Coriolis流量计制造技术

Coriolis流量计具有振荡导管的驱动器，被配置为生成指示导管在第一位置处的移动的第一传感器信号的第一传感器，以及被配置为生成指示导管在第二位置处的移动的第二传感器信号的第二传感器。第一位置和第二位置被布置成使得当导管被驱动器振荡时第一信号与第二信号之间的相位差与通过流量计的流体的质量流率相关。数字信号处理器包括被调谐到一组不同频率的多个检测器。检测器被配置为并行地分析第一传感器信号并且生成指示第一传感器信号的实际频率与相应的检测器被调谐到的频率有多接近的输出。

Coriolis flowmeter

The Coriolis flowmeter has a driver with an oscillating catheter, configured to form a first sensor that generates a first sensor signal moving at the first position, and a second sensor configured to generate a second sensor signal moving at the second position of the indicator catheter. The first position and the second position are arranged so that the phase difference between the first signal and the second signal when the catheter is oscillating is related to the mass flow rate through the flow of the flowmeter. The digital signal processor includes a plurality of detectors tuned to a set of different frequencies. The detector is configured to analyze the first sensor signal in parallel and generate the output indicating that the actual frequency of the first sensor signal is much closer to the frequency of the corresponding detector tuned to the frequency.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】Coriolis流量计
本专利技术一般而言涉及流量计，并且更具体地涉及Coriolis流量计。
技术介绍
在工业中使用各种不同的流量计来提供关于多相流体的流速的信息。被计量的流体可以包括液体和气体的混合物。这种情况在油气行业中经常遇到，其中所产生的流体通常是油、水和气体的混合物。但是，在其它行业也需要计量多相流体。流量计在不涉及多相流体的应用中也是重要的。一种类型的流量计是Coriolis流量计。Coriolis流量计包括电子发送器和可振动流管，待计量的流体可以通过该流管。发送器通过向一个或多个驱动器发送驱动信号来维持流管振动，并基于来自测量流管的移动的一对传感器的信号执行测量计算。设备的物理特性决定了Coriolis力沿着传感器之间的流管的一部分发生作用，从而导致大致正弦的传感器信号之间的相位差。这个相位差一般与通过流管的测量部分的流体的质量流率成比例。因此，相位差为流经流管的流体的质量流率测量提供基础。Coriolis流量计流管的振荡频率随流管中过程流体(processfluid)的密度而变化。可以从传感器信号中提取频率值，使得也可以通过分析传感器信号来获得流体的密度。Coriolis流量计广泛用于各种不同的行业。质量流的直接测量通常优于基于体积的计量，因为材料的密度和/或体积可以随着温度和/或压力而变化，但质量不受影响。这在油气行业中尤其重要，其中能源含量和因此的产品价值是质量的函数。术语“净采油量(NetOil)”在油气行业中用来描述三相或液体(油/水)流内的油流率。油气行业的共同目标是确定多口井中每口井产出的净采油量，因为这个信息在做出影响油气田产量的决策和/或优化油气田生产时会是重要的。在液体流中包括气体会引起Coriolis流量计的质量流率和密度测量的误差。实验室试验可以用来表征质量流率和密度误差如何与其它参数(诸如观察到的流率以及观察到的密度与纯流体密度相比的减少)相关。这些试验可以用来开发提供校正以解决与包括气相和液相在内的多相流体存在相关联的一些误差的经验模型。这些基于经验的校正可以提高Coriolis仪表在现场作业中的性能。关于使用Coriolis流量计来测量多相流体的其它细节在美国专利No.6311136；6505519；6950760；7059199；7313488；7617055；以及8,892,371中提供，这些专利的内容通过引用被结合于此。在许多常规的Coriolis流量计中，流管的振荡频率通过测量传感器信号上的过零点之间的时间来计算。