專利名稱：用于當(dāng)材料密度引起流速中不可接受誤差時(shí)補(bǔ)償材料質(zhì)量流速的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)流經(jīng)科里奧利(Coriolis)流量計(jì)的材料質(zhì)量流速的計(jì)算。具體而言，本發(fā)明涉及對(duì)測(cè)量流速中由被測(cè)量材料密度引起的流速誤差進(jìn)行補(bǔ)償。更具體而言，本發(fā)明涉及確定材料密度何時(shí)在質(zhì)量流速中引起不可接受的誤差并補(bǔ)償流速中由密度引起的誤差。
背景技術(shù)：
如1985年1月1日頒發(fā)給J.E.Smith等人的美國(guó)專利No.4,491,025和1982年2月11日頒發(fā)給J.E.Smith的Re.31,450中所公開的，使用Coriolis效應(yīng)質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量流經(jīng)管道的材料的質(zhì)量流量和其它信息是已知的。這些流量計(jì)有一條或多條結(jié)構(gòu)彎曲的流管。Coriolis質(zhì)量流量計(jì)中的每條流管配置都有一組可以是簡(jiǎn)單的彎曲、扭轉(zhuǎn)、徑向或耦合類型的自然振動(dòng)模式。每條流管都被驅(qū)動(dòng)至以這些自然模式中的一種共振。振動(dòng)的自然振動(dòng)模式、材料填充系統(tǒng)部分地是由流管和流管中材料的組合質(zhì)量定義的。材料從流量計(jì)入口側(cè)的連接管道進(jìn)入流量計(jì)。然后材料經(jīng)過(guò)流管并離開流量計(jì)，到達(dá)連接在出口側(cè)的管道。
一個(gè)驅(qū)動(dòng)器將向流管施加力。該力使流管振動(dòng)。當(dāng)沒(méi)有材料流經(jīng)流量計(jì)時(shí)，沿流管的所有點(diǎn)都同相振動(dòng)。當(dāng)材料開始流經(jīng)流管時(shí)，Coriolis加速度使沿流管的每個(gè)點(diǎn)都有與沿流管其它點(diǎn)不同的相位。流管入口側(cè)的相位落后于驅(qū)動(dòng)器，而出口側(cè)的相位超前于驅(qū)動(dòng)器。傳感器放置在流管上兩個(gè)不同的點(diǎn)以便產(chǎn)生表示流管在這兩點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的正弦信號(hào)。從傳感器接收的兩個(gè)信號(hào)之間的相位差是以時(shí)間為單位進(jìn)行計(jì)算的。
兩個(gè)傳感器信號(hào)之間的相位差同流經(jīng)流管材料的質(zhì)量流速成正比。材料的質(zhì)量流速是通過(guò)用流量校準(zhǔn)因子乘該相位差來(lái)確定的。該流量校準(zhǔn)因子是由材料屬性和流管的截面屬性確定的。
材料屬性會(huì)影響由Coriolis流量計(jì)測(cè)量的質(zhì)量流速，這是一個(gè)問(wèn)題。可能影響測(cè)量流速的一些材料屬性包括密度、溫度、壓力和粘度。在大多數(shù)情況下，Coriolis流量計(jì)設(shè)計(jì)為對(duì)由這些屬性引起的誤差不靈敏。在其它情況下，計(jì)量電子設(shè)備對(duì)測(cè)量質(zhì)量流速中由這些屬性引起的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。例如，計(jì)量電子設(shè)備通?？梢詫?duì)由材料溫度和壓力引起的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。
在正常工作環(huán)境下有時(shí)候由材料屬性引起的誤差是微不足道的，且流速中的誤差不被校正。但是，在超過(guò)某個(gè)閾值之后，材料的屬性可能會(huì)引起不可接受的誤差。例如，在大多數(shù)流量計(jì)中，對(duì)于大多數(shù)密度，材料的密度通常不會(huì)影響流速。但是，在低流速Coriolis流量計(jì)中，發(fā)現(xiàn)材料的密度在某個(gè)閾值之后會(huì)影響材料的測(cè)量流速。對(duì)于該討論，低流速是5lbs./分鐘或更低。在這個(gè)時(shí)候，無(wú)法知道是什么引起這些誤差。
因此，期望能確定測(cè)量材料的密度何時(shí)超過(guò)閾值并對(duì)流速中由密度引起的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容
通過(guò)提供一種對(duì)Coriolis流量計(jì)測(cè)量質(zhì)量流速中由密度引起的誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ê脱b置，解決了以上和其它問(wèn)題并推進(jìn)了本領(lǐng)域的發(fā)展。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是校正了由密度造成的測(cè)量流速中的誤差。本發(fā)明的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)使用能夠更精確擬合測(cè)量數(shù)據(jù)的非線性方程來(lái)確定補(bǔ)償因子時(shí)，其補(bǔ)償比其它系統(tǒng)更精確。本發(fā)明的第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是只有在密度超過(guò)某個(gè)閾值之后補(bǔ)償才發(fā)生，其中由密度引起的誤差超過(guò)了一個(gè)不可接受的水平。這減小了提供精確流速所需的補(bǔ)償量。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)進(jìn)行密度補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量流速的確定是以下面的方式執(zhí)行的。首先材料流經(jīng)Coriolis流量計(jì)的一條振動(dòng)管道。管道振動(dòng)，而附著在該管道上的傳感器產(chǎn)生表示該管道運(yùn)動(dòng)的信號(hào)。來(lái)自附著在該振動(dòng)管道上的傳感器的信號(hào)由計(jì)量電子設(shè)備來(lái)接收。然后由該計(jì)量電子設(shè)備根據(jù)接收到的信號(hào)計(jì)算材料的非補(bǔ)償流速。然后利用非補(bǔ)償流速和將密度與流速中誤差聯(lián)系起來(lái)的非線性信息確定密度補(bǔ)償因子。然后通過(guò)將密度補(bǔ)償因子應(yīng)用到非補(bǔ)償流速產(chǎn)生密度補(bǔ)償流速。
根據(jù)本發(fā)明，計(jì)量電子設(shè)備還可以根據(jù)從傳感器接收到的信號(hào)計(jì)算材料密度。然后計(jì)算出的密度同一個(gè)閾值作比較以確定密度是否超過(guò)了閾值。如果密度超過(guò)了閾值則產(chǎn)生密度補(bǔ)償流速。否則輸出非補(bǔ)償流速。
在一種可選實(shí)施方案中，如果沒(méi)有超過(guò)閾值，則可以利用非補(bǔ)償流速和將質(zhì)量流速中的誤差與材料密度聯(lián)系起來(lái)的線性信息計(jì)算線性密度補(bǔ)償因子?？梢酝ㄟ^(guò)將所述線性密度補(bǔ)償應(yīng)用到所述非補(bǔ)償質(zhì)量流速計(jì)算補(bǔ)償流速。
根據(jù)本發(fā)明，可以通過(guò)將非補(bǔ)償流速插入到一個(gè)將密度和流速誤差數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)的N次多項(xiàng)式方程中確定密度補(bǔ)償因子，其中N大于1。該N次多項(xiàng)式是對(duì)關(guān)于測(cè)量質(zhì)量流量中誤差率的密度的曲線擬合?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)關(guān)于流速誤差數(shù)據(jù)的密度執(zhí)行N次曲線擬合產(chǎn)生該多項(xiàng)式，其中N大于1。
本發(fā)明一方面是確定流經(jīng)振動(dòng)管道材料的密度補(bǔ)償流速的方法，包括步驟從附著在所述振動(dòng)管道上的傳感器接收信號(hào)，根據(jù)所述信號(hào)計(jì)算所述材料的非補(bǔ)償流速，根據(jù)所述非補(bǔ)償流速和將密度與流速中誤差聯(lián)系起來(lái)的非線性信息確定密度補(bǔ)償因子，并通過(guò)將所述密度補(bǔ)償因子應(yīng)用到所述非補(bǔ)償流速產(chǎn)生所述密度補(bǔ)償流速。
另一方面是根據(jù)所述信號(hào)計(jì)算所述材料的密度，確定所述密度是否超過(guò)了閾值，并響應(yīng)所述密度超過(guò)所述閾值而產(chǎn)生所述密度補(bǔ)償流速。
另一方面是所述閾值為1.030的偽密度。
另一方面是所述管道直徑為.130英寸。
另一方面是響應(yīng)所述密度沒(méi)有超過(guò)所述閾值，根據(jù)所述非補(bǔ)償流速和將所述非補(bǔ)償流速中誤差與所述材料密度聯(lián)系起來(lái)的線性信息確定線性密度補(bǔ)償因子，并通過(guò)將所述線性密度補(bǔ)償因子應(yīng)用到所述非補(bǔ)償流速產(chǎn)生所述補(bǔ)償流速。
另一方面是所述確定密度補(bǔ)償因子的步驟包括將所述非補(bǔ)償流速插入到一個(gè)將密度和流速誤差數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)的N次多項(xiàng)式方程中的步驟，其中N大于1。
另一方面是對(duì)關(guān)于流速誤差數(shù)據(jù)的所述密度執(zhí)行N次曲線擬合以確定所述N次多項(xiàng)式方程，其中N大于1。
另一方面是所述執(zhí)行N次曲線擬合的步驟包括執(zhí)行一次至少平方曲線擬合的步驟。
另一方面是N等于4。
另一方面是根據(jù)所述信號(hào)計(jì)算所述材料的非補(bǔ)償密度。
另一方面是所述確定密度補(bǔ)償因子的步驟包括將所述非補(bǔ)償流速和所述非補(bǔ)償密度插入到一個(gè)將密度和流速誤差數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)的二維N次多項(xiàng)式方程中的步驟，其中N大于1。
另一方面是對(duì)關(guān)于所述密度補(bǔ)償因子的所述非補(bǔ)償密度和所述非補(bǔ)償流速執(zhí)行二維N次曲線擬合以確定所述N次多項(xiàng)式。
另一方面是所述執(zhí)行二維N次曲線擬合的步驟包括對(duì)用于所述非補(bǔ)償流速和所述非補(bǔ)償密度的數(shù)據(jù)執(zhí)行一次至少平方曲線擬合以確定所述二維N次多項(xiàng)式的步驟。
另一方面是Coriolis流量計(jì)的計(jì)量電子設(shè)備具有一個(gè)提供密度補(bǔ)償流速的處理單元并包括用于控制所述處理單元的指令，以便從附著在振動(dòng)管道上的傳感器接收信號(hào)、根據(jù)所述信號(hào)計(jì)算所述材料的非補(bǔ)償流速、根據(jù)所述非補(bǔ)償流速和將密度與流速中誤差聯(lián)系起來(lái)的非線性信息確定密度補(bǔ)償因子、并通過(guò)將所述密度補(bǔ)償因子應(yīng)用到所述非補(bǔ)償流速產(chǎn)生所述密度補(bǔ)償流速。該計(jì)量電子設(shè)備還包括所述處理單元可讀的、存儲(chǔ)所述指令的介質(zhì)。
另一方面是控制所述處理單元根據(jù)所述信號(hào)計(jì)算所述材料的密度、確定所述密度是否超過(guò)了閾值并響應(yīng)所述密度超過(guò)所述閾值而產(chǎn)生所述密度補(bǔ)償流速的指令。
另一方面是所述閾值為1.030的密度。
另一方面是響應(yīng)所述密度沒(méi)有超過(guò)所述閾值，控制所述處理單元根據(jù)所述非補(bǔ)償流速和將所述非補(bǔ)償流速中誤差與所述材料密度聯(lián)系起來(lái)的線性信息確定線性密度補(bǔ)償因子，并通過(guò)將所述線性密度補(bǔ)償應(yīng)用到所述非補(bǔ)償質(zhì)量流速產(chǎn)生所述補(bǔ)償流速的指令。
另一方面是控制所述處理單元將所述非補(bǔ)償流速插入到一個(gè)將密度和流速誤差數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)的N次多項(xiàng)式方程中的指令，其中N大于1。
另一方面是控制所述處理單元對(duì)關(guān)于流速誤差數(shù)據(jù)的所述密度執(zhí)行N次曲線擬合以確定所述N次多項(xiàng)式方程的指令，其中N大于1。
另一方面是控制所述處理單元對(duì)關(guān)于誤差數(shù)據(jù)的密度執(zhí)行一次至少平方曲線擬合的指令。
另一方面是N等于4。
另一方面是控制所述處理單元根據(jù)所述信號(hào)計(jì)算所述材料的非補(bǔ)償密度的指令。
另一方面是控制所述處理單元將所述非補(bǔ)償流速和所述非補(bǔ)償密度插入到一個(gè)將密度和流速誤差數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)的二維N次多項(xiàng)式方程中的指令，其中N大于1。
另一方面是控制所述處理單元對(duì)關(guān)于所述密度補(bǔ)償因子的所述非補(bǔ)償密度和所述非補(bǔ)償流速執(zhí)行二維N次曲線擬合以確定所述N次多項(xiàng)式的指令。
另一方面是控制所述處理單元對(duì)用于所述非補(bǔ)償流速和所述非補(bǔ)償密度的數(shù)據(jù)執(zhí)行一次至少平方曲線擬合以確定所述二維N次多項(xiàng)式的指令。
附圖簡(jiǎn)述在以下詳細(xì)描述和附圖中解釋了本發(fā)明以上和其它的優(yōu)點(diǎn)和方面

圖1說(shuō)明了包含本發(fā)明方法和裝置的Coriolis流量計(jì)；圖2說(shuō)明了表示對(duì)于變化的密度同流速相比的誤差率圖表；圖3說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明用于對(duì)流速中由密度引起的誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ牡谝粚?shí)施方案；圖4說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明用于對(duì)由密度引起的誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ牡诙?shí)施方案；及圖5說(shuō)明了一種處理器。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及根據(jù)對(duì)流速中由材料密度引起的誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)腃oriolis流量計(jì)提供質(zhì)量流速測(cè)量。圖1說(shuō)明了一種根據(jù)本發(fā)明提供補(bǔ)償質(zhì)量流速的典型Coriolis流量計(jì)。Coriolis流量計(jì)100包括流量計(jì)部件110和計(jì)量電子設(shè)備150。計(jì)量電子設(shè)備150通過(guò)導(dǎo)線120連接到流量計(jì)部件110以便在路徑125上提供例如，但不限于，密度、質(zhì)量流速、體積流速和總計(jì)質(zhì)量流速信息。盡管對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，很顯然在實(shí)際應(yīng)用中本發(fā)明可以同任何具有需要交流電壓電流的負(fù)載的裝置一起使用，但還是描述了一種Coriolis流量計(jì)結(jié)構(gòu)。
盡管對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，很顯然在實(shí)際應(yīng)用中本發(fā)明可以同任何具有振動(dòng)管道以測(cè)量流經(jīng)該管道的材料屬性的裝置一起使用，但還是描述了一種Coriolis流量計(jì)結(jié)構(gòu)。這種裝置的另一實(shí)例是不具有由Coriolis質(zhì)量流量計(jì)提供的附加測(cè)量能力的振動(dòng)管比重計(jì)。
流量計(jì)部件110包括一對(duì)凸緣101和101’、總管102及管道103A和103B。驅(qū)動(dòng)器104、傳感器105和105’及溫度傳感器107連接到管道103A和103B。定位架106和106’用來(lái)定義每個(gè)管道振動(dòng)的軸W和W’。
當(dāng)Coriolis流量計(jì)100插入到攜帶要測(cè)量加工材料的管道系統(tǒng)(未示出)時(shí)，材料通過(guò)凸緣101進(jìn)入流量計(jì)部件110，通過(guò)總管102，在此材料被導(dǎo)入管道103A和103B。然后材料流經(jīng)管道103A和103B并流回總管102，在此通過(guò)凸緣101’離開流量計(jì)部件110。
管道103A和103B被選定并恰當(dāng)?shù)匕惭b到總管102，從而分別有基本相同的質(zhì)量分配、關(guān)于彎曲軸W-W和W’-W’的慣性和彈性模塊力矩。管道103A-103B以基本平行的方式從總管向外伸展。
管道103A-103B由驅(qū)動(dòng)器104關(guān)于各自的彎曲軸W和W’向相反的方向并以稱為流量計(jì)第一異相彎曲的模式驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器104可以包括許多眾所周知的布置中的任何一種，如安裝到管道103A的磁鐵和安裝到管道103B的反向線圈，交流電流通過(guò)該反向線圈使得兩條管道振動(dòng)。計(jì)量電子設(shè)備150通過(guò)路徑112將合適的驅(qū)動(dòng)信號(hào)應(yīng)用到驅(qū)動(dòng)器104。
傳感器105和105’在管道的相對(duì)末端附著在管道103A和103B的至少一個(gè)上以測(cè)量管道的振動(dòng)。隨著管道103A-103B的振動(dòng)，傳感器105-105’產(chǎn)生第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)。該第一和第二傳感器信號(hào)應(yīng)用到路徑111和111。驅(qū)動(dòng)器速率信號(hào)應(yīng)用到路徑112。
溫度傳感器107附著在至少一條管道103A和/或103B上。溫度傳感器107測(cè)量管道溫度以便修改用于系統(tǒng)溫度的方程。路徑111”將溫度信號(hào)從溫度傳感器107送到計(jì)量電子設(shè)備150。
計(jì)量電子設(shè)備150分別接收顯示在路徑111和111’上的第一和第二傳感器信號(hào)。計(jì)量電子設(shè)備150處理該第一和第二速率信號(hào)以便計(jì)算流經(jīng)流量計(jì)部件10的材料的質(zhì)量流速、密度或其它屬性。該計(jì)算信息由計(jì)量電子設(shè)備150在路徑125上應(yīng)用到應(yīng)用裝置(未示出)。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，已知Coriolis流量計(jì)100在結(jié)構(gòu)上與振動(dòng)管比重計(jì)非常相似。振動(dòng)管比重計(jì)也使用一條振動(dòng)的管道，液體通過(guò)它流動(dòng)，或者在采樣類型的比重計(jì)中是液體在管道中保持。振動(dòng)管比重計(jì)還使用一個(gè)激勵(lì)管道振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。由于密度測(cè)量只需要頻率測(cè)量而不需要相位測(cè)量，因此振動(dòng)管比重計(jì)一般只使用單個(gè)反饋信號(hào)。在此對(duì)本發(fā)明的描述同樣適用于振動(dòng)管比重計(jì)。
在Coriolis流量計(jì)100中，計(jì)量電子設(shè)備150被物理分成兩個(gè)元件，主系統(tǒng)170和信號(hào)調(diào)節(jié)器160。在傳統(tǒng)計(jì)量電子設(shè)備中，這些元件位于一個(gè)部件中。
信號(hào)調(diào)節(jié)器160包括驅(qū)動(dòng)電路163和傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)電路161。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在實(shí)際中驅(qū)動(dòng)電路163和傳感器調(diào)節(jié)電路161可以是獨(dú)立的模擬電路或者可以是由數(shù)字信號(hào)處理器或其它數(shù)字元件提供的獨(dú)立功能。驅(qū)動(dòng)電路163產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)并將交流驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)路徑120的路徑112應(yīng)用到驅(qū)動(dòng)器104。本發(fā)明的電路可以包括在驅(qū)動(dòng)電路163中以便向驅(qū)動(dòng)器104提供交流電流。
在實(shí)際中，路徑112是第一和第二導(dǎo)線。驅(qū)動(dòng)電路163通過(guò)路徑162通信連接到傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)電路161。路徑162允許驅(qū)動(dòng)電路監(jiān)控進(jìn)入的傳感器信號(hào)以便調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。操作驅(qū)動(dòng)電路163和傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)電路161的功率是從主系統(tǒng)170通過(guò)第一電線173和第二電線174提供的。第一電線173和第二電線174可以是傳統(tǒng)2-線、4-線電纜的一部分或多對(duì)電纜的一部分。
傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)電路161通過(guò)路徑111、111’和111”從第一傳感器105、第二傳感器105’和溫度傳感器107接收輸入信號(hào)。傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)電路161確定傳感器信號(hào)的頻率，還可以確定流經(jīng)管道103A-103B的材料屬性。在確定從傳感器105-105’輸入的信號(hào)頻率和材料屬性以后，產(chǎn)生攜帶這種信息的參數(shù)信號(hào)并通過(guò)路徑176發(fā)送到主系統(tǒng)170中的二次處理單元171。在一種優(yōu)選實(shí)施方案中，路徑176包括2條導(dǎo)線。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到路徑176可以在第一電線173和第二電線174或任何其它個(gè)數(shù)的電線上攜帶。
主系統(tǒng)170包括電源172和二次處理單元171。電源172從一個(gè)電源接收電流并將接收到的電流轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需的合適功率。二次處理單元171從傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)電路161接收參數(shù)信號(hào)，然后執(zhí)行提供用戶所需的流經(jīng)管道103A-103B的材料屬性的方法。這種屬性可以包括，但不限于，密度、質(zhì)量流速和體積流速。
以下發(fā)明是由一個(gè)處理單元實(shí)現(xiàn)的。信號(hào)調(diào)節(jié)器160中的數(shù)字信號(hào)處理器或二次處理單元171可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。圖5說(shuō)明了一種可操作實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的傳統(tǒng)處理單元。
處理系統(tǒng)500包括中央處理器(CPU)501。CPU501是一個(gè)可以執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中指令的處理器、微處理器或處理器和/或微處理器的組合。存儲(chǔ)總線502將CPU501連接到執(zhí)行指令所需的存儲(chǔ)器。永久性存儲(chǔ)器，如只讀存儲(chǔ)器(ROM)510，通過(guò)路徑511連接到存儲(chǔ)總線502。ROM501存儲(chǔ)配置指令和正確操作處理系統(tǒng)500所需的其它指令。非永久性存儲(chǔ)器，如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器520，通過(guò)路徑521連接到存儲(chǔ)總線502。RAM520存儲(chǔ)執(zhí)行由CPU501所執(zhí)行應(yīng)用所需的指令和數(shù)據(jù)。
輸入/輸出(I/O)總線503將CPU501連接到執(zhí)行指令所需的其它設(shè)備。模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器530允許CPU501從模擬電路，如圖1的傳感器105-105’，接收信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器530通過(guò)路徑532連接到I/O總線503并從其它電路(未示出)接收模擬信號(hào)。外圍設(shè)備540是另一個(gè)可以執(zhí)行處理系統(tǒng)500所需功能以便向CPU501提供數(shù)據(jù)的設(shè)備。外圍設(shè)備540通過(guò)路徑541連接到I/O總線503。存儲(chǔ)器550是一個(gè)向處理系統(tǒng)500提供額外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力的設(shè)備，如磁盤驅(qū)動(dòng)器或磁盤。存儲(chǔ)器550通過(guò)路徑551連接到I/O總線503。
由Coriolis流量計(jì)，如Coriolis流量計(jì)100，提供的質(zhì)量流量測(cè)量結(jié)果會(huì)受到所測(cè)量材料屬性的影響，這是一個(gè)問(wèn)題。這樣一種屬性是材料的密度。小Coriolis流量計(jì)對(duì)由所測(cè)量材料的密度引起的誤差特別靈敏。為了討論，小Coriolis流量計(jì)是具有直徑為.130英寸流管的流量計(jì)。這種流量計(jì)的一種實(shí)例，CMF 010 Coriolis流量計(jì)，由位于Boulder，Colorado的Micro Motion公司生產(chǎn)。
圖2說(shuō)明了具有可變密度材料的流速中誤差的圖示。線201表示當(dāng)密度為.9957的材料的流速變化時(shí)非補(bǔ)償流速中的誤差。線202表示當(dāng)密度為.9489的材料的流速變化時(shí)非補(bǔ)償流速中的誤差。線203表示當(dāng)密度為.85284的材料的流速變化時(shí)非補(bǔ)償流速中的誤差。線204表示密度為.78922的材料非補(bǔ)償流速中的誤差。線205表示密度為.90452的材料非補(bǔ)償流速中的誤差。
如從圖2中可以看到的，密度接近1.0的材料引起較小的百分比誤差。而不接近1.0的密度易于具有大于.1％的百分比誤差。
從圖2的圖示中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以看到不接近1.0的密度導(dǎo)致小流量計(jì)提供不準(zhǔn)確的流速。本發(fā)明通過(guò)用一個(gè)密度補(bǔ)償因子乘測(cè)量流速來(lái)校正流速。
密度補(bǔ)償因子可以用以下任何一種方式來(lái)計(jì)算根據(jù)非補(bǔ)償流速對(duì)補(bǔ)償因子的查找，將密度同非補(bǔ)償密度的至少平方多項(xiàng)式擬合、或非補(bǔ)償密度和質(zhì)量流速的二維至少平方曲線擬合進(jìn)行比較。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到其它數(shù)據(jù)擬合方法也可以用于確定密度補(bǔ)償因子。
密度和流速之間的關(guān)系可以用于對(duì)由密度引起的流速誤差進(jìn)行補(bǔ)償。圖3和圖4說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明用于提供具有密度補(bǔ)償?shù)牧魉俚目蛇x方法。圖3和圖4中說(shuō)明的方法是由計(jì)量電子設(shè)備150或由從計(jì)量電子設(shè)備150接收數(shù)據(jù)的二次處理單元執(zhí)行的。圖3中說(shuō)明的方法300是根據(jù)本發(fā)明的第一可選實(shí)施方案。在方法300中，每個(gè)流速測(cè)量結(jié)果都以下面的方式對(duì)密度進(jìn)行補(bǔ)償。
方法300在步驟301由指示質(zhì)量流速的信號(hào)開始，該信號(hào)是從附著在振動(dòng)管道上的傳感器接收的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到這些信號(hào)可以是直接從傳感器接收的模擬信號(hào)或者是表示傳感器信號(hào)之間相位差的數(shù)字信號(hào)。這是一種設(shè)計(jì)選擇，而且依賴用于執(zhí)行該方法的電路類型而變化。
在步驟302中計(jì)算非補(bǔ)償流速。該流速以一種本領(lǐng)域眾所周知的傳統(tǒng)方式進(jìn)行計(jì)算，并且為了簡(jiǎn)單明了，省略了對(duì)流速計(jì)算的描述。
然后在步驟303中確定密度補(bǔ)償因子。可以用許多不同方式來(lái)確定該密度補(bǔ)償因子。第一種解決方案是保持存儲(chǔ)流速和關(guān)聯(lián)補(bǔ)償因子或補(bǔ)償流速的存儲(chǔ)器。然后可以執(zhí)行一種簡(jiǎn)單的查找來(lái)確定補(bǔ)償因子或補(bǔ)償流速。
一種確定補(bǔ)償因子的現(xiàn)有技術(shù)方法是數(shù)據(jù)的線性或一次曲線擬合。將非補(bǔ)償流速插入到方程中，并確定合適的密度補(bǔ)償因子。
但是，一次曲線擬合不能提供數(shù)據(jù)的精確表示。因此，產(chǎn)生一個(gè)N次多項(xiàng)式方程是優(yōu)選的，該方程對(duì)收集到的數(shù)據(jù)執(zhí)行更好的擬合以表示補(bǔ)償因子。然后將非補(bǔ)償流速插入到該方程中以求解密度補(bǔ)償因子。在一種優(yōu)選實(shí)施方案中，已確定4次多項(xiàng)式能最好地?cái)M合數(shù)據(jù)，因此使用4次方程。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到根據(jù)結(jié)果精度可以使用其它次方程。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，已確定以下4次方程能最好地?cái)M合數(shù)據(jù)。
DCF＝α0+α1m+α2m2+α3m3+α4m4其中α0＝+.9983；α1＝+.0052，α2＝+.0094；α3＝+.0051；α4＝-.0008；及m＝非補(bǔ)償流速第二種確定補(bǔ)償因子的方法是利用對(duì)N次多項(xiàng)式的二維曲線擬合實(shí)現(xiàn)的。二維曲線擬合是對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)變量的曲線擬合。在這種情況下，曲線擬合用于由m表示的質(zhì)量流速和由d表示的密度。在一種優(yōu)選實(shí)施方案中，是對(duì)關(guān)于補(bǔ)償因子的密度和質(zhì)量流速的至少平方擬合。通過(guò)對(duì)不同多項(xiàng)式的擬合數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)確定對(duì)關(guān)于補(bǔ)償因子的密度和質(zhì)量流速的4次多項(xiàng)式擬合，如以下方程所示補(bǔ)償因子＝α0+(α1×m)+(α2×m2)+(α3×m3)+(α4×4)+(α5×m×d)+(α6×d)+(α7×d2)+(α8×d3)+(α9×d4)其中α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7、α8、α9＝系數(shù)；m＝質(zhì)量流速；及d＝密度在步驟303中確定密度補(bǔ)償因子后，在步驟304中將該密度補(bǔ)償因子應(yīng)用到非補(bǔ)償質(zhì)量流速以產(chǎn)生密度補(bǔ)償質(zhì)量流速，方法300結(jié)束。
圖4中說(shuō)明的方法400說(shuō)明了用于提供對(duì)由密度引起的誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牧魉俚牡诙N可選實(shí)施方案。在這種實(shí)施方案中，如果材料密度處在不會(huì)對(duì)測(cè)量流速增加不可接受誤差的范圍之內(nèi)，則不必將密度補(bǔ)償因子應(yīng)用到測(cè)量流速。
