СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ ВЛИЯНИЯ ЧИСЛА РЕЙНОЛЬДСА НА ИЗМЕРЕНИЯ МАССОВОГО РАСХОДОМЕРА КОРИОЛИСА И СООТВЕТСТВУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2022 года по МПК G01F1/84 G01N9/36 

[0001] Настоящее изобретение относится к способу компенсации влияния по меньшей мере одного из параметров измеряемой текучей среды, выбираемых из группы, состоящей из расхода, вязкости, плотности и числа Рейнольдса, на измеряемый расход и/или измеряемую плотность этой текучей среды в массовом расходомере Кориолиса. Кроме того, настоящее изобретение относится к массовому расходомеру Кориолиса с управляющим устройством, выполненным с возможностью выполнения этого способа.

[0002] В целом массовые расходомеры Кориолиса известны, например, из патентных документов EP 2657659 A1 или DE 102012016490 A1. Они используются в различных отраслях промышленности для измерения массового потока или расхода, и/или плотности текучей среды. Известные массовые расходомеры Кориолиса содержат корпус с входным отверстием и выходным отверстием для измеряемого вещества или текучего носителя, то есть измеряемой текучей среды. Кроме того, массовый расходомер Кориолиса содержит по меньшей мере одну измерительную трубку, выполненную с возможностью протекания через нее измеряемой текучей среды и расположенную между входным отверстием и выходным отверстием. Измерительная трубка может направлять измеряемое вещество от входного отверстия к выходному отверстию через различные пути, например измерительная трубка может быть дугообразной, U-образной или прямой. Сама измерительная трубка выбирается в зависимости от соответствующего приложения, например, с большим диаметром для больших расходов. Таким образом, массовый расходомер Кориолиса адаптируется к измеряемой текучей среде и ожидаемым объемным расходам.

[0003] Само измерение основано на принципе Кориолиса. Для этого массовый расходомер Кориолиса содержит вибровозбудитель, выполненный с возможностью вызывать вибрацию, предпочтительно резонансную вибрацию измерительной трубки. Возбудитель может конфигурироваться, например, как электромагнитная приводящая катушка и магнит. Кроме того, для обнаружения перемещений измерительной трубки предусмотрены два датчика вибрации, которые, например, располагаются на измерительной трубке, предпочтительно по разные стороны от вибровозбудителя, на расстоянии друг от друга по направлению потока в измерительной трубке. Благодаря вибрации измерительных трубок, вызываемой возбудителем, на текучую среду, протекающую в измерительной трубке, действуют силы Кориолиса, которые приводят к фазовому сдвигу вибрации, регистрируемой датчиками вибрации. На основании этого фазового сдвига можно сделать выводы относительно массового потока или расхода текучей среды, протекающей через измерительную трубку. Плотность измеряемого вещества можно определить по частоте резонансных колебаний измерительной трубки. Массовые расходомеры Кориолиса характеризуются высокой точностью и особенной гибкостью применения, поэтому они широко используются для измерения самых разнообразных текучих сред.

[0004] Массовые расходомеры Кориолиса обычно используют линейную зависимость между описанным фазовым сдвигом и массовым потоком или расходом измеряемой текучей среды, протекающей через устройство. Массовый поток и расход могут быть преобразованы друг в друга через плотность текучей среды, и поэтому считаются в настоящем документе синонимичными. Значения, измеряемые с помощью массовых расходомеров Кориолиса, обычно очень незначительно отклоняются от соответствующего фактического значения, например, не более чем на 0,1% или даже не более чем на 0,05%. Чтобы гарантировать такие точные измерения, возможные мешающие факторы должны быть устранены в максимально возможной степени. Например, было обнаружено, что на описанную линейную зависимость влияют вариации, в частности сильные вариации, скорости потока и выражаемого числом Рейнольдса состояния потока жидкости, подлежащей измерению в массовом расходомере Кориолиса. Это относится как к случаям, когда число Рейнольдса измеряемой жидкости сильно меняется во время работы, так и к случаям, когда фактическое число Рейнольдса во время работы отличается от числа Рейнольдса или диапазона чисел Рейнольдса, в котором массовый расходомер Кориолиса был откалиброван. В связи с этим одна проблема заключается в том, что на практике трудно экспериментально реализовать множество различных величин числа Рейнольдса для калибровки массового расходомера Кориолиса. Таким образом, калибровка либо выполняется только в частичном диапазоне возможных при работе чисел Рейнольдса, либо требует большого количества времени и чрезвычайно больших усилий, в том числе с точки зрения необходимого оборудования, для создания соответствующих рабочих состояний, особенно для низких чисел Рейнольдса. Искажение результатов измерения, вызванное изменением числа Рейнольдса, происходит, в частности, при использовании больших массовых расходомеров Кориолиса и/или текучих сред с высокой вязкостью. Это искажение сильно зависит от вязкости, плотности и расхода измеряемой текучей среды, которые являются параметрами числа Рейнольдса.

