Способ и устройство для измерения давления в кориолисовом массовом расходомере

Способ и устройство для измерения давления в кориолисовом массовом расходомере

Реферат

 

Изобретения могут быть использованы для получения точной информации о массовом секундном расходе, а также плотности. Колебания расходомерных трубок возбуждают в двух режимах изгибных колебаний или в режиме изгибных и крутильных колебаний. Отношение основных частот, на которых расходомерные трубки колеблются в каждом из двух режимов колебаний, пропорционально давлению внутри расходомерных трубок. При обработке частотных сигналов используют цифровые режекторные и полосовые фильтры. Изобретения обеспечивают упрощение измерения давления, а также повышение точности измерения массового расхода или плотности за счет использования полученного давления в качестве сигнала коррекции. 2 с. и 18 з.п. ф-лы, 14 ил., 4 табл.

Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение касается измерения давления в связи с массовыми расходомерами на эффекте Кориолиса и, в частности, способа и устройства для получения информации о давлении вещества под влиянием действия массового расходомера на эффекте Кориолиса и для получения точной информации о массовом секундном расходе в ответ на действие массового расходомера.

Проблема Известно использование массовых расходомеров на эффекте Кориолиса для измерения массового секундного расхода и получения другой информации о веществах, протекающих по трубопроводу. Такие расходомеры раскрыты в патентах США под номером 4.109.524 от 29 августа 1978 г., 4.491.025 от 1 января 1985 г. и заменяющем патенте Re. 31.450 от 11 февраля 1982 г., выданных Дж. Е. Смиту и др. Эти расходомеры имеют одну или более расходомерные трубки прямой или изогнутой конфигурации. Конфигурация каждой расходомерной трубки в кориолисовом массовом расходомере имеет набор собственных видов колебаний, которые могут быть простыми изгибными, крутильными или связанными колебаниями. Каждую расходомерную трубку приводят к колебанию при резонансе в одном из этих видов собственных колебаний. Вещество проходит в расходомер из подсоединенного трубопровода на впускной стороне массового расходомера, направляется через расходомерную трубку или трубки и выходит из расходомера через выпускную сторону. Собственные виды колебаний заполненной колеблющимся веществом системы определяются частично объединенной массой расходомерных трубок и веществом, протекающим внутри расходомерных трубок.

Когда через расходомер не проходит поток, все точки вдоль расходомерной трубки колеблются с идентичной фазой из-за прикладываемой силы возбудителя. Как только начинает течь вещество, Кориолисовы ускорения заставляют каждую точку вдоль расходомерной трубки иметь отличающуюся фазу. Фаза на входной стороне расходомерной трубки отстает от фазы возбудителя, в то время как фаза на выпускной стороне опережает фазу возбудителя. В расходомерной трубке помещены датчики для образования синусоидальных сигналов, отображающих движение расходомерной трубки. Разность фаз между двумя сигналами датчиков пропорциональна массовому секундному расходу вещества через расходомерную трубку.

Осложняющий фактор при таком измерении состоит в том, что изменяется плотность типичных обрабатываемых веществ. Изменения плотности вызывают изменение частоты видов собственных колебаний. Поскольку система управления возбуждением массового расходомера поддерживает резонансное колебание расходомерных трубок, под действием изменения плотности изменяется частота колебаний. Массовый секундный расход в этой ситуации пропорционален отношению разности фаз и частоты колебаний.

Вышеупомянутый патент США под номером Re. 31.450, выданный Смиту, раскрывает кориолисовый массовый расходомер, в котором при измерении массового секундного расхода устраняется необходимость измерения как разности фаз, так и частоты колебаний. Разность фаз определяется посредством измерения временной задержки между пересечениями уровня двух синусоидальных сигналов массового расходомера. При использовании этого способа аннулируются изменения частоты колебаний, и массовый секундный расход оказывается пропорциональным полученной в результате измерений временной задержке. Этот способ измерения далее называется временной задержкой или измерением t.

Информацию относительно характеристик вещества, протекающего в кориолисовом массовом расходомере, обычно получают с помощью измерительной аппаратуры, которая измеряет фазу или временную задержку между двумя выходными сигналами датчиков расходомера. Эти измерения должны осуществляться с большой точностью, поскольку часто требуется, чтобы полученная информация о расходе имела точность по меньшей мере 0,15% считывания. Эти выходные сигналы расходомера являются синусоидальными и смещены по времени или фазе на величину, определяемую силами Кориолиса, производимыми измерительным устройством, через которое протекает вещество. Схемы обработки сигналов, которые принимают эти выходные сигналы датчиков, измеряют эту разность фаз с точностью и вырабатывают требуемые характеристики протекающего обрабатываемого вещества с требуемой точностью по меньшей мере 0,15% считывания.

В патенте США под номером 5.473.949 от 12 декабря 1995, выданном Кейджу и др., описан способ определения давления и плотности в кориолисовом массовом расходомере. В патенте Кейджа описано возбуждение колеблющегося трубопровода в двух различных режимах. Жидкость заставляют течь по трубопроводу и проводят измерения двух видов колебаний в "рабочей точке" расходомера. Затем определяют давление и плотность протекающего в расходомере вещества с помощью одновременного решения двух уравнений, как предусмотрено патентом Кейджа.

Способы цифровой обработки сигналов (ЦОС) улучшают точность обработки сигналов от датчиков кориолисового массового расходомера. Способы и устройства ЦОС измеряют разность фаз между сигналами датчика без введения сдвигов фаз между двумя сигналами с помощью процесса измерения. Любой сдвиг фазы (задержка), вносимый операцией ЦОС, идентичен для двух сигналов датчиков. Кроме того, способы ЦОС могут более эффективно фильтровать сигналы, чтобы извлекать данные из сигналов шума окружающей среды, наводимых в сигналах окружающей средой, в которой работает расходомер.

Известно, что изменения давления внутри расходомерных трубок расходомера могут влиять на точность измерений массового секундного расхода. Изменения давления вещества, текущего внутри расходомерных трубок, могут изменять жесткость расходомерных трубок расходомера. Это изменяет резонансную частоту расходомерных трубок и вызывает погрешности в измерении массового секундного расхода. Чтобы минимизировать влияния изменений давления на резонансную частоту и измерения массового секундного расхода, обычно усиливают стенки расходомерных трубок. Однако, увеличение жесткости расходомерных трубок для снижения влияния изменений давления может увеличить стоимость массового расходомера, а также снижает чувствительность расходомера. Пониженная чувствительность из-за воздействий давления может ограничить пригодный для использования диапазон применения расходомера.

В технике известно использование манометра вместе с расходомером для измерения мгновенного давления вещества и использование полученных в результате измерений значений давления для коррекции измерений массового секундного расхода. Однако, добавление независимого манометра прибавляет сложность (и связанные с этим затраты) устройства измерения расхода.

Решение Настоящее изобретение разрешает вышеупомянутые и другие проблемы, таким образом усовершенствуя полезную технику, обеспечивая способы и устройство для измерения давления внутри кориолисового массового расходомера без добавления независимого манометра. Измерение давления, получаемое от действия массового расходомера на эффекте Кориолиса, используется для коррекции измерений массового секундного расхода расходомера. Измерение давления можно использовать непосредственно в регулируемом процессе для других целей, требующих измерений давления в трубопроводе. Соответствующие настоящему изобретению способы и устройство приводят в действие массовый расходомер на эффекте Кориолиса путем вибрирования расходомерных трубок как в режиме изгибных колебаний, так и в режиме крутильных колебаний. Каждый вид колебания имеет связанную с ним основную частоту. Известные способы обработки сигналов используются вместе с датчиками, установленными на расходомерных трубках для получения массового секундного расхода в функции колебаний расходомерных трубок. Соответствующие настоящему изобретению способы также осуществляют использование того, что отношение между частотой первого вида колебаний расходомерных трубок (например, частотой режима крутильных колебаний) и второго вида колебаний расходомерных трубок (например, частотой режима изгибных колебаний) изменяется в функции давления внутри расходомерных трубок. Отношение двух полученных в результате измерения частот используется соответствующими настоящему изобретению способами и устройством обработки сигналов для определения давления вещества внутри расходомерных трубок. То же самое устройство обработки сигналов используется как для получения массового секундного расхода, так и для определения давления внутри расходомерных трубок расходомера. Это устраняет необходимость в отдельном устройстве измерения давления во многих применениях измерения потока веществ. Многочисленные другие поправочные коэффициенты, включая температуру расходомерной трубки и плотность вещества, измеряются устройством обработки сигналов и используются для коррекции как определения массового секундного расхода, так и определения давления. Определяя давление внутри расходомерных трубок, можно скорректировать измерения массового секундного расхода, с целью учета влияния давления на измерения массового секундного расхода.

Измеряя давление внутри расходомерных трубок и компенсируя полученный в результате измерений массовый секундный расход для коррекции влияний изменений давления на характеристики колебаний расходомерных трубок, обеспечивают возможность делать стенки расходомерных трубок из более тонкого материала. Расходомерные трубки должны иметь толщину, только достаточную для приемлемого сдерживания статического давления вещества внутри рабочих расходомерных трубок. Не нужно увеличивать толщину расходомерных трубок для единственной цели снижения влияния изменений давления на измерения массового секундного расхода. Эта более тонкая конструкция обеспечивает возможность расходомеру увеличить до максимума чувствительность при применениях измерения расхода. Более тонкие стенки расходомерных трубок обеспечивают лучшую чувствительность для измерений массового секундного расхода. В частности, более тонкая конструкция стенок позволяет расходомеру измерять более низкие массовые секундные расходы типа обычных при измерении массового секундного расхода веществ низкой плотности.

В соответствии с настоящим изобретением, для определения давления можно использовать отношение любых двух частот видов колебаний, если две частоты видов колебаний соответствуют некоторым характеристикам. Два вида колебаний должны реагировать по-разному на изменения давления внутри расходомерных трубок. Любые две частоты видов колебаний, которые отвечают этому критерию, можно использовать для определения давления внутри расходомерных трубок из отношения двух частот видов колебаний. Хотя последующее описание представляет соответствующие настоящему изобретению способы с точки зрения конкретных двух видов колебаний (первая форма изгибных колебаний и первая форма крутильных колебаний), тому же самому критерию могут удовлетворять и другие виды колебаний и могут служить одинаково хорошо для определения давления внутри расходомера. Также в соответствии с настоящим изобретением, получают давление, измеряя частоту одного вида колебаний. Это можно выполнить, когда один из видов либо не подвержен изменениям, либо не подвержен действию изменений условий монтажа, температуры расходомерных трубок и плотности вещества.

Настоящее изобретение приводит расходомерные трубки в колебание как в первой не совпадающей по фазе изгибной форме колебаний (здесь изгибный режим или вид изгибных колебаний), так и в первом не совпадающем по фазе виде кручения (здесь режим кручения или вид крутильных колебаний). В зависимости от потребностей конкретного применения массового расходомера, расходомерные трубки можно приводить в колебание в обоих режимах одновременно или, в качестве альтернативы, трубки можно последовательно и повторяющимся образом приводить в режим крутильных колебаний, после которого следует режим изгибных колебаний. Кроме того, трубки можно приводить в колебание непрерывно в режиме изгибных колебаний для нормальных измерений массового секундного расхода и одновременно приводить в периодические колебания в режиме крутильных колебаний, чтобы на основании их периодически определять поправки на давление и массовый секундный расход.

Устройство обработки сигналов отбирает выходные сигналы датчиков, прикрепленных к колеблющимся расходомерным трубкам для выделения и измерения частоты каждого вида колебаний. Устройство обработки сигналов определяет массовый секундный расход из выборок сигналов вибрации изгибной формы колебаний, как это известно в технике. Отношение частоты изгибной формы колебаний и частоты крутильной формы колебаний изменяется, в частности, в функции давления вещества внутри расходомерных трубок массового расходомера. Устройство обработки сигналов вычисляет и использует это отношение для определения давления внутри массового расходомера. Затем определяется поправочный коэффициент массового секундного расхода, используя измерение давления. Этот поправочный коэффициент используется устройством обработки сигналов для коррекции массового секундного расхода. Это откорректированное измерение массового секундного расхода используется затем для управляющей или сообщаемой иначе информации относительно обрабатываемого потока.

