Способ и устройство для определения температуры элемента вибрационного датчика вибрационного измерителя

Авторы патента:


Способ и устройство для определения температуры элемента вибрационного датчика вибрационного измерителя
Способ и устройство для определения температуры элемента вибрационного датчика вибрационного измерителя
Способ и устройство для определения температуры элемента вибрационного датчика вибрационного измерителя
Способ и устройство для определения температуры элемента вибрационного датчика вибрационного измерителя
Способ и устройство для определения температуры элемента вибрационного датчика вибрационного измерителя
Способ и устройство для определения температуры элемента вибрационного датчика вибрационного измерителя
Способ и устройство для определения температуры элемента вибрационного датчика вибрационного измерителя

Владельцы патента RU 2545081:

МАЙКРО МОУШН, ИНК. (US)

Способ для определения температуры элемента (204A, 205A, 205'A) вибрационного датчика, подсоединенного к трубопроводу (203A, 203B) вибрационного измерителя (200). Способ содержит этап подачи сигнала (313) определения температуры на элемент (204A, 205A, 205'A) вибрационного датчика. Способ также содержит этап измерения результирующего сигнала (314), при этом результирующий сигнал содержит по меньшей мере одно из напряжения и тока. Способ дополнительно содержит этап определения температуры элемента (204A, 205A, 205'A) датчика на основании сигнала (313) определения температуры и результирующего сигнала (314). Технический результат - обеспечение возможности определения температуры датчика, которая затем может быть использована для определения температуры трубопровода, к которому он подсоединен. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к вибрационным измерителям и, более конкретно, к способу и устройству для определения температуры элемента вибрационного датчика вибрационного измерителя.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Вибрационные датчики, например, вибрационные денситометры и расходомеры Кориолиса, хорошо известны и используются для измерения массового расхода и получения другой информации о материалах внутри трубопровода. Материал может течь или может быть неподвижным. Примерные расходомеры Кориолиса раскрыты в патенте США 4109524, патенте США 4491025, и Re. 31450, все авторства J.E.Smith и др. Эти расходомеры имеют один или несколько трубопроводов, прямой или изогнутой конфигурации. Каждая конфигурация трубопровода в массовом расходомере Кориолиса имеет набор собственных колебательных мод, которые могут быть простыми, изгибными, крутильными или связанного типа. В каждом трубопроводе могут быть возбуждены колебания с предпочтительной модой.

Материал втекает в расходомер из подсоединенного подающего трубопровода со стороны впускного отверстия расходомера, направляется через трубопровод(-ы) и выходит из расходомера со стороны выпускного отверстия расходомера. Собственные колебательные моды вибрирующей, заполненной материалом системы определяются отчасти объединенной массой трубопроводов и материала, текущего внутри трубопроводов.

Когда поток через расходомер отсутствует, возбуждающая сила, приложенная к трубопроводу(-ам), заставляет все точки вдоль трубопровода(-ов) осциллировать с одинаковой фазой, или с малым "нулевым смещением", которое представляет собой временную задержку, измеренную при нулевом потоке. Как только материал начинает течь через расходомер, силы Кориолиса приводят к тому, что каждая точка вдоль трубопровода(-ов) имеет отличающуюся фазу. Например, фаза на впускном отверстии расходомера отстает от фазы в центрированном положении возбудителя, тогда как фаза на выпускном отверстии опережает фазу в центрированном положении возбудителя. Тензочувствительные датчики на трубопроводе(-ах) производят синусоидальные сигналы, представляющие движение трубопровода(-ов). Выдаваемые тензочувствительными датчиками сигналы обрабатываются для определения временной задержки между тензочувствительными датчиками. Временная задержка между двумя или несколькими тензочувствительными датчиками пропорциональна массовому расходу материала, текущего через трубопровод(-ы).

Электроника измерителя, соединенная с возбудителем, формирует сигнал возбуждения для приведения возбудителя в действие и определяет массовый расход и другие свойства материала по сигналам, принятым от тензочувствительных датчиков. Возбудитель может содержать одну из многих известных конструкций; однако магнит и противостоящая катушка возбуждения получили наибольшее распространение в индустрии вибрационных измерителей. Примеры подходящих конфигураций катушки возбуждения и магнита предоставлены в патенте США 7287438, а также в патенте 7628083, права на которые принадлежат Micro Motion, Inc. и которые, тем самым, включены в настоящий документ посредством ссылки. Переменный ток передается на катушку возбуждения, чтобы заставить вибрировать трубопровод(-ы) с желаемой амплитудой и частотой расходомера. В данной области техники известно, что для тензочувствительных датчиков обеспечивают конструкцию из магнита и катушки, очень похожую на конструкцию возбудителя. Однако в то время когда возбудитель принимает ток, который индуцирует движение, тензочувствительные датчики могут использовать обеспечиваемое возбудителем движение, чтобы индуцировать напряжение. Величина временной задержки, измеряемая тензочувствительными датчиками, очень мала и часто измеряется в наносекундах. Поэтому необходимо иметь очень точный выходной сигнал преобразователя.

На Фиг. 1 показан пример узла 5 вибрационного датчика в виде расходомера Кориолиса, содержащего расходомер 10 и электронику 20 измерителя. Электроника 20 измерителя соединена с расходомером 10 для измерения параметров текущего материала, например плотности, массового расхода, объемного расхода, суммарного массового расхода, температуры и другой информации.

Расходомер 10 включает в себя пару фланцев 101 и 101', манифольды 102 и 102' и трубопроводы 103A и 103B. Манифольды 102, 102' прикреплены к противоположным концам трубопроводов 103A, 103B. Фланцы 101 и 101' расходомера Кориолиса предшествующего уровня техники прикрепляются к противоположным концам разделителя 106. Разделитель 106 поддерживает определенное расстояние между манифольдами 102 и 102', чтобы предотвратить нежелательные колебания в трубопроводах 103A и 103B. Трубопроводы 103A и 103B продолжаются наружу от манифольд по существу параллельно друг другу. Когда расходомер 10 вставляется в трубопроводную систему (не показана), которая переносит текучий материал, материал входит в расходомер 10 через фланец 101, проходит через впускной манифольд 102, где суммарное количество материала направляется в трубопроводы 103A и 103B, протекает через трубопроводы 103A и 103B и назад в выпускной манифольд 102', где выходит из расходомера 10 через фланец 101'.

Расходомер 10 предшествующего уровня техники включает в себя возбудитель 104. Возбудитель 104 прикреплен к трубопроводам 103A, 103B в положении, где возбудитель 104 может возбудить колебания трубопроводов 103A, 103B в моде возбуждения, например. Более конкретно, возбудитель 104 включает в себя первый элемент возбудителя (не показан), прикрепленный к трубопроводу 103A, и второй элемент возбудителя (не показан), прикрепленный к трубопроводу 103B. Возбудитель 104 может содержать одну из многих известных конфигураций, например катушку, установленную на трубопроводе 103A, и противостоящий магнит, установленный на трубопроводе 103B.

В настоящем примере расходомера Кориолиса предшествующего уровня техники, мода возбуждения представляет собой первую несинфазную изгибную моду и трубопроводы 103A и 103B выбраны и соответственно смонтированы на впускном манифольде 102 и выпускном манифольде 102' так, чтобы обеспечить сбалансированную систему, имеющую по существу то же самое массовое распределение, моменты инерции, и модули упругости относительно изгибных осей W-W и W'-W' соответственно. В настоящем примере, где мода возбуждения представляет собой первую несинфазную изгибную моду, трубопроводы 103A и 103B приводятся в движение возбудителем 104 в противоположных направлениях относительно их соответствующих изгибных осей W-W и W'-W'. Сигнал возбуждения в виде переменного тока может обеспечиваться электроникой 20 измерителя, например, по проводящему пути 110 и пропущен через катушку, чтобы возбудить колебания обоих трубопроводов 103A, 103B. Специалистам в данной области техники должно быть ясно, что в расходомере Кориолиса предшествующего уровня техники могут быть использованы и другие моды возбуждения.

Показанный расходомер 10 включает в себя пару тензочувствительных датчиков 105, 105', которые прикреплены к трубопроводам 103A, 103B. Более конкретно, первый элемент тензочувствительного датчика (не показан) расположен на трубопроводе 103A, и второй элемент тензочувствительного датчика (не показан) расположен на трубопроводе 103B. В показанном примере тензочувствительные датчики 105, 105' могут быть электромагнитными детекторами, например тензочувствительными магнитами и тензочувствительными катушками, которые производят тензочувствительные сигналы, представляющие скорость перемещения и положение трубопроводов 103A, 103B. Например тензочувствительные датчики 105, 105' могут подавать тензочувствительные сигналы в электронику 20 измерителя по проводящим путям 111, 111'. Специалистам в данной области техники должно быть ясно, что перемещение трубопроводов 103A, 103B пропорционально определенным параметрам текущего материала, например массовому расходу и плотности материала, текущего через трубопроводы 103A, 103B.