方法400在步驟401通過(guò)從附著在振動(dòng)管道上的傳感器接收指示質(zhì)量流速的信號(hào)開始。然后在步驟402中該信號(hào)用于計(jì)算非補(bǔ)償流速。該流速以一種本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的傳統(tǒng)方式進(jìn)行計(jì)算。
在步驟403中，材料的密度是根據(jù)一種傳統(tǒng)或熟知的方程從信號(hào)計(jì)算的，如p=p1-p2K22-K12(τ2-K12)+p1]]>其中p＝材料密度；p1＝第一種已知材料，如水，的密度；p2＝第二種已知材料，如空氣，的密度；K1＝第一種已知材料，如水，的常量；K2＝第二種已知材料，如空氣，的常量；及τ＝流管的振動(dòng)速率。
在計(jì)算密度后，在步驟404中將計(jì)算出的密度同一個(gè)閾值密度進(jìn)行比較。密度可以超過(guò)閾值密度，大于或小于閾值密度。所使用的比較方法留給本領(lǐng)域技術(shù)人員。
如果計(jì)算出的密度超過(guò)了閾值密度，則在步驟405中確定密度補(bǔ)償因子。密度補(bǔ)償因子是以上面圖3步驟303中描述的方式確定的。然后在步驟406中將該密度補(bǔ)償因子應(yīng)用到非補(bǔ)償質(zhì)量流速并產(chǎn)生補(bǔ)償質(zhì)量流速。
如果計(jì)算出的密度沒(méi)有超過(guò)閾值密度，則在步驟420可以返回非補(bǔ)償流速?？蛇x地，由于已知線性密度補(bǔ)償就足夠了，因此可以在步驟411中利用線性補(bǔ)償確定密度補(bǔ)償。然后在步驟412中通過(guò)將該線性密度補(bǔ)償因子應(yīng)用到非補(bǔ)償流速產(chǎn)生補(bǔ)償流速。
在步驟420中，返回在步驟406或步驟412計(jì)算出的補(bǔ)償流速，方法400結(jié)束。
以上是對(duì)質(zhì)量流速由材料密度引起的誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ拿枋??？梢灶A(yù)見，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠并將設(shè)計(jì)出不從字面上或通過(guò)等價(jià)原則違反以下權(quán)利要求中闡明的系統(tǒng)的可選方法。
權(quán)利要求
1.一種確定流經(jīng)振動(dòng)管道(103A、103B)的材料的密度補(bǔ)償流速的方法(300)，包括步驟從附著在所述振動(dòng)管道上的傳感器(105、105’)接收信號(hào)(301)；根據(jù)所述信號(hào)計(jì)算所述材料的非補(bǔ)償流速(302)；所述方法的特征在于步驟根據(jù)所述非補(bǔ)償流速和將密度與流速中誤差聯(lián)系起來(lái)的非線性信息確定密度補(bǔ)償因子(303)；及通過(guò)將所述密度補(bǔ)償因子應(yīng)用到所述非補(bǔ)償流速產(chǎn)生所述密度補(bǔ)償流速(304)。
2.權(quán)利要求1的方法(300)，還包括步驟根據(jù)所述信號(hào)計(jì)算所述材料的密度(403)；確定所述密度是否超過(guò)了閾值(404)；及響應(yīng)所述密度超過(guò)了所述閾值，產(chǎn)生所述密度補(bǔ)償流速(406)。
3.權(quán)利要求2的方法(300)，其中所述閾值是1.030的偽密度。
4.權(quán)利要求3的方法(300)，其中所述管道(103A、103B)的直徑為.130英寸。
5.權(quán)利要求2的方法(300)，還包括步驟響應(yīng)所述密度沒(méi)有超過(guò)所述閾值，根據(jù)所述非補(bǔ)償流速和將所述非補(bǔ)償流速中誤差與所述材料密度聯(lián)系起來(lái)的線性信息確定線性密度補(bǔ)償因子(411)；及通過(guò)將所述線性密度補(bǔ)償因子應(yīng)用到所述非補(bǔ)償流速產(chǎn)生所述補(bǔ)償流速(412)。
6.權(quán)利要求1的方法(300)，其中確定所述密度補(bǔ)償因子的步驟包括步驟將所述非補(bǔ)償流速插入到一個(gè)將密度和流速誤差數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)的N次多項(xiàng)式方程中，其中N大于1。
7.權(quán)利要求6的方法(300)，還包括步驟對(duì)關(guān)于流速誤差數(shù)據(jù)的所述密度執(zhí)行N次曲線擬合以確定所述N次多項(xiàng)式方程，其中N大于1。
8.權(quán)利要求7的方法(300)，其中所述執(zhí)行N次曲線擬合的步驟包括步驟執(zhí)行至少平方曲線擬合。
9.權(quán)利要求6的方法(300)，其中N等于4。
10.權(quán)利要求1的方法(300)，還包括步驟根據(jù)所述信號(hào)計(jì)算所述材料的非補(bǔ)償密度(403)。
11.權(quán)利要求10的方法(300)，其中所述確定密度補(bǔ)償因子的步驟包括步驟將所述非補(bǔ)償流速和所述非補(bǔ)償密度插入到將密度和流速誤差數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)的二維N次多項(xiàng)式方程中，其中N大于1。
12.權(quán)利要求11的方法(300)，還包括步驟對(duì)關(guān)于所述密度補(bǔ)償因子的所述非補(bǔ)償密度和所述非補(bǔ)償流速執(zhí)行二維N次曲線擬合以確定所述N次多項(xiàng)式。
13.權(quán)利要求12的方法(300)，其中所述執(zhí)行二維N次曲線擬合的步驟包括步驟對(duì)用于所述非補(bǔ)償流速和所述非補(bǔ)償密度的數(shù)據(jù)執(zhí)行至少平方曲線擬合以確定所述二維N次多項(xiàng)式。
14.Coriolis流量計(jì)(110)的計(jì)量電子設(shè)備(150)，具有提供密度補(bǔ)償流速的處理單元(500)并包括控制所述處理單元的指令，以便從附著在振動(dòng)管道(103A、103B)上的傳感器(105、105’)接收信號(hào)，并根據(jù)所述信號(hào)計(jì)算所述材料的非補(bǔ)償流速；及存儲(chǔ)所述指令、所述處理單元可讀的介質(zhì)(550)；所述計(jì)量電子設(shè)備的特征在于所述指令控制所述處理單元根據(jù)所述非補(bǔ)償流速和將密度與流速中誤差聯(lián)系起來(lái)的非線性信息確定密度補(bǔ)償因子，及通過(guò)將所述密度補(bǔ)償因子應(yīng)用到所述非補(bǔ)償流速產(chǎn)生所述密度補(bǔ)償流速。
15.權(quán)利要求14的計(jì)量電子設(shè)備(150)，其中所述指令還包括控制所述處理單元(500)的指令，以便根據(jù)所述信號(hào)計(jì)算所述材料的密度，確定所述密度是否超過(guò)了閾值，及響應(yīng)所述密度超過(guò)了所述閾值，產(chǎn)生所述密度補(bǔ)償流速。
16.權(quán)利要求15的計(jì)量電子設(shè)備(150)，其中所述閾值為1.030的密度。
17.權(quán)利要求15的計(jì)量電子設(shè)備(150)，其中所述指令還包括控制所述處理單元(500)的指令，以便響應(yīng)所述密度沒(méi)有超過(guò)所述閾值，根據(jù)所述非補(bǔ)償流速和將所述非補(bǔ)償流速中誤差與所述材料密度聯(lián)系起來(lái)的線性信息確定線性密度補(bǔ)償因子；及通過(guò)將所述線性密度補(bǔ)償應(yīng)用到所述非補(bǔ)償質(zhì)量流速產(chǎn)生所述補(bǔ)償流速。
18.權(quán)利要求14的計(jì)量電子設(shè)備(150)，其中所述確定密度補(bǔ)償因子的指令包括控制所述處理單元(500)的指令，以便將所述非補(bǔ)償流速插入到一個(gè)將密度和流速誤差數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)的N次多項(xiàng)式方程中，其中N大于1。
19.權(quán)利要求18的計(jì)量電子設(shè)備(150)，其中所述指令還包括控制所述處理單元(500)的指令，以便對(duì)關(guān)于流速誤差數(shù)據(jù)的所述密度執(zhí)行N次曲線擬合以確定所述N次多項(xiàng)式方程，其中N大于1。
20.權(quán)利要求19的計(jì)量電子設(shè)備(150)，其中所述執(zhí)行N次曲線擬合的指令包括控制所述處理單元(100)的指令，以便對(duì)關(guān)于誤差數(shù)據(jù)的密度執(zhí)行至少平方曲線擬合。
21.權(quán)利要求18的計(jì)量電子設(shè)備(150)，其中N等于4。
22.權(quán)利要求14的計(jì)量電子設(shè)備(150)，其中所述指令還包括控制處理單元(500)的指令，以便根據(jù)所述信號(hào)計(jì)算所述材料的非補(bǔ)償密度。
23.權(quán)利要求22的計(jì)量電子設(shè)備(150)，其中所述確定密度補(bǔ)償因子的指令包括控制所述處理單元(500)的指令，以便將所述非補(bǔ)償流速和所述非補(bǔ)償密度插入到一個(gè)將密度和流速誤差數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)的二維N次多項(xiàng)式方程中，其中N大于1。
24.權(quán)利要求23的計(jì)量電子設(shè)備(150)，其中所述指令還包括控制所述處理單元(500)的指令，以便對(duì)關(guān)于所述密度補(bǔ)償?shù)乃龇茄a(bǔ)償密度和所述非補(bǔ)償流速執(zhí)行二維N次曲線擬合以確定所述N次多項(xiàng)式。
25.權(quán)利要求24的計(jì)量電子設(shè)備(150)，其中所述執(zhí)行二維N次曲線擬合的指令包括控制所述處理單元(500)的指令，以便對(duì)用于所述非補(bǔ)償流速和所述非補(bǔ)償密度的數(shù)據(jù)執(zhí)行至少平方曲線擬合以確定所述二維N次多項(xiàng)式。
全文摘要
一種用于確定流經(jīng)振動(dòng)管道的材料的密度補(bǔ)償流速的裝置(150)和方法(300)。信號(hào)是從附著在振動(dòng)管道(103A、103B)上的傳感器(105、105’)接收的。然后根據(jù)該信號(hào)計(jì)算所述材料的非補(bǔ)償流速。然后根據(jù)非補(bǔ)償流速和將密度和流速中誤差聯(lián)系起來(lái)的非線性信息確定密度補(bǔ)償因子。然后通過(guò)將該密度補(bǔ)償因子應(yīng)用到非補(bǔ)償流速確定密度補(bǔ)償流速。
文檔編號(hào)G01F1/00GK1473262SQ01818260
公開日2004年2月4日 申請(qǐng)日期2001年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月3日
發(fā)明者P·J·海斯, A·T·帕滕, P J 海斯, 帕滕 申請(qǐng)人:微動(dòng)公司