Встроенные в трубопровод измерительные устройства и способ компенсации погрешностей измерений во встроенных в трубопровод измерительных устройствах

Встроенные в трубопровод измерительные устройства и способ компенсации погрешностей измерений во встроенных в трубопровод измерительных устройствах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к встроенному в трубопровод измерительному устройству, имеющему измерительный преобразователь вибрационного типа, в частности к кориолисову устройству, измеряющему массовый расход / плотность среды, особенно двух- или более фазной среды, протекающей в трубопроводе, а также к способу получения с помощью такого вибрационного измерительного преобразователя измеренного значения, представляющего физический параметр измеряемой среды, например массовый расход, плотность и/или вязкость. Кроме того, изобретение относится к способу компенсации погрешностей измерения, вызванных двухфазными или многофазными смесями, осуществляемой в таких встроенных в трубопровод измерительных устройствах.

В технологии измерений и автоматизации технологических процессов при измерении физических параметров среды, протекающей в трубопроводе, таких параметров, как, например, массовый расход, плотность и/или вязкость, используются такие встроенные в трубопровод измерительные устройства, особенно кориолисовы устройства, измеряющие массовый расход, которые вызывают реактивные силы в среде, такие как, например, кориолисовы силы, соответствующие массовому расходу, силы инерции, соответствующие плотности, или силы трения, соответствующие вязкости, и т.д., посредством измерительного преобразователя вибрационного типа - далее именуемого вибрационным измерительным преобразователем - вставленного в линию трубопровода, несущего среду, и пропускающего во время функционирования эту среду, и посредством соединенной с ним измерительной и управляющей схемы. На основе этих реактивных сил измерительные устройства затем вырабатывают сигнал измерения, представляющий конкретный массовый расход, конкретную вязкость и/или конкретную плотность среды. Встроенные в трубопровод измерительные устройства этого типа, использующие вибрационный измерительный преобразователь, а также их способ работы известны по своей сути специалистам в данной области техники и описаны подробно, например, в WO - А 03/095950, WO - А 03/095949, WO - А 03/076880, WO - A 02/37063, WO - A 01/33174, WO - A 00/57141, WO - A 99/39164, WO - A 98/07009, WO - A 95/16897, WO - A 88/03261, US 2003/0208325, US - B 6,745,135, US - В 6,691,583, US - В 6,651,513, US - В 6,636,815, US - В 6,513,393, US - В 6,505,519, US - В 6,311,136, US - А 6,006,609, US - A 5,869,770, US - A 5,796,011, US - A 5,616,868, US - A 5,602,346, US - A 5,602,345, US - A 5,531,126, US - A 5,301,557, US - A 5,253,533, US - A 5,218,873, US - A 5,069,074, US - A 4,876,898, US - A 4,733,569, US - A 4,660,421, US - A 4,524,610, US - A 4,491,025, US - A 4,187,721, EP - A 1291639, EP - A 1281938, EP - A 1001254 или ЕР - А 553939.

Для направления среды вибрационные измерительные преобразователи включают в себя, по меньшей мере, одну измерительную трубу с прямолинейным отрезком трубы, содержащимся, например, в поддерживающем каркасе трубчатой формы или в форме параллелепипеда. Для возникновения вышеупомянутых реактивных сил во время функционирования этот отрезок трубы заставляют вибрировать, возбуждая его посредством системы электромеханического возбудителя. Для регистрации вибраций отрезка трубы, в частности его входного и выходного концов, вибрационные измерительные преобразователи дополнительно включают в себя систему электрофизического датчика, реагирующую на перемещение этого отрезка трубы.

В случае кориолисовых устройств, измеряющих массовый расход, измерение массового расхода среды, протекающей в трубопроводе, основано, например, на наличии потока среды через измерительную трубу, вставленную в трубопровод, и совершение ею колебаний во время функционирования устройства, направленных поперечно к оси измерительной трубы, благодаря чему в этой среде возникают силы Кориолиса. Они, в свою очередь, воздействуют таким образом, что входная и выходная концевые области измерительной трубы колеблются со сдвигом по фазе относительно друг друга. Величина этого сдвига по фазе служит мерой массового расхода. С этой целью колебания измерительной трубы регистрируются посредством двух датчиков колебаний вышеупомянутой системы датчиков, разнесенных друг от друга вдоль длины измерительной трубы, и преобразуются в сигналы измерения колебаний, на основании сдвига фаз которых друг относительно друга получают массовый расход.

В уже упомянутом выше US - А 4,187,721 упоминается, кроме того, что посредством таких встроенных в трубопровод измерительных устройств и, более того, на основании частоты, по меньшей мере, одного из сигналов измерения колебаний, поданных из системы датчика, может также быть измерена мгновенная плотность текущей среды. Помимо этого, обычно соответствующим способом также непосредственно измеряется температура среды, например, посредством температурного датчика, расположенного в измерительной трубе. Кроме того, как известно, прямолинейные измерительные трубы при возбуждении крутильных колебаний вокруг оси крутильных колебаний, проходящей по существу параллельно, или совпадающей с продольной осью измерительной трубы, могут вызывать возникновение радиальных поперечных сил в среде при ее протекании через трубу, благодаря чему значительная энергия колебаний отводится из крутильных колебаний и рассеивается в среде. В результате этого происходит значительное демпфирование крутильных колебаний колеблющейся измерительной трубы, так, что для того, чтобы поддерживать крутильные колебания, должна дополнительно добавляться электрическая мощность возбуждения. На основе электрической мощности возбуждения, требующейся для того, чтобы поддерживать крутильные колебания измерительной трубы, вибрационный измерительный преобразователь может быть также использован для того, чтобы определять, по меньшей мере, приблизительно, вязкость среды; в этой связи можно также сравнить US - А 4,524,610, US - А 5,253,533, US - А 6,006,609 или US - В 6,651,513. Следовательно, можно принять, как минимум, в нижеследующем описании, что даже когда об этом прямо не заявляется, современные встроенные в трубопровод измерительные устройства, использующие вибрационный измерительный преобразователь, особенно кориолисовы устройства, измеряющие массовый расход, способны измерять, во всяком случае, также и плотность, вязкость и/или температуру среды, в частности, поскольку они всегда, так или иначе, необходимы при измерении массового расхода для компенсации погрешностей измерения, возникающих из-за флуктуирующей плотности и/или вязкости среды; в этой связи особо можно сравнить уже упомянутые US - В 6,513,393, US - А 6,006,609, US - А 5,602,346, WO - A 02/37063, WO - A 99/39164, или также WO - A 00/36379. Благодаря высокой точности и высокой переналаживаемости встроенные в трубопровод измерительные устройства с вибрационным измерительным преобразователем, особенно кориолисовы расходомеры, широко используется в промышленности для измерения массового расхода и плотности однофазных жидкостей или газов в таких устройствах.

Тем не менее, также известно, что точность таких устройств может значительно снижаться, если с обрабатываемой жидкостью смешена вторая фаза. При применении встроенных в трубопровод измерительных устройств, имеющих вибрационные измерительные чувствительные элементы, стало, однако, очевидным, как также описано, например, в JP - А 10 - 281846, WO - А 03/076880, ЕР - А 1 291 639, US - В 6,505,519 или US - А 4,524,610, что в случае таких неоднородных сред, особенно двух- или более фазных сред, сигналы измерения вибрации, полученные из колебаний измерительной трубы, особенно упомянутый сдвиг фаз, могут быть в значительной степени подвержены флуктуациям и, таким образом, в некоторых случаях, могут быть полностью непригодны для измерения требуемых физических параметров без использования дополнительных средств, и это несмотря на поддержание практически постоянными вязкости и плотности в отдельно взятых фазах среды, а также поддержание постоянным массового расхода и/или надлежащего их учета. Такие неоднородные среды могут быть, например, жидкостями, в которые, что, например, практически неизбежно в технологических процессах дозированного розлива или розлива в бутылки, попадает газ, особенно воздух, имеющийся в трубопроводе, или из которых дегазируется растворенная среда, например двуокись углерода, и приводит к пенообразованию. В качестве других примеров таких неоднородных сред можно назвать эмульсии и влажный, или насыщенный пар. В качестве причины флуктуации, возникающих при измерении неоднородных сред посредством вибрационных измерительных преобразователей, можно в качестве примера привести нижеследующее: одностороннее прилипание или осаждение газовых пузырьков или твердых частиц, погруженных в жидкости, внутри на стене измерительной трубы, и так называемый "пузырьковый эффект", при котором газовые пузырьки, погруженные в жидкость, действуют как текучие тела для жидких объемов, получающих ускорение в направлении, поперечном продольной оси измерительной трубы.

В частности, такие газовые пузырьки могут вызвать значительные погрешности. Чтобы объяснять это явление пузырькового эффекта, Grumski и другие [Grumski, J.Т., и R.A.Bajura, Performance of a Coriolis-Type Mass Flowmeter in the Measurement of Two-phase (air-liquid) Mixtures, Mass Flow Measurements ASME Winter Annual Meeting, New Orleans, LA (1984), (Рабочие характеристики расходомера кориолисова-типа при измерении двухфазных (воздушно-жидкостных смесей), и Hemp и другие [Hemp, J. и Sultan, G., On the Theory and Performance of Coriolis Mass Flowmeter, Proceedings of the International Conference on Mass Flow Measurement, IBC technical Services, London, 1989 (О теории и рабочих характеристиках кориолисова расходомера) предложили "пузырьковую теорию". Эта теория основана на главной идее о том, что, с одной стороны, погрешность плотности, которая при функционировании могла быть обнаружена между данной истинной плотностью и измеренной кажущейся плотностