确定流管和流过流管的流体的特性的方法和设备技术

本发明专利技术揭示了一种方法（７００），用来确定流管（２０１）和流过流管的流体的特性。这种特性的一个例子是流过流管的流体的密度。为了确定这些特性，过程根据从多个传感器接收到的传感信号确定（７０２）一个测量模态。过程选择（７０３）流管和流体参数的值。过程根据流管和流体参数的值确定（７０４）一个估计模态。过程７００将测量模态与估计模态相比较（７０５），确定流管和流体参数的值的误差。如果值的误差在误差范围之内，过程就根据估计值确定（７０７）流管和流体的特性。如果值的误差不在误差范围之内，过程就选择（７０８）这些流管和流体参数的新值。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术与科里奥利(Coriolis)流量计有关，具体地说，与测量流管和流过流管的物质的特性的方法和系统有关。
技术介绍
科里奥利流量计测量流过流量计内的一根流管的流体的质量流量及其他信息。科里奥利流量计由一个科里奥利检测器和所关联的测量计电子设备组成。典型的科里奥利流量计可参见1978年8月29日的美国专利No.4,109,524、1985年1月1日的美国专利No.4,491,025和1982年2月11日的Re.31,450，这些专利都是J.E.Smith等人的。这些流量计具有一根或多根直的或弯的流管。科里奥利流量计内的每根流管都有一组自然振动模式，可以是简谐弯曲、扭曲、扭力或耦合型的。每根流管驱动成与这些自然振动模式中的一个模式谐振。流体从一根连接在流量计入口侧的管道流入流量计，流过流管，通过流量计的出口侧流出流量计。充有流体的系统振动的自然振动模式部分由流管和流过流管的流体的组合质量确定。在没有流体流过流量计时，沿流管的所有的点由于所施加的驱动力而导致的振动具有基本上相同的相位或者具有很小的可以校正的初始固定相移。随着流体开始流动，科里奥利力使沿流管的各点具有不同的相位。通常，流管入口侧的相位滞后于驱动器，而流管出口侧的相位超前于驱动器。有一些传感器固定在流管上，用来测量流管的运动，产生表示流管运动的正弦传感信号。测量计电子设备对传感信号进行处理，确定传感信号之间的相位差。两个传感信号之间的相位差与流体通过流管的质量流率成正比。科里奥利流量计和振动管密度计的一个重要组成部分是驱动系统或者说激励系统。驱动系统将一个周期性的物理力加到流管上，使流管振动。驱动系统包括一个安装在流量计的流管上的驱动机构和一个产生使驱动机构工作的驱动信号的驱动电路。驱动机构通常含有许多众所周知的结构中的一种结构，例如有一个磁铁安装在一根流管上，而一个线圈安装在另一根流管上或撑杆上，与磁铁正对。驱动电路连续将一个周期性的驱动电压加到驱动机构上。驱动电压典型的是正弦形或正方形的。在一种典型的电磁驱动机构中，周期性的驱动电压使线圈产生一个连续的交变磁场。线圈的交变磁场和磁铁产生的恒定磁场迫使流管以正弦模式振动。本领域技术人员可以理解，任何能将电信号变换成机械力的装置都可以用作驱动器(见颁发给Carpenter而转让给Micro Motion公司的美国专利4,777,833)。此外，不是一定要用正弦信号，也可以用任何周期信号作为驱动信号(见颁发给Kalotay等人而转让给Micro Motion公司的美国专利5,009,109)。对于双管流量计来说，通常驱使科里奥利流量计振动的典型模式是第一异相弯曲模式。第一异相弯曲模式是双管科里奥利流量计的两根流管相互反向振动的基本弯曲模式。然而，这并不是在以第一异相弯曲模式驱动的科里奥利流量计的振动结构内存在的唯一振动模式。在流管内也可能激起更高的振动模式。例如，由于流体流过振动的流管和流动的流体产生科里奥利力，这可以激起第一异相扭曲模式。可能激起的其他更高振动模式包括同相和横向振动模式。在驱动成以第一异相弯曲模式振动的科里奥利流量计内实际激起的可能有许多振动模式。甚至在第一异相弯曲模式附近的比较窄的频率范围内，驱动系统引起的流管的振动所激起的至少也有若干其他振动模式。除了驱动器所激起的多个模式之外，流量计外部的振动也可能激起一些其他不希望有的振动模式。例如，一个位于生产流水线别处的泵可能会沿管道产生振动，在科里奥利流量计内激起一个振动模式。如上所述，驱动器使流管以谐振频率振动。谐振频率随着流管内流体的密度的改变而改变。谐振频率改变的平方与密度改变成反比，如以下关系式所示；Δf2=KΔρ]]>其中f表示谐振频率，K表示比例常数，而ρ表示密度。也可以用谐振频率的周期(τ)表示如下Δρ＝KΔτ2其中(τ)表示谐振频率的周期。科里奥利流量计的用户可能希望测量绝对密度而不是流体密度的相对改变。可以通过对科里奥利流量计进行标定来确定比例常数K和基准流体密度。科里奥利流量计的标定是通过以两种已知流体测量谐振频率/周期实现的。利用以下关系式可以计算出绝对流体密度ρmeasuured=(τmeasured2C(T)-τ12)+ρ1]]>其中τ1和τ2表示使用两种已知流体时的流管周期，而ρ1和ρ2表示这两种已知流体的密度。C(T)是对由于温度而引起的科里奥利流量计器材改变的温度补偿。不幸的是，流体的温度往往与流量计周围的环境温度不同。科里奥利流量计的流管会由于热膨胀而增长或缩短。对于弯管流量计来说，热膨胀可能不是问题，因为流管能够自由膨胀或收缩。而对于直管流量计来说，流管的热膨胀就可能是一个问题，因为流管沿它的轴膨胀受到容器、撑杆或其他装置的限制。热膨胀能引起由于温度引起的谐振频率的改变，即使流体密度可能并没有改变。测量计电子设备能用温度校正来补偿热膨胀，但是测量计电子设备没有更可靠的方法可以有效地处理热膨胀。温度校正是对伸/缩的间接估计，因为它假设了一个热膨胀系数。直管流量计通常对边界条件的改变比弯管流量计更为敏感。边界条件是限制振动的流管运动的力和力矩。相反，双弯管流量计自然得到平衡，因此两根流管所施加的力和力矩之和为零。有些直管流量计运用平衡系统无源或有源地对抗单个流管所施加的边界力和力矩。不幸的是，无源平衡系统只是适用于有限范围的流体密度。有源平衡系统使流量计增加了额外的复杂性。因此，由温度改变和边界条件改变所引起的问题在直管流量计内特别明显。流管和流过流管的流体的特性是从流量计得到的有用信息。流管和流过流管的流体的特性包括流体密度、流管的张力/压力和流管的物质密度、流管内的压强及其他特性。不幸的是，流管和流过流管的流体的特性的精确测量如果不对诸如温度改变和边界条件改变之类的条件加以补偿在当前是难以达到的。
技术实现思路
本专利技术所提出的确定流管和流过流管的流体的特性的系统和方法解决了以上及其他一些问题，使得在该
内有所进展。本专利技术确定流管和流过流管的流体的特性并不需要对直管流量计内温度的改变和边界条件的改变直接进行补偿。按照本专利技术，测量计电子设备执行提供一个确定流管和流过流管的流体的特性的过程的一些指令。这个过程在测量计电子设备从多个传感器接收到传感信号时开始。测量计电子设备根据这些传感信号确定流管的一个测量模态。测量计电子设备然后选择一些流管和流体参数的值。流管和流体参数是任何表示流管或流过流管的流体的物理特性的参数。然后，测量计电子设备根据这些流管和流体参数的值确定一个估计模态。测量计电子设备将估计模态与测量模态相比较，确定流管和流体参数的值的误差。测量计电子设备确定流管和流体参数的值的误差是否在一个误差范围之内。如果值的误差在这个误差范围之内，则测量计电子设备就根据流管和流体参数的值中的至少一个值来确定流管和流过流管的流体的特性。在有些例子中，如果值的误差不在误差范围之内，测量计电子设备就选择这些流管和流体参数的新值。然后，测量计电子设备用这些新值重复以上过程。在有些例子中，要确定的流管和流体的特性中的一个特性是流体的密度。为了确定密度，测量计电子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种响应于从多个与一根流管（２０１）关联的传感器（２０５－２０５′）接收传感信号来确定所述流管和流过所述流管的流体的特性的方法（７００），所述传感信号表示被一个与所述流管关联的驱动器（２０４）振动的所述流管的振动，所述方法（７００）包括下列步骤：ａ）接收（７０１）来自所述多个传感器的所述传感信号；以及ｂ）根据所述传感信号确定（７０２）所述流管的一个测量模态；所述方法的特征在于列步骤：ｃ）选择（７０３）流管和流体参数的值；ｄ）根据所述流管 和流体参数来确定（７０４）所述流管的一个估计模态；ｅ）将所述估计模态与所述测量模态相比较（７０５），确定所述流管和流体参数的所述值的误差；以及ｆ）如果所述流管和流体参数的值的所述误差在一个误差范围之内，则根据所述流管和流体参 数的值来确定（７０７）所述流管和所述流过所述流管的流体的所述特性。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DF诺门，
申请(专利权)人：微动公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]