傅立叶技术通常被用来计算流管振动的振幅和相位。例如，图1图示了已经在许多常规Coriolis流量计中使用的正交(quadrature)技术。在这种技术中，传感器信号乘以正交正弦波并且还乘以正交余弦波。正交积在一个周期上(其长度基于频率计算)进行积分，以产生通过积分正弦积获得的积分Is和通过积分余弦积获得的积分Ic。每个传感器信号的相位被计算为(Ic/Is)的正切值。每个传感器信号的振幅被计算为(Is2+Ic2)的平方根。计算出的频率和相位为测量流体密度和质量流率提供基础。随着流体密度的增加，传感器信号的频率将降低。而且，两个传感器信号的相位差将随着质量流率的增加而增加。在一些Coriolis流量计中，计算出的频率、振幅和相位还被用来生成用于驱动流管振荡的合成驱动信号。因为流管的频率改变(例如，响应于流经流管的流体的密度的改变)，过零点之间的时间与计算出的频率也在流量计的操作期间改变。因此，常规的Coriolis流量计在每个新的周期或者在一些情况下是每半个周期更新用于正弦函数和余弦函数的值。例如，用于正交函数的值通常每半个周期使用基于最新的过零点新计算的频率重新计算。而且，如图1所示的技术那样，当每个周期的开始和结束被约束到过零点时，对于过零点之间的中间点处的频率、振幅或相位没有更新。本专利技术人已经进行了适用于Coriolis流量计领域并且适用于净油气测试领域各种改善，这些将在下面详细描述。
技术实现思路
本专利技术的一方面是Coriolis流量计，该Coriolis流量计具有被配置为输送流体通过流量计的导管、被配置为振荡导管的驱动器、被配置为生成指示导管在第一位置处的移动的第一传感器信号的第一传感器、被配置为生成指示导管在第二位置处的移动的第二传感器信号的第二传感器。第一位置和第二位置被布置成使得当由驱动器振荡导管时第一信号与第二信号之间的相位差与通过流量计的流体的质量流率相关。Coriolis流量计具有数字信号处理器，该数字信号处理器被配置为检测相位差并使用检测到的相位差来确定流体的质量流率，并且输出指示所确定的质量流率的信号。数字信号处理器包括被调谐到一组不同频率的多个检测器。检测器被配置为并行地分析第一传感器信号并且生成指示第一传感器信号的实际频率与相应的检测器被调谐到的频率有多接近的输出。本专利技术的另一方面是驱动Coriolis流量计的导管的振荡的方法，这种类型的Coriolis流量计包括被配置为输送流体通过流量计的导管、被配置为振荡导管的驱动器、被配置为生成指示导管在第一位置处的移动的第一传感器信号的第一传感器、被配置为生成指示导管在第二位置处的移动的第二传感器信号的第二传感器，第一位置和第二位置被布置成使得当由驱动器振荡导管时第一信号与第二信号之间的相位差与通过流量计的流体的质量流率相关。该方法包括使用被调谐到一组不同频率的多个检测器来并行地分析第一传感器信号并且生成指示第一传感器信号的实际频率与相应的检测器被调谐到的频率有多接近的输出。向驱动器供给驱动信号，该驱动信号包括基于使用来自检测器的输出确定的估计频率的频率。其它目标和特征将部分地显而易见，并且部分地在下文中指出。附图说明图1是图示用于分析Coriolis流量计中的传感器信号的现有技术的示意图；图2是Coriolis流量计的一个实施例的透视图；图3是图2中所示的Coriolis流量计的侧视图；图4是Coriolis流量计的示意图；图5是图示用于处理来自Coriolis流量计的一个或多个传感器的信号的检测器组的示意图；图6和7是分别示出用于在分析73.2Hz和82.56Hz处的信号的检测器组中的每个检测器的频率和振幅估计以及频率拟合因子的曲线图；图8是图示在两种不同的弯曲模式下Coriolis流量计的导管的振荡的一个实施例的示意图；图9是图示将第一弯曲模式的频率成分与第二弯曲模式的频率成分分开的处理器的一个实施例的示意图；图10是图示驱动模式密度测量与Coriolis模式密度测量之比和密度下降之间的关系的曲线图；图11是使用时间相关技术来改善两相流期间的测量的系统的一个实施例的示意图；图12是图示来自图11的系统中的流量计的质量流率测量的0.5s延迟的曲线图；图13-16是图示Coriolis流量计对模拟的频率扫描(sweep)的响应的曲线图；图17-21是图示在补偿之后改善Coriolis流量计对模拟的频率扫描的响应的曲线图；图22-26是图示Coriolis流量计对模拟的频率扫描、振幅和相位差的响应的曲线图；图27示出了Coriolis流量计对从100Hz到85Hz的频率阶跃变化的响应；图28示出了Coriolis流量计对从0.3V到0.05V的振幅阶跃变化的响应；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Coriolis流量计，包括：导管，被配置为输送流体通过流量计；驱动器，被配置为振荡导管；第一传感器，被配置为生成指示导管在第一位置处的移动的第一传感器信号；第二传感器，被配置为生成指示导管在第二位置处的移动的第二传感器信号，第一位置和第二位置被布置成使得当由驱动器振荡导管时第一信号与第二信号之间的相位差与通过流量计的流体的质量流率相关；数字信号处理器，被配置为检测相位差并使用检测到的相位差来确定流体的质量流率，并且输出指示所确定的质量流率的信号，其中数字信号处理器包括被调谐到一组不同频率的多个检测器，检测器被配置为并行地分析传感器信号中的至少一个传感器信号并且生成指示传感器信号中的所述至少一个传感器信号的实际频率与相应检测器被调谐到的频率匹配得有多接近的输出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.29 US 14/927,0801.