Измерительная электроника и способы для обработки сигналов датчиков для многофазного проточного материала в расходомере

Измерительная электроника (20) кориолисового расходомера, через который протекает многофазный материал, включает в себя интерфейс (201) для приема сигналов (210 и 211) первого и второго датчиков. Система (203) обработки данных, входящая в состав измерительной электроники (20), выполнена с возможностью приема сигнала (210) первого датчика и сигнала (211) второго датчика, формирования первого девяностоградусного фазового сдвига (213) из сигнала (210) первого датчика и формирования второго девяностоградусного фазового сдвига (214) из сигнала (211) второго датчика, вычисления частоты (221) с использованием одного из первого девяностоградусного фазового сдвига (213) или второго девяностоградусного фазового сдвига (214), вычисления разности (220) фаз с использованием одного или более из первого девяностоградусного фазового сдвига (213) и второго девяностоградусного фазового сдвига (214), и вычисления одного или более из массового расхода (223), плотности (224) или объемного расхода (225) многофазного потока. Система (203) обработки данных также формирует мгновенную плотность потока для определения одного или более из содержания (1427) жидкости или содержания (1428) газа. Изобретение обеспечивает повышение точности измерения. 3 н. и 36 з.п. ф-лы, 27 ил.

 

Текст описания приведен в факсимильном виде.

1. Измерительная электроника (20) для обработки сигналов датчиков для многофазного проточного материала в расходомере (5), содержащая:
интерфейс (201) для приема сигнала (210) первого датчика и сигнала (211) второго датчика для многофазного проточного материала; и
систему (203) обработки данных, находящуюся на связи с интерфейсом (201), и выполненную с возможностью приема сигнала (210) первого датчика и сигнала (211) второго датчика из интерфейса (201), формирования первого девяностоградусного фазового сдвига (213) из сигнала (210) первого датчика и формирования второго девяностоградусного фазового сдвига (214) из сигнала (211) второго датчика, вычисления частоты (221) с использованием одного из первого девяностоградусного фазового сдвига (213) или второго девяностоградусного фазового сдвига (214), вычисления разности (220) фаз с использованием одного или более из первого девяностоградусного фазового сдвига (213) и второго девяностоградусного фазового сдвига (214), и вычисления одного или более из массового расхода (223), плотности (224) или объемного расхода (225) для многофазного проточного материала.

2. Измерительная электроника (20) по п.1, причем интерфейс включает в себя дискретизатор (202), выполненный с возможностью оцифровки сигнала датчика.

3. Измерительная электроника (20) по п.1, причем система (203) обработки данных является дополнительно выполненной с возможностью определения одной или более из доли расхода (1425) газа или доли расхода (1426) жидкости в многофазном проточном материале.

4. Измерительная электроника (20) по п.1, причем формирование содержит использование преобразования Гильберта для формирования первого девяностоградусного фазового сдвига (213) и второго девяностоградусного фазового сдвига (214).

5. Измерительная электроника (20) по п.1, причем вычисление частоты (221) содержит вычисление частоты (221) из сигнала (210) первого датчика и первого девяностоградусного фазового сдвига (213).

6. Измерительная электроника (20) по п.1, причем вычисление разности (220) фаз содержит вычисление разности (220) фаз из сигнала (210) первого датчика, первого девяностоградусного фазового сдвига (213) и сигнала (211) второго датчика.

7. Измерительная электроника (20) по п.1, причем вычисление разности (220) фаз содержит вычисление разности (220) фаз из сигнала (210) первого датчика, первого девяностоградусного фазового сдвига (213), сигнала (211) второго датчика и второго девяностоградусного фазового сдвига (214).

8. Измерительная электроника (20) по п.1, причем система (203) обработки данных является дополнительно выполненной с возможностью разложения частоты (221) на по меньшей мере частотную составляющую (1412) газа и частотную составляющую (1416) флюида, определения одного или более из объемного содержания газа (1418) или содержания (1427) жидкости по частотной характеристике (1410) и одной или более из частотной составляющей (1412) газа и частотной составляющей (1416) флюида, определения одной или более из плотности (1422) жидкой фазы жидкого проточного компонента многофазного проточного материала или плотности (1421) газовой фазы газового проточного компонента с использованием объемного содержания газа (1418), и определения одной или более из доли расхода (1425) газа многофазного проточного материала или доли расхода (1426) жидкости с использованием одного или более из объемного содержания газа (1418) или содержания (1427) жидкости.

9. Измерительная электроника (20) по п.8, причем разложение содержит обработку частотной характеристики (1410) одним или более фильтрами, которые, по существу, отфильтровывают одну из частотной составляющей (1412) газа и частотной составляющей (1416) флюида.

10. Измерительная электроника (20) по п.8, причем разложение содержит фильтрацию частотной характеристики (1410) первым фильтром, который, по существу, отфильтровывает частотную составляющую (1412) газа и, по существу, пропускает частотную составляющую (1416) флюида, и фильтрацию частотной характеристики (1410) вторым фильтром, который, по существу, отфильтровывает частотную составляющую (1416) флюида и, по существу, пропускает частотную составляющую (1412) газа, при этом первый фильтр выдает частотную составляющую (1416) флюида, а второй фильтр выдает частотную составляющую (1412) газа.

11. Измерительная электроника (20) по п.8, причем определение одного или более из объемного содержания газа (1418) или фракции (1427) жидкости содержит расчет общей плотности (1420) по частотной характеристике (1410), расчет (1422) плотности флюидного компонента по частотной составляющей (1416) флюида, расчет плотности (1421) газового компонента по частотной составляющей (1412) газа и расчет объемного содержания газа (1418) в качестве отношения плотности (1422) флюидного компонента минус общая плотность (1420), деленные на плотность (1422) флюидного компонента минус плотность (1421) газового компонента.

12. Измерительная электроника (20) по п.1, причем система (203) обработки данных является дополнительно выполненной с возможностью разложения частотной характеристики (1410) на по меньшей мере частотную составляющую (1412) газа и частотную составляющую (1416) флюида, определения общей плотности (1420) по частотной характеристике (1410), определения плотности газа (1421) по частотной составляющей (1412) газа, определения объемного содержания газа (1418) по частотной характеристике (1410) и одной или более из частотной составляющей (1412) газа и частотной составляющей (1416) флюида, и определения массовой доли (1419) по объемному содержанию газа (1418), умноженному на отношение плотности (1421) газа, деленной на общую плотность(1420).

13. Измерительная электроника (20) по п.12, причем система (203) обработки является дополнительно выполненной с возможностью определения массового расхода (223) проточного материала по частотной характеристике (1410) и определения по меньшей мере одной из массы первого проточного компонента и массы второго проточного компонента с использованием массовой доли (1419) и массового расхода (223).

14. Измерительная электроника (20) по п.1, причем система (203) обработки данных дополнительно является выполненной с возможностью возведения в квадрат частотной характеристики (1410), чтобы формировать возведенную в квадрат частотную характеристику, обращения возведенной в квадрат частотной характеристики, чтобы формировать, по существу, мгновенную плотность струи потока, сравнения, по существу, мгновенной плотности струи потока с по меньшей мере одной из предопределенной плотности (1421) газа, которая представляет содержание (1428) газа в проточном материале, и предопределенной плотности (1422) жидкости, которая представляет содержание (1427) жидкости, и определения одного или более из содержания (1427) жидкости или содержания (1428) газа из сравнения.

15. Способ обработки сигналов датчиков для многофазного проточного материала в расходомере (5), причем способ содержит этапы, на которых: принимают сигнал (210) первого датчика и сигнал (211) второго датчика для многофазного проточного материала;
формируют первый девяностоградусный фазовый сдвиг (213) из сигнала (210) первого датчика и формируют второй девяностоградусный фазовый сдвиг (214) из сигнала (211) второго датчика;
вычисляют частоту (221) с использованием одного из первого девяностоградусного фазового сдвига (213) и второго девяностоградусного фазового сдвига (214);
вычисляют разность (220) фаз с использованием одного из первого девяностоградусного фазового сдвига (213) и второго девяностоградусного фазового сдвига (214); и
вычисляют одно или более из массового расхода (223), плотности (224) или объемного расхода (225) для многофазного проточного материала.

16. Способ по п.15, в котором определяют одну или более из доли расхода (1425) газа или доли расхода (1426) жидкости в многофазном проточном материале.

17. Способ по п.15, причем формирование состоит в том, что используют преобразование Гильберта для формирования первого девяностоградусного фазового сдвига (213) и второго девяностоградусного фазового сдвига (214).

18. Способ по п.15, причем вычисление частоты (221) состоит в том, что вычисляют частоту (221) из сигнала (210) первого датчика и первого девяностоградусного фазового сдвига (213).

19. Способ по п.15, причем вычисление разности (220) фаз состоит в том, что вычисляют разность (220) фаз из сигнала (210) первого датчика, первого девяностоградусного фазового сдвига (213) и сигнала (211) второго датчика.

20. Способ по п.15, причем вычисление разности (220) фаз состоит в том, что вычисляют разность (220) фаз из сигнала (210) первого датчика, первого девяностоградусного фазового сдвига (213), сигнала (211) второго датчика и второго девяностоградусного фазового сдвига (214).

21. Способ по п.15, дополнительно содержащий этапы, на которых: раскладывают частоту (221) на по меньшей мере частотную составляющую (1412) газа и частотную составляющую (1416) флюида;
определяют одно или более из объемного содержания газа (1418) или содержания (1427) жидкости по частотной характеристике (1410) и одной или более из частотной составляющей (1412) газа и частотной составляющей (1416) флюида;
определяют одну или более из плотности (1422) жидкой фазы жидкостного проточного компонента многофазного проточного материала или плотности (1421) газовой фазы газового проточного компонента с использованием объемного содержания газа (1418); и определяют одну или более из доли расхода (1425) газа многофазного проточного материала или доли расхода (1426) жидкости с использованием одного или более из объемного содержания газа (1418) или содержания (1427) жидкости.

22. Способ по п.21, причем разложение состоит в том, что обрабатывают частотную характеристику (1410) одним или более фильтрами, которые, по существу, отфильтровывают одну из частотной составляющей (1412) газа и частотной составляющей (1416) флюида.

23. Способ по п.21, причем разложение состоит в том, что:
фильтруют частотную характеристику (1410) первым фильтром, который, по существу, отфильтровывает частотную составляющую (1412) газа и, по существу, пропускает частотную составляющую (1416) флюида; и
фильтруют частотную характеристику (1410) вторым фильтром, который, по существу, отфильтровывает частотную составляющую (1416) флюида и, по существу, пропускает частотную составляющую (1412) газа;
при этом первый фильтр выдает частотную составляющую (1416) флюида, а второй фильтр выдает частотную составляющую (1412) газа.

24. Способ по п.21, причем определение одного или более из объемного содержания газа (1418) или содержания (1427) жидкости состоит в том, что:
рассчитывают общую плотность (1420) по частотной характеристике (1410);
рассчитывают плотность (1422) флюидного компонента по частотной составляющей (1416) флюида;
рассчитывают плотность (1421) газового компонента по частотной составляющей (1412) газа; и
рассчитывают объемное содержание газа (1418) в качестве отношения плотности (1422) флюидного компонента минус общая плотность (1420), деленные на плотность (1422) флюидного компонента минус плотность (1421) газового компонента.

25. Способ по п.15, дополнительно содержащий этапы, на которых:
раскладывают частотную характеристику (1410) на по меньшей мере частотную составляющую (1412) газа и частотную составляющую (1416) флюида;
определяют общую плотность (1420) по частотной характеристике (1410);
определяют плотность (1421) газа по частотной составляющей (1412) газа;
определяют объемное содержание газа (1418) по частотной характеристике (1410) и одной или более из частотной составляющей (1412) газа и частотной составляющей (1416) флюида; и
определяют массовую долю (1419) по объемному содержанию газа (1418), умноженному на отношение плотности (1421) газа, деленной на общую плотность(1420).

26. Способ по п.25, дополнительно содержащий этапы, на которых:
определяют массовый расход (223) проточного материала по частотной характеристике (1410); и
определяют по меньшей мере одну из массы первого проточного компонента и массы второго проточного компонента с использованием массовой доли (1419) и массового расхода (223).

27. Способ по п.15, дополнительно содержащий этапы, на которых:
возводят в квадрат частотную характеристику (1410), чтобы сформировать возведенную в квадрат частотную характеристику;
обращают возведенную в квадрат частотную характеристику, чтобы сформировать, по существу, мгновенную плотность струи потока;
сравнивают, по существу, мгновенную плотность струи потока с по меньшей мере одной из предопределенной плотности (1421) газа, которая представляет содержание (1428) газа в проточном материале, и предопределенной плотности (1422) жидкости, которая представляет содержание (1427) жидкости; и из сравнения определяют одно или более из содержания (1427) жидкости или содержания (1428) газа.

28. Способ обработки сигналов датчиков для многофазного проточного материала в расходомере (5), причем способ содержит этапы, на которых:
принимают сигнал (210) первого датчика и сигнал (211) второго датчика для многофазного проточного материала;
формируют первый девяностоградусный фазовый сдвиг (213) из сигнала (210) первого датчика и формируют второй девяностоградусный фазовый сдвиг (214) из сигнала (211) второго датчика;
вычисляют частоту (221) с использованием одного из первого девяностоградусного фазового сдвига (213) или второго девяностоградусного фазового сдвига (214);
вычисляют разность (220) фаз с использованием одного из первого девяностоградусного фазового сдвига (213) и второго девяностоградусного фазового сдвига (214);
вычисляют одно или более из массового расхода (223), плотности (224) или объемного расхода (225) для многофазного проточного материала; и вычисляют одну или более из доли расхода (1426) жидкости или доли расхода (1425) газа в многофазном проточном материале.

29. Способ по п.28, причем формирование состоит в том, что используют преобразование Гильберта для формирования первого девяностоградусного фазового сдвига (213) и второго девяностоградусного фазового сдвига (214).

30. Способ по п.28, причем вычисление частоты (221) состоит в том, что вычисляют частоту (221) из сигнала (210) первого датчика и первого девяностоградусного фазового сдвига (213).

31. Способ по п.28, причем вычисление разности (220) фаз состоит в том, что вычисляют разность (220) фаз из сигнала (210) первого датчика, первого девяностоградусного фазового сдвига (213) и сигнала (211) второго датчика.

32. Способ по п.28, причем вычисление разности (220) фаз состоит в том, что вычисляют разность (220) фаз из сигнала (210) первого датчика, первого девяностоградусного фазового сдвига (213), сигнала (211) второго датчика и второго девяностоградусного фазового сдвига (214).

33. Способ по п.28, дополнительно содержащий этапы, на которых:
раскладывают частоту (221) на по меньшей мере частотную составляющую (1412) газа и частотную составляющую (1416) флюида;
определяют одно или более из объемного содержания газа (1418) или содержания (1427) жидкости по частотной характеристике (1410) и одной или более из частотной составляющей (1412) газа и частотной составляющей (1416) флюида;
определяют одну или более из плотности (1422) жидкой фазы жидкостного проточного компонента многофазного проточного материала или плотности (1421) газовой фазы газового проточного компонента с использованием объемного содержания газа (1418); и
определяют одну или более из доли расхода (1425) газа многофазного проточного материала или доли расхода (1426) жидкости с использованием одного или более из объемного содержания газа (1418) или содержания (1427) жидкости.

34. Способ по п.33, причем разложение состоит в том, что обрабатывают частотную характеристику (1410) одним или более фильтрами, которые, по существу, отфильтровывают одну из частотной составляющей (1412) газа и частотной составляющей (1416) флюида.

35. Способ по п.33, причем разложение состоит в том, что:
фильтруют частотную характеристику (1410) первым фильтром, который, по существу, отфильтровывает частотную составляющую (1412) газа и, по существу, пропускает частотную составляющую (1416) флюида; и
фильтруют частотную характеристику (1410) вторым фильтром, который, по существу, отфильтровывает частотную составляющую (1416) флюида и, по существу, пропускает частотную составляющую (1412) газа;
при этом первый фильтр выдает частотную составляющую (1416) флюида, а второй фильтр выдает частотную составляющую (1412) газа.

36. Способ по п.33, причем определение одного или более из объемного содержания газа (1418) или содержания (1427) жидкости состоит в том, что:
рассчитывают общую плотность (1420) по частотной характеристике (1410);
рассчитывают плотность (1422) флюидного компонента по частотной составляющей (1416) флюида;
рассчитывают плотность (1421) газового компонента по частотной составляющей (1412) газа; и
рассчитывают объемное содержание газа (1418) в качестве отношения плотности (1422) флюидного компонента минус общая плотность (1420), деленные на плотность (1422) флюидного компонента минус плотность (1421) газового компонента.

37. Способ по п.28, дополнительно содержащий этапы, на которых:
раскладывают частотную характеристику (1410) на по меньшей мере частотную составляющую (1412) газа и частотную составляющую (1416) флюида;
определяют общую плотность (1420) по частотной характеристике (1410);
определяют плотность (1421) газа по частотной составляющей (1412) газа;
определяют объемное содержание газа (1418) по частотной характеристике (1410) и одной или более из частотной составляющей (1412) газа и частотной составляющей (1416) флюида; и
определяют массовую долю (1419) по объемному содержанию газа (1418), умноженному на отношение плотности (1421) газа, деленной на общую плотность(1420).

38. Способ по п.37, дополнительно содержащий этапы, на которых:
определяют массовый расход (223) проточного материала по частотной характеристике (1410); и
определяют по меньшей мере одну из массы первого проточного компонента и массы второго проточного компонента с использованием массовой доли (1419) и массового расхода (223).

39. Способ по п.28, дополнительно содержащий этапы, на которых:
возводят в квадрат частотную характеристику (1410), чтобы сформировать возведенную в квадрат частотную характеристику;
обращают возведенную в квадрат частотную характеристику, чтобы сформировать, по существу, мгновенную плотность струи потока,
сравнивают, по существу, мгновенную плотность струи потока с по меньшей мере одной из предопределенной плотности (1421) газа,
которая представляет содержание (1428) газа в проточном материале, и предопределенной плотности (1422) жидкости, которая представляет содержание (1427) жидкости; и из сравнения определяют одно или более из содержания (1427) жидкости или содержания (1428) газа.