[0005] Практически цель состоит в том, чтобы минимизировать влияние числа Рейнольдса или переменных, определяющих число Рейнольдса. Здесь обычно необходимо учитывать числа Рейнольдса от <1 до 10⁵ и даже больше. Измерение массового потока или расхода обычно калибруется водой при высоких расходах. Поэтому во время этого процесса возникают высокие числа Рейнольдса, например 10⁶ или больше. Таким образом, в диапазоне высоких чисел Рейнольдса значения, измеренные массовым расходомером Кориолиса, обычно являются правильными и не нуждаются в коррекции. Однако в диапазоне чисел Рейнольдса меньше 10⁶ необходимо вносить поправки в измеренное значение. Поскольку в этом диапазоне значения, измеренные массовым расходомером Кориолиса, обычно ниже фактического значения, к измеренному значению, вычисляемому по линейной зависимости от фазового сдвига, добавляется поправочное значение. Для того, чтобы определить наиболее подходящее значение коррекции, испытания массовых расходомеров Кориолиса проводятся, например, при различных скоростях потока, а также с текучими средами различной вязкости, в частности, значительно более высокой, чем у воды. На основе этих испытаний затем создаются, например, таблицы значений или предлагаются функции, которые в каждом случае верны только в небольшом поддиапазоне возможных чисел Рейнольдса, и поэтому используются только в этих диапазонах. Во время работы затем используется множество различных факторов, например, мощность привода массового расходомера Кориолиса, вязкость измеряемой текучей среды или перепад давления на массовом расходомере Кориолиса, чтобы получить значение коррекции, действительно необходимое для текущего случая, из таблиц или функций, определяемых диапазоном. Однако и таблицы, и функции, определяемые диапазоном, всегда применяются только к тем диапазонам чисел Рейнольдса, в которых они были фактически проверены. Это означает, что для создания таблиц и функций требуется значительный объем работы, особенно во всем интересующем диапазоне. Особенно в диапазоне низких чисел Рейнольдса (например, <10) это оказывается чрезвычайно сложным или даже невозможным.

[0006] В связи с этим задачей настоящего изобретения является предложить способ надежного снижения влияния числа Рейнольдса или параметров, определяющих число Рейнольдса, на результат измерения массового расходомера Кориолиса без чрезмерных усилий по калибровке. В частности, следует повысить точность измерения и снизить связанные с этим затраты.

[0007] Эта задача решается с помощью способа и массового расходомера Кориолиса согласно независимым пунктам формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

[0008] В частности, в способе, упомянутом в самом начале, эта задача решается путем определения значения компенсации M_f(Re) для измеряемого расхода или массового потока и/или плотности измеряемой текучей среды с использованием следующего уравнения:

(1)

где f_max - максимальное значение компенсации для чисел Рейнольдса Re, приближающихся к нулю, Re_c - число Рейнольдса, при котором кривая значения компенсации имеет наибольший наклон, а - наклон кривой значения компенсации в точке Re_c. Поэтому, в частности, также применимо следующее:

или (2)

и

(3)

Уравнения (2) и (3) просто более подробно объясняют определение параметров f_max и Re_c, используемых в уравнении (1).

Кроме того, в способе в соответствии с настоящим изобретением значение, измеренное массовым расходомером Кориолиса для расхода или массового потока и/или плотности измеряемой текучей среды, корректируется компенсационным значением M_f(Re), рассчитанным с помощью уравнения (1).

[0009] Настоящее изобретение основано на обнаружении того, что уравнение (1) обеспечивает надежные значения отклонения значения, измеренного массовым расходомером Кориолиса, от фактического значения для всех возможных чисел Рейнольдса, например, от числа Рейнольдса, близкого к нулю, до числа Рейнольдса 10⁷ или намного выше, практически до бесконечности. Это означает, что для каждого числа Рейнольдса измеряемой текучей среды, протекающей через массовый расходомер Кориолиса, значение компенсации M_f(Re) может быть рассчитано из уравнения (1), посредством чего может быть компенсировано влияние числа Рейнольдса на измеренное значение. Таким образом, функция, определяемая уравнением (1), обеспечивает значение компенсации для результата измерения по всем соответствующим числам Рейнольдса. Поэтому больше нет необходимости создавать значения для всех соответствующих чисел Рейнольдса и сохранять их в таблицах при калибровке массового расходомера Кориолиса. Кроме того, больше нет необходимости использовать функции, определенные или действительные только для определенных диапазонов чисел Рейнольдса. С помощью функции согласно уравнению (1) соответствующее значение компенсации для каждого отдельного числа Рейнольдса может быть рассчитано всего из нескольких параметров, и может быть определено скорректированное измеренное значение для текущего применения конкретного числа Рейнольдса. За счет предоставления точного значения компенсации, которое соответствует текущему числу Рейнольдса, общий результат измерения улучшается, а точность повышается, поскольку больше нет предопределенных шагов компенсации, которые могли бы происходить, например, из-за необходимой интерполяции между двумя значениями компенсации в таблице. Другими словами, настоящее изобретение обеспечивает непрерывные значения компенсации вместо использовавшихся ранее дискретных значений компенсации, что увеличивает точность.

[0010] Как правило, способ в соответствии с настоящим изобретением может осуществляться вне массового расходомера Кориолиса, а также, например, со смещением по времени от его работы. Например, компенсация влияния по меньшей мере одного параметра из указанной группы может применяться ретроспективно к сохраненным исходным данным, обеспеченным массовым расходомером Кориолиса. Это может быть сделано, например, на компьютере, который получает исходные данные от массового расходомера Кориолиса, но является внешним по отношению к нему, например на центральном сервере. Однако предпочтительно определение значения компенсации и коррекция измеренного значения выполняются управляющим устройством массового расходомера Кориолиса во время его работы. Управляющее устройство массового расходомера Кориолиса является в этом случае составной частью самого массового расходомера Кориолиса, так что последний в целом способен выдавать измеренные значения, уже скорректированные в соответствии с настоящим изобретением. Таким образом, нет необходимости в последующей обработке предоставляемых данных, и оператор, не задумываясь и не предпринимая дополнительных действий, сразу же получает правильные значения непосредственно через выход массового расходомера Кориолиса.

[0011] Обычно допустимы различные вычислительные возможности, с помощью которых может быть выполнена коррекция измеренного значения посредством значения компенсации, определяемого по уравнению (1). В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления для корректировки измеренного значения значение компенсации интерпретируется как относительное отклонение измеренного значения, например как процент, в частности как отрицательное относительное отклонение, и полученное из него абсолютное отклонение добавляется к измеренному значению. Таким образом, уравнение (1) обеспечивает, например, отрицательное значение, которое, умноженное на 100, указывает процент от измеренного значения, на который оно занижено. Таким образом, значение q_m*, измеренное массовым расходомером Кориолиса, которое еще не было скорректировано с учетом влияния числа Рейнольдса Re, может быть скорректировано, например, следующим образом:

(4)

где q_m(Re) - измеренное значение массового расходомера Кориолиса, скорректированное с учетом влияния числа Рейнольдса Re, а q_m* обозначает еще не скорректированное измеренное значение. Таким образом, в уравнении (4) поправочное значение M_f(Re), полученное из уравнения (1), используется для простого выполнения коррекции значения, измеренного массовым расходомером Кориолиса.

[0012] Таким образом, чтобы выполнить зависящую от числа Рейнольдса коррекцию значения, измеренного массовым расходомером Кориолиса, необходимо знать текущее число Рейнольдса текучей среды, протекающей через массовый расходомер. Как известно специалисту в данной области техники, число Рейнольдса в основном зависит от геометрии массового расходомера Кориолиса, например от диаметра трубы, а также от скорости потока, вязкости и плотности измеряемой текучей среды. Поэтому число Рейнольдса может быть определено для конкретного применения. В этом случае достаточно однократного определения значения компенсации по уравнению (1), которое затем можно использовать на протяжении всей работы с этим числом Рейнольдса. Однако обычно массовые расходомеры Кориолиса используются в рабочих ситуациях с различными числами Рейнольдса (в частности, из-за различной скорости потока). Поэтому предпочтительно, чтобы получение значения текущего числа Рейнольдса измеряемой текучей среды осуществлялось в массовом расходомере Кориолиса, в частности, во время работы. Получение текущего числа Рейнольдса в соответствии с настоящим изобретением может быть выполнено, например, путем указания числа Рейнольдса измеряемой в данный момент текучей среды в текущих рабочих условиях, например, оператором или управляющим устройством, которое может быть, например, управляющим устройством массового расходомера Кориолиса или внешним управляющим устройством, сообщающимся с массовым расходомером Кориолиса. В качестве альтернативы получение текущего числа Рейнольдса в соответствии с настоящим изобретением может быть выполнено путем его вычисления, например управляющим устройством массового расходомера Кориолиса. Для этого, например, используются заранее известные параметры, такие как геометрия массового расходомера Кориолиса. Кроме того, можно также использовать, например, скорость потока и/или плотность измеряемой текучей среды, которые могут быть определены самим массовым расходомером Кориолиса. Вязкость, в свою очередь, может задаваться, например, оператором или внешним управляющим устройством. По меньшей мере влияние скорости потока и/или плотности измеряемой текучей среды на число Рейнольдса может непрерывно контролироваться во время работы массового расходомера Кориолиса управляющим устройством самого массового расходомера. Например, значения числа Рейнольдса могут быть автоматически скорректированы, если обнаружены отклонения в скорости потока и/или плотности измеряемой текучей среды. В этом случае получение текущего значения числа Рейнольдса также выполняется непрерывно во время работы массового расходомера Кориолиса, чтобы обеспечить наиболее точные значения коррекции, и таким образом результаты измерения в режиме реального времени.

[0013] В дополнение к текущему значению числа Рейнольдса Re уравнение (1) также включает в себя другие параметры: f_max, Re_c и . Они могут быть, например, оценены эмпирически на основе исходных данных конкретного приложения, например конструкции массового расходомера Кориолиса, а также измеряемой текучей среды. После фиксирования числовых значений этих трех параметров уравнение (1) зависит только от текущего значения числа Рейнольдса и может использоваться в соответствии с настоящим изобретением. Один предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения предусматривает, что перед определением значения компенсации выполняется экспериментальное определение параметров f_max, Re_c и . Это может быть сделано, например, как часть калибровки массового расходомера Кориолиса. Для этого, как обычно, проводят эксперименты в диапазоне разных порядков чисел Рейнольдса, например, с разными текучими средами. Нет необходимости использовать ту же самую текучую среду, для измерения которой впоследствии будет использоваться массовый расходомер Кориолиса. При экспериментальном определении параметров, необходимых для использования уравнения (1), точность компенсации в соответствии с настоящим изобретением повышается.

При экспериментальном определении параметров, необходимых для использования уравнения (1), становится очевидным другое преимущество способа в соответствии с настоящим изобретением: В то время как в предшествующем уровне техники было необходимо проводить калибровочные испытания во всем диапазоне возможных чисел Рейнольдса, т.е. в основном практически от нуля до 10⁷ и выше, чтобы как можно точнее компенсировать влияние числа Рейнольдса на измерение результатов, в соответствии с настоящим изобретением достаточно покрыть частичный диапазон этих порядков. Это связано с тем, что уравнение (1) в соответствии с настоящим изобретением применимо по всему диапазону чисел Рейнольдса от нуля до бесконечности. Поэтому не имеет значения, в каком диапазоне чисел Рейнольдса определяются параметры f_max, Re_c и , лишь бы их определение было достаточно точным. Например, эти параметры могут быть определены в диапазоне чисел Рейнольдса, который легко доступен экспериментально, например, в диапазоне высоких чисел Рейнольдса. Таким образом, особо сложные тесты с низкими числами Рейнольдса больше не нужны. Поэтому предпочтительно, чтобы экспериментальное определение параметров f_max, Re_c и проводилось исключительно в диапазоне, в котором текучая среда, подлежащая измерению в массовом расходомере Кориолиса, имеет число Рейнольдса порядка величины Re_c вплоть до по меньшей мере 10⁵. «Порядка величины Re_c» означает в данном случае, что нижняя граница используемого диапазона составляет, например, 0,5·Re_c, предпочтительно 0,7·Re_c и более предпочтительно 0,9·Re_c. Предпочтительно этот диапазон не имеет верхнего предела. Было показано, что с помощью калибровочных испытаний, когда число Рейнольдса находится в описанном диапазоне, параметры f_max, Re_c и могут быть определены с достаточной точностью, так что дальнейшие испытания в других диапазонах не требуются.

[0015] В дополнение или в качестве альтернативы экспериментальному определению и/или оценке параметров f_max, Re_c и они также могут быть определены путем расчета и, в частности, моделирования фактической геометрии и конструкции массового расходомера Кориолиса. В соответствии с одним особенно предпочтительным вариантом осуществления, например перед определением значения компенсации параметры f_max, Re_c и определяются с использованием метода конечных элементов (FEM). Используя FEM, различные параметры конкретного приложения могут быть оптимизированы друг против друга численно с помощью компьютера. Детали этого способа известны специалистам в данной области техники, поэтому его подробное описание здесь не приводится.

[0016] Способ в соответствии с настоящим изобретением имеет еще одно преимущество, заключающееся в том, что для соответствующей компенсации требуется лишь очень небольшое количество входных данных или параметров. Таким образом, больше не требуется информация, которая была необходима в решениях предшествующего уровня техники для компенсации влияния числа Рейнольдса на результат измерения, например мощность привода или падение давления в массовом расходомере Кориолиса. Следовательно, чтобы сделать способ как можно более простым и иметь возможность осуществлять его быстро и легко, согласно предпочтительному варианту осуществления, чтобы компенсировать влияние по меньшей мере одного параметра из группы, состоящей из расхода, вязкости, плотности и числа Рейнольдса измеряемой текучей среды на измеряемый расход и/или плотность этой текучей среды в массовом расходомере Кориолиса, в качестве входных параметров используются только текущие значения числа Рейнольдса Re, f_max, Re_c и . Разумеется, также используется нескорректированное значение, измеренное массовым расходомером Кориолиса. Однако, компенсация в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно выполняется исключительно с помощью уравнений (1) и (4).

[0017] Как было описано выше, предпочтительно, чтобы определение значения компенсации выполнялось во время работы массового расходомера Кориолиса, например с помощью его управляющего устройства. Однако способ в соответствии с настоящим изобретением имеет преимущества, даже если определение не выполняется управляющим устройством массового расходомера Кориолиса. Таким образом, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения определение значения компенсации для множества чисел Рейнольдса может быть выполнено до того, как массовый расходомер Кориолиса будет запущен в работу, и определенные значения компенсации записываются в память, и управляющее устройство массового расходомера Кориолиса может выбирать значения компенсации из памяти во время работы массового расходомера Кориолиса, и коррекция измеренного значения может выполняться на основе этих значений компенсации. Память может быть, например, электронной памятью управляющего устройства массового расходомера Кориолиса. Другими словами, перед эксплуатацией массового расходомера Кориолиса создается таблица с множеством предварительно определенных значений компенсации, но все они получены из уравнения (1). Эта таблица затем используется во время работы управляющим устройством, берущим из этой таблицы значение компенсации, соответствующее текущему значению числа Рейнольдса, и использующим его для корректировки измеренного значения. Если текущее число Рейнольдса находится между двумя числами Рейнольдса, для которых значения компенсации сохранены в таблице, значение компенсации, лежащее между этими двумя значениями, может быть определено математически, например путем линейной интерполяции. Даже в этом случае необходима лишь часть попыток калибровки. В то же время уравнение (1) может быть использовано для определения любого количества значений компенсации, сколь угодно близких друг к другу, так что точность соответствующей компенсации, основанной на таблицах предшествующего уровня техники, будет превышена.

[0018] Вышеупомянутая задача дополнительно решается с помощью массового расходомера Кориолиса, содержащего корпус с входным отверстием и с выходным отверстием для текучей среды носителя, по меньшей мере одну измерительную трубку, выполненную с возможностью протекания через нее текучей среды и расположенную между входным отверстием и выходным отверстием, вибровозбудитель, выполненный с возможностью осуществления вибрации по меньшей мере одной измерительной трубки, два датчика вибрации для обнаружения перемещений измерительной трубки и управляющее устройство, выполненное с возможностью осуществления описанного выше способа. Управляющее устройство представляет собой, например, электронное управляющее устройство, уже обычно предусмотренное в массовых расходомерах Кориолиса, которое, например, управляет вибровозбудителем, получает результаты измерения от датчиков вибрации и использует их для определения конкретного измеренного значения, например массового потока, расхода и/или плотности измеряемой текучей среды.

[0019] Все вышеперечисленные особенности, преимущества и эффекты способа в соответствии с настоящим изобретением применимы с соответствующими изменениями к массовому расходомеру Кориолиса в соответствии с настоящим изобретением и наоборот. Поэтому во избежание повторений делается отсылка на соответствующие формулировки.

[0020] Настоящее изобретение будет более подробно объяснено ниже со ссылками на примеры вариантов осуществления, показанные на чертежах. В этих схематических чертежах:

Фиг. 1: представляет собой вид сбоку массового расходомера Кориолиса;

Фиг. 2: показывает измерительную трубку в корпусе массового расходомера Кориолиса в соответствии с Фиг. 1;

Фиг. 3: представляет собой диаграмму с примерными отклонениями измеренных значений и графиком компенсационной функции согласно уравнению (1);

Фиг. 4: представляет собой график компенсационной функции согласно уравнению (1) для объяснения различных параметров;

Фиг. 5: представляет собой диаграмму, иллюстрирующую влияние различных значений Re_c на график компенсационной функции согласно уравнению (1);

Фиг. 6: представляет собой диаграмму, иллюстрирующую влияние различных значений наклона графика компенсационной функции согласно уравнению (1) в точке Re_c на график;

Фиг. 7: представляет собой диаграмму, иллюстрирующую влияние различных значений f_max на график компенсационной функции согласно уравнению (1);

Фиг. 8: представляет собой диаграмму, показывающую скорректированные измеренные значения примера в соответствии с Фиг. 3; и

Фиг. 9: представляет собой блок-схему способа.

[0021] Одинаковые детали, или детали, действующие похожим образом, обозначены одинаковыми ссылочными цифрами. Повторяющиеся части на каждом чертеже отдельно не обозначаются.

[0022] Фиг. 1 показывает массовый расходомер 1 Кориолиса с передатчиком 2 и корпусом 3. Передатчик 2 массового расходомера 1 Кориолиса содержит электронику, в т.ч. для вибровозбудителя и датчиков вибрации. Он соединен с корпусом 3 через горловину 34. В данном случае управляющее устройство 5 выполнено с возможностью осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением. Для этого оно содержит, в частности, память данных, в которой хранятся, например, уравнение (1) и различные значения, например, для параметров f_max, Re_c и , определенные во время калибровки. Во время работы массовый расходомер 1 Кориолиса с его корпусом 3 встроен в трубопровод, транспортирующий измеряемую текучую среду. Более конкретно, массовый расходомер 1 Кориолиса включает в себя соединители 30, которые в свою очередь включают в себя входное отверстие 31 для соединения с линией 40 подачи и выходное отверстие 32 для соединения с выпускной линией 41 трубопровода.

[0023] Кроме того, как показано на Фиг. 2, массовый расходомер 1 Кориолиса имеет трубчатый корпус 33, в котором размещаются две измерительные трубки 4, одна из которых не видна на чертеже, поскольку она расположена сзади и закрыта другой трубкой. Фиг. 2 также показывает прохождение измерительных трубок 4 через корпус 3 от входного отверстия 31 через трубчатый корпус 33 к выходному отверстию 32. Прохождение измерительных трубок 4, которые в показанном примере имеют U-образную форму, также определяет направление потока текучей среды внутри измерительной трубки 4 и, следовательно, внутри массового расходомера 1 Кориолиса. Измерительные трубки 4 фиксируются соответствующим фиксирующим элементом 35 как в области входного отверстия 31, так и в области выходного отверстия 32, причем упомянутый фиксирующий элемент выполнен в данном примере в виде связывающей пластины. Как также видно на Фиг. 2, на измерительной трубке 4 располагается вибровозбудитель D, который при работе массового расходомера 1 Кориолиса используется для придания измерительным трубкам 4 вибрации, в частности резонансной вибрации. На Фиг. 2 вибрация, возбуждаемая вибровозбудителем D, направлена соответственно внутрь и наружу плоскости чертежа, соответственно. Первый датчик S1 вибрации и второй датчик S2 вибрации располагаются на измерительных трубках 4 в направлении вверх по течению и вниз по течению от вибровозбудителя D, соответственно. Датчики S1, S2 вибрации регистрируют перемещения измерительных трубок 4, и в частности вибрацию, вызываемую вибровозбудителем D. Кроме того, на измерительных трубках 4 размещен датчик температуры RTD, выполненный, например, в виде термометра сопротивления.

[0024] Фиг. 3 показывает диаграмму, иллюстрирующую взаимосвязь между отклонением значения, измеренного массовым расходомером 1 Кориолиса, и уравнением (1). По оси абсцисс диаграммы отложено безразмерное число Рейнольдса Re, по оси ординат - отклонение измеряемой величины от фактической в процентах. Нанесенные на график точки F показывают отклонение значений, измеренных на конкретном примере массового расходомера 1 Кориолиса, для расхода или массового потока, или плотности измеряемой текучей среды, от соответствующего фактического значения. Поскольку измеренные значения были получены при калибровке или тестовой настройке, фактические значения являются известными, поэтому отклонение отдельных значений, измеренных при соответствующем числе Рейнольдса Re, может быть указано как точки F. В данном эксперименте числа Рейнольдса Re, для которых были получены измеренные значения, находились в диапазоне приблизительно 10²-10⁶. Если бы значения, измеренные массовым расходомером 1 Кориолиса, не зависели от числа Рейнольдса Re, то все точки F должны были бы лежать на горизонтальной линии с отклонением 0,0% или располагаться симметрично вокруг этой линии из-за других влияющих факторов. Однако, как видно из распределения точек F соответствующих отклонений измеренных значений, это не так. Более конкретно, измеренные значения все больше и больше отклоняются от фактического значения с уменьшением числа Рейнольдса Re. Как также видно из Фиг. 3, массовый расходомер 1 Кориолиса все больше занижает фактические значения при малых числах Рейнольдса Re, т.е. относительное отклонение измеренного значения в процентах принимает все более отрицательные значения по мере приближения числа Рейнольдса Re к нулю. Также видно, что отклонения измеренных значений при больших числах Рейнольдса Re становятся все меньше и меньше, т.е. измеренные значения все ближе и ближе подходят к действительному значению и, следовательно, разбросаны вокруг нулевой линии, как и ожидалось. Как упоминалось ранее, это связано с тем, что массовый расходомер 1 Кориолиса обычно калибруют при работе с высокими числами Рейнольдса Re, поскольку их легче реализовать экспериментально.

[0025] Теперь функция согласно уравнению (1) может быть адаптирована к распределению точек F отклонений измеренных значений. Как должна быть выполнена такая подгонка, специалисту в данной области техники известно, и поэтому здесь нет необходимости в более подробном объяснении. Из подгонки можно получить конкретные числовые значения для параметров, используемых в уравнении (1). Например, в конкретном примере, показанном на Фиг. 3, подгонка приводит к значениям f_max=-0,00951, Re_c=842 и =0,00334. График G, полученный с этими значениями из уравнения (1), также показан на Фиг. 3. График G следует рисунку распределения точек F отклонений измеренных значений и удовлетворяет требованиям, обнаруженным в экспериментальных наблюдениях: При приближении числа Рейнольдса Re к нулю график G приближается к максимальному (отрицательному) отклонению измеренного значения fmax (см. также Фиг. 4). С другой стороны, при очень больших числах Рейнольдса Re график G приближается к нулю. Таким образом, с помощью уравнения (1) была найдена функция, охватывающая отклонения измеряемой величины во всем диапазоне чисел Рейнольдса Re от нуля до бесконечности. Поэтому не имеет значения, в каком диапазоне чисел Рейнольдса Re определяются параметры функции. Пока соответствующее определение является достаточно точным, уравнение (1) также можно использовать для точного определения отклонения измеренного значения массового расходомера 1 Кориолиса в других диапазонах чисел Рейнольдса Re. Для этого нет необходимости также проводить эксперименты в трудно реализуемых экспериментально диапазонах чисел Рейнольдса Re. Это приводит к значительному ограничению усилий по калибровке.

[0026] Фиг. 4 графически иллюстрирует различные параметры уравнения (1). Число Рейнольдса Re отложено по оси абсцисс, а значения компенсации M_f(Re), рассчитанные по уравнению (1), отложены по оси ординат. Как видно из графика G функции согласно уравнению (1), f_max обозначает максимальное отклонение измеренного значения и, таким образом, максимальное значение компенсации M_f(Re) для чисел Рейнольдса Re, приближающихся к нулю. Число Рейнольдса Re, при котором значение компенсации M_f(Re) принимает половину своего максимального отрицательного значения f_max, называется Re_c. В точке Re_c график G функции в соответствии с уравнением (1) имеет наибольший наклон. Другими словами, достигает своего максимума при Re=Re_c.

[0027] Для лучшего понимания уравнения (1) на Фиг. 5, 6 и 7 обсуждается влияние параметров f_max, Re_c и на график функции. Фиг. 5, например, показывает влияние Re_c. Два других параметра остаются постоянными, т.е. графики на Фиг. 5а-5е показаны при f_max=-0,03 и =0,01. Значение Re_c, с другой стороны, увеличивается на несколько десятичных порядков для графиков на Фиг. 5а-5е. Более конкретно, для кривой 5a Re_c имеет значение 1, для кривой 5b - 10, для кривой 5c - 10², для кривой 5d - 10³, и для кривой 5e - 10⁴. При результирующем смещении графиков вправо по оси абсцисс соответственно смещаются области наибольшего наклона, а пределы f_max для чисел Рейнольдса Re, стремящихся к нулю, и ноль для чисел Рейнольдса Re, стремящихся к бесконечности, остаются прежними. Значение максимального наклона также остается прежним.

[0028] Фиг. 6 показывает влияние различных значений на , то есть на наклон графика при Re_c. В отличие от этого, другие два параметра являются постоянными: f_max=-0,03 и Re_c=10³. Параметр , с другой стороны, имеет значение 0,002 для кривой 6a, 0,005 для кривой 6b, 0,01 для кривой 6c, 0,02 для кривой 6d, и 0,05 для кривой 6e. Более высокие наклоны Re_c приводят к более быстрому приближению значений компенсации M_f(Re) к соответствующим пределам f_max для чисел Рейнольдса Re, приближающихся к нулю, и к нулю для высоких и бесконечных чисел Рейнольдса Re, соответственно.

[0029] Фиг. 7 показывает влияние различных значений для f_max, то есть максимального значения компенсации M_f(Re), которое в данном случае является максимально отрицательным. Опять же, два других параметра сохраняются постоянными, более конкретно Re_c=10³ и =0,01. С другой стороны, параметр f_max, рассматриваемый на Фиг. 7, имеет значение -0,005 для кривой 7a, -0,01 для кривой 7b, -0,02 для кривой 7c, -0,03 для кривой 7d, и -0,05 для кривой 7e. Опять же, максимальные значения отклонения измеренного значения или значения компенсации M_f(Re), близкие к нулю, приводят не только к вертикальному сжатию графиков, но и соответственно к более крутому приближению к пределам f_max для чисел Рейнольдса Re, приближающихся к нулю, и к нулю для высоких чисел Рейнольдса Re или приближающихся к бесконечности.

[0030] Фиг. 8 иллюстрирует эффект компенсации функции согласно уравнению (1) на конкретном измеренном примере, показанном на Фиг. 3. В частности, измеренные значения массового расходомера 1 Кориолиса были скорректированы значениями компенсации M_f(Re), полученными из уравнения (1), как описано выше. Образно говоря, график G на Фиг. 3 используется в качестве новой нулевой линии для точек F, и это было нанесено на новую диаграмму. Опять же, по оси абсцисс диаграммы на Фиг. 8 показано число Рейнольдса Re. Соответственно по оси ординат показано отклонение измеренных значений от фактического значения. Как видно из графика, после корректировки измеренных значений согласно уравнению (1) измеренные точки F отклонения измеренного значения теперь все разбросаны вокруг нулевой линии. Зависимость отклонения измеренного значения от числа Рейнольдса Re больше не может быть обнаружена, и следовательно была компенсирована. Кроме того, также видно, что все экспериментально определенные отклонения измеренных значений, за исключением трех выбросов, находятся в пределах максимальной допустимой ошибки (MPE), обычной для массовых расходомеров 1 Кориолиса, в данном случае ±0,2%. Фактически все отклонения измеренных значений, за исключением выбросов, даже находятся в пределах ±0,1%. Таким образом, компенсация в соответствии с настоящим изобретением способствует значительному улучшению качества результатов измерения.

[0031] Фиг. 9 иллюстрирует блок-схему способа 6 в соответствии с настоящим изобретением. В показанном примере варианта осуществления способ 6 начинается с экспериментального определения 60 параметров f_max, Re_c и . Как было объяснено выше, для этого требуются только измеренные значения в легко доступном экспериментально диапазоне чисел Рейнольдса Re. Определенные параметры сохраняются, например, в памяти управляющего устройства 5 массового расходомера 1 Кориолиса, так что управляющее устройство 5 может получать к ним доступ. Затем выполняется определение 61 компенсационного значения M_f(Re) по уравнению (1), предпочтительно во время работы массового расходомера 1 Кориолиса, посредством числа Рейнольдса Re, применимого в данный момент для текучей среды в массовом расходомере 1 Кориолиса. При необходимости для этой цели также получается 63 значение этого текущего числа Рейнольдса Re, например путем получения его от центрального процессора или оператора, или путем вычисления текущего числа Рейнольдса Re из параметров, присутствующих в массовом расходомере 1 Кориолиса, предоставленных ему или определяемых им. Наконец, корректировка 62 измеренного значения массового расходомера 1 Кориолиса выполняется с использованием значения компенсации M_f(Re), определенного из уравнения (1). Определение 61 значения компенсации M_f(Re) предпочтительно выполняется всякий раз, когда число Рейнольдса Re изменяется во время работы массового расходомера 1 Кориолиса. Корректировка 62, в свою очередь, выполняется в основном непрерывно во время работы массового расходомера 1 Кориолиса, так что каждое измеренное значение, регистрируемое массовым расходомером 1 Кориолиса, корректируется в соответствии с настоящим изобретением. Таким образом компенсируется влияние расхода, и/или вязкости, и/или плотности, и/или числа Рейнольдса Re на измеренные значения массового расходомера 1 Кориолиса, что повышает точность измерения, особенно в случае чисел Рейнольдса Re, колеблющихся во время работы или отклоняющихся от обстоятельств калибровки. В то же самое время в соответствии с настоящим изобретением достаточно выполнить калибровку только в легко доступном экспериментально диапазоне чисел Рейнольдса Re, что снижает стоимость калибровки.

Настоящее изобретение относится к способу (6) для компенсации влияния по меньшей мере одного из параметров, входящих в группу, состоящую из расхода, вязкости, плотности и числа Рейнольдса (Re) измеряемой текучей среды, на измеряемый расход и/или плотность этой текучей среды в массовом расходомере (1) Кориолиса с помощью уравнения, использующего параметры текущего числа Рейнольдса (Re) измеряемой текучей среды в массовом расходомере (1) Кориолиса, максимальное значение компенсации (M_f(Re)) для чисел Рейнольдса Re, приближающихся к нулю, число Рейнольдса Re_c, при котором кривая значения (M_f(Re)) компенсации имеет наибольший наклон, и наклон кривой значения (M_f(Re)) компенсации в точке Re_c. Кроме того, настоящее изобретение относится к массовому расходомеру (1) с управляющим устройством (5) для выполнения способа (6). Технический результат – увеличение точности, простоты корректировки значений числа Рейнольдса (Re) измеряемой текучей среды во всем диапазоне значений. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ (6) компенсации влияния по меньшей мере одного из параметров измеряемой текучей среды, выбираемых из группы, состоящей из расхода, вязкости, плотности и числа Рейнольдса (Re) измеряемой текучей среды, на измеряемый расход и/или измеряемую плотность этой текучей среды в массовом расходомере (1) Кориолиса,

отличающийся тем, что

определение (61) значения компенсации (M_f(Re)) для измеряемого расхода и/или плотности измеряемой текучей среды выполняется с использованием следующего уравнения

,

где f_max - максимальное значение компенсации (M_f(Re)) для чисел Рейнольдса (Re), приближающихся к нулю, Re_c - число Рейнольдса (Re), при котором кривая значения компенсации (M_f(Re)) имеет самый большой наклон, а является наклоном кривой значения компенсации (M_f(Re)) в точке Re_c, и корректировка (62) значения, измеренного массовым расходомером (1) Кориолиса для расхода и/или плотности измеряемой текучей среды, выполняется с использованием значения компенсации (M_f(Re)).

2. Способ (6) по п. 1,

отличающийся тем, что

определение (61) значения компенсации (M_f(Re)) и корректировка (62) измеренного значения выполняется во время работы массового расходомера (1) Кориолиса управляющим устройством (5) массового расходомера (1) Кориолиса.

3. Способ (6) по любому из предшествующих пунктов,

отличающийся тем, что

для корректировки (62) измеренного значения значение компенсации (M_f(Re)) интерпретируется как относительное отклонение измеренного значения, в частности как отрицательное относительное отклонение, а также тем, что абсолютное отклонение, определенное из него, добавляется к измеренному значению.

4. Способ (6) по любому из предшествующих пунктов,

отличающийся тем, что

получение (63) значения текущего числа Рейнольдса (Re) измеряемой текучей среды выполняется в массовом расходомере (1) Кориолиса, в частности во время его работы.

5. Способ (6) по любому из предшествующих пунктов,

отличающийся тем, что

определению (61) значения компенсации (M_f(Re)) предшествует экспериментальное определение (60) параметров f_max, Re_c и .

6. Способ (6) по п. 5,

отличающийся тем, что

экспериментальное определение (60) выполняется исключительно в диапазоне, в котором измеряемая текучая среда в массовом расходомере (1) Кориолиса имеет число Рейнольдса (Re) порядка величины Re_c и вплоть до по меньшей мере 10⁵, в частности в диапазоне, в котором нижний предел для числа Рейнольдса (Re) точно соответствует Re_c.

7. Способ (6) по любому из предшествующих пунктов,

отличающийся тем, что

определению (61) значения компенсации (M_f(Re)) предшествует определение (60) параметров f_max, Re_c и с использованием метода конечных элементов (FEM).

8. Способ (6) по любому из предшествующих пунктов,

отличающийся тем, что

только текущие значения числа Рейнольдса (Re), f_max, Re_c и используются в качестве входных параметров для компенсации влияния по меньшей мере одного параметра из этой группы.

9. Способ (6) по любому из предшествующих пунктов,

отличающийся тем, что

определение (61) значения компенсации (M_f(Re)) выполняется для множества чисел Рейнольдса (Re) до начала работы массового расходомера (1) Кориолиса и определенные значения компенсации (M_f(Re)) записываются в память, а также тем, что управляющее устройство (5) массового расходомера (1) Кориолиса загружает значения компенсации (M_f(Re)) из памяти во время работы массового расходомера (1) Кориолиса и корректировка (62) измеренного значения выполняется на основе этих значений компенсации (M_f(Re)).

10. Массовый расходомер (1) Кориолиса, содержащий

- корпус (3) с входным отверстием (31) и выходным отверстием (32) для текучей среды носителя,

- по меньшей мере одну измерительную трубку (4), выполненную с возможностью протекания через нее измеряемой текучей среды и расположенную между входным отверстием (31) и выходным отверстием (32),

- вибровозбудитель (D), выполненный с возможностью вибрации по меньшей мере одной измерительной трубки (4),

- два датчика (S1, S2) вибрации для обнаружения перемещений измерительных трубок и

- управляющее устройство (5),

отличающийся тем, что

управляющее устройство (5) выполнено с возможностью выполнения способа (6) по любому из предшествующих пунктов.