В дополнение к коррекции измерений массового секундного расхода, соответствующее настоящему изобретению измерение давления можно использовать само по себе для устранения необходимости в независимых устройствах измерения давления. Настоящее изобретение удовлетворяет потребность в устройстве измерения давления при применениях кориолисовых массовых расходомеров, где также требуются измерения давления.

Краткое описание чертежей Фиг. 1 изображает типичный расходомер, прикрепленный к измерительному прибору массового секундного расхода, в котором можно благоприятно применять соответствующие настоящему изобретению способы.

Фиг. 2 представляет блок-схему, изображающую дополнительные детали показанного на фиг.1 измерительного прибора массового секундного расхода.

Фиг.3 представляет перспективный вид типичной расходомерной трубки в режиме изгибных колебаний.

Фиг. 4 представляет вид сверху типичной расходомерной трубки в режиме крутильных колебаний.

Фиг. 5 представляет блок-схему, изображающую различные цифровые фильтры, применяемые для выделения и усиления сигналов, обрабатываемых в соответствии с программами в ЦОС внутри показанного на фиг.1 измерительного прибора массового секундного расхода, используя соответствующий настоящему изобретению предпочтительный вариант осуществления способа суммы/разности.

Фиг. 6 представляет блок-схему, изображающую различные цифровые фильтры, применяемые для выделения и усиления сигналов, обрабатываемых в соответствии с программами в ЦОС внутри показанного на фиг.1 измерительного прибора массового секундного расхода, используя соответствующий настоящему изобретению альтернативный вариант осуществления способа фильтра четвертого порядка.

Фиг. 7-9 представляет графические схемы программы, которые описывают соответствующие варианту осуществления настоящего изобретения способы, действующие в ЦОС представленного на фиг.1 измерительного прибора массового секундного расхода.

Фиг. 10 представляет блок-схему цепи возбудителя, показанного на фиг.2, который выделяет требуемые основные частоты колеблющихся расходомерных трубок, используя способ суммы/разности.

Фиг. 11 представляет блок-схему показанной на фиг.10 цепи сбалансированного операционного усилителя.

Фиг. 12 представляет блок-схему, которая изображает устройства интегральных микросхем в показанном на фиг.1 измерительном приборе массового секундного расхода.

Фиг. 13 представляет график, изображающий типичное соотношение между поправочным множителем массового расходомера и давлением внутри расходомерных трубок расходомера.

Фиг. 14 представляет график, изображающий типичное соотношение между отношением частоты колебания крутильного вида к частоте колебания изгибного вида внутри расходомерных трубок расходомера.

Подробное описание изобретения Краткий обзор применений кориолисового расходомера На фиг. 1 показан типичный кориолисовый массовый расходомер 10, имеющий две расходомерные трубки 12, 14, прикрепленные к корпусу 30 коллектора так, чтобы получить по существу идентичные модули упругости и моменты инерции относительно их соответствующих сдвинутых по фазе осей W-W и W'-W изгиба. Специалисты в данной области техники легко поймут, что изображенная на фиг.1 смонтированная на консоли конструкция расходомера предназначена только в качестве примера массового расходомера на эффекте Кориолиса, в которой соответствующие настоящему изобретению способы можно благоприятно применять. Соответствующие настоящему изобретению способы полезно применимы к расходомерам, имеющим много различных конфигураций расходомерных трубок, а также к расходомерам, имеющим множество расходомерных трубок или одну расходомерную трубку.

Катушка и магнит привода 20 установлены в средней области между верхней частью 130 и 130' расходомерных трубок 12, 14, чтобы вызывать сдвинутые по фазе колебания расходомерных трубок 12, 14 относительно осей W-W и W'-W. Это колебание называется здесь "изгибным" видом колебаний или просто "изгибным режимом". На фиг. 3 представлено изображение в перспективе одной расходомерной трубки 14, прикрепленной к корпусу 30 коллектора, колеблющегося в изгибном режиме относителино оси W.

Пара приводных катушек и связанных магнитов 21R и 21L установлены на правой и левой сторонах, соответственно, расходомерных трубок 12, 14, чтобы осуществлять колебания расходомерных трубок 12, 14 относительно центральной оси каждой расходомерной трубки, а именно Т и Т', соответственно, со сдвигом по фазе относительно левой и правой сторон расходомерных трубок. Это колебание называется здесь "крутильным" видом колебаний или просто "крутильным режимом". Специалисты в данной области техники легко поймут, что приводную катушку и магнит 20, установленные на верхних частях 130 и 130', можно исключить, если приводные катушки и магниты 21R и 21L способны приводить расходомерные трубки 12 и 14 к колебанию в обоих режимах. На фиг.4 показан вид сверху одной расходомерной трубки 12, прикрепленной к корпусу 30 коллектора, колеблющейся в крутильном режиме относительно оси Т. Как отмечено на фиг.1, каждая расходомерная трубка 12 и 14 приводится в колебательное движение в крутильном режиме колебаний относительно собственной оси, Т и Т', соответственно.

Левый датчик 16 и правый датчик 18 смонтированы около соответствующих концов верхних частей расходомерных трубок 12, 14 для восприятия относительного движения расходомерных трубок 12, 14. Это восприятие предпочтительно выполняют известными способами, применяющими датчики скорости. Расходомерные трубки 12 и 14 имеют левые боковые стержни 131 и 131' и правые боковые стойки 134 и 134'. Боковые стойки сходятся вниз по направлению друг к другу и крепятся к поверхностям 120 и 120' элементов 121 и 121' коллектора. Бруски распорок 140R и 140L припаяны к стойкам расходомерных трубок 12, 14 и служат для определения осей W-W и W'-W', относительно которых колеблются расходомерные трубки, не совпадая по фазе, когда возбудитель 20 снабжается энергией по тракту 156. Положение осей W-W и W'-W' определяется монтажом брусков распорок 140R и 140L на боковых стойках 131, 131' и 134, 134' расходомерных трубок.

Датчик 22 температуры установлен на боковой стойке 131 расходомерной трубки 14 для измерения температуры расходомерной трубки и аппроксимирования температуры текущего по ней вещества. Эта температурная информация используется для определения изменений модуля упругости расходомерных трубок. Возбудители 20, 21R и 21L, датчики 16 и 18 и датчик 22 температуры соединены с измерительным прибором 24 массового секундного расхода трактами 156, 161, 160, 157, 158 и 159, соответственно. Измерительный прибор 24 массового секундного расхода включает в себя по меньшей мере один микропроцессор, который обрабатывает принимаемые с датчиков 16, 18 и 22 сигналы с целью определения массового секундного расхода вещества, проходящего через расходомер 10, а также другие измерения, типа плотности вещества и температуры. Измерительный прибор 24 массового секундного расхода также подает приводной сигнал по тракту 156 к возбудителю 20 для колебания расходомерных трубок 12 и 14 в изгибном режиме, со сдвигом по фазе относительно осей W-W и W'-W'. Дополнительно, измерительный прибор 24 подает приводной сигнал по трактам 160 и 161 к возбудителям 21R и 21L, соответственно, для колебания расходомерных трубок 12 и 14 в крутильном режиме относительно оси W'. Специалисты в данной области техники легко поймут, что возбудитель 20 можно исключить, если возбудители 21L и 21R физически и электронным способом могут одновременно приводить расходомерные трубки 12 и 14 в требуемых двух видах колебаний. В качестве альтернативы возбудители могут приводить расходомерные трубки последовательно в двух различных режимах - один режим в каждый момент времени.

Специалисты в данной области техники легко поймут, что в зависимости от геометрических конфигураций расходомерных трубок, схема одного возбудителя, должным образом расположенная на расходомерных трубках, может быть способна приводить расходомерные трубки в колебание в обоих режимах.