一种Coriolis流量计，包括：导管，被配置为输送流体通过流量计；驱动器，被配置为振荡导管；第一传感器，被配置为生成指示导管在第一位置处的移动的第一传感器信号；第二传感器，被配置为生成指示导管在第二位置处的移动的第二传感器信号，第一位置和第二位置被布置成使得当由驱动器振荡导管时第一信号与第二信号之间的相位差与通过流量计的流体的质量流率相关；数字信号处理器，被配置为检测相位差并使用检测到的相位差来确定流体的质量流率，并且输出指示所确定的质量流率的信号，其中数字信号处理器包括被调谐到一组不同频率的多个检测器，检测器被配置为并行地分析传感器信号中的至少一个传感器信号并且生成指示传感器信号中的所述至少一个传感器信号的实际频率与相应检测器被调谐到的频率匹配得有多接近的输出。2.如权利要求1所述的Coriolis流量计，其中所述多个检测器中的每一个检测器包括缓冲器，缓冲器被配置为存储传感器信号中的所述至少一个传感器信号的一系列数字样本，所述系列具有被选择为将相应的检测器调谐到所述不同频率的集合中的特定频率的多个数字样本。3.如权利要求2所述的Coriolis流量计，其中指示传感器信号中的所述至少一个传感器信号的实际频率与相应检测器被调谐到的频率多紧密匹配的所述输出是基于对由存储在缓冲器中的数字样本表示的传感器信号中的所述至少一个传感器信号的波形的分析。4.如权利要求3所述的Coriolis流量计，其中分析包括将传感器信号中的所述至少一个传感器信号的波形的当前相位估计与该波形的先前相位估计进行比较。5.如权利要求4所述的Coriolis流量计，其中先前相位估计与在当前相位估计和先前相位估计之间存在预期关系的时间t对应，其中预期关系是基于t和具有检测器被调谐到的频率的理想波形的周期之间的关系，并且分析包括将当前相位估计和先前相位估计之间的实际关系与当前相位估计和先前相位估计之间的预期关系进行比较。6.如权利要求4所述的Coriolis流量计，其中波形的先前相位估计包括从当前处于与最老数据对应的一系列数字样本的末尾处的样本处于与最新数据对应的一系列数字样本的末尾处时开始的相位估计。7.如权利要求4-6中任一项所述的Coriolis流量计，其中所述数字信号处理器使用正交分析来获得相位估计。8.如权利要求7所述的Coriolis流量计，其中检测器被配置为使用静态正弦值和余弦值来执行正交分析。9.如权利要求2-8中任一项所述的Coriolis流量计，其中缓冲器包括环形缓冲器。10.如权利要求2-9中任一项所述的Coriolis流量计，其中数字信号处理器被配置为识别被调谐到与传感器信号中的所述至少一个传感器信号相邻的频率的检测器，并且使用内插来确定在识别出的检测器被调谐到的频率之间的频率测量结果。11.如权利要求1-10中任一项所述的Coriolis流量计，其中与传感器信号中的所述至少一个传感器信号相关联的所述频率与导管的弯曲振动模式的频率对应。12.如权利要求1-12中任一项所述的Coriolis流量计，其中数字信号处理器被配置为使用从检测器确定的频率估计来确定流经导管的流体的密度。13.如权利要求1-12中任一项所述的Coriolis流量计，其中所述多个检测器是第一多个检测器并且被配置为测量与传感器信号中的所述至少一个传感器信号相关联的第一频率，数字信号处理器还包括第二多个检测器，被配置为彼此并行操作以测量与传感器信号中的所述至少一个传感器信号相关联的第二频率，第二频率不同于第一频率。14.如权利要求13所述的Coriolis流量计，其中第一频率与导管的第一弯曲模式的频率对应，并且第二频率与导管的第二弯曲模式的频率对应。15.如权利要求13和14中任一项所述的Coriolis流量计，其中数字信号处理器被配置为使用测得的第一频率和第二频率来确定导管中的流体的密度。16.如权利要求13-15中任一项所述的Coriolis流量计，其中数字信号处理器被配置为向驱动器输出用于驱动导管的振荡的驱动信号，其中驱动信号包括被选择为以第一频率驱动导管的振荡的第一分量以及被选择为以第二频率驱动导管的振荡的第二分量，驱动信号发生器被配置为将第一分量和第二分量彼此并发地组合，使得驱动器同时以第一弯曲模式和第二弯曲模式驱动导管。17.一种用于计量多相流体的流的系统，该系统包括：第一Coriolis流量计和第二Coriolis流量计，其中每一个如权利要求1-16中任一项所述的那样，其中第一Coriolis流量计和第二Coriolis流量计中的每一个输出流经相应流量计的流体的时变质量流率测量结果和流...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·P·亨利，
申请(专利权)人：施耐德电子系统美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US