Способ и устройство для компенсации массового расхода вещества при возникновении недопустимой ошибки в массовом расходе, вызванной плотностью вещества
Изобретения предназначены для определения массового расхода вещества с использованием расходомера Кориолиса. По значениям сигналов, поступающих от датчиков, прикрепленных к колеблющейся расходомерной трубке, вычисляют нескомпенсированный массовый расход и плотность вещества. Если вычисленная плотность превышает заданное пороговое значение, определяют коэффициент коррекции плотности из нескомпенсированного массового расхода и информации, полученной методом подбора эмпирической кривой, связывающей плотность с ошибками в массовом расходе. Найденный коэффициент коррекции используют для вычисления массового расхода, скомпенсированного по плотности. Вычисления реализуются процессором, содержащим носитель данных для хранения соответствующих команд. Изобретения повышают точность измерения малых массовых расходов веществ с переменной плотностью. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к определению массового расхода вещества, протекающего через кориолисов расходомер. Более конкретно, настоящее изобретение относится к компенсации ошибки измеренного массового расхода, вызванной плотностью измеряемого вещества. Еще более конкретно, изобретение относится к определению, когда возникает недопустимая ошибка в массовом расходе, вызванная плотностью вещества, и компенсации этой ошибки.
Предшествующий уровень техники
Известно, что кориолисовы массовые расходомеры используются для измерения массового расхода и других параметров веществ, протекающих через трубопровод (патент США 4491025). Эти расходомеры имеют одну или большее количество расходомерных трубок изогнутой конфигурации. Каждая конфигурация расходомерной трубки в кориолисовом массовом расходомере имеет множество собственных мод колебаний, которые могут быть колебаниями просто изгибного, крутильного, радиального или связанного вида. Каждая расходомерная трубка осуществляет колебания в резонансе с одной из этих собственных форм колебаний. Собственные формы колебаний вибрирующих систем, заполненных веществом, частично определяются совокупной массой расходомерных трубок и вещества, находящегося внутри расходомерных трубок. Вещество поступает в расходомер из трубопровода, подсоединенного на входной стороне расходомера. Затем вещество направляется через расходомерную трубку или расходомерные трубки и выходит из расходомера в трубопровод, подсоединенный к выходной стороне.
Генератор возбуждающих импульсов прикладывает усилие к расходомерной трубке и вызывает колебания расходомерной трубки. При отсутствии вещества, протекающего через расходомер, все точки вдоль расходомерной трубки колеблются в одной фазе. Когда через расходомерную трубку начинает протекать вещество, кориолисовы ускорения приводят к колебанию каждой точки вдоль расходомерной трубки, причем фаза колебаний каждой точки отличается от фаз других точек вдоль расходомерной трубки. Фаза колебаний входной стороны расходомерной трубки отстает от генератора возбуждающих импульсов, в то время как фаза колебаний выходной стороны опережает генератор возбуждающих импульсов. В двух различных точках расходомерной трубки размещены датчики для формирования синусоидальных сигналов, характеризующих движение расходомерной трубки в двух точках вдоль трубки. Разность фаз двух сигналов, принимаемых от датчиков, определяется в единицах времени.
Разность фаз между двумя сигналами датчиков пропорциональна массовому расходу вещества, протекающего через расходомерную трубку или расходомерные трубки, массовый расход определяется путем умножения разности фаз на калибровочный коэффициент расхода. Калибровочный коэффициент расхода определяется характеристиками вещества и характеристиками поперечного сечения расходомерной трубки.
Проблема состоит в том, что свойства измеряемых веществ влияют на измеряемые кориолисовыми расходомерами массовые расходы. Характеристики вещества, которые могут повлиять на измеряемые массовые расходы, включают плотность, температуру, давление и вязкость. В большинстве случаев кориолисов расходомер нечувствителен к ошибкам, возникающим в зависимости от этих характеристик. В некоторых случаях электронное измерительное устройство компенсирует ошибки измеренного массового расхода, вызванные этими характеристиками. Например, электронное измерительное устройство обычно компенсирует ошибки, вызванные температурой и давлением вещества.
Иногда ошибка в массовом расходе, вызванная характеристиками вещества, при нормальных условиях эксплуатации является несущественной и не корректируется. Однако при превышении некоторого порогового значения характеристики вещества могут вызвать недопустимые ошибки. Например, в большинстве расходомеров плотность вещества не влияет на массовый расход. Однако в кориолисовых расходомерах с малым массовым расходом при превышении некоторого порогового значения плотности наблюдается ее влияние на измеряемый массовый расход.
В данном описании малый массовый расход определен как 5 фунтов в минуту или меньше. В настоящее время причина этих ошибок неизвестна.
Краткое изложение существа изобретения
Задачей настоящего изобретения является разработка способа и устройства для определения, когда плотность измеряемого вещества превышает пороговое значение, и компенсации ошибки массового расхода, вызванной плотностью вещества.
Поставленная задача решается путем создания способа и устройства для компенсации в кориолисовом расходомере ошибок в измеряемых массовых расходах, вызванных плотностью.
Одно преимущество настоящего изобретения состоит в том, что корректируются ошибки измеряемого массового расхода, связанные с плотностью. Второе преимущество изобретения состоит в том, что компенсация является более точной, чем в других системах, поскольку для определения коэффициента коррекции использованы нелинейные уравнения, которые более точно соответствуют измеряемым данным. Третье преимущество изобретения состоит в том, что компенсация может произойти только при превышении плотностью некоторого порогового значения, т.е. когда ошибка, вызванная, плотностью, превышает допустимый уровень. Это сокращает количество вычислений, необходимых для точного определения массового расхода.
Определение скомпенсированного по плотности массового расхода согласно изобретению осуществляется следующим образом. Сначала вещество протекает через вибрирующую трубку в кориолисовом расходомере. Трубка вибрирует, и датчики, прикрепленные к трубке, формируют сигналы, представляющие движение трубки. Сигналы от датчиков, прикрепленных к вибрирующей трубке, поступают в электронное измерительное устройство. Электронное измерительное устройство из принятых сигналов вычисляет нескомпенсированный массовый расход вещества. Затем с использованием нескомпенсированного массового расхода и нелинейной информации, связывающей плотность с ошибками в массовом расходе, определяется коэффициент коррекции плотности. Путем применения коэффициента коррекции плотности к нескомпенсированному массовому расходу определяется скомпенсированный по плотности массовый расход.
Согласно изобретению электронное измерительное устройство может вычислять плотность вещества из сигналов, принятых от датчиков. Затем осуществляют сравнение вычисленной плотности с пороговым значением для определения, превышает ли плотность пороговое значение. Если плотность превышает пороговое значение, то формируется скомпенсированный по плотности массовый расход. В противном случае определяют нескомпенсированный массовый расход.
В альтернативном варианте осуществления, если плотность не превышает пороговое значение, то может быть вычислен линейный коэффициент коррекции плотности с использованием нескомпенсированного массового расхода и линейной информации, связывающей ошибки в массовом расходе и плотности вещества. Скомпенсированный массовый расход может быть вычислен путем применения линейной коррекции плотности к нескомпенсированному массовому расходу.
Согласно изобретению коэффициент коррекции плотности может быть определен путем подстановки нескомпенсированного массового расхода в полиномиальное уравнение N-ого порядка, связывающее плотность с данными ошибки в массовом расходе, в котором N больше 1. Полином N-ого порядка является кривой, аппроксимирующей плотность по отношению к ошибке в измеренном массовом расходе. Полином может быть сформирован путем выполнения подбора кривой N-ого порядка (аппроксимации) плотности по отношению к данным ошибки в массовом расходе, при этом N больше 1.
Согласно одному аспекту изобретения предложен способ определения массового расхода вещества, протекающего через вибрирующую трубку, заключающийся в том, что принимают сигналы от датчиков, прикрепленных к вибрирующей трубке, определяют из упомянутых сигналов нескомпенсированный массовый расход вещества, вычисляют из сигналов плотность вещества и определяют, превышает ли плотность пороговое значение.
Если плотность превышает пороговое значение, то дополнительно определяют коэффициент коррекции плотности из нескомпенсированного массового расхода и нелинейную информацию, связывающую плотность с ошибками в массовом расходе, и вычисляют скомпенсированный по плотности массовый расход путем применения коэффициента коррекции плотности к нескомпенсированному массовому расходу.
Если плотность не превышает пороговое значение, то дополнительно выводят массовый расход, который не является скомпенсированным по плотности упомянутым коэффициентом коррекции плотности.
Предпочтительно пороговое значение плотности является величиной 1.030.
В качестве альтернативы, если плотность не превышает пороговое значение, то определяют линейный коэффициент коррекции плотности из нескомпенсированного массового расхода и линейную информацию, связывающую ошибки в массовом расходе с плотностью, и вычисляют упомянутый скомпенсированный по плотности массовый расход путем применения линейного коэффициента коррекции плотности к нескомпенсированному массовому расходу.
Предпочтительно для определения коэффициента коррекции плотности осуществляют подстановку нескомпенсированного массового расхода в полиномиальное уравнение N-ого порядка, связывающее плотность с данными ошибки в массовом расходе, в котором N больше 1.
Предпочтительно для определения полиномиального уравнения N-ого порядка дополнительно осуществляют подбор кривой N-ого порядка плотности по отношению к данным ошибки в массовом расходе, при этом N больше 1.
Предпочтительно подбор упомянутой кривой N-ого порядка включает подбор кривой методом наименьших квадратов.
Предпочтительно N равно 4.
В качестве альтернативы для определения коэффициента коррекции плотности осуществляют подстановку нескомпенсированного массового расхода и плотности в двумерное полиномиальное уравнение N-ого порядка, связывающее плотность с данными ошибки в массовом расходе, в котором N больше 1.
В качестве альтернативы для определения полинома N-ого порядка, дополнительно выполняют подбор двумерной кривой N-ого порядка плотности и нескомпенсированного массового расхода.
В качестве альтернативы подбор двумерной кривой N-ого порядка для определения двумерного полинома N-ого порядка включает подбор кривой данных для нескомпенсированного массового расхода и плотности методом наименьших квадратов.
Согласно другому аспекту изобретения электронное измерительное устройство для кориолисового расходомера, имеющего процессор для определения массового расхода, содержащего набор команд, направляемых процессору для приема сигналов от датчиков, прикрепленных к вибрирующей трубке, вычисления из сигналов нескомпенсированного массового расхода вещества, вычисления из сигналов плотности вещества и определения, превышает ли плотность пороговое значение. Если плотность превышает пороговое значение, то команды дают указание процессору определить коэффициент коррекции плотности из нескомпенсированного массового расхода и нелинейной информации, связывающей плотность с ошибками в массовом расходе, и вычислить скомпенсированный по плотности массовый расход, применяя коэффициент коррекции плотности к нескомпенсированному массовому расходу. Если плотность не превышает пороговое значение, то команды дают указание процессору определить массовый расход, не скомпенсированный по плотности коэффициентом коррекции плотности. Электронное измерительное устройство также содержит носитель данных, предназначенный для считывания процессором, на котором хранятся команды.
Предпочтительно пороговым значением плотности является величина 1.030.
В качестве альтернативы, если плотность не превышает пороговое значение, то команды дают указание процессору определить линейный коэффициент коррекции плотности из нескомпенсированного массового расхода и линейной информации, связывающей ошибки в массовом расходе с плотностью вещества, и вычислить скомпенсированный по плотности массовый расход, применяя линейную коррекцию плотности к нескомпенсированному массовому расходу.
Предпочтительно команды дают указание процессору подставить нескомпенсированный массовый расход в полиномиальное уравнение N-ого порядка, связывающее плотность с данными ошибки в массовом расходе, в котором N больше 1.
Предпочтительно для определения полиномиального уравнения N-ого порядка команды дают указание процессору выполнить подбор кривой N-ого порядка плотности по отношению к данным ошибки в массовом расходе, при этом N больше 1.
Предпочтительно команды дают указание процессору выполнить подбор кривой плотности по отношению к данным ошибки методом наименьших квадратов.
Предпочтительно N равно 4.
В качестве альтернативы команды дают указание процессору подставить нескомпенсированный массовый расход и плотность в двумерное полиномиальное уравнение N-ого порядка, связывающее плотность с данными ошибки в массовом расходе, в котором N больше 1.
В качестве альтернативы команды дают указание процессору для определения полинома N-ого порядка выполнить подбор двумерной кривой N-ого порядка плотности и нескомпенсированного массового расхода.
В качестве альтернативы команды дают указание процессору для определения двумерного полинома N-ого порядка выполнить подбор кривой данных для нескомпенсированного массового расхода и плотности методом наименьших квадратов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых
фиг.1 изображает кориолисов расходомер согласно изобретению;
фиг.2 - график, иллюстрирующий частоту появления ошибок в сравнении с массовыми расходами, для разных плотностей, согласно изобретению;
фиг.3 - первый вариант осуществления способа компенсации массового расхода для ошибок, вызванных плотностью, согласно изобретению;
фиг.4 - второй вариант осуществления способа компенсации ошибок, вызванных плотностью, согласно изобретению;
фиг.5 - процессор согласно изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение позволяет осуществить измерения массового расхода в кориолисовом расходомере и при этом компенсировать ошибки в массовом расходе, вызванные плотностью вещества. На фиг.1 изображен возможный вариант кориолисова расходомера, который обеспечивает скомпенсированный массовый расход согласно изобретению. Кориолисов расходомер 100 содержит блок 110 расходомера и электронное измерительное устройство 150. Электронное измерительное устройство 150 через выводы 120 соединено с измерительным блоком 110 для получения плотности, массового расхода, массового объемного расхода и т.д. и передает итоговую информацию об массовом расходе по тракту 125. Ниже описана структура кориолисового расходомера, хотя для специалистов очевидно, что настоящее изобретение может быть выполнено с использованием любого устройства, применяющего переменные токи нагрузки.
Вторым возможным вариантом устройства является денситометр с вибрирующей трубкой, выполненный без дополнительной возможности измерений, обеспечиваемых кориолисовым массовым расходомером.
Измерительный блок 110 содержит пару фланцев 101 и 101', коллектор 102 и трубки 103А и 103В. Генератор 104 возбуждающих импульсов, чувствительные элементы датчиков 105 и 105' и температурный датчик 107 подсоединены к трубкам 103А и 103В. Фиксирующие пластины 106 и 106' служат для определения осей W и W', относительно которых вибрирует соответствующая трубка.
Когда кориолисовый расходомер 100 устанавливается в системе трубопроводов (не показана), по которой протекает измеряемое вещество, последнее поступает в блок 110 расходомера через фланец 101, проходит через коллектор 102 и направляется в трубки 103А и 103В. Затем вещество протекает через трубки 103А и 103В и обратно в коллектор 102, и выходит из измерительного блока 110 через фланец 101'.
Трубки 103А и 103В подобраны и прикреплены соответствующим образом к коллектору 102, чтобы иметь идентичное распределение масс, моменты инерции и модули упругости по оси W-W и W'-W' изгиба соответственно. Трубки 103А-103В выходят из коллектора параллельно.
Трубки 103А-103В возбуждаются генератором 104 возбуждающих импульсов в противоположных направлениях, относительно осей W и W' изгиба, что определено как первая не совпадающая по фазе изгибная мода колебаний расходомера. Генератор 104 возбуждающих импульсов может иметь любую известную конструкцию, например электромагнит, установленный на трубке 103А напротив обмотки и на трубке 103В, подача переменного тока в который вызывает вибрацию обеих трубок. Электронным измерительным устройством 150 по линии 112 подается соответствующий сигнал возбуждения к генератору 104 возбуждающих импульсов.
Датчики 105 и 105' прикреплены по меньшей мере к одной из трубок 103А и 103В на противоположных концах трубки. При вибрации трубки 103А-103В датчики 105-105' формируют первый сигнал и второй сигнал, которые подаются в линии 111 и 111' связи. Сигнал скорости генератора возбуждающих импульсов подается в линию 112.
Температурный датчик 107 прикреплен по меньшей мере к одной трубке 103А и/или 103В. Температурный датчик 107 измеряет температуру трубки для модификации уравнений для температуры системы. По линии 111'' связи сигналы температуры от температурного датчика 107 поступают на электронное измерительное устройство 150.
Электронное измерительное устройство 150 принимает первый и второй сигналы датчиков и обрабатывает их для вычисления массового расхода, плотности или другой характеристики вещества, проходящего через измерительный блок 110. Вычисленные данные подаются по линии 125 на средства использования (не показаны). Для специалистов очевидно, что кориолисов расходомер 100 аналогичен денситометру с вибрирующей трубкой, через которую протекает жидкость или внутри которой содержится жидкость. Денситометры с вибрирующей трубкой также используют генератор возбуждающих импульсов для возбуждения вибраций трубки. Денситометры с вибрирующей трубкой обычно используют только один сигнал обратной связи, так как измерение плотности требует только измерения частоты, и не требуется измерения фазы. Настоящее изобретение в равной степени применимо для денситометров с вибрирующей трубкой.
В кориолисовом расходомере 100 электронное измерительное устройство 150 содержит два основных блока - базисную систему 170 и формирователь 160 сигналов. В стандартном электронном измерительном устройстве эти блоки размещены в одном корпусе.
Формирователь 160 сигналов содержит схему 163 возбуждения и схему 161 преобразования сигналов датчика. Для специалистов понятно, что схема 163 возбуждения и схема 161 преобразования сигналов датчиков могут представлять собой отдельные аналоговые схемы или отдельные функции, обеспеченные процессором цифровой обработки сигналов, или другими цифровыми элементами. Схема 163 возбуждения формирует возбуждающий сигнал и подает переменный ток на генератор 104 возбуждающих импульсов по линии 112 линии 120 связи.
Схема 163 возбуждения по линии 162 соединена со схемой 161 преобразования сигналов датчика. Линия 162 обеспечивает возможность схеме возбуждения изменять поступающие сигналы от датчиков для корректировки возбуждающего сигнала. Питание схемы 163 возбуждения и схемы 161 преобразования сигналов датчика осуществляется от базисной системы 170 по первому проводу 173 и второму проводу 174. Первый провод 173 и второй провод 174 могут быть частью стандартного 2-жильного кабеля, 4-жильного кабеля или частью многожильного кабеля.
Схема 161 преобразования сигналов датчика принимает входные сигналы от первого датчика 105, второго датчика 105' и температурного датчика 107 по линиям 111, 111' и 111''. Схема 161 преобразования сигналов датчика определяет частоту сигналов датчиков и также может определять характеристики вещества, протекающего через трубки 103А-103В. После определения характеристик вещества и частоты входных сигналов датчиков 105-105' формируются сигналы, включающие эту информацию, которые по линии 176 передаются на вторичный процессор 171 в базисной системе 170. В предпочтительном варианте осуществления линия 176 содержит два вывода. Однако очевидно, что линия 176 связи может быть осуществлена по первому проводу 173 и второму проводу 174.
Базисная система 170 содержит блок 172 питания и вторичный процессор 171. Блок 172 питания получает от источника электричество и преобразует его в напряжение питания. Вторичный процессор 171 принимает сигналы от схемы 161 преобразования сигналов и выполняет операции, необходимые для получения характеристик вещества, протекающего через трубки 103А-103В. Такие характеристики могут включать плотность, массовый расход и объемный расход и т.д.
Следующие действия выполняются процессором. Изобретение может быть осуществлено процессором цифровой обработки сигналов в формирователе 160 сигналов или вторичным процессором 171. На фиг.5 изображен стандартный процессор для выполнения операций заявленного изобретения.
Система 500 обработки данных содержит центральный процессор (ЦПУ, CPU) 501. ЦПУ 501 представляет собой процессор, микропроцессор или комбинацию процессора и/или микропроцессора, выполняющие команды, которые хранятся в запоминающем устройстве. Шина 502 запоминающего устройства соединяет ЦПУ 501 с запоминающим устройством для выполнения команд. К шине 502 запоминающего устройства по линии 511 подсоединено энергонезависимое запоминающее устройство, например постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, ROM) 510. В ПЗУ 510 хранятся команды настройки конфигурации и другие команды, необходимые для правильного функционирования системы 500 обработки данных. К шине 502 запоминающего устройства по линии 521 подсоединено энергозависимое запоминающее устройство, например оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM) 520. В ОЗУ 520 хранятся команды и данные, необходимые для выполнения действий, выполняемых ЦПУ 501.
Шина 503 ввода/вывода соединяет ЦПУ 501 с другими устройствами, необходимыми для выполнения команд. Аналого-цифровой (А/Ц) преобразователь 530 обеспечивает возможность приема ЦПУ 501 сигналов от аналоговой схемы, например от чувствительных элементов датчиков 105-105'. А/Ц преобразователь 530 соединен с шиной 503 ввода/вывода и принимает аналоговые сигналы от других схем (не показаны) по линии 532. Периферийное устройство 540 является устройством, выполняющим функцию, необходимую для системы 500 обработки данных, для обеспечения данных для ЦПУ 501. Периферийное устройство 540 по линии 541 соединено с шиной 503 ввода/вывода. Запоминающее устройство 550 является устройством, обеспечивающим возможность хранения дополнительных данных для системы 500 обработки данных, например накопителем на дисках и диском. Запоминающее устройство 550 по линии 551 соединено с шиной 503 ввода/вывода.