Корпус 30 коллектора сформован из отливки 150, 150'. Элементы 150, 150' отливки можно присоединять к подводящему трубопроводу и выходному трубопроводу (не показано) с помощью фланцев 103, 103'. Корпус 30 коллектора отводит поток вещества от подводящего трубопровода в расходомерные трубки 12, 14 и затем возвращает в выходной трубопровод. Когда фланцы 103 и 103' коллектора подсоединены через впускной конец 104 и выпускной конец 104' к системе трубопроводов (не показанной), несущей подлежащее измерению обрабатываемое вещество, это вещество поступает в корпус 30 коллектора и элемент 110 коллектора через впускное отверстие 101 во фланце 103 и подается по каналу (не показанному), имеющему постепенно изменяющееся поперечное сечение в элементе 150 отливки, к расходомерным трубкам 12, 14. Вещество разделяется и направляется элементом 121 коллектора к левым стойкам 131 и 131' расходомерных трубок 12 и 14, соответственно. Затем вещество проходит по верхним элементам 130 и 130' труб и через правые боковые стойки 134 и 134' объединяется в единый поток внутри элемента 121' коллектора расходомерных трубок. После этого текучая среда направляется в канал (не показанный) в выпускном элементе 150' отливки и затем в выпускной элемент 110' коллектора. Выпускной конец 104' подсоединен с помощью фланца 103', имеющего отверстия 102' под болты, к системе трубопровода (не показанной). Вещество выходит через выпускное отверстие 101', возвращаясь в поток в системе трубопровода (не показанной).

Измерительный прибор 24 массового секундного расхода анализирует сигналы, поступающие по трактам 157, 158 и 159, и генерирует стандартные выходные сигналы в тракте 155, для индикации массового секундного расхода, используемые системой управления или оператором для контроля и управления массовым секундным расходом через связанную систему трубопроводов (не показанную). Измерительный прибор 24 массового секундного расхода также генерирует выходные сигналы в тракте 162, отображающие давление внутри массового расходомера. Как было отмечено выше, определяемое таким образом давление используется в измерительном приборе массового секундного расхода для коррекции вычислений массового секундного расхода и может использоваться независимо для других целей управления, требующих измерений давления.

Краткий обзор влияния давления на колебания расходомерных трубок Известно, что массовый секундный расход в массовом расходомере на эффекте Кориолиса пропорционален t (обсуждавшемуся выше измерению разности времени). Следовательно массовый секундный расход можно выразить в виде: m = CF t, где CF - поправочный множитель, a m - расход. Однако, при повышении или понижении давления внутри расходомерных трубок массового расходомера на эффекте Кориолиса жесткость расходомерных трубок может изменяться. Изменение жесткости расходомерной трубки влияет на восприятие массового секундного расхода массового расходомера. Изменение жесткости расходомерной трубки также влияет на вибрационные частоты расходомерных трубок. Отношение между частотами колебаний изгибного режима и крутильного режима расходомерных трубок изменяется в ответ на изменения давления в расходомерных трубках. Поэтому отношение частот связано с давлением внутри расходомерных трубок (так же как ряд других факторов).

Фиг.13 и 14 представляют график эмпирических данных функционирующих расходомеров на эффекте Кориолиса, которые изображают описанные выше влияния. Фиг. 13 представляет график, изображающий типичные влияния давления на поправочный коэффициент расходомера. График 1300 иллюстрирует поправочный коэффициент расходомера по оси у в функции давления внутри расходомерных трубок по оси х. Изображенные точки 1302, 1304 и 1306 данных представляют измеряемые данные с функционирующего расходомера Micro Motion D300 (модифицированные с целью обеспечения дополнительных приводных катушек для применения приводной силы крутильных колебаний, а также приводной силы изгибных колебаний). На графике 1300 можно видеть, что поправочный коэффициент увеличивается с увеличением давления внутри расходомерных трубок D300.

Фиг. 14 представляет график, изображающий типичные влияния давления на отношение частот расходомерных трубок. На графике 1400 показано отношение частот колебания крутильного режима по сравнению с колебанием изгибного режима по оси у в функции давления внутри расходомерных трубок по оси х. Кривые 1402 и 1404 соответствуют точкам полученных в результате измерений данных с функционирующего расходомера Micro Motion CMF300 (модифицированного для обеспечения дополнительных приводных катушек для применения приводной силы крутильных колебаний, а также приводной силы изгибных колебаний). В частности, кривая 1402 соответствует точкам данных, измеряемых в то время, когда через расходомер CMF300 протекала вода, а кривая 1404 соответствует точкам данных, измеряемых в то время, когда через расходомер CMF300 протекала кукурузная патока. По кривым 1402 и 1404 графика 1400 можно видеть, что на отношение частот влияет давление внутри расходомерных трубок (а также плотность текущего в них вещества).

