потока и показателя мощности вибрационного измерителя расхода, а также определять точность измерений потока, выполненных вибрационным измерителем расхода, на основе разницы между значением предполагаемой мощности привода и расчетной мощностью привода.

Согласно еще одной отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, измерительная электроника дополнительно выполнена с возможностью решать уравнение , где ρ_comp - компенсированная плотность двухфазного потока, чтобы получить компенсированную объемную долю для двухфазного потока.

Согласно следующей отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода отличается от предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное отклонение.

Согласно еще одной отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, указывая на чрезмерный уровень увлеченной фазы и дополнительно указывая на необходимость изменения условий потока в вибрационном измерителе расхода.

Согласно следующей отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, указывая на чрезмерный размер пузырьков газа и дополнительно указывая на необходимость изменения условий потока в вибрационном измерителе расхода.

Согласно еще одной отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, указывая на чрезмерный уровень твердой увлеченной фазы и дополнительно указывая на необходимость изменения условий потока в вибрационном измерителе расхода.

Согласно следующей отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение.

Согласно еще одной отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, определение точности дополнительно содержит уточнение компенсированной плотности двухфазного потока, если расчетная мощность привода меньше предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное нижнее предельное значение или если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение.

Согласно следующей отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, уточнение компенсированной плотности двухфазного потока содержит уменьшение коэффициента компенсации плотности на величину, пропорциональную разнице между расчетной мощностью привода и заранее определенным нижним предельным значением.

Согласно еще одной отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, определение точности дополнительно содержит сравнение предполагаемой мощности привода с расчетной мощностью привода, создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, и уточнение компенсированной плотности двухфазного потока путем уменьшения коэффициента компенсации плотности на величину, пропорциональную разнице между расчетной мощностью привода и заранее определенным нижним предельным значением, если расчетная мощность привода меньше предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное нижнее предельное значение.

Согласно одной из отличительных особенностей способа, определение расчетной мощности привода содержит умножение напряжения привода на ток привода.

Согласно другой отличительной особенности способа, определение расчетной мощности привода содержит умножение напряжения датчика для измерения механических перемещений на ток привода.

Согласно еще одной отличительной особенности способа, определение расчетной мощности привода содержит решение уравнения

где K - постоянная пропорциональности, I_d - измеренный ток привода, I₀ - ток привода для доли с нулевым объемом, Е_PO - напряжение датчика для измерения механических перемещений, и E_t - плановое напряжение датчика для измерения механических перемещений.

Согласно следующей отличительной особенности способа, вычисление коэффициента компенсации плотности содержит решение уравнения причем ρ_l - плотность жидкости, ρ_uut - указанная плотность, ρ_е - плотность увлеченной фазы, P_computed - расчетная мощность привода, а элементы С1 и С2 содержат заранее определенные постоянные, зависящие от измерителя.

Согласно еще одной отличительной особенности способа, способ дополнительно содержит добавление коэффициента компенсации плотности к измеренной плотности двухфазного потока, чтобы предоставить компенсированную плотность двухфазного потока.

Согласно следующей отличительной особенности способа, способ дополнительно содержит добавление коэффициента компенсации плотности к измеренной плотности двухфазного потока, чтобы предоставить компенсированную плотность двухфазного потока, определять предполагаемую мощность привода с использованием плотности жидкости, плотности увлеченной фазы, компенсированной плотности двухфазного потока и показателя мощности вибрационного измерителя расхода, а также определять точность измерений потока, выполненных вибрационным измерителем расхода, на основе разницы между значением предполагаемой мощности привода и вычисленной мощностью привода.

Согласно еще одной отличительной особенности способа, способ дополнительно содержит решение уравнения , где ρ_comp - компенсированная плотность двухфазного потока, чтобы получить компенсированную объемную долю для двухфазного потока.

Согласно следующей отличительной особенности способа, определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода отличается от предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное отклонение.

Согласно еще одной отличительной особенности способа, определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, указывая на чрезмерный уровень увлеченной фазы и дополнительно указывая на необходимость изменения условий потока в вибрационном измерителе расхода.

Согласно следующей отличительной особенности способа, определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, указывая на чрезмерный размер пузырьков газа и дополнительно указывая на необходимость изменения условий потока в вибрационном измерителе расхода.

Согласно еще одной отличительной особенности способа, определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, указывая на чрезмерный уровень твердой увлеченной фазы и дополнительно указывая на необходимость изменения условий потока в вибрационном измерителе расхода.

Согласно следующей отличительной особенности способа, определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение.

Согласно еще одной отличительной особенности способа, определение точности дополнительно содержит уточнение компенсированной плотности двухфазного потока, если расчетная мощность привода меньше предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное нижнее предельное значение или если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение.

Согласно следующей отличительной особенности способа, уточнение компенсированной плотности двухфазного потока содержит уменьшение коэффициента компенсации плотности на величину, пропорциональную разнице между расчетной мощностью привода и заранее определенным нижним предельным значением.

Согласно еще одной отличительной особенности способа, определение точности дополнительно содержит сравнение предполагаемой мощности привода с расчетной мощностью привода, создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, и уточнение компенсированной плотности двухфазного потока путем уменьшения коэффициента компенсации плотности на величину, пропорциональную разнице между расчетной мощностью привода и заранее определенным нижним предельным значением, если расчетная мощность привода меньше предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное нижнее предельное значение.

Описание чертежей

На фиг.1 показан вибрационный измеритель расхода, предназначенный для коррекции для увлеченной фазы в двухфазном потоке протекающего материала, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения.

На фиг.2 показана измерительная электроника вибрационного измерителя расхода, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения.

Фиг.3 представляет собой блок-схему способа коррекции для увлеченной фазы в двухфазном потоке протекающего материала в вибрационном измерителе расхода, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения.

Фиг.4 представляет собой блок-схему способа коррекции для увлеченной фазы в двухфазном потоке протекающего материала в вибрационном измерителе расхода, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения.

Фиг.5 представляет собой график зависимости мощности привода от объемной доли газа, полученный экспериментальным путем для множества параметров текучей среды и в диапазоне объемных долей.

Фиг.6 представляет собой график зависимости расчетной мощности привода и предполагаемой мощности привода от объемной доли увлеченной фазы.

Фиг.7 представляет собой график зависимости расчетной мощности привода и предполагаемой мощности привода, аналогичный фиг.6, за исключением того, что расчетная мощность привода показана имеющей меньшее значение по сравнению с предполагаемой мощностью привода.

Подробное описание предпочтительных вариантов реализации

Фиг.1-7 и приведенное далее описание иллюстрируют конкретные примеры с целью научить специалистов в данной области техники тому, как реализовать и использовать лучший вариант реализации настоящего изобретения. В целях обучения новаторским принципам некоторые обычные аспекты упрощены или опущены. Специалистам в данной области техники будут очевидны модификации этих примеров, которые не выходят за пределы объема настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что описанные ниже особенности могут быть объединены различными путями, чтобы получить множество модификаций настоящего изобретения. Как результат, настоящее изобретение не ограничивается описанными ниже конкретными примерами, но только пунктами приложенной формулы изобретения и их эквивалентами.

На фиг.1 показан вибрационный измеритель 5 расхода, предназначенный для коррекции для увлеченной фазы в двухфазном потоке протекающего материала, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения. Увлеченная фаза может содержать увлеченный газ. Увлеченная фаза может содержать погруженное твердое вещество. Приведенное ниже обсуждение сконцентрировано на увлеченном газе. Однако это обсуждение также применимо для погруженных твердых веществ.

Вибрационный измеритель 5 расхода содержит узел 10 измерителя расхода и измерительную электронику 20. Измерительная электроника 20 соединена с узлом 10 измерителя посредством выводов 100 и выполнена с возможностью предоставлять измерения одного или более из следующего: плотности, массового расхода, объемного расхода, обобщенного массового расхода, температуры и другой информации, по линии 26 связи. Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что настоящее изобретение можно использовать в измерителе расхода Кориолиса, относящемся к любому типу, вне зависимости от числа приводов, датчиков для измерения механических перемещений, каналов потока или рабочих режимов вибрации. В дополнение к этому необходимо понимать, что вибрационный измеритель 5 расхода может в качестве альтернативы содержать вибрационный плотномер.

Узел 10 измерителя расхода включает пару фланцев 101 и 101', коллекторы 102 и 102', привод 104, датчики 105 и 105' для измерения механических перемещений, а также каналы 103А и 103В потока.

Фланцы 101 и 101' прикреплены к коллекторам 102 и 102'. Коллекторы 102 и 102' могут быть прикреплены к противоположным концам промежуточного элемента 106. Промежуточный элемент 106 поддерживает расстояние между коллекторами 102 и 102', чтобы предотвратить передачу сил с трубопровода на каналы 103А и 103В потока. Когда узел 10 измерителя расхода вставлен в трубопровод (не показан), который транспортирует протекающий материал, характеристики которого измеряются, протекающий материал поступает в узел 10 измерителя расхода через фланец 101, проходит через впускной коллектор 102, где все количество протекающего материала направляется на вход в каналы 103А и 103В потока, протекает через каналы 103А и 103В потока и обратно в выпускной коллектор 102', где он покидает узел 10 измерителя через фланец 101'.

Каналы 103А и 103В выбирают и подходящим образом присоединяют к впускному коллектору 102 и выпускному коллектору 102' так, чтобы имелись фактически одни и те же распределение масс, моменты инерции и модули упругости применительно к осям W-W и W'-W' соответственно. Каналы 103А и 103В потока проходят в направлении от коллекторов 102 и 102', по существу, параллельно.

Каналы 103А и 103В потока приводят в действие при помощи привода 104 в противоположных направлениях относительно соответствующих осей изгиба W и W' и в таком режиме, который называется "первым режимом изгиба вне фазы" вибрационного измерителя 5 расхода. Привод 104 может иметь одну из множества хорошо известных конструкций, например представлять собой магнит, установленный на канале 103А потока, и расположенную напротив катушку, установленную на канале 103В потока. Через расположенную напротив катушку пропускают переменный ток, чтобы вызвать колебание обоих каналов. Подходящий сигнал привода подают при помощи измерительной электроники 20 в привод 104 через вывод 110.

Измерительная электроника 20 принимает сигналы датчиков по выводам 111 и 111' соответственно. Измерительная электроника 20 создает сигнал привода на выводе 110, который заставляет привод 104 создавать колебания каналов 103А и 103В потока. Измерительная электроника 20 обрабатывает левый и правый сигналы скорости от датчиков 105 и 105' для измерения механических перемещений, чтобы рассчитать массовый расход. Линия 26 связи обеспечивает средство ввода/вывода, которое позволяет измерительной электронике 20 взаимодействовать с оператором или другими электронными системами. Описание для фиг.1 приведено просто как пример работы измерителя расхода Кориолиса и не подразумевает ограничения в идее настоящего изобретения.

Узел 10 измерителя расхода выполнен с возможностью создавать вибрационную реакцию для протекающего материала. Измерительная электроника 20 может принимать и обрабатывать вибрационную реакцию, чтобы создать одно или более измерений потока для протекающего материала, включая двухфазный поток. Двухфазный поток может включать увлеченный газ (включая увлеченный воздух) или увлеченные твердые вещества. Вибрационный измеритель 5 расхода выполнен с возможностью выполнения коррекции для увлеченного газа и твердых веществ, чтобы получить надежные и точные измерения потока несмотря на увлеченную потоком фазу. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения измерительная электроника 20 может принимать и обрабатывать вибрационную реакцию, чтобы создать тревожное сообщение, если уровень увлеченной фазы в узле 10 измерителя расхода превышает заранее определенное предельное значение (см. фиг.4 и связанное с ней обсуждение). Тревожное сообщение может указывать на чрезмерный уровень увлеченной фазы. Тревожное сообщение может указывать на чрезмерный размер пузырьков, например, если размер пузырьков превысит заранее определенный предельный размер, либо объем газа. Тревожное сообщение может указывать на чрезмерный размер частиц или объем твердого вещества. Таким образом, тревожное сообщение может указывать на то, что одно или более измерений потока превысили заранее определенное отклонение для измерений. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения измерительная электроника 20 может уточнить коррекцию, если результирующее измерение (измерения) потока является недостаточно точным.

Одна общая проблема при создании одного или более измерений потока возникает, когда в протекающем материале находится увлеченный воздух (или любой газ). Увлеченный воздух может присутствовать в качестве пузырьков различного размера. Когда пузырьки относительно малы, они оказывают пренебрежимо малый эффект на измерения потока. Однако при увеличении размера пузырьков также увеличивается ошибка в измерениях потока.

Измерительная электроника 20, соответствующая некоторым вариантам реализации настоящего изобретения, обеспечивает улучшенное измерение потока. Измерение потока улучшается при присутствии в протекающем материале увлеченной фазы. Измерение потока улучшается при присутствии в протекающем материале погруженных пузырьков воздуха. Измерение потока улучшается при присутствии в протекающем материале увлеченного твердого вещества. Например, измерительная электроника 20 может обеспечивать улучшенное измерение плотности протекающего материала. Измерительная электроника 20 может дополнительно предоставлять объемную долю увлеченной фазы и/или другие измерения расхода для протекающего материала. Как результат, вибрационный измеритель 5 расхода может содержать вибрационный плотномер и/или измеритель расхода Кориолиса. Могут быть получены и другие дополнительные измерения потока, и они не выходят за пределы объема данного описания и пунктов приложенной формулы настоящего изобретения.

В одном из вариантов реализации настоящего изобретения расходомерные трубки 103А и 103В, как показано, выполнены фактически U-образной формы. В качестве альтернативы, в других вариантах реализации настоящего изобретения расходомерные трубки могут быть выполнены фактически прямыми. Однако также можно использовать и другие формы, которые не выходят за пределы данного описания и пунктов приложенной формулы настоящего изобретения.

Измерительная электроника 20 в одном из вариантов реализации настоящего изобретения выполнена с возможностью создания вибрации в расходомерных трубках 103А и 103В. Вибрация реализуется приводом 104. Далее измерительная электроника 20 принимает возникающие в результате вибрационные сигналы от датчиков 105 и 105' для измерения механического перемещения. Вибрационные сигналы содержат вибрационную реакцию расходомерных трубок 103А и 103В. Измерительная электроника 20 обрабатывает вибрационную реакцию и выполняет одно или более измерений потока.

На фиг.2 показана измерительная электроника 20 вибрационного измерителя 5 расхода, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения. Измерительная электроника 20 в этом варианте включает интерфейс 201, который может быть соединен с выводами 100 (и, по желанию, также с линией связи 26). Измерительная электроника 20 далее включает систему 203 обработки. Система 203 обработки может относиться к любому типу, включая обычный процессор или процессор специального назначения, схемное решение и т.д. Система 203 обработки принимает сигналы от узла 10 измерителя расхода и обрабатывает эти сигналы, например вибрационную реакцию от датчиков 105 и 105' для измерения механического перемещения. Система 203 обработки дополнительно может создавать и передавать сигналы в узел 10 измерителя расхода, например сигнал привода, который заставляет функционировать привод 104.

Измерительная электроника 20 может дополнительно включать систему 204 хранения, которая хранит информацию. Система 204 хранения может представлять единое целое с системой 203 обработки или быть отдельной от нее. Система 204 хранения может хранить, например, вибрационную реакцию 211, измеренную плотность 212 двухфазного потока, плотность 213 жидкости, расчетную мощность 214 привода, коэффициент 215 компенсации плотности, компенсированную плотность 216 двухфазного потока, предполагаемую мощность 217 привода и плотность 218 увлеченной фазы. В системе 204 хранения может храниться и другая информация, включая величины, рассмотренные ниже.

Вибрационная реакция 211 может содержать вибрационную реакцию узла 10 измерителя расхода. Вибрационная реакция 211 может содержать сигналы от датчиков для измерения механического перемещения, которые обработаны для получения измерения потока. Таким образом, вибрационная реакция 211 может содержать измерение потока, включая одно или более из следующего: массовый расход и объемный расход. Расход (расходы) может храниться как часть вибрационной реакции 211 либо может храниться как отдельная величина.

Измеренная плотность 212 двухфазного потока содержит измерение плотности, полученное от датчиков 105 и 105' для измерения механического перемещения. Измеренная плотность 212 двухфазного потока содержит измерение плотности двухфазного потока, выполненное в узле 10 измерителя расхода известным в данной области техники методом. Как результат, по мере увеличения количества увлеченного воздуха в двухфазном потоке измеренная плотность 212 двухфазного потока становится менее точной.

Плотность 213 жидкости, являющейся жидким компонентом двухфазного потока, содержит известную плотность жидкого компонента двухфазного потока. Плотность 213 жидкости может содержать сохраненное значение или постоянную в зависимости от жидкого компонента.

Плотность 218 увлеченной фазы содержит известную плотность (ρ_е) увлеченного компонента двухфазного потока, представляющего собой вторую фазу. Плотность 218 увлеченной фазы может содержать сохраненное значение или постоянную в зависимости от увлеченного компонента.

Расчетная мощность 214 привода содержит электрическую мощность, требуемую приводом 104. Привод 104 может получать всю или не всю необходимую электрическую мощность в зависимости от количества увлеченного воздуха. Расчетная мощность 214 привода может содержать вычисленное или измеренное значение, которое сохраняется системой 203 обработки. Расчетная мощность 214 привода может содержать ток привода, умноженный на напряжение привода (т.е. электрический ток, протекающий через привод 104, умноженный на электрическое напряжение в приводе). В качестве альтернативы, если напряжение в приводе 104 не измеряется или известно иным образом, расчетная мощность 214 привода может содержать ток привода, умноженный на напряжение в одном из датчиков для измерения механического перемещения. Однако этот подход также обладает недостатками, так как ток привода, как правило, не является неограниченным и, возможно, не будет увеличиваться сверх определенного уровня даже несмотря на то, что это может потребоваться. Таким образом, расчетная мощность 214 привода может быть вычислена в соответствии с другими величинами (см. ниже этап 302 на фиг.3).

Коэффициент 215 компенсации плотности содержит коэффициент компенсации, который будет компенсировать измеренную плотность 212 двухфазного потока при влиянии увлеченной фазы, например, такой как увлеченный газ. Однако газ может различаться, и коэффициент 215 компенсации плотности может выполнять компенсацию для любого газа или смеси газов. Коэффициент 215 компенсации плотности учитывает наличие увлеченного газа. Коэффициент 215 компенсации плотности учитывает изменяющиеся уровни содержания увлеченного газа.

Компенсированная плотность 216 двухфазного потока содержит значение плотности для двухфазного потока. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения компенсированная плотность 216 двухфазного потока содержит измеренную плотность 212 двухфазного потока в комбинации с коэффициентом 215 компенсации плотности.

Предполагаемая мощность 217 привода содержит мощность привода, которая, как ожидается, поглощается компенсированной плотностью двухфазного потока при среднем размере пузырьков или других ожидаемых параметрах текучей среды, таких как средняя вязкость, плотность жидкости и т.д. Предполагаемая мощность 217 привода содержит мощность привода, вычисленную с использованием компенсированной плотности 216 двухфазного потока.

В процессе работы и в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения система 203 обработки принимает вибрационную реакцию 211, создает измеренную плотность 212 двухфазного потока на основе вибрационной реакции и выполняет коррекцию, по меньшей мере, плотности для увлеченной фазы (см. фиг.3 и 4 и связанное с ними обсуждение).

Фиг.3 представляет собой блок-схему 300 способа коррекции для увлеченной фазы в двухфазном потоке протекающего материала в вибрационном измерителе расхода, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения. На этапе 301 вибрационный измеритель расхода измеряет плотность двухфазного потока, чтобы получить измеренную плотность двухфазного потока. Как было рассмотрено ранее, измеренная плотность двухфазного потока может характеризоваться разной степенью ошибки в зависимости от уровня увлеченной фазы, расхода и других параметров протекающего материала.

На этапе 302 определяют расчетную мощность привода. Расчетная мощность привода представляет собой электрическую мощность, которая необходима приводу вибрационного измерителя расхода, чтобы создать вибрацию канала (каналов) потока. Расчетная мощность привода в одном из вариантов реализации настоящего изобретения может быть определена путем умножения тока привода на напряжение привода. В качестве альтернативы расчетная мощность привода может быть определена путем умножения тока привода на напряжение, имеющееся в одном из датчиков для измерения механического перемещения. Напряжение в датчике для измерения механического перемещения может представлять собой приемлемую замену для напряжения привода, так как в вибрационном измерителе расхода напряжение привода, как правило, не измеряют или не определяют, в то время как напряжение в датчике для измерения механического перемещения измеряется и известно.

Однако мощность, требуемая для привода канала (каналов) потока, пропорциональна квадрату амплитуды вибрации. Поэтому если плановая амплитуда удваивается, мощность, требуемая для достижения плановой амплитуды вибрации, увеличивается в четыре раза. К сожалению, ток (I_d) привода не будет превышать возможности по току подключенного источника питания, и привод не сможет необходимым образом получить требуемый уровень тока привода, чтобы должным образом привести в действие канал (каналы) потока, особенно когда в двухфазном потоке существуют высокие уровни содержания увлеченной фазы. Поэтому расчетная мощность привода может содержать мощность, необходимую приводу, чтобы вызвать вибрацию канала (каналов) потока в полном объеме, вместо мощности, потребляемой приводом. Следовательно, приводу может потребоваться больше мощности, чем подается.

Расчетная мощность привода, вычисленная в соответствии с этим вариантом реализации настоящего изобретения, содержит мощность, необходимую, чтобы вызвать вибрацию канала (каналов) потока в полном объеме, даже если доступный электрический ток является недостаточным. Расчетная мощность привода вычисляется в соответствии с уравнением:

где K - постоянная пропорциональности для вибрационного измерителя расхода, I_d - измеренный ток привода, I₀ - ток привода для доли с нулевым объемом (такой как ток калибровки), Е_PO - измеренное напряжение датчика для измерения механических перемещений, и E_t - плановое напряжение датчика для измерения механических перемещений. Путем решения уравнения (1) определяют расчетную мощность привода, обусловленную наличием увлеченной фазы.

Член I_d×Е_PO представляет собой мощность, пропорциональную полной потребляемой мощности привода. Строго говоря, чтобы вычислить мощность привода, вместо напряжения Е_PO датчиков для измерения механического перемещения должно использоваться напряжение EMF привода. Однако напряжение EMF привода трудно измерить, в то время как легко измеряемое напряжение Е_PO датчика для измерения механического перемещения пропорционально этому напряжению EMF. Поэтому в уравнении можно использовать Е_PO датчика для измерения механического перемещения. Это произведение напряжения Е_PO датчика для измерения механического перемещения на ток I_d привода пропорционально мощности, необходимой для вызова вибрации расходомерной трубки (трубок). Плановое напряжение E_t датчика для измерения механического перемещения соответствует заданной амплитуде вибрации. Ток I_d привода обычно регулируют, чтобы удержать напряжение датчика для измерения механического перемещения на плановом уровне, и, как следствие, амплитуда вибрации находится на своем плановом уровне. Однако пузырьки увлеченного газа или увлеченные твердые вещества, перемещающиеся внутри жидкости, прикладывают большие демпфирующие силы к вибрирующей расходомерной трубке (трубкам), в результате чего предел тока привода часто достигается перед тем, как напряжение Е_PO датчиков для измерения механического перемещения достигнет своего планового значения E_t. Если это происходит, напряжение Е_PO датчиков для измерения механического перемещения меньше планового напряжения E_t и амплитуда вибрации меньше своего планового уровня.

Член отношения амплитуд регулирует мощность привода в случае уменьшения амплитуды вибрации из-за достижения током привода своего предела. Другими словами, мощность, вычисленная в уравнении (1), представляет собой мощность, которая потребовалась бы для поддержания амплитуды вибрации на плановом уровне, даже несмотря на то, что эта мощность недоступна. Когда амплитуда вибрации находится на плановом уровне, то Е_PO=E_t и член отношения напряжений равен 1.

Последний член уравнения (1), член I₀×E_t, представляет собой мощность при нулевой доле пустот, необходимую для привода измерителя расхода без наличия второй фазы (газа или твердого вещества). Этот член может содержать значение мощности, откалиброванное на заводе. Необходимо вычесть мощность при нулевой доле пустот из полной мощности, потому что чистая жидкость дает очень небольшую ошибку массового расхода или не дает ее вообще. Таким образом, уравнение (1) рассчитывает увеличение мощности из-за увлеченной фазы. Это увеличение в первом приближении пропорционально ошибке, обусловленной этой фазой. Мощность при доле с нулевым объемом может быть определена во время калибровки на заводе.

На этапе 303 вычисляют коэффициент компенсации плотности. Коэффициент компенсации плотности может быть вычислен в соответствии с уравнением:

коэффициент компенсации плотности =

где ρ_uut - некорректированная измерителем (т.е. измеренная или указанная) плотность, ρ_l - известная плотность жидкости, P_computed - расчетная мощность привода из уравнения (1). Некорректированную плотность ρ_uut корректируют на функцию от некорректированной объемной доли , где ρ_е - плотность увлеченной фазы. Постоянные С1 и С2 могут быть определены для измерителя расхода конкретного типа. Для одного из типов измерителя расхода было экспериментально определено, что С1=0,66 и С2=0,0015. Однако необходимо понимать, что данные две постоянные могут меняться в соответствии с размерами, типом и т.п. измерителя расхода.

Уравнение (2) компенсации плотности может быть получено на основе выходных параметров измерителя, а именно расчетной мощности привода и указанной/измеренной объемной доли. Необходимо отметить, что плотность ρ_l жидкости и плотность ρ_е увлеченного компонента должны быть известны, чтобы получить некорректированную объемную долю на основе измеренной плотности двухфазного потока. Отметим, что в случае если увлеченным компонентом является газ под низким давлением, его плотность может быть аппроксимирована как ноль при небольшом ухудшении компенсации или без такового. Также отметим, что для каждого типа измерителя может потребоваться уникальное уравнение компенсации.

На этапе 304 коэффициент компенсации плотности объединяют с плотностью двухфазного потока, измеренной на этапе 301, чтобы получить компенсированную плотность ρ_comp двухфазного потока. Компенсированная плотность двухфазного потока более точно отражает плотность двухфазного потока по сравнению с измеренной плотностью двухфазного потока. Компенсированная плотность двухфазного потока снижает до минимума влияние увлеченного воздуха на измерение характеристик потока. Компенсированная плотность двухфазного потока снижает до минимума влияние пузырьков большего размера на измерение характеристик потока.

Фиг.4 представляет собой блок-схему 400 способа коррекции для увлеченной фазы в двухфазном потоке протекающего материала в вибрационном измерителе расхода, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения. На этапе 401 вибрационный измеритель расхода измеряет плотность двухфазного потока, чтобы получить измеренную плотность двухфазного потока, как рассмотрено ранее.

На этапе 402 определяют расчетную мощность привода, как рассмотрено ранее.

На этапе 403 вычисляют коэффициент компенсации плотности, как рассмотрено ранее.

На этапе 404 коэффициент компенсации плотности объединяют с плотностью двухфазного потока, измеренной на этапе 401, чтобы получить компенсированную плотность двухфазного потока, как рассмотрено ранее.

На этапе 405 определяют предполагаемую мощность привода. Чтобы предсказать предполагаемую мощность привода, используют компенсированную плотность двухфазного потока. Предполагаемая мощность Y привода может быть создана с использованием компенсированной плотности двухфазного потока и в соответствии со следующим уравнением:

где x - компенсированная объемная доля газа, , ρ_comp - компенсированная плотность, и ρ_е - плотность увлеченной фазы.

Фиг.5 представляет собой график зависимости мощности привода от объемной доли газа, полученный экспериментальным путем для множества параметров текучей среды и в диапазоне объемных долей. График отражает приведенное выше уравнение (3). График/уравнение могут быть использованы, чтобы получить предполагаемую мощность привода на основе компенсации, которая уже была выполнена. Нижние линии на графике представляют собой кривые реальной расчетной мощности привода для нескольких размеров пузырьков газа меньшего размера, а верхние линии - для нескольких размеров пузырьков газа большего размера. Из графика можно видеть, что пузырьки газа большего размера требуют большей мощности привода при той же доле газовых пустот. Из графика также можно видеть, что для конкретной модели измерителя расхода экспериментальным путем может быть получена характеристическая кривая мощности. Характеристическая кривая может быть использована, чтобы получить предполагаемую мощность привода, используя значение объемной доли газа, полученное из предыдущего процесса компенсации плотности.

Предполагаемая мощность привода (Y на графике) может быть получена посредством уравнения (3) в результате подстановки значения компенсированной объемной доли VF_compensated (x на графике). Компенсированная объемная доля может содержать объемную долю либо газовой фазы, либо твердой фазы по отношению к жидкой фазе. Компенсированная объемная доля VF_compensated представлена как . Таким образом, уравнение (3) позволяет получить предполагаемую мощность Y привода, используя коэффициент компенсации плотности в форме компенсированной объемной доли. В дополнение к этому предполагаемую мощность привода получают, используя показатель мощности вибрационного измерителя плотности (т.е. постоянные С3-С6). Показатель мощности может храниться в измерительной электронике или может быть предоставлен извне. Может потребоваться определить показатель мощности независимым путем для каждой модели вибрационного измерителя расхода.

Если снова обратиться к фиг.4, на этапе 406 предполагаемую мощность привода сравнивают с расчетной мощностью привода. Это делается для того, чтобы определить точность измерений потока. Если расчетная мощность привода находится в пределах заранее определенного отклонения для предполагаемой мощности привода, то можно считать, что измерения потока имеют приемлемый уровень точности. Если нет, то может быть создано тревожное сообщение.

Состояние с большими пузырьками увлеченного газа и низким расходом подвержено ошибкам разделения, но также и другим ошибкам. Это состояние называется асимметрией потока и является результатом реакции пузырьков на силу тяжести. Если скорость подъема пузырьков относительно жидкости сравнима со скоростью жидкости, то газ замедляется и накапливается в любых зонах трубки с потоком, текущим вниз, и разгоняется, проходя через любые зоны трубки с потоком, текущим вверх. Эта асимметрия в распределении газа приводит к нерепрезентативной объемной доле газа в измерителе и далее приводит к чрезмерному демпфированию трубки в зонах с потоком, текущим вниз. Как результат, нельзя ожидать, что компенсация разделения в этих состояниях устранит ошибки потока и плотности, и эти состояния необходимо идентифицировать либо для вывода предупреждения, либо для дополнительной компенсации.

Для состояний с очень небольшими пузырьками и более высокими расходами ошибка из-за асимметрии потока уменьшается, так как небольшие пузырьки имеют тенденцию к переносу с текучей средой (высокое отношение торможения к выталкивающей силе). В идеале этот тип пузырьков можно идентифицировать, чтобы выполнять компенсацию по-другому.

Аналогичное состояние асимметрии потока существует и для суспензий. Большие частицы и низкие расходы приводят к оседанию частиц в нижних точках измерителя. Это обуславливает нерепрезентативную объемную долю твердого вещества в измерителе, чрезмерное демпфирование и ошибки потока и плотности, которые невозможно компенсировать. Это состояние асимметрии также необходимо идентифицировать, и необходимо выводить предупреждение.

На этапе 407, если расчетная мощность привода находится в пределах заранее определенной величины отклонения для предполагаемой мощности привода, то измерение компенсированной плотности считается точным и дополнительная компенсация не проводится. В противном случае измерения потока становятся неприемлемо неточными. Как следствие, при выполнении способа происходит переход на этап 408.

На этапе 408, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, то при выполнении способа происходит переход на этап 410.

Фиг.6 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость расчетной мощности привода и предполагаемой мощности привода от объемной доли увлеченной фазы. На Фиг.6 расчетная мощность привода показана превышающей предполагаемую мощность привода. Предполагаемая мощность привода представляет собой мощность, требуемую при номинальных размере погруженных пузырьков, вязкости текучей среды и других параметрах, таких как расход. Коэффициент компенсации плотности подобным же образом определяют для номинальных параметров смеси текучих сред. Поэтому если расчетная мощность привода отличается от предполагаемой мощности привода, то компенсированная плотность отличается от истинной плотности двухфазной смеси. Например, в состояниях с большим размером пузырьков и низкой вязкостью потребляемая мощность больше предполагаемой мощности, и, кроме того, возникает больший уровень ошибки по сравнению с тем, который корректирует коэффициент компенсации. Существует корреляция между мощностью и ошибкой плотности, так как ошибка плотности возникает из-за того же явления, из-за которого рассеивается энергия вибрации, а именно разделения жидкости. Таким образом, разница между предполагаемой мощностью и расчетной мощностью служит для проверки точности компенсации. В этом примере расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение (пунктирная линия). Следовательно, измерения компенсированной плотности можно считать неприемлемо неточными. Если это случается, может быть инициировано тревожное сообщение, показывающее, что необходимо изменить условия потока, например, перемешивая поток либо увеличивая расход или давление. Кроме того, вплоть до верхнего предельного значения можно изменить уравнение коэффициента компенсации для состояния с более высоким разделением.

Фиг.7 представляет собой график зависимости расчетной мощности привода и предполагаемой мощности привода, аналогичный фиг.6, за исключением того, что расчетная мощность привода показана имеющей меньшее значение по сравнению с предполагаемой мощностью привода. Это состояние имеет место, когда степень разделения текучей среды меньше, чем при номинальных условиях, используемых для определения предполагаемой мощности. В этом примере расчетная мощность привода меньше предполагаемой мощности на более чем заранее определенное нижнее предельное значение (пунктирная линия). Таким образом, компенсированная плотность двухфазного потока еще не является достаточно точной. Следовательно, уравнение коэффициента компенсации можно уточнить, чтобы оно отражало более низкую степень разделения. Модифицированный коэффициент компенсации позволяет получить более точную компенсированную плотность двухфазного потока и приводит к более близкому следованию расчетной мощности привода за предполагаемой мощностью привода.

Если снова обратиться к фиг.4, на этапе 409, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, то создается тревожное сообщение. Тревожное сообщение может быть создано, чтобы предупредить оператора о возникновении неблагоприятных условий потока. Тревожное сообщение может быть создано, чтобы предупредить о том, что измерения потока стали ненадежными. Тревожное сообщение может быть создано, чтобы предупредить о чрезмерном уровне увлеченной фазы, например чрезмерном содержании твердых веществ или чрезмерном размере частиц твердого вещества либо о чрезмерном размере пузырьков в случае увлеченного газа. В дополнение к этому, тревожное сообщение может быть создано, чтобы запросить изменение условий потока. Например, тревожное сообщение может запросить изменение расхода, давления потока или других параметров потока. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения тревожное состояние может сохраняться и/или передаваться, например передаваться оператору или технику, который может изменить условия потока.

На этапе 410, если расчетная мощность привода меньше предполагаемой мощности привода, компенсированная плотность двухфазного потока может быть уточнена, чтобы повысить точность и надежность измерений потока. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения компенсированную плотность двухфазного потока уточняют, уменьшая коэффициент компенсации плотности. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения коэффициент компенсации плотности уменьшают на величину, пропорциональную разнице между расчетной мощностью привода и заранее определенным нижним предельным значением.

Изобретение относится к вибрационному измерителю расхода и способу коррекции для увлеченной (потоком) фазы в двухфазном потоке протекающего материала. Вибрационный измеритель расхода включает в себя увлеченную фазу, узел измерителя расхода, включающий привод, и дополнительно содержит измерительную электронику, соединенную с узлом измерителя расхода и принимающую вибрационную реакцию. Причем вибрационный измеритель выполнен с возможностью коррекции плотности протекающего двухфазного потока. Узел измерителя расхода выполнен с возможностью создавать вибрационную реакцию для протекающего материала. Измерительная электроника выполнена с возможностью измерять плотность двухфазного потока путем вибрационных сигналов от узла измерителя расхода, определять расчетную мощность привода и вычислять коэффициент компенсации плотности с использованием плотности жидкости жидкого компонента двухфазного потока, плотности увлеченной фазы и расчетной мощности привода. Причем плотность увлеченной фазы является увлеченным компонентом. Технический результат - повышение точности измерения характеристик потока в присутствии материалов и при разных уровнях материалов, являющихся увлеченной второй фазой. 3 н. и 43 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Вибрационный измеритель (5) расхода двухфазного потока материала, включающего в себя увлеченную фазу, выполненный с возможностью коррекции плотности протекающего двухфазного потока, содержащий узел (10) измерителя расхода, включающий привод (104), причем узел (10) измерителя расхода выполнен с возможностью создавать вибрационную реакцию для протекающего материала и дополнительно содержит измерительную электронику (20), соединенную с узлом (10) измерителя расхода и принимающую вибрационную реакцию, вибрационный измеритель (5) расхода, отличающийся тем, что:
измерительная электроника (20) выполнена с возможностью измерять плотность двухфазного потока путем приема вибрационных сигналов от узла (10) измерителя расхода, определять расчетную мощность привода, необходимую приводу (104) узла (10) измерителя расхода, и вычислять коэффициент компенсации плотности с использованием плотности жидкости жидкого компонента двухфазного потока, плотности увлеченной фазы, являющейся увлеченным компонентом, измеренной плотности двухфазного потока и расчетной мощности привода.

2. Вибрационный измеритель (5) расхода по п.1, в котором измерительная электроника (20) выполнена с возможностью умножать напряжение привода на ток привода, чтобы определить расчетную мощность привода.

3. Вибрационный измеритель (5) расхода по п.1, в котором измерительная электроника (20) выполнена с возможностью умножать напряжение датчика для измерения механических перемещений на ток привода, чтобы определить расчетную мощность привода.

4. Вибрационный измеритель (5) расхода по п.1, в котором измерительная электроника (20) выполнена с возможностью решать уравнение чтобы определить расчетную мощность привода, где K - постоянная пропорциональности; I_d - измеренный ток привода; I₀ - ток привода для доли с нулевым объемом; Е_PO - напряжение датчика для измерения механических перемещений и E_t - плановое напряжение датчика для измерения механических перемещений.

5. Вибрационный измеритель (5) расхода по п.1, в котором вычисление коэффициента компенсации плотности содержит решение уравнения
причем ρ₁ - плотность жидкости; ρ_e - плотность увлеченной фазы; ρ_uut - измеренная плотность двухфазного потока; P_computed - расчетная мощность привода, а члены С1 и С2 содержат заранее определенные постоянные, зависящие от измерителя.

6. Вибрационный измеритель (5) расхода по п.1, в котором измерительная электроника (20) дополнительно выполнена с возможностью объединять коэффициент компенсации плотности с измеренной плотностью двухфазного потока, чтобы предоставить компенсированную плотность двухфазного потока.

7. Вибрационный измеритель (5) расхода по п.1, в котором измерительная электроника (20) дополнительно выполнена с возможностью объединять коэффициент компенсации плотности с измеренной плотностью двухфазного потока, чтобы предоставить компенсированную плотность двухфазного потока, определять предполагаемую мощность привода с использованием плотности жидкости, плотности увлеченной фазы, компенсированной плотности двухфазного потока и показателя мощности вибрационного измерителя (5) расхода, а также определять точность измерений потока, выполненных вибрационным измерителем (5) расхода, на основе разницы между значением предполагаемой мощности привода и расчетной мощностью привода.

8. Вибрационный измеритель (5) расхода по п.7, в котором измерительная электроника (20) дополнительно выполнена с возможностью решать уравнение ,
где ρ_comp - компенсированная плотность двухфазного потока, чтобы получить компенсированную объемную долю для двухфазного потока.

9. Вибрационный измеритель (5) расхода по п.7, в котором определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода отличается от предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное отклонение.

10. Вибрационный измеритель (5) расхода по п.7, в котором определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, указывая на чрезмерный уровень увлеченной фазы и дополнительно указывая на необходимость изменения условий потока в вибрационном измерителе расхода.

11. Вибрационный измеритель (5) расхода по п.7, в котором определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, указывая на чрезмерный размер пузырьков газа и дополнительно указывая на необходимость изменения условий потока в вибрационном измерителе расхода.

12. Вибрационный измеритель (5) расхода по п.7, в котором определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, указывая на чрезмерный уровень твердой увлеченной фазы и дополнительно указывая на необходимость изменения условий потока в вибрационном измерителе расхода.

13. Вибрационный измеритель (5) расхода по п.7, в котором определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение.

14. Вибрационный измеритель (5) расхода по п.7, в котором определение точности дополнительно содержит уточнение компенсированной плотности двухфазного потока, если расчетная мощность привода меньше предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное нижнее предельное значение или если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение.

15. Вибрационный измеритель (5) расхода по п.14, в котором уточнение компенсированной плотности двухфазного потока содержит уменьшение коэффициента компенсации плотности на величину, пропорциональную разнице между расчетной мощностью привода и заранее определенным нижним предельным значением.

16. Вибрационный измеритель (5) расхода по п.7, в котором определение точности дополнительно содержит сравнение предполагаемой мощности привода с расчетной мощностью привода, создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, и уточнение компенсированной плотности двухфазного потока путем уменьшения коэффициента компенсации плотности на величину, пропорциональную разнице между расчетной мощностью привода и заранее определенным нижним предельным значением, если расчетная мощность привода меньше предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное нижнее предельное значение.

17. Способ коррекции плотности протекающего в вибрационном измерителе расхода двухфазного потока материала, включающего в себя увлеченную фазу, содержащий измерение плотности двухфазного потока, отличающийся тем, что он содержит следующие этапы:
определяют расчетную мощность привода, необходимую приводу, входящему в состав узла измерителя расхода; и
вычисляют коэффициент компенсации плотности с использованием плотности жидкости, являющейся жидким компонентом двухфазного потока, плотности увлеченной фазы, являющейся увлеченным компонентом, измеренной плотности двухфазного потока и расчетной мощности привода.

18. Способ по п.17, в котором этап определения расчетной мощности привода содержит умножение напряжения привода на ток привода.

19. Способ по п.17, в котором этап определения расчетной мощности привода содержит умножение напряжения датчика для измерения механических перемещений на ток привода.

20. Способ по п.17, в котором этап определения расчетной мощности привода содержит решение уравнения
где K - постоянная пропорциональности; I_d - измеренный ток привода; I₀ - ток привода для доли с нулевым объемом; Е_PO - напряжение датчика для измерения механических перемещений и E_t - плановое напряжение датчика для измерения механических перемещений.

21. Способ по п.17, в котором этап вычисления коэффициента компенсации плотности содержит решение уравнения
причем ρ₁ - плотность жидкости, ρ_uut - измеренная плотность двухфазного потока, ρ_e - плотность увлеченной фазы, P_computed - расчетная мощность привода, а элементы С1 и С2 содержат заранее определенные постоянные, зависящие от измерителя.

22. Способ по п.17, дополнительно содержащий этап, на котором объединяют коэффициент компенсации плотности с измеренной плотностью двухфазного потока, чтобы предоставить компенсированную плотность двухфазного потока.

23. Способ по п.17, дополнительно содержащий следующие этапы:
объединяют коэффициент компенсации плотности с измеренной плотностью двухфазного потока, чтобы предоставить компенсированную плотность двухфазного потока;
определяют предполагаемую мощность привода с использованием плотности жидкости, плотности увлеченной фазы, компенсированной плотности двухфазного потока и показателя мощности вибрационного измерителя расхода; и
определяют точность измерений потока, выполненных вибрационным измерителем расхода, на основе разницы между значением предполагаемой мощности привода и вычисленной мощностью привода.

24. Способ по п.23, дополнительно содержащий этап, на котором решают уравнение ,
где ρ_comp - компенсированная плотность двухфазного потока, чтобы получить компенсированную объемную долю для двухфазного потока.

25. Способ по п.23, в котором этап определения точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода отличается от предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное отклонение.

26. Способ по п.23, в котором этап определения точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, указывая на чрезмерный уровень увлеченной фазы и дополнительно указывая на необходимость изменения условий потока в вибрационном измерителе расхода.

27. Способ по п.23, в котором этап определения точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, указывая на чрезмерный размер пузырьков газа и дополнительно указывая на необходимость изменения условий потока в вибрационном измерителе расхода.

28. Способ по п.23, в котором этап определения точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, указывая на чрезмерный уровень твердой увлеченной фазы и дополнительно указывая на необходимость изменения условий потока в вибрационном измерителе расхода.

29. Способ по п.23, в котором этап определения точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение.

30. Способ по п.23, в котором этап определения точности дополнительно содержит уточнение компенсированной плотности двухфазного потока, если расчетная мощность привода меньше предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное нижнее предельное значение или если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение.

31. Способ по п.30, в котором уточнение компенсированной плотности двухфазного потока содержит уменьшение коэффициента компенсации плотности на величину, пропорциональную разнице между расчетной мощностью привода и заранее определенным нижним предельным значением.

32. Способ по п.23, в котором этап определения точности дополнительно содержит следующее:
сравнивают предполагаемую мощность привода с расчетной мощностью привода;
создают тревожное сообщение, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение; и
уточняют компенсированную плотность двухфазного потока путем уменьшения коэффициента компенсации плотности на величину, пропорциональную разнице между расчетной мощностью привода и заранее определенным нижним предельным значением, если расчетная мощность привода меньше предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное нижнее предельное значение.

33. Способ коррекции плотности при измерении вибрационным измерителем расхода протекающего через указанный измеритель двухфазного потока материала, включающего в себя увлеченную фазу, содержащий измерение плотности двухфазного потока, отличающийся тем, что он содержит следующие этапы:
определяют расчетную мощность привода, необходимую приводу, входящему в состав узла измерителя расхода;
вычисляют коэффициент компенсации плотности с использованием плотности жидкости, являющейся жидким компонентом двухфазного потока, плотности увлеченной фазы, являющейся увлеченным компонентом, измеренной плотности двухфазного потока и расчетной мощности привода;
объединяют коэффициент компенсации плотности с измеренной плотностью двухфазного потока, чтобы предоставить компенсированную плотность двухфазного потока;
определяют предполагаемую мощность привода с использованием плотности жидкости, плотности увлеченной фазы, компенсированной плотности двухфазного потока и показателя мощности вибрационного измерителя расхода; и
определяют точность измерений потока вибрационным измерителем расхода на основе разницы между значением предполагаемой мощности привода и расчетной мощностью привода.

34. Способ по п.33, в котором этап определения расчетной мощности привода содержит умножение напряжения привода на ток привода.

35. Способ по п.33, в котором этап определения расчетной мощности привода содержит умножение напряжения датчика для измерения механических перемещений на ток привода.

36. Способ по п.33, в котором этап определения расчетной мощности привода содержит решение уравнения
где K - постоянная пропорциональности; I_d - измеренный ток привода; I₀ - ток привода для доли с нулевым объемом; Е_PO - напряжение датчика для измерения механических перемещений и E_t - плановое напряжение датчика для измерения механических перемещений.

37. Способ по п.33, в котором этап вычисления коэффициента компенсации плотности содержит решение уравнения
причем ρ₁ - плотность жидкости; ρ_е - плотность увлеченной фазы; ρ_uut - измеренная плотность двухфазного потока; P_computed - расчетная мощность привода, а элементы С1 и С2 содержат заранее определенные постоянные, зависящие от измерителя.

38. Способ по п.33, дополнительно содержащий этап, на котором решают уравнение ,
где ρ_comp - компенсированная плотность двухфазного потока, чтобы получить компенсированную объемную долю для двухфазного потока.

39. Способ по п.33, в котором этап определения точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода отличается от предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное отклонение.

40. Способ по п.33, в котором этап определения точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, указывая на чрезмерный уровень увлеченной фазы и дополнительно указывая на необходимость изменения условий потока в вибрационном измерителе расхода.

41. Способ по п.33, в котором этап определения точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, указывая на чрезмерный размер пузырьков газа и дополнительно указывая на необходимость изменения условий потока в вибрационном измерителе расхода.

42. Способ по п.33, в котором этап определения точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, указывая на чрезмерный уровень твердой увлеченной фазы и дополнительно указывая на необходимость изменения условий потока в вибрационном измерителе расхода.

43. Способ по п.33, в котором этап определения точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение.

44. Способ по п.33, в котором этап определения точности дополнительно содержит уточнение компенсированной плотности двухфазного потока, если расчетная мощность привода меньше предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное нижнее предельное значение или если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение.

45. Способ по п.44, в котором уточнение компенсированной плотности двухфазного потока содержит уменьшение коэффициента компенсации плотности на величину, пропорциональную разнице между расчетной мощностью привода и заранее определенным нижним предельным значением.

46. Способ по п.33, в котором этап определения точности дополнительно содержит следующее:
создают тревожное сообщение, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение; и
уточняют компенсированную плотность двухфазного потока путем уменьшения коэффициента компенсации плотности на величину, пропорциональную разнице между расчетной мощностью привода и заранее определенным нижним предельным значением, если расчетная мощность привода меньше предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное нижнее предельное значение.