Как было указано выше, проблема состоит в том, что на измерение массового расхода, обеспечиваемое кориолисовым расходомером 100, могут воздействовать характеристики измеряемого вещества. Одной такой характеристикой является плотность вещества. Малые кориолисовы расходомеры особенно восприимчивы к ошибкам, вызванным плотностью измеряемого вещества. В этом описании под термином малый кориолисов расходомер рассматривается расходомер, имеющий расходомерные трубки с диаметром 0.130 дюймов, например кориолисов расходомер КРМ 010, выпускаемый фирмой Micro Motion INC, Колорадо.
На фиг.2 изображены диаграммы ошибки в массовых расходах веществ, имеющих разные плотности. Линия 201 изображает ошибку нескомпенсированных массовых расходов при изменении массового расхода вещества, имеющего плотность 0.9957. Линия 202 изображает ошибку в нескомпенсированных массовых расходах при изменении массового расхода веществ, имеющих плотность 0.9489. Линия 203 изображает ошибку в нескомпенсированных массовых расходах вещества, имеющего плотность 0.85284. Линия 204 изображает частоту появления ошибок в нескомпенсированных массовых расходах вещества, имеющего плотность 0.78922. Линия 205 изображает ошибку в нескомпенсированных массовых расходах веществ, имеющих плотность 0.90452.
Согласно фиг.2 вещества, имеющие плотности, близкие к 1.0, приводят к меньшему проценту ошибок, а плотности, не приближающиеся к 1.0, имеют тенденцию к наличию ошибки, превышающей 0.1%.
Из диаграммы можно видеть, что плотности, не приближающиеся к 1, приводят к неточным массовым расходам, определяемым малым расходомером. Настоящее изобретение позволяет скорректировать массовый расход путем умножения измеренного расхода на коэффициент коррекции плотности.
Коэффициент коррекции плотности может быть вычислен любым из следующих способов: путем просмотра коэффициентов коррекции, основанных на нескомпенсированных массовых расходах, путем сравнения плотности с полиномом нескорректированной плотности, подобранным методом наименьших квадратов, или путем подбора методом наименьших квадратов двумерной кривой нескорректированной плотности и массового расхода. Для определения коэффициента коррекции плотности могут быть использованы другие соответствующие способы аппроксимации данных.
Для компенсации массового расхода на ошибки, вызванные плотностью, может использоваться зависимость между плотностью и массовым расходом. На фиг.3 и 4 показаны альтернативные способы определения массового расхода с компенсацией по плотности согласно изобретению. Операции выполняются электронным измерительным устройством 150 или вторичным процессором, который принимает данные из электронного измерительного устройства 150. Процесс 300 (фиг.3) является первым альтернативным вариантом осуществления. В процессе 300 компенсация по плотности каждого измерения массового расхода осуществляется следующим способом.
Процесс 300 начинается с этапа 301 приема сигналов, определяющих массовый расход, от датчиков, прикрепленных к расходомерной трубке. Этими сигналами могут быть аналоговые сигналы, принятые непосредственно из чувствительных элементов датчиков, или цифровые сигналы, представляющие разность фаз между сигналами датчика. Это зависит от выбора и варьируется в зависимости от схем, используемых для выполнения процесса.
На этапе 302 вычисляется нескомпенсированный массовый расход. Массовый расход вычисляется известным стандартным способом, и описание вычисления расхода опущено для краткости изложения.
Затем на этапе 303 определяется коэффициент коррекции плотности. Коэффициент коррекции плотности может быть определен различными способами. Первый заключается в том, чтобы поддерживать запоминающее устройство, в котором хранится информация массового расхода и соответствующего коэффициента коррекции или скомпенсированного массового расхода. Затем может быть выполнен простой просмотр для определения коэффициента коррекции или скомпенсированного массового расхода.
Известный способ определения коэффициента коррекции состоит в подборе линейной кривой данных, или кривой первого порядка. В уравнение подставляется нескомпенсированный массовый расход, и определяется соответствующий коэффициент коррекции плотности.
Однако подбор кривой первого порядка не обеспечивает точное представление данных. Следовательно, для представления коэффициента коррекции предпочтительно сформировать полиномиальное уравнение N-ого порядка, которое лучше аппроксимирует собранные данные. Для вычисления коэффициента коррекции плотности (ККП) в уравнение подставляется нескомпенсированный массовый расход. В предпочтительном варианте осуществления определено, что лучше аппроксимируют данные полиномы 4-ого порядка, и, следовательно, использовано уравнение четвертого порядка. Однако могут быть использованы уравнения другого порядка.
Согласно предпочтительному варианту осуществления определено, что наилучшим образом аппроксимирует данные следующее уравнение 4-ого порядка:
ККП=а0+a1m+а2m2+а3m3+а4m,
где а0=+0.9983; a1=+0.0052; а2=+0.0094; а3=+0.0051; а4=-0.0008; m=нескомпенсированный массовый расход.
Второй способ определения коэффициента коррекции выполняется с использованием подбора двумерной кривой для полинома N-ого порядка. Подбор двумерной кривой является подбором кривой двух переменных данных. В этом случае кривая подбирается для массового расхода, обозначенного m, и плотности, обозначенной d. В предпочтительном варианте осуществления подбор кривой плотности и массового расхода для коэффициента коррекции осуществляется методом наименьших квадратов. Экспериментально посредством аппроксимации данных различными полиномами было определено, что коэффициент коррекции аппроксимируется полиномом четвертого.порядка плотности и массового расхода следующим уравнением:
коэффициент коррекции=а0+(a1×m)+(а2×m2 )+(а3×m3)+(а4×m4)+(а5×m×d)+(a6×d)+(а7×d2)+(a8×d3)+(a9×d4),
где a1, a2, а3, а4, a5, a6, a7, a8, а9 - коэффициенты; m=массовый расход; d=плотность.
После определения на этапе 303 коэффициента коррекции на этапе 304 коэффициент коррекции плотности применяется к нескомпенсированному массовому расходу для формирования скомпенсированного по плотности массового расхода и процесс 300 завершается.
Процесс 400 (фиг.4) иллюстрирует второй альтернативный вариант осуществления, обеспечивающий массовый расход, скомпенсированный на ошибки, вызванные плотностью. В этом варианте коэффициент коррекции плотности не может быть применен к измеренному массовому расходу, если плотность вещества находится внутри диапазона плотностей, не вносящих недопустимую ошибку в измеренный массовый расход.
Процесс 400 начинается на этапе 401 с приема сигналов, определяющих массовый расход, от датчиков, прикрепленных к расходомерной трубке. На этапе 402 сигналы используются для вычисления нескомпенсированного массового расхода. Массовый расход вычисляется известным стандартным способом.
На этапе 403 из сигналов вычисляется плотность вещества с использованием известного уравнения
где р - плотность вещества; р1 - плотность первого известного вещества, например воды; р2 - плотность второго известного вещества, например воздуха; K1 - константа первого известного вещества, например воды; К2 - константа второго известного вещества, например воздуха; τ - скорость колебания расходомерной трубки.
Затем вычисленная плотность на этапе 404 сравнивается с пороговым значением плотности. Плотность может быть больше или меньше порогового значения плотности.
Если вычисленная плотность превышает пороговое значение плотности, то на этапе 405 определяется коэффициент коррекции плотности способом, описанным выше, согласно этапу 303. Затем на этапе 406 коэффициент коррекции плотности применяется к нескомпенсированному массовому расходу, и формируется скомпенсированный массовый расход.
Если расчетная плотность не превышает пороговое значение плотности, то на этапе 420 может быть возвращен нескомпенсированный массовый расход. В качестве альтернативы, так как известно, что может быть достаточна линейная коррекция плотности, то используют линейную коррекцию. Затем на этапе 412 формируются скомпенсированный массовый расход путем применения линейного коэффициента коррекции плотности к нескомпенсированному массовому расходу.
На этапе 420 возвращается скомпенсированный массовый расход, вычисленный на этапе 406 или на этапе 412, и процесс 400 завершается.
1. Способ (300) определения массового расхода вещества, протекающего через вибрационную расходомерную трубку (103А, 103В), заключающийся в том, что принимают (301) сигналы от датчиков (105, 105'), прикрепленных к вибрационной трубке, вычисляют (302) из этих сигналов нескомпенсированный массовый расход вещества, вычисляют из этих сигналов плотность вещества, отличающийся тем, что определяют, превышает ли вычисленная плотность пороговое значение,
и если плотность превышает пороговое значение, то
определяют (303) коэффициент коррекции плотности из нескомпенсированного массового расхода и информации, полученной путем метода подбора эмпирической кривой, связывающей плотность с ошибками в массовом расходе, и вычисляют (304) скомпенсированный по плотности массовый расход путем применения коэффициента коррекции плотности к нескомпенсированному массовому расходу, и если плотность не превышает пороговое значение, то получают сигнал массового расхода, который не скомпенсирован по плотности коэффициентом коррекции плотности.
2. Способ (300) по п.1, отличающийся тем, что пороговое значение составляет 1,030.
3. Способ (300) по п.1, отличающийся тем, что для определения коэффициента коррекции плотности осуществляют подстановку нескомпенсированного массового расхода в полиномиальное уравнение N-ого порядка, связывающее плотность с данными ошибки в расходе, в котором N больше 1.
4. Способ (300) по п.3, отличающийся тем, что дополнительно выполняют подбор кривой N-ого порядка плотности по отношению к данным ошибки в расходе, где N больше 1.
5. Способ (300) по п.4, отличающийся тем, что для подбора кривой N-ого порядка используют метод наименьших квадратов.
6. Способ (300) по п.3, отличающийся тем, что N равно 4.
7. Способ (300) по п.1, отличающийся тем, что для определения коэффициента коррекции плотности осуществляют подстановку нескомпенсированного массового расхода и плотности в двумерное полиномиальное уравнение N-ого порядка, связывающее плотность с данными ошибки в массовом расходе, в котором N больше 1.
8. Способ (300) по п.7, отличающийся тем, что дополнительно для определения полинома N-ого порядка выполняют подбор двумерной кривой N-ого порядка плотности и нескомпенсированного массового расхода.
9. Способ (300) по п.8, отличающийся тем, что для подбора двумерной кривой N-ого порядка для определения двумерного полинома N-ого порядка выполняют подбор кривой данных для нескомпенсированного массового расхода и плотности методом наименьших квадратов.
10. Электронное измерительное устройство (150) для кориолисового расходомера (110), имеющее процессор (500), обеспечивающий определение массового расхода и содержащий носитель (550) данных для считывания, предназначенный для хранения команд, выполняемых процессором (500): принять сигналы от датчиков (105, 105'), прикрепленных к расходомерной трубке (103А, 103В), вычислить из сигналов нескомпенсированный массовый расход вещества, вычислить из сигналов плотность вещества, отличающееся тем, что носитель (550) данных предназначен также для хранения дополнительных команд для выполнения процессором: определить, превышает ли плотность пороговое значение, если плотность превышает пороговое значение, то определить коэффициент коррекции плотности из нескомпенсированного массового расхода и нелинейной информации, связывающей плотность с ошибками в массовом расходе, и вычислить скомпенсированный по плотности массовый расход путем применения коэффициента коррекции плотности к нескомпенсированному массовому расходу, и если плотность не превышает пороговое значение, то вывести массовый расход, который не скомпенсирован по плотности коэффициентом коррекции плотности.
11. Электронное измерительное устройство (150) по п.10, отличающееся тем, что пороговое значение составляет 1,030.
12. Электронное измерительное устройство (150) по п.10, отличающееся тем, что команды для определения коэффициента коррекции плотности содержат дополнительную команду: подставить нескомпенсированный массовый расход в полиномиальное уравнение N-ого порядка, связывающее плотность с данными ошибки в расходе, в котором N больше 1.
13. Электронное измерительное устройство (150) по п.12, отличающееся тем, что процессор (500) дополнительно имеет возможность выполнения операции подбора кривой N-ого порядка плотности по отношению к данным ошибки в расходе, при этом N больше 1.
14. Электронное измерительное устройство (150) по п.13, отличающееся тем, что команды для выполнения подбора упомянутой кривой N-ого порядка содержат дополнительно команду: выполнить подбор кривой методом наименьших квадратов.
15. Электронное измерительное устройство (150) по п.12, отличающееся тем, что N равно 4.
16. Электронное измерительное устройство (150) по п.10, отличающееся тем, что команды для определения коэффициента коррекции плотности содержат дополнительную команду: подставить нескомпенсированный массовый расход и плотность в двумерное полиномиальное уравнение N-ого порядка, связывающее плотность с данными ошибки в расходе, в котором N больше 1.
17. Электронное измерительное устройство (150) по п.16, отличающееся тем, что команды дополнительно содержат команду: для определения полинома N-ого порядка выполнить подбор двумерной кривой N-ого порядка плотности и нескомпенсированного массового расхода.
18. Электронное измерительное устройство (150) по п.19, отличающееся тем, что команды для выполнения подбора двумерной кривой N-ого порядка дополнительно содержат команду: выполнить подбор кривой данных для нескомпенсированного массового расхода и плотности методом наименьших квадратов.