Как отмечено на фиг.14, плотность вещества влияет на отношение частот. Аналогично этому, можно показать, что температура и параметры монтажа расходомерных трубок могут влиять на определение отношения частот. Эти влияния можно легко характеризовать и компенсировать калибровкой массового расходомера, используемого в конкретном применении. Поэтому отношение частот с применяемыми к нему такими компенсациями пригодно для использования в качестве косвенного применения давления внутри функционирующих расходомерных трубок массового расходомера. Детали требуемой компенсации описаны ниже.

После соответственного регулирования отношения частот, оно используется для определения соответствующего давления внутри расходомерных трубок. Известные способы поиска подходящей кривой или таблицы и числовой интерполяции можно применять для вычисления давления, даваемого компенсированным отношением частот. Определенное таким образом давление можно использовать само по себе в качестве непосредственного измерения давления для применений, требующих такие определения давления.

Кроме того, определенное таким образом давление используется для коррекции поправочного множителя массового расходомера, чтобы таким образом скорректировать измерения его массового секундного расхода. Давление используется для определения поправочного множителя давления, который затем применяется для коррекции определения массового секундного расхода. Следовательно, массовый секундный расход внутри колеблющихся расходомерных трубок определяется следующим образом: m = CF CP t, где CF и t определены выше, а СР - поправочный коэффициент давления. Этот поправочный коэффициент давления определяется при калибровке массового расходомера и вычисляется в функции вычисленного давления следующим образом: СР-1+((К_р/100)(Р-Р_о)), где К_р - коэффициент калибровки давления (выраженный в виде процента на количество фунтов на квадратный дюйм (килограммов на квадратный сантиметр) давления), Р - давление (определенное как описано выше) внутри расходомерных трубок и Р_о - калибровочное давление в трубопроводе (то есть, номинальное давление, используемое для калибровки расходомера для нормальной работы в предполагаемом применении). Коэффициент калибровки давления К_р и калибровочное давление в трубопроводе Р_о определяются посредством стандартной заводской калибровки или калибровки на месте известными специалистам в данной области техники способами.

Общее представление об измерительном приборе массового секундного расхода Настоящее изобретение содержит способы цифровой обработки сигналов, действующие в микросхеме цифрового сигнального процессора (ЦСП) для выполнения вычислительных функций в измерительном приборе 24 массового секундного расхода. Дискретные выборки берутся из аналоговых сигналов, образуемых в виде выходного сигнала с каждого из датчиков расходомерной трубки. Дискретные выборки с левых и правых датчиков преобразуются в цифровой вид при помощи стандартных устройств аналого-цифровых преобразователей (АЦП). После преобразования в цифровой вид дальнейшая обработка выборок выполняется способами цифровой обработки сигналов внутри микросхемы ЦСП.

Это программное обеспечение цифровой обработки сигналов (обсуждаемое ниже) действует в измерительном приборе 24 массового секундного расхода, показанном более подробно на фиг.12. Цифровой сигнальный процессор 1200 на фиг.12 представляет вычислительное устройство, очень похожее на любой обычный микропроцессор, но со специальными целевыми функциями, настроенными для применения задач обработки сигналов. Специалистам в данной области техники известно множество таких устройств ЦСП. Одним примером такого устройства является устройство TMS 320C31 фирмы "Техас Инструментс" (Texas Instruments). Это устройство включает в себя аппаратный процессор с плавающей точкой для улучшения выполнения обработки сигналов. Специалисты в данной области техники легко поймут, что устройства обработки сигналов с фиксированной точкой можно использовать вместе с программными библиотеками эмуляции для точности вычисления с плавающей точкой, в которых, например, соображения стоимости конкретного применения затемняют соображения эффективности.