В показанном на Фиг. 1 примере электроника 20 измерителя принимает тензочувствительные сигналы от тензочувствительных датчиков 105, 105'. Путь 26 обеспечивает средство ввода и вывода, которое позволяет электронике 20 измерителя взаимодействовать с оператором. Электроника 20 измерителя измеряет характеристики текущего материала, например разность фаз, частоту, временную задержку, плотность, массовый расход, объемный расход, суммарный массовый расход, температуру, проверку измерителя и другую информацию. Более конкретно, электроника 20 измерителя принимает один или несколько сигналов, например, от тензочувствительных датчиков 105, 105' и от одного или нескольких температурных датчиков 130.

Вследствие относительно малой фазовой задержки, а также из-за очень точных измерений, обеспечиваемых расходомерами Кориолиса, температура, по меньшей мере, одного из технологических трубопроводов обычно измеряется с использованием устройства измерения температуры, например с помощью резистивного детектора температуры (RTD) 130. Если температура исследуемого материала не изменяется быстро, то температура технологического трубопровода относится к температуре исследуемого материала и пропорциональна тепловому импедансу между флюидом, RTD, и окружающей температурой. Поэтому если температура трубопровода может быть измерена, то температура флюида может быть определена с приемлемой степенью определенности, которая может зависеть от конкретного применения. Поэтому вибрационные измерители предшествующего уровня техники, например расходомер Кориолиса 10 предшествующего уровня техники, используют хорошо известный RTD 130 для измерения температуры технологического трубопровода. В некоторых системах предшествующего уровня техники выполняются многократные измерения с помощью множества RTD, чтобы получить измерения температуры трубопровода, окружающего трубопроводы кожуха, стягивающих скоб и т.д.

RTD широко используются для обеспечения точного измерения температуры. RTD работает посредством подачи электрической энергии на RTD и вычисления сопротивления RTD. Это обычно делается посредством пропускания известного тока через RTD и измерения результирующего напряжения для вычисления сопротивления. Сопротивление RTD прямо пропорционально температуре. Например, многие RTD делаются из платины, которая имеет относительно линейный температурный коэффициент сопротивления, составляющий приблизительно 0,0039/°C. Поэтому RTD может быть откалиброван для обеспечения температуры на основании определенного сопротивления RTD. RTD имеют преимущество благодаря их точности, стабильности, достаточной линейности и имеют широкий температурный диапазон. Вместе с тем один из главных недостатков использования RTD заключается в увеличении стоимости, связанной с применением RTD. Увеличение стоимости возникает из-за стоимости самого RTD, а также из-за необходимости обработки сигналов с низкими уровнями сигнала, типичных для RTD. Хотя увеличение стоимости, связанное с RTD, и может быть обоснованным в некоторых ситуациях, в иных ситуациях не требуется непрерывное измерение температуры или высокая точность, обеспечиваемая RTD. В частности, это ситуации, где температура технологического флюида остается относительно стабильной. В этой ситуации RTD может не требоваться, поскольку ожидаемый диапазон изменения температуры относительно ограничен и температурные воздействия снижены по сравнению с измерениями объема или плотности.

Поэтому в данной области техники имеется потребность в предоставлении возможности измерения температуры, по меньшей мере, одного из трубопроводов вибрационного измерителя, используя существующий элемент датчика. А именно, имеется потребность в предоставлении возможности измерения температуры, не требующей дополнительного элемента, такого как RTD 130 расходомера Кориолиса 10 предшествующего уровня техники. Настоящее изобретение решает эти и другие проблемы и обеспечивает достижение усовершенствования в данной области техники.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с вариантом осуществления изобретения обеспечивается способ для определения температуры элемента вибрационного датчика, подсоединенного к трубопроводу вибрационного измерителя. Способ содержит этапы подачи сигнала определения температуры на элемент вибрационного датчика и измерения результирующего сигнала. В соответствии с вариантом осуществления изобретения способ дополнительно содержит этап определения температуры элемента датчика на основании сигнала определения температуры и результирующего сигнала.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения обеспечивается способ для формирования величины корреляции между отношением напряжение-ток и температурой элемента датчика, подсоединенного к трубопроводу вибрационного датчика. Способ содержит этап подачи тестового сигнала на элемент датчика. Способ дополнительно содержит этапы измерения первого результирующего сигнала и определения первого отношения напряжение-ток на основании тестового сигнала и результирующего сигнала. В соответствии с вариантом осуществления изобретения способ дополнительно содержит этапы измерения первой температуры элемента датчика и сохранения первого определенного отношения напряжение-ток с первой измеренной температурой.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения обеспечивается электроника измерителя для вибрационного измерителя, включающего в себя один или несколько трубопроводов и один или несколько элементов датчика, подсоединенных к одному или нескольким трубопроводам. Электроника измерителя включает в себя систему обработки, сконфигурированную для подачи сигнала определения температуры на элемент датчика из числа одного или нескольких элементов датчика. Система обработки дополнительно сконфигурирована для измерения результирующего сигнала. В соответствии с вариантом осуществления изобретения способ дополнительно сконфигурирован для определения температуры элемента датчика на основании сигнала определения температуры и результирующего сигнала.

АСПЕКТЫ

В соответствии с аспектом изобретения способ для определения температуры элемента вибрационного датчика, подсоединенной к трубопроводу вибрационного измерителя, содержит этапы:

подачи сигнала определения температуры на элемент вибрационного датчика;

измерения результирующего сигнала; и

определения температуры элемента датчика на основании сигнала определения температуры и результирующего сигнала.

Предпочтительно этап определения температуры элемента датчика содержит:

определение отношения напряжение-ток из сигнала определения температуры и измеренного результирующего сигнала; и

определение температуры датчика на основании корреляции между определенным отношением напряжение-ток и температурой.

Предпочтительно сигнал определения температуры содержит переменный ток на частоте, по существу равной резонансной частоте трубопровода вибрационного измерителя, включающего в себя технологический флюид, и причем способ дополнительно содержит этапы:

удаления сигнала определения температуры на заданный промежуток времени;

измерения напряжения;

определения противоэлектродвижущей силы; и

компенсации противоэлектродвижущей силы в отношении напряжение-ток.

Предпочтительно сигнал определения температуры содержит переменный ток на частоте, отличной от резонансной частоты трубопровода вибрационного измерителя, включающего в себя технологический флюид.

Предпочтительно сигнал определения температуры содержит переменный ток на частоте, по существу равной резонансной частоте трубопровода вибрационного измерителя, включающего в себя технологический флюид.

Предпочтительно сигнал определения температуры содержит переменный ток, а результирующий сигнал содержит напряжение.

Предпочтительно сигнал определения температуры содержит фиксированное напряжение, а результирующий сигнал содержит ток.

Предпочтительно элемент датчика содержит катушку возбуждения.

Предпочтительно элемент датчика содержит катушку тензочувствительного датчика.

В соответствии с другим аспектом изобретения способ для формирования величины корреляции между отношением напряжение-ток и температурой элемента датчика, подсоединенного к трубопроводу вибрационного датчика, содержит этапы:

подачи тестового сигнала на элемент датчика;

измерения первого результирующего сигнала;

определения первого отношения напряжение-ток на основании тестового сигнала и результирующего сигнала;

измерения первой температуры элемента датчика; и

сохранение первого определенного отношения напряжение-ток с первой измеренной температурой.

Предпочтительно способ дополнительно содержит этапы:

измерения второй температуры элемента датчика; и

если вторая температура элемента датчика изменилась больше чем на пороговую величину относительно первой температуры, то измерения второго результирующего сигнала для определения, по меньшей мере, второго отношения напряжение-ток; и

сохранения второго отношения напряжение-ток со второй температурой.

Предпочтительно элемент датчика содержит катушку возбуждения.

Предпочтительно элемент датчика содержит катушку тензочувствительного датчика.

Предпочтительно тестовый сигнал содержит переменный ток, а результирующий сигнал содержит результирующее напряжение.

Предпочтительно тестовый сигнал содержит фиксированное напряжение, а результирующий сигнал содержит результирующий ток.

В соответствии с другим аспектом изобретения электроника измерителя для вибрационного измерителя, включающего в себя один или несколько трубопроводов и один или несколько элементов датчика, подсоединенных к одному или нескольким трубопроводам, включает в себя систему обработки, сконфигурированную для:

подачи сигнала определения температуры на элемент датчика из числа одного или нескольких элементов датчика;

измерения результирующего сигнала; и

определения температуры элемента датчика на основании сигнала определения температуры и результирующего сигнала.

Предпочтительно система обработки дополнительно сконфигурирована для:

определения отношения напряжение-ток на основании сигнала определения температуры и результирующего сигнала; и

определения температуры элемента датчика на основании корреляции между определенным отношением напряжение-ток и температурой.

Предпочтительно сигнал определения температуры содержит переменный ток на частоте, по существу равной резонансной частоте трубопровода вибрационного измерителя, включающего в себя технологический флюид, и система обработки дополнительно сконфигурирована для:

удаления сигнала определения температуры на заданный промежуток времени;

измерения напряжения;

определения противоэлектродвижущей силы; и

компенсации противоэлектродвижущей силы в отношении напряжение-ток.

Предпочтительно сигнал определения температуры содержит переменный ток на частоте, отличной от резонансной частоты трубопровода вибрационного измерителя, включающего в себя технологический флюид.

Предпочтительно сигнал определения температуры содержит переменный ток на частоте, по существу равной резонансной частоте трубопровода вибрационного измерителя, включающего в себя технологический флюид.

Предпочтительно сигнал определения температуры содержит переменный ток, и результирующий сигнал содержит напряжение.

Предпочтительно сигнал определения температуры содержит фиксированное напряжение, а результирующий сигнал содержит ток.

Предпочтительно элемент датчика содержит катушку возбуждения.

Предпочтительно элемент датчика содержит катушку тензочувствительного датчика.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 изображает узел датчика Кориолиса предшествующего уровня техники.

Фиг. 2 - вибрационный измеритель в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.3 - электроника измерителя в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 4 - процедура определения температуры в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 5 - график корреляции между сопротивлением и температурой для катушки возбуждения в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 6 - процедура температурного сигнала возбуждения в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 7 - процедура корреляции температуры в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 2-7 и нижеследующее описание демонстрируют конкретные примеры для пояснения специалистам в данной области техники того, как реализовать и использовать наилучший вариант изобретения. С целью пояснения принципов изобретения некоторые известные аспекты были упрощены или исключены. Специалисты в данной области техники увидят возможные вариации этих примеров, которые находятся в пределах объема изобретения. Специалисты в данной области техники увидят, что описанные ниже признаки могут быть различным образом скомбинированы, образуя множественные вариации изобретения. Таким образом, изобретение не ограничивается описанными ниже конкретными примерами, а только формулой изобретения и ее эквивалентами.

На Фиг. 2 показан вибрационный измеритель 200, выполненный в форме измерителя, содержащего узел 210 датчика и один или несколько электронных компонентов 220 измерителя. Вибрационный измеритель 200 может содержать расходомер Кориолиса, объемный расходомер, вибрационный денситометр, и т.д. Поэтому настоящее изобретение не должно быть ограничено расходомерами Кориолиса. Электроника 220 измерителя соединена с узлом 210 датчика с помощью соединительных кабелей 215 для измерения одного или нескольких параметров вещества, например плотности флюида, массового расхода, объемного расхода, суммарного массового расхода, температуры, и другой информации по пути 226. Элементы, общие с расходомером 5 предшествующего уровня техники, имеют подобные цифровые обозначения, которые, однако, начинаются с "2", а не с "1". Например, трубопроводы предшествующего уровня техники обозначались как 103A и 103B, тогда как трубопроводы настоящего изобретения обозначаются как 203A и 203B.

Кроме того, возбудитель 204 показан как содержащий первую часть 204A и вторую часть 204B. В одном примерном варианте осуществления первая часть 204A содержит катушку, тогда как вторая часть 204B содержит магнит. Первая и вторая части 204A, 204B подсоединены к трубопроводам 203A, 203B соответственно в соответствии с известными методиками, например пайкой твердым припоем, склейкой, сваркой, соединением связующим веществом, механическим крепежом, и т.д. Следует отметить, что первая и вторая части 204A, 204B не ограничены комбинацией катушка-магнит, а могут содержать другие известные системы возбуждения, которые принимают электрический сигнал возбуждения, и испытывают электрическое сопротивление, которое может коррелироваться с температурой, как описано ниже. Другой пример может содержать пьезоэлектрическую систему возбуждения. Поэтому хотя в описании рассматриваются возбудитель и тензочувствительные катушки 204A, 205A, 205Ά, следует отметить, что могут быть использованы и другие типы элементов датчика. В дополнение к возбудителю 204, показанному как содержащий два отдельных элемента, тензочувствительные датчики 205, 205' показаны как содержащие первую и вторую части 205A, 205B, 205'А, и 205'B. Подобно возбудителю 204 тензочувствительные датчики 205, 205' могут содержать комбинации магнит-катушка, в которых катушка содержится в первых частях 205A, 205'A, а магнит содержится во вторых частях 205B, 205'B.

Хотя вибрационный измеритель 200 показан как содержащий два трубопровода 203A, 203B, следует отметить, что вибрационный измеритель 200 может содержать больше или меньше двух трубопроводов. Например, если вибрационный измеритель 200 представляет собой систему с единственным трубопроводом, первые части возбудителя и тензочувствительных датчиков 204A, 205A, 205'В могут быть подсоединены к трубопроводу, тогда как их вторые части 204B, 205B, и 205'B могут быть подсоединены к стационарному объекту, например. Поэтому участок возбудителя 204 и тензочувствительные датчики 205, 205', которые связаны с электроникой 220 измерителя с помощью соединительных кабелей 210, 211, 211', могут быть подсоединены к единственному трубопроводу. Кроме того, хотя трубопроводы 203A, 203B показаны как содержащие изогнутые трубопроводы, вибрационный измеритель 200 может содержать трубопроводы прямой конфигурации.

Вибрационный измеритель 200 работает во многом так же, как и расходомер 5 предшествующего уровня техники, за исключением получения измерения температуры одного или нескольких трубопроводов 203A, 203B. Как рассмотрено выше, вибрационные измерители предшествующего уровня техники определяют температуру посредством подсоединения RTD к трубопроводу, подачи тока на RTD и измерения результирующего напряжения. Результирующее напряжение наряду с подаваемым током используется для определения сопротивление RTD. Сопротивление RTD затем сопоставляется (определяется корреляция) с определенной температурой. Как можно видеть, вибрационный измеритель 200 настоящего изобретения не включает в себя RTD. Преимуществом является, что связанные с RTD повышение стоимости, проводные соединения и соответствующая схемотехника устраняются. Вместе с тем для вибрационного измерителя 200 настоящего изобретения также может быть желательным измерение температуры, которое в соответствии с вариантом осуществления изобретения может быть получено посредством определения температуры одного или нескольких элементов датчика, как описано более подробно ниже. В данной заявке "элементы датчика" представляют собой преобразователи, используемые для приложения вибрации на или приема вибрации от одного или нескольких вибрационных трубопроводов 203A, 203B. Примерами элементов датчика являются катушки возбуждения, например катушка 204 возбуждения, тензочувствительные катушки, например тензочувствительные 205A, 205Ά катушки, фотодиодные тензочувствительные датчики, пьезоэлектрические возбудители, и т.д. Температура, по меньшей мере, одной из элементов 204A, 205A, 205Ά вибрационного датчика может быть определена в соответствии с одной или несколькими рабочими процедурами, обеспечиваемыми электроникой 220 измерителя. Из температуры элемента датчика может быть определена температура трубопровода 203A, 203B, а также и температура технологического флюида внутри трубопроводов 203A, 203B.

На Фиг. 3 показана электроника 220 измерителя в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Электроника 220 измерителя может включать в себя интерфейс 301 и систему 303 обработки. Система 303 обработки может включать в себя систему 304 хранения. Система 304 хранения может содержать внутреннюю память, как это показано, или альтернативно может содержать внешнюю память. Электроника 220 измерителя может формировать сигнал 311 возбуждения и подавать сигнал 311 возбуждения на возбудитель 204 и, более конкретно, на катушку 204 возбуждения через соединительный провод 210, показанный на Фиг. 2. Электроника 220 измерителя может также формировать сигнал 313 определения температуры и подавать сигнал 313 определения температуры на катушку 204A возбуждения. Кроме того, электроника 220 измерителя может принимать сигналы 310 датчика от расходомера 210, например от тензочувствительных датчиков 205, 205', через соединительные провода 211, 211′, показанные на Фиг. 2. В некоторых вариантах осуществления сигналы 310 датчика могут приниматься от возбудителя 204. Такая конфигурация известна из патента США 6230104, который принадлежит Micro Motion, Inc. и, тем самым, включен в настоящий документ посредством ссылки. Электроника 220 измерителя может работать как денситометр или может работать как массовый расходомер, включая и работу в качестве массового расходомера Кориолиса. Следует отметить, что электроника 220 измерителя может также работать в качестве узла вибрационного датчика некоторого другого типа и предоставленные конкретные примеры не должны ограничивать объем притязаний настоящего изобретения. Электроника 220 измерителя может обрабатывать сигналы 310 датчика для получения одного или нескольких параметров потока материала, текущего через трубопроводы 203A, 203B. В некоторых вариантах осуществления электроника 220 измерителя может также обрабатывать сигналы 310 датчика для определения отношения напряжение-ток (V/I) для определения температуры одного или более из возбудителя 204 или тензочувствительных датчиков 205, 205', как рассматривается подробнее ниже.

Интерфейс 301 может принимать сигналы 310 датчика от возбудителя 204 или тензочувствительных датчиков 205, 205' через соединительные провода 210, 211, 211'. Интерфейс 301 может осуществить любую необходимую или желаемую обработку сигналов, например любого рода форматирование, усиление, буферизацию, и т.д. Альтернативно некоторые или все из операций обработки сигналов могут выполняться в системе 303 обработки. Кроме того, интерфейс 301 может обеспечивать взаимодействие между электроникой 220 измерителя и внешними устройствами. Интерфейс 301 может быть пригоден для любого рода электронной, оптической, или беспроводной связи.

Интерфейс 301 в одном варианте осуществления может включать в себя цифровой преобразователь (не показан), если сигналы 310 датчика содержат аналоговые сигналы датчика. Цифровой преобразователь может дискретизировать и оцифровывать аналоговые сигналы датчика и формировать цифровые сигналы датчика. Цифровой преобразователь может также выполнять любое необходимое прореживание сигнала, при котором цифровой сигнал датчика прореживается для уменьшения объема необходимой обработки сигналов и для сокращения времени обработки.

Система 303 обработки может выполнять операции электроники 220 измерителя и обработать измерения расхода, получаемые от расходомера 210. Система 303 обработки может выполнять обработку данных, требуемую для осуществления одной или нескольких процедур обработки, например процедуры 313 определения температуры, процедуры 318 температурного сигнала возбуждения и процедуры 320 корреляции температуры, а также обрабатывать измерения расхода, чтобы получить один или несколько параметров расхода, которые скомпенсированы относительно температуры.

Система 303 обработки может содержать универсальный компьютер, микропроцессорную систему, логическую схему или некоторое другое универсальное или специальное устройство обработки. Система 303 обработки может быть распределена по множеству устройств обработки. Система 303 обработки может включать в себя любого рода интегральный или независимый электронный носитель данных, например систему 304 хранения.

Следует понимать, что электроника 220 измерителя может включать в себя различные другие элементы и функции, которые являются общеизвестными в данной области техники. Эти дополнительные признаки для краткости исключены из описания и чертежей. Поэтому настоящее изобретение не следует ограничивать конкретными рассмотренными и показанными вариантами осуществления.

Когда система 303 обработки формирует различные параметры потока, например массовый расход или объемный расход, то может возникать ошибка определяемого параметра вследствие изменения температуры технологического флюида, изменения температуры трубопроводов 203A, 203B или и того и другого. Например, изменение температуры трубопроводов может влиять на калибровочный коэффициент (FCF) расходомера, который используется для получения массового расхода в соответствии с уравнением (1), например.

m ˙ = F C F ( Δ t m e a s u r e d − Δ t 0 ) (1),

Где m ˙ - массовый расход;

FCF - калибровка расхода;

Δ t m e a s u r e d - измеренная задержка по времени между тензочувствительными датчиками 205, 205'; и

Δ t 0 - начальная задержка по времени между тензочувствительными датчиками при нулевом потоке.

На калибровочный коэффициент расхода влияет модуль упругости трубопроводов 203A, 203B среди прочего. Модуль упругости трубопроводов 203A, 203B изменяется с температурой. Поэтому если температура трубопроводов 203A, 203B не учитывается, калибровочный коэффициент расхода может оказаться неточным, приводя к неточным измерениям расхода.

Как рассмотрено выше в связи с Фиг. 1, при работе вибрационного измерителя 200 сигнал 311 возбуждения, обычно в виде переменного тока, может обеспечиваться электроникой 220 измерителя для возбуждения катушки возбудителя 204 через проводящий путь 210. Поскольку сопротивление катушки 204A, используемой для возбудителя 204, изменяется с температурой аналогично RTD, то если сопротивление (или импеданс, при использовании переменного тока) катушки, которая подсоединена к одному из трубопроводов 203A, 203B, может быть определено, то и температура катушки также может быть определена на основании предварительно рассчитанной корреляции, например. Как только система достигает установившегося состояния, температура катушки становится по существу равной температуре трубопровода 203A, 203B. Установившееся состояние может быть достигнуто быстро, когда трубопроводы хорошо изолированы кожухом измерителя (не показан), например. Как только достигается установившееся состояние с температурой технологического флюида, температура трубопроводов 203A, 203B может быть по существу равной температуре технологического флюида.

В соответствии с одним вариантом осуществления возбудитель 204 и соединительный провод 210 могут быть описаны как схема, которая возбуждается переменным током, подаваемым в виде сигнала 311 возбуждения и/или сигнала 313 определения температуры. В соответствии с законом Ома, когда переменный ток подается на схему, результирующее напряжение зависит от импеданса схемы, в данном случае импеданса катушки 204A возбуждения. Это можно видеть из уравнения (2).

V=(R+j2πfL)I (2)

Где V - напряжение;

R - сопротивление;

j - квадратный корень из -1;

f - частота переменного тока;

L - индуктивность катушки 204A; и

I - ток.

Уравнение (2) может быть преобразовано для решения относительно импеданса (R+j2πfL).

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения катушка может возбуждаться постоянным током, а не переменным током. Как можно заметить, если используется постоянный ток, уравнение (2) переходит в уравнение (3), поскольку сигнал постоянного тока не чувствителен к какой-либо индуктивности.

V=RI (3)

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, чтобы упростить вычисление в случае приложения к катушке 204A возбуждения переменного тока, членом индуктивного сопротивления (j2πfL) можно пренебречь. Это может быть допустимо тогда, когда частота переменного тока относительно мала и активное сопротивление является существенно большим. Например, типичный сигнал 311 возбуждения может иметь частоту приблизительно 250 Гц, но если частота сигнала, обеспечиваемого катушке для определения температуры, снижена приблизительно до 100 Гц, слагаемым индуктивного сопротивления можно пренебречь. Следовательно, поскольку импеданс часто может быть упрощен до активного сопротивления, последующее описание относится к отношению напряжение-ток (V/I) в предположении активного "сопротивления", даже если обеспечивается АС сигнал, если иное не оговорено специально. Специалистам в данной области техники должно быть очевидным, что для желаемой большей точности индуктивность катушки 204A может быть учтена путем использования известной индуктивности L для подаваемого сигнала, или вычислением слагаемого индуктивного сопротивления (j2πfL) на основании частоты АС сигнала и индуктивности катушки, определенных во время начальной калибровки, например.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения температура, по меньшей мере, одного из трубопроводов 203A, 203B, может быть определена в соответствии с одним из нижеследующих способов. В каждом из описанных ниже способов температура определяется из сигнала определения температуры, который может содержать сигнал возбуждения и измеренный результирующий сигнал. В соответствии с вариантом осуществления изобретения температура определяется из корреляции между отношением V/I и температурой соответствующего элемента датчика, а не корреляции между сопротивлением RTD и температурой. Преимуществом является то, что настоящее изобретение использует для определения температуры существующий элемент датчика.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения электроника 220 измерителя может быть сконфигурирована для определения температуры, по меньшей мере, одного из элементов датчика 204A, 205A, 205Ά в соответствии с процедурой 312 определения температуры.

На Фиг. 4 показана процедура 312 определения температуры в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Процедура 312 определения температуры начинается на этапе 401, на котором на элемент датчика подается сигнал 313 определения температуры. В соответствии с вариантом осуществления изобретения элемент датчика содержит катушку 204A возбуждения. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения элемент датчика содержит катушку тензочувствительного датчика, например тензочувствительные катушки 205A или 205Ά. Поэтому в некоторых вариантах осуществления электроника 220 измерителя может быть сконфигурирована, чтобы и подавать сигнал на тензочувствительные датчики 205, 205', и принимать сигнал от тензочувствительных датчиков 205, 205'. Хотя для определенности изложения процедура 312 определения температуры описана для случая подачи сигнала на катушку 204A возбуждения, настоящее изобретение не следует ограничивать этим.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения сигнал 313 определения температуры отличается от сигнала 311 возбуждения, подаваемого на катушку 204A возбуждения во время нормальной работы. Однако в соответствии с другими вариантами осуществления сигнал определения температуры представляет собой сигнал 311 возбуждения. Сигнал 313 определения температуры может быть подан на катушку 204A возбуждения вместо сигнала 311 возбуждения или в дополнение к сигналу 311 возбуждения. Например сигнал 313 определения температуры может быть совмещен с сигналом 311 возбуждения. Альтернативно, если сигнал 312 определения температуры подается на один из тензочувствительных датчиков 205, 205', сигнал 311 возбуждения может все еще подаваться на возбудитель 204.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения сигнал 313 определения температуры содержит переменный ток с известной амплитудой и частотой. Однако в других вариантах осуществления сигнал 313 определения температуры вместо этого может содержать фиксированное напряжение. В соответствии с вариантом осуществления изобретения сигнал 313 определения температуры содержит частоту, которая отличается от резонансной частоты заполненных флюидом трубопроводов, которая обычно представляет собой частоту сигнала 311 возбуждения. Предпочтительно сигнал 313 определения температуры имеет частоту ниже частоты сигнала 311 возбуждения; однако сигнал 313 определения температуры может содержать частоту выше частоты сигнала 311 возбуждения. Например, для U-образных трубопроводов, как показано на Фиг. 2, сигнал 311 возбуждения обычно обеспечивается с частотой около 250 Гц (сигнал возбудителя может приближаться по частоте или превышать частоту 1000 Гц для вибрационного измерителя с прямым трубопроводом). Однако в соответствии с вариантом осуществления изобретения сигнал 313 определения температуры может обеспечиваться на частоте около 100 Гц.

На этапе 402 измеряется результирующий сигнал. В соответствии с вариантами осуществления, когда сигнал определения температуры содержит переменный ток или постоянный ток, результирующий сигнал может содержать напряжение Vc на концах катушки 204A. Напряжение Vc на концах катушки может быть определено, например, с использованием вольтметра (не показан). Вольтметр может представлять собой интегральный элемент электронного 220 измерителя или представлять собой внешний элемент. Альтернативно, если сигнал 313 определения температуры содержит фиксированное напряжение, результирующий сигнал может содержать ток и может измеряться, например, амперметром. В еще одном варианте осуществления результирующий сигнал может содержать сопротивление, которое может быть определено, например, с использованием омметра (не показан). Напряжение Vc рассматривается для определенности.

На основании сигнала определения температуры и результирующего сигнала температура элемента датчика может быть определена на этапе 403. В соответствии с вариантом осуществления изобретения температура элемента датчика может быть определена на основании отношения напряжение-ток, V/I. Используя вышеприведенное уравнение (3), отношение напряжение-ток может быть сведено к сопротивлению катушки 204A возбуждения. Отношение V/I может быть сведено к сопротивлению или импедансу. В любом случае отношение V/I будет изменяться с температурой. Поэтому для температуры может быть получена корреляция (соответствие) с определяемым отношением V/I, используя справочные таблицы, диаграммы, графики, уравнения и т.д. Корреляция может быть сохранена в системе 304 хранения и может извлекаться, когда это необходимо. Поэтому, как показано на Фиг. 3, система 304 хранения может включать в себя справочную таблицу 315, уравнение 316 корреляции температуры или график 317. Примером подходящего уравнения корреляции является уравнение (4).

R=Rref[l+α(T-Tref)] (4)

Где R - определяемое сопротивление;

Rref - сопротивление при опорной температуре;

α - температурный коэффициент сопротивления для материала проводника;

T - температура; и

Tref - опорная температура.

Поэтому если опорное сопротивление для катушки 204A возбуждения определено при опорной температуре во время начальной калибровки, уравнение (4) может быть преобразовано для решения относительно T на основании сопротивления, определенного на этапе 403. Температурный коэффициент сопротивления α катушки 204A возбуждения будет основан на материале, используемом для катушки возбуждения, который обычно представляет собой медь или подобные известные металлы или сплавы. Медь имеет температурный коэффициент сопротивления α приблизительно 0,004/°C. Как пример вычисления, если катушка 204A возбуждения содержит медь, то Rref при опорной температуре 20°C определяется как 25 Ом. При подаваемом токе 0,005 A, измеренное опорное напряжение при 20°C составляло 0,125 В, что дает опорное сопротивление 25 Ом (0,125 В/0,005 A). Если тот же самый ток 0,005 A обеспечивается на катушку 204A возбуждения и измеряется напряжение 0,152 В, сопротивление катушки 204A возбуждения увеличивается до 30,4 Ом. Используя уравнение (4), преобразованное для решения относительно температуры, температура катушки получается равной 74,0°C. Если достигается установившийся режим, температура катушки 204A возбуждения приблизительно равна температуре трубопровода 203B, как рассмотрено выше, которая связана с температурой технологического флюида. Поэтому процедура 312 определения температуры может быть использована для получения измерения температуры трубопровода 203B, используя элемент датчика, в этом случае катушку 204A возбуждения. Кроме того, в установившемся режиме температура трубопровода 203B будет приблизительно равна температуре технологического материала в трубопроводе, тем самым обеспечивается хорошая оценка температуры технологического флюида в пределах трубопроводов.

Как упомянуто выше, температура также может быть сопоставлена по корреляции с V/I, или сопротивлением, используя график. На Фиг. 5 показан график 500 корреляции, который связывает сопротивление катушки с температурой катушки. Поэтому в некоторых вариантах осуществления сигнал определения температуры может быть подан на элемент датчика и результирующий сигнал может содержать сопротивление, определяемое омметром (не показан). Омметр может входить в состав электронного 220 измерителя или быть внешней составляющей частью для электронного 220 измерителя. Поэтому график 500 корреляции может обеспечить прямую корреляцию между сопротивлением катушки, определенным омметром и температурой катушки без необходимости определения отношения V/I.

По-другому, корреляция может быть представлена в виде справочной таблицы, как предоставлено в приведенной ниже таблице 1.

Таблица 1
Сопротивление катушки, Ом Температура, °С
3 -200,0
6 -170,0
9 -140,0
12 -110,0
15 -80,0
18 -50,0
21 -20,0
24 10,0
27 40,0
30 70,0
33 100,0
36 130,0
39 160,0

Таблица 1 может быть создана во время выполнения процедуры начальной калибровки, причем катушка поддерживается при различных заданных температурах, используя, например, термостатируемую печь. Температура может альтернативно или дополнительно контролироваться устройством измерения температуры, например RTD. Таблица 1 была получена с использованием того же самого подаваемого тока, как описано выше для уравнения корреляции. Как можно заметить, температура может быть получена интерполяцией, используя определенное сопротивление 30,4 Ом, получается температура 74,0°C

70+ ( ( 100 − 70 ) ( 33 − 30 ) ( 30 , 4 − 30 ) = 74 )

Хотя вышеприведенные примеры предоставляют корреляцию (взаимосвязь) между сопротивлением и температурой, могут быть использованы и другие корреляционные соответствия. Например, подобное корреляционное соответствие может быть альтернативно обеспечено между импедансом и температурой, чтобы учесть слагаемое индуктивного сопротивления в уравнении (2). Поэтому в некоторых вариантах осуществления представляющим интерес значением является отношение V/I, а не обязательно только сопротивление. Поэтому справочная таблица или график могут содержать корреляцию V/I относительно температуры. Однако если используется этот подход, может быть получена более точная калибровка, если ток имеет ту же самую частоту и значение силы тока во время получения корреляции, как они есть при операции учета слагаемого индуктивного сопротивления в уравнении (2), которое изменяется с индуктивностью катушки и частотой.

В вышеприведенном примере сигнал 313 определения температуры содержал переменный ток на частоте, отличной от частоты сигнала 311 возбуждения. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения сигнал 313 определения температуры вместо этого может быть подан на элемент датчика с фиксированным напряжением. В соответствии с этим вариантом осуществления с использованием амперметра может быть измерен результирующий ток, а не напряжение, для определения отношения напряжение-ток (V/I). В соответствии с еще одним вариантом осуществления сигнал 313 определения температуры может содержать сигнал постоянного тока. В этом варианте осуществления импеданс фактически нулевой и нет необходимости в его оценке или в пренебрежении им.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения электроника 220 измерителя может использовать сигнал 311 возбуждения для определения температуры катушки 204A возбуждения, используя процедуру 317 температурного сигнала возбуждения вместо подачи специального вторичного сигнала. Иначе говоря, сигнал 313 определения температуры может содержать сигнал 311 возбуждения.

На Фиг. 6 показана процедура 317 температурного сигнала возбуждения в соответствии с вариантом осуществления изобретения. В соответствии с вариантом осуществления изобретения электроника 220 измерителя может быть сконфигурирована для выполнения процедуры 317 температурного сигнала возбуждения. В соответствии с вариантом осуществления изобретения процедура 317 температурного сигнала возбуждения начинается на этапе 601, когда сигнал определения температуры подается на катушку 204A возбуждения. В соответствии с вариантом осуществления изобретения сигнал определения температуры может содержать сигнал 311 возбуждения, подаваемый на катушку 204A возбуждения. В соответствии с вариантом осуществления изобретения сигнал 311 возбуждения может содержать переменный ток с известной амплитудой и частотой. Сигнал 311 возбуждения, используемый в процедуре 317 температурного сигнала возбуждения, может содержать тот же самый сигнал 311 возбуждения, что и используемый во время нормальной работы вибрационного измерителя 200. Сигнал 311 возбуждения может обеспечиваться для приведения в вибрацию одного или нескольких трубопроводов 203A, 203B на резонансной частоте заполненного технологическим флюидом трубопровода.

На этапе 602 результирующее напряжение определяется так, как рассмотрено выше.

На этапе 603 сигнал 311 возбуждения удаляется на заданный промежуток времени. Сигнал 311 возбуждения падает до нуля, поскольку сигнал 311 возбуждения подается на резонансной частоте заполненных флюидом трубопроводов. Следовательно, с сигналом 311 возбуждения, подаваемым на катушку 204A возбуждения, трубопроводы 203A, 203B колеблются на резонансной частоте. В результате на измеренное напряжение Vc влияет ток сигнала возбуждения, сопротивление на концах катушки возбуждения, индуктивность катушки возбуждения, а также противоэлектродвижущая сила (EMF), которая представляет собой напряжение, противодействующее току, как это представлено в уравнении (5).

Vc=I(R+j2πfL)+backEMF (5)

Где Vc - напряжение;

I - ток;

R - сопротивление;

j - квадратный корень из -1;

f - частота сигнала возбуждения; и

L - индуктивность катушки возбуждения.

Обратная EMF присутствует, поскольку трубопроводы колеблются в резонансе. Поэтому если сигнал 311 возбуждения временно удаляется, R, L и I падают до нуля.

На этапе 604 напряжение на концах катушки 204A возбуждения может быть определено еще раз. Напряжение Vc может быть определено подобным же образом, как рассмотрено выше для этапа 402. С временно удаленным сигналом 311 возбуждения и снова измеренным напряжением обратная EMF может быть определена на этапе 605. С определенной обратной EMF в отношении V/I, используя определенное на этапе 602 напряжение, может быть скомпенсирована обратная EMF для определения сопротивления катушки. Например, корреляция между отношением V/I и температурой может не включать в себя обратную EMF. Поэтому обратная EMF может быть вычтена из отношения V/I для получения правильного отношения V/I, используемого для корреляции.

На этапе 606 определяется сопротивление катушки 204A возбуждения. Более конкретно, определяется отношение V/I. Как и в ранее рассмотренном варианте осуществления, когда рассматривалось "сопротивление", если индуктивность L катушки возбуждения известна, то может быть рассчитан импеданс, а не сопротивление.

На этапе 607 температура катушки 204A возбуждения может быть определена так, как рассмотрено выше.

В рассмотренных выше вариантах осуществления предварительно определялась корреляция между V/I и температурой или некоторой вариацией. Однако может оказаться желательным обновить или найти начальную корреляцию для вибрационного измерителя в соответствии с рассмотренной ниже процедурой 320 корреляции.

На Фиг. 7 показана процедура 320 корреляции в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Процедура 330 корреляции может быть выполнена электроникой 220 измерителя, например. Процедура 330 корреляции может быть выполнена пользователем или оператором. Процедура 330 корреляции может быть выполнена производителем. Процедура 320 корреляции может быть выполнена для формирования величины корреляции между отношением V/I и температурой одного или нескольких элементов датчика вибрационного измерителя. Например, процедура 320 корреляции может быть выполнена для формирования величины корреляции между сопротивлением катушки 204A возбуждения и температурой катушки 204A возбуждения.

Процедура 320 корреляции начинается на этапе 701, когда тестовый сигнал подается на элемент датчика, которым в данном случае предполагается катушка 204A возбуждения. Тестовый сигнал может содержать переменный ток, например. Альтернативно тестовый сигнал может содержать фиксированное напряжение или постоянный ток.

На этапе 702 измеряется первый результирующий сигнал. Результирующий сигнал может содержать напряжение в случае, когда тестовый сигнал содержит переменный ток. Альтернативно результирующий сигнал может содержать измеренный ток, если в качестве тестового сигнала подается фиксированное напряжение.

На этапе 703 первое отношение V/I определяется на основании тестового сигнала и первого результирующего сигнала. В некоторых вариантах осуществления отношение V/I может содержать сопротивление элемента датчика. В других вариантах осуществления отношение V/I может содержать импеданс элемента датчика. Еще в других вариантах осуществления отношение V/I может содержать комбинацию сопротивления и/или импеданса и/или обратную EMF.

На этапе 704 измеряется первая температура. Температура может быть измерена устройством измерения температуры, например с помощью RTD или термопары. Устройство измерения температуры может быть подсоединено к элементу датчика или может быть установлено вблизи элемента датчика. В некоторых вариантах осуществления процедура 320 корреляции может осуществляться, когда достигнуто установившееся состояние, так что температура устройства измерения температуры представляет собой температуру элемента датчика. Температура также может контролироваться выполнением калибровки в термостатируемой камере.

На этапе 705 первое отношение V/I сохраняется с первой измеренной температурой.

На этапе 706 температура измеряется еще раз для получения второго измерения температуры. Если вторая температура отличается от первой измеренной температуры больше чем на пороговое значение, процедура 320 корреляции может возвратиться на этап 702, где определяется второй результирующий сигнал. Если вторая температура оказывается той же самой, что и ранее измеренная температура, или она находится в пределах порогового различия, процедура 320 корреляции может завершиться. Температура системы может варьироваться для получения множества корреляций между отношением V/I и температурой. Множество корреляций может быть сохранено различным образом, включая в себя таблицы, диаграммы, графики, уравнения, и т.д., которые могут быть извлечены во время использования для определения температуры элемента датчика.

Рассмотренное выше настоящее изобретение предоставляет способ и устройство для определения температуры элемента датчика вибрационного измерителя. В отличие от подходов предшествующего уровня техники, которые требуют использования дополнительного элемента, например RTD, настоящее изобретение использует корреляцию между V/I и температурой непосредственно элемента датчика. Преимуществом является то, что может быть определена температура элемента датчика, которая может затем быть использована для определения температуры трубопровода, к которому элемент датчика подсоединен. Устраняя потребность в RTD, могут быть исключены затраты, связанные с RTD, а также связанные с проводным соединением.

Подробные описания вышеупомянутых вариантов осуществления не являются исчерпывающим описанием всех вариантов осуществления, рассматриваемых изобретателями как находящиеся в пределах объема изобретения. Действительно, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что некоторые элементы вышеописанных вариантов осуществления могут быть по-разному объединены или устранены, чтобы создать дополнительные варианты осуществления, и такие дополнительные варианты осуществления находятся в пределах объема и принципов изобретения. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что вышеописанные варианты осуществления могут быть объединены полностью или частично, чтобы создать дополнительные варианты осуществления в пределах объема и принципов изобретения.

Таким образом, хотя конкретные варианты осуществления и соответствующие примеры изобретения рассмотрены здесь в иллюстративных целях, в рамках объема изобретения возможны различные эквивалентные модификации, как будет понятно специалистам в данной области техники. Представленные здесь принципы могут быть применены к другим вибрационным измерителям, а не только к рассмотренным выше и показанным на сопровождающих чертежах вариантам осуществления. Соответственно, объем изобретения должен определяться нижеследующей формулой изобретения.

1. Способ для определения температуры элемента вибрационного датчика, подсоединенного к трубопроводу вибрационного измерителя, содержащий этапы:
подачи сигнала определения температуры на элемент вибрационного датчика, при этом сигнал определения температуры содержит по меньшей мере одно из переменного тока и фиксированного напряжения;
измерения результирующего сигнала, при этом сигнал определения температуры содержит переменный ток, а результирующий сигнал содержит напряжение либо сигнал определения температуры содержит напряжение, а результирующий сигнал содержит ток; и
определения температуры элемента датчика на основании сигнала определения температуры и результирующего сигнала.

2. Способ по п. 1, в котором этап определения температуры элемента датчика содержит:
определение отношения напряжение-ток из сигнала определения температуры и измеренного результирующего сигнала; и
определение температуры датчика на основании корреляции между определенным отношением напряжение-ток и температурой.

3. Способ по п. 2, в котором сигнал определения температуры содержит переменный ток на частоте, по существу равной резонансной частоте трубопровода вибрационного измерителя, включающего в себя технологический флюид, причем способ дополнительно содержит этапы:
удаления сигнала определения температуры на заданный промежуток времени;
измерения напряжения;
определения противоэлектродвижущей силы; и
компенсации противоэлектродвижущей силы в отношении напряжение-ток.

4. Способ по п. 1, в котором сигнал определения температуры содержит переменный ток на частоте, отличной от резонансной частоты трубопровода вибрационного измерителя, включающего в себя технологический флюид.

5. Способ по п. 1, в котором сигнал определения температуры содержит переменный ток на частоте, по существу равной резонансной частоте трубопровода вибрационного измерителя, включающего в себя технологический флюид.

6. Способ по п. 1, в котором элемент датчика содержит катушку возбуждения.

7. Способ по п. 1, в котором элемент датчика содержит катушку тензочувствительного датчика.

8. Способ для формирования величины корреляции между отношением напряжение-ток и температурой элемента датчика, подсоединенного к трубопроводу вибрационного датчика, содержащий этапы:
подачи тестового сигнала на элемент датчика; измерения первого результирующего сигнала;
определения первого отношения напряжение-ток на основании тестового сигнала и упомянутого результирующего сигнала;
измерения первой температуры элемента датчика; и
сохранения первого определенного отношения напряжение-ток с первой измеренной температурой.

9. Способ по п. 8, дополнительно содержащий этапы:
измерения второй температуры элемента датчика; и
если вторая температура элемента датчика изменилась больше, чем на пороговую величину относительно первой температуры, то измерения второго результирующего сигнала для определения, по меньшей мере, второго отношения напряжение-ток; и
сохранения второго отношения напряжение-ток со второй температурой.

10. Способ по п. 8, в котором элемент датчика содержит катушку возбуждения.

11. Способ по п. 8, в котором элемент датчика содержит катушку тензочувствительного датчика.

12. Способ по п. 8, в котором тестовый сигнал содержит переменный ток, а результирующий сигнал содержит напряжение.

13. Способ по п. 8, в котором тестовый сигнал содержит фиксированное напряжение, а результирующий сигнал содержит ток.

14. Электроника (220) измерителя для вибрационного измерителя (200), включающего в себя один или несколько трубопроводов (203А, 203 В) и один или несколько элементов (204A, 205A, 205′A) датчика, подсоединенных к одному или нескольким трубопроводам (203A, 203B), и включающая в себя систему (303) обработки, сконфигурированную для:
подачи сигнала определения температуры на элемент датчика (204A, 205A, 205′A) из числа одного или нескольких элементов (204A, 205A, 205′A) датчика, при этом сигнал определения температуры содержит по меньшей мере одно из переменного тока и фиксированного напряжения;
измерения результирующего сигнала, при этом сигнал определения температуры содержит переменный ток, а результирующий сигнал содержит напряжение либо сигнал определения температуры содержит напряжение, а результирующий сигнал содержит ток; и
определения температуры элемента датчика на основании сигнала определения температуры и результирующего сигнала.

15. Электроника (220) измерителя по п. 14, в которой система (303) обработки дополнительно конфигурирована для:
определения отношения напряжение-ток на основании сигнала определения температуры и результирующего сигнала; и
определения температуры элемента датчика на основании корреляции между определенным отношением напряжение-ток и температурой.

16. Электроника (220) измерителя по п. 15, причем сигнал определения температуры содержит переменный ток на частоте, по существу равной резонансной частоте трубопровода вибрационного измерителя, включающего в себя технологический флюид, и в которой система (303) обработки дополнительно сконфигурирована для:
удаления сигнала определения температуры на заданный промежуток времени;
измерения напряжения;
определения противоэлектродвижущей силы; и
компенсации противоэлектродвижущей силы в отношении напряжение-ток.

17. Электроника (220) измерителя по п. 14, причем сигнал определения температуры содержит переменный ток на частоте, отличной от резонансной частоты трубопровода (203A, 203B) вибрационного измерителя (200), включающего в себя технологический флюид.

18. Электроника (220) измерителя по п. 14, причем сигнал определения температуры содержит переменный ток на частоте, по существу равной резонансной частоте трубопровода (203A, 203B) вибрационного измерителя (200), включающего в себя технологический флюид.

19. Электроника (220) измерителя по п. 14, причем элемент датчика содержит катушку (204A) возбуждения.

20. Электроника (220) измерителя по п. 14, причем элемент датчика содержит катушку (205A, 205′A) тензочувствительного датчика



 

Похожие патенты:

Первичный измерительный преобразователь включает корпус (71) приемника, у которого конец корпуса со стороны впуска образован с помощью делителя (201) потока, имеющего точно четыре соответственно отстоящие друг от друга отверстия (201A, 202B, 203C, 2022D), и конец корпуса со стороны выпуска с помощью делителя (202) потока, имеющего точно четыре соответственно отстоящие друг от друга отверстия (201A, 202B, 202C, 202D), а также трубопровод с точно четырьмя при образовании аэрогидродинамически параллельно включенных нитей потока присоединенных к делителям (201, 202) потока только попарно параллельных изогнутых измерительных труб (181, 182, 183, 184) для ведения протекающей среды.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении расхода массовыми расходомером Кориолиса. Заявленная система (120) с множественными температурными датчиками включает в себя сеть (180) температурных датчиков, включающую в себя температурно-чувствительные резисторы RT1 и RT2 (186, 187) и частотно-селективные фильтры (184, 185), связанные с множеством температурно-чувствительных резисторов RT1 и RT2 (186, 187).

Измерительная система включает первичный измерительный преобразователь (MW) вибрационного типа и электрически соединенный с ним преобразующий электрический блок (МБ).

Для осуществления мониторинга узла из труб измерительная система по изобретению включает в себя подключенный к передающему электронному оборудованию температурно-измерительный узел с имеющимся у него первым температурным датчиком для создания температурного сигнала, зависящего от температуры в первой измерительной трубке узла из труб, а также, по меньшей мере, вторым температурным датчиком для создания температурного сигнала, зависящего от температуры во второй измерительной трубке узла из труб.

Вибрационный измеритель (5) включает в себя один или несколько трубопроводов (103A, 103B), включающих в себя колеблющийся участок (471) и неколеблющийся участок (472), и привод (104), присоединенный к одному трубопроводу из одного или нескольких трубопроводов (103A, 103B) и сконфигурированный для возбуждения колебаний колеблющегося участка (471) трубопровода на одной или нескольких приводных частотах.

Предложен способ для аттестации сборки датчика измерителя. Способ содержит этап приема одного или нескольких значений калибровки датчика.

Изобретение касается способа для обнаружения полного или частичного засорения измерительной трубы (А; В) расходомера Кориолиса (2), который может устанавливаться в трубопроводе и который имеет измерительный преобразователь вибрационного типа, по меньшей мере, с двумя благоприятными в гидродинамическом отношении, установленными параллельно измерительными трубами (А, В).

Измерительное устройство кориолисова типа снабжено возбудителем крутильных колебаний, вмонтированным между расходомерными трубками во впускном разъеме, приемником крутильных колебаний, вмонтированным между расходомерными трубками в выпускном разъеме, блоком вычисления передаточной функции крутильных колебаний с подключенным к его выходу блоком аппроксимации передаточной функции крутильных колебаний, а также блоком вычисления температуры, при этом генератор широкополосных сигналов выполнен двухканальным с обеспечением генерации на первом канале сигнала в окрестности резонансной частоты изгибных колебаний, а на втором канале - в окрестности резонансной частоты крутильных колебаний, причем выход второго канала подключен к возбудителю крутильных колебаний, приемник крутильных колебаний соединен с входом блока вычисления передаточной функции крутильных колебаний, входы блока вычисления температуры подключены к соответствующим выходам блоков аппроксимации изгибных и крутильных колебаний, а его выходы подключены к соответствующим входам блоков вычисления передаточной функции изгибных и крутильных колебаний.

Устройство обработки сигналов для расходомера Кориолиса, в котором, по меньшей мере, одна расходомерная трубка или пара расходомерных трубок поочередно возбуждаются посредством вибратора, приводимого в действие приводным устройством, чтобы возбудить колебания, по меньшей мере, одной расходомерной трубки или пары расходомерных трубок, и, по меньшей мере, одно - разность фаз и частота колебаний, пропорциональные силе Кориолиса, действующей, по меньшей мере, на одну расходомерную трубку или пару расходомерных трубок, регистрируется датчиками скорости или датчиками ускорения, которые являются датчиками регистрации колебаний, чтобы тем самым получить, по меньшей мере, одно - массовый расход и плотность измеряемого флюида, включает в себя трансмиттер (90) для передачи частотно-кодированного сигнала, который является модулируемым, и блок (85) преобразования частоты для выполнения преобразования частоты, чтобы добавить (или вычесть) частоту Fx выходного сигнала от трансмиттера (90) к (или из) частоте входного сигнала, регистрируемой датчиком скорости или датчиком ускорения, и смещения значения частоты, полученного преобразованием частоты, к постоянному значению.

Изобретение относится к измерительному датчику вибрационного типа для измерения движущейся в трубопроводе текучей среды, в частности, газа, жидкости, порошка и любого другого текучего материала.

Изобретение относится к вибрационному расходомеру (205) и способу измерения температуры с его помощью. Вибрационный расходомер (205) включает в себя один изогнутый трубопровод (210) для потока, датчик T1 (291) температуры трубопровода, прикрепленный к одному изогнутому трубопроводу (210) для потока, конструкцию (208) компенсатора, прикрепленную к одному изогнутому трубопроводу (210) для потока и противолежащую ему, и датчик T2 (292) температуры компенсатора, прикрепленный к конструкции (208) компенсатора. Сопротивление датчика температуры трубопровода датчика T1 (291) температуры трубопровода и сопротивление датчика температуры конструкции компенсатора датчика T2 температуры компенсатора (meter2) выбирают так, чтобы образовывать предварительно определенное соотношение сопротивлений, соответствующее соотношению значимости температур соответствующих участков. Технический результат - облегчение температурной компенсации, повышение точности и репрезентативности. 3 н. и 30 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к устройствам измерения плотности и/или нормы массового расхода протекающей в трубопроводе среды. Измерительная система включает в себя для этого измерительный преобразователь вибрационного типа для выработки колебательных измерительных сигналов, электрически соединенный с измерительным преобразователем электронный преобразователь для настройки измерительного преобразователя и для обработки поданных от измерительного преобразователя колебательных измерительных сигналов. Измерительный преобразователь имеет корпус (71) преобразователя, у которого конец корпуса со стороны впуска образован посредством имеющего ровно четыре расположенных на расстоянии друг от друга проточных отверстия (201A, 201B, 201C, 201D) разделителя (201) потока со стороны впуска; конец корпуса со стороны выпуска образован посредством имеющего ровно четыре расположенных на расстоянии друг от друга проточных отверстия (202A, 202B, 202C, 202D) разделителя (202) потока со стороны выпуска; ровно четыре, при образовании гидравлически параллельно соединенных путей потока, подсоединенные к разделителям (201, 202) потока измерительные трубы (181, 182, 183, 184) для проведения протекающей среды; образованное посредством первого возбудителя (51) колебаний, электромеханическое устройство (5) возбуждения для выработки и/или поддержания механических колебаний четырех измерительных труб (181, 182, 183, 184), также реагирующее на вибрации измерительных труб (181, 182, 183, 184) устройство (19) датчиков вибраций для выработки выражающих собой вибрации измерительных труб (181, 182, 183, 184) колебательных измерительных сигналов. Электронный преобразователь имеет возбуждающую схему для устройства возбуждения и измерительную схему, которая, при использовании по меньшей мере одного поданного от устройства датчиков вибраций колебательного измерительного сигнала генерирует выражающее собой плотность среды измеренное значение плотности и/или выражающее собой норму массового расхода измеренное значение массового расхода. Для выработки измеренного значения плотности и/или измеренного значения массового расхода измерительная схема измерительной системы в соответствии с изобретением корректирует изменение по меньшей мере одного характеристического параметра поданных от измерительного преобразователя колебательных измерительных сигналов. Указанные изменения могут быть вызваны изменением состояния напряжения в измерительном преобразователе и/или отклонением состояния напряжения в измерительном преобразователе в данный момент времени от заданного для этого эталонного состояния напряжения. Технический результат - создание системы с измерительным преобразователем вибрационного типа, который при больших нормах массового расхода вызывает незначительные потери давления. 2 н. и 84 з.п. ф-лы, 9 ил.

Измерительная система служит для измерения плотности и/или весовой пропускной способности протекающей в трубопроводе, по меньшей мере, время от времени текущей среды. Для этого измерительная система содержит измерительный датчик вибрационного типа для создания измерительных сигналов колебаний, а также электрически соединенный с измерительным датчиком электронный блок преобразователя для управления измерительным датчиком и для обработки выдаваемых измерительным датчиком измерительных сигналов колебаний. Он имеет корпус (71) датчика, первый конец корпуса которого со стороны впуска образован посредством имеющего точно четыре соответственно на расстоянии друг от друга отверстия (201A, 201B, 201C, 201D) потока со стороны впуска первого делителя (201) потока, и второй конец корпуса которого со стороны выпуска образован посредством имеющего точно четыре соответственно на расстоянии друг от друга отверстия (202A, 202B, 202C, 202D) потока со стороны выпуска второго делителя (202) потока; компоновку труб точно с четырьмя с образованием гидравлически параллельно подключенных путей потока присоединенными к делителю потока (201, 202 прямыми измерительными трубами (181, 182, 183, 184) для проведения текущей среды; электромеханическую компоновку (5) возбуждающих колебания устройств для создания и/или поддержания механических колебаний четырех измерительных труб (181, 182, 183, 184), а также реагирующую на вибрации измерительных труб (181, 182, 183, 184) компоновку (19) датчиков вибрации для создания выражающих вибрации измерительных труб (181, 182, 183, 184) измерительных сигналов колебаний. Каждая из измерительных труб имеет составляющий, по меньшей мере, 40% от ее длины измерительной трубы средний сегмент, в котором указанная измерительная труба не имеет механического соединения с другой из измерительных труб и/или в котором она свободно подвижна относительно других измерительных труб. В качестве активно возбуждаемого посредством компоновки возбуждающих колебания устройств полезного режима служит, кроме того, присущий компоновке труб, называемый V-модой естественный режим изгибных колебаний. Технический результат - повышение стабильности измерительной системы. 88 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к средствам и системам учета нефтепродуктов, предназначенным для измерения объема, массы и других параметров (плотности, температуры и др.), и может применяться на нефтебазах. Заявленная система автоматического контроля и учета нефтепродуктов содержит резервуар, оснащенный датчиками гидростатического давления, установку для нижнего слива нефти и нефтепродуктов железнодорожных вагонов цистерн (УСН), автоматизированную систему налива (АСН) для верхнего налива, автоматизированную систему налива (АСН) для нижнего налива, узел учета и контроля состояния резервуара, задвижки, приемный и отпускной трубопроводы, оснащенные интерфейсными датчиками давления. Техническим результатом является обеспечение непрерывного контроля за состоянием резервуара и абсолютный учет движения продукта. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Предложенное изобретение относится к средствам для генерации управляющего сигнала для вибрационного измерительного устройства. Система для генерации приводного сигнала в вибрационном измерительном устройстве, входящая в состав кориолисова расходомера, содержит по меньшей мере, один трубопровод (103A), по меньшей мере, один привод (104), по меньшей мере, один датчик (105), одно или несколько электронных устройств (20), сконфигурированных для приема сигналов от датчиков и включающих в себя, по меньшей мере, две доступные приводные цепи (C1, C2, C3, CN). Каждая приводная цепь модифицирует сигнал датчиков для генерации приводного сигнала, включающего в себя отличающуюся частоту и приводную моду вибрации в одном трубопроводе (103А). При этом электронные устройства (20) включают в себя селектор (75) приводной цепи, предназначенный для выбора приводной цепи для обработки сигналов датчиков с выбранной приводной цепью для генерирования приводного сигнала и для предоставления приводного сигнала на соответствующий привод (104). Каждая приводная цепь (C1, C2, C3, CN) модифицирует сигналы датчиков таким образом, что усиливает конкретную приводную частоту и подавляет другие приводные частоты. Указанная система реализует соответствующий способ генерации приводного сигнала. Данное изобретение позволяет оптимизировать работу кориолисова расходомера для различных условий работы, обусловленных разными физическими параметрами контролируемой текучей среды. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к вибрационному расходомеру (5) для определения среднего расхода пульсирующего потока. Вибрационный расходомер (5) содержит сборку (10) расходомера, включающую в себя по меньшей мере два измерительных преобразователя (105, 105') и сконфигурированную для создания по меньшей мере двух вибрационных сигналов, и измерительную электронику (20), сконфигурированную для приема указанных по меньшей мере двух вибрационных сигналов и создания сигнала измерения расхода, разделения сигнала измерения расхода на ряд временных периодов, где каждый временной период включает в себя один пик потока, расположенный по центру временного периода, суммирования измерений расхода для каждого временного периода для создания суммы за период и деления суммы за период на длину временного периода для создания среднего расхода за период, где измерительная электроника (20) выводит последовательность средних расходов за период в качестве сигнала среднего расхода. Технический результат - повышение качества обработки пульсирующих потоков, повышение надежности измерения среднего расхода, получение среднего расхода с минимальным отставанием от мгновенного расхода. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к системе измерения расхода флюида (300). Система измерения расхода флюида (300) включает в себя магистральный трубопровод (302) с текущим флюидом. Система измерения расхода флюида (300) дополнительно включает в себя первый вибрационный измеритель (5), включающий в себя первую сборку (10) датчика, расположенную внутри магистрального трубопровода (302) и сконфигурированную для определения одного или нескольких параметров потока, включая в себя первый расход. Предоставляется второй вибрационный измеритель (5′), включающий в себя вторую сборку (10′) датчика, расположенную внутри магистрального трубопровода (302), которая связана флюидом с первой сборкой (10) датчика и сконфигурирована для определения одного или нескольких параметров потока, включая в себя второй расход. Особенностью системы измерения расхода флюида (300) является применение групповой задержки к одному первому или второму расходу так, что первый и второй расходы отображают расходы, имеющие место по существу в одно и то же время. Технический результат - улучшение дифференциальных измерений, получаемых от системы с множественными датчиками. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к составному элементу (200, 300) с объединенными приводом и измерительным преобразователем для вибрационного расходомера. Составной элемент (200, 300) с объединенными приводом и измерительным преобразователем включает в себя участок (104B) магнита, по меньшей мере, с первым магнитом (211). Составной элемент (200, 300) с объединенными приводом и измерительным преобразователем дополнительно включает в себя участок (204A, 304A) катушки, принимающий, по меньшей мере, участок первого магнита (211). Участок (204A, 304A) катушки включает в себя каркас (220) катушки, провод (221) привода, намотанный вокруг каркаса (220) катушки, и провод (222) измерительного преобразователя, намотанный вокруг каркаса (220) катушки. Технический результат - повышение точности измерений и их упрощение за счет устранения резистивной компенсации. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Предложен вибрационный измеритель (5), включающий в себя один или несколько расходомерных трубопроводов (103), один или несколько измерительных преобразователей (105, 105′) и привод (104). Измерительная электроника (20) сконфигурирована для возбуждения колебаний одного или нескольких расходомерных трубопроводов (103), используя приводной сигнал, включающий в себя начальную частоту колебаний, для приема сигнала измерительного преобразователя от одного или нескольких измерительных преобразователей (105, 105′), в ответ на это, итерационного смещения разности фаз между приводным сигналом и сигналом измерительного преобразователя на заданное приращение фазы и измерения результирующей частоты и амплитуды колебаний со смещением, эффективно свипирующим частоты колебаний по заданному частотному диапазону колебаний, и получения множества амплитуд колебаний и соответствующего множества частот колебаний и для определения по существу отклика с максимальной амплитудой для множества амплитуд колебаний и определения соответствующей частоты колебаний, как содержащей резонансную частоту. Причем электроника сконфигурирована для измерения результирующей частоты и амплитуды колебаний после заданного установочного периода смещения. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для определения и управления статическим давлением флюида с помощью вибрационного измерителя системы определения расхода флюида. Расходомерная система (300) для флюида включает в себя флюид, текущий через трубопровод (301), первый датчик (303) давления, расположенный в трубопроводе (301), и вибрационный измеритель (5). Вибрационный измеритель (5) включает в себя сборку (10) датчика, связанную флюидом с первым датчиком (303) давления. Способ включает в себя этапы измерения давления флюида в трубопроводе (301), используя первый датчик (303) давления и измеряя одну или несколько характеристик потока флюида, используя вибрационный измеритель (5). Способ дополнительно включает в себя этап определения статического давления флюида на основании давления флюида в пределах сборки датчика (10) и одной или нескольких характеристик потока. Способ дополнительно включает в себя этап определения того, содержит ли флюид, по меньшей мере, некоторое количество газа на основании статического давления флюида. Технический результат - повышение достоверности контроля и точности определения давления. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2015-03-27 2015-03-26T16:47:19
Наверх