Процессор 1200 считывает команды программы из ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) 1202 программы через шину 1252 и манипулирует данными и буферами в ЗУПВ (запоминающее устройство с произвольной выборкой) 1204 через шину 1254. Специалистам должно быть понятно, что, в зависимости от нескольких факторов стоимости и характеристик, при некоторых обстоятельствах может оказаться предпочтительным копировать команды программы из ПЗУ 1202 в ЗУПВ 1204 с целью улучшения характеристики процессора 1200 в вызове команд.

Каждый из аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 200 принимает аналоговый сигнал от их соответствующих выходных сигналов датчиков расходомерной трубки, поступающих по трактам 157 и 158, соответственно. Процессор 1200 подает управляющие сигналы в аналогово-цифровые преобразователи 200 по трактам 250 и 252, соответственно, и принимает величины выборок в цифровой форме из аналогово-цифровых преобразователей 200 по трактам 250 и 252, соответственно. Специалисты в данной области техники легко поймут, что синхронизирующие сигналы, требуемые различным компонентам, могут вырабатываться любыми известными способами генерации синхронизирующих сигналов, типа генераторов с кварцевой стабилизацией частоты, или любой из нескольких имеющихся в продаже интегральных микросхем генерации тактовых импульсов.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, аналого-цифровые преобразователи 200 реализованы в одной интегральной микросхеме с множеством преобразователей и одним каналом связи, подключенным к процессору ЦСП. Это помогает гарантировать, что фазовое соотношение между двумя отбираемыми сигналами обусловлено эффектами Кориолиса колеблющихся расходомерных трубок, а не влияниями программ трассировки сигналов на печатной плате, чтобы физически разделить цепи аналого-цифрового преобразователя. Специалистам в данной области техники известно множество таких интегральных микросхем стереофонических аналого-цифровых преобразователей. Одним примером такой интегральной схемы является 2-канальное стереофоническое устройство аналого-цифрового преобразователя CS5329 фирмы "Кристал семикондакторс" (Crystal Semiconductors).

Процессор 1200 определяет значение t из разности фаз между выбранными каналами и посылает сигнал, пропорциональный t, по тракту 1256. Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 1206 преобразует цифровое значение сигнала, подаваемое по тракту 1256, в аналоговый сигнал, пропорциональный массовому секундному расходу, посылаемый по тракту 155. Процессор 1200, в соответствии с настоящим изобретением, также определяет давление внутри массового расходомера на эффекте Кориолиса из периодически опрашиваемых каналов и посылает сигнал, пропорциональный давлению, по тракту 1260, в аналоговый сигнал, пропорциональный давлению, посылая его по тракту 162. Сигналы по трактам 155 и 162 подаются на средство использования (не показанное), соответствующее конкретному применению измерения массового расходомера.

Схема 1208 возбудителя принимает аналоговые сигналы, подаваемые по трактам 157 и 158, производимые датчиками левого и правого каналов. Схема 1208 возбудителя выделяет частоту колебаний изгибного режима и частоту колебаний крутильного режима. Схема 1208 возбудителя определяет сумму сигналов левого и правого каналов, а также разность между сигналами левого и правого каналов для отделения частоты изгибного режима от частоты колебаний крутильного режима. Сигналы, посылаемые в сигнальные тракты левого и правого каналов, вызванные колебаниями изгибного режима, по существу синфазны, в то время как сигналы, вызванные колебаниями крутильного режима, осуществляют колебания расходомерных трубок по существу не в фазе (приблизительно на 180^o). Поэтому сумма сигналов левого и правого каналов имеет сильную частотную составляющую в частоте изгибных колебаний и существенно уменьшенную частотную составляющую в частоте крутильных колебаний. Наоборот, разность между сигналами левого и правого каналов имеет сильную частотную составляющую в частоте крутильного режима и существенно уменьшенную частотную составляющую в частоте изгибного режима.

Фиг. 10 и 11 описывают схему 1208 возбудителя с дополнительной подробностью. Схема 1008 сбалансированного операционного усилителя на фиг.10 объединяет сигналы левого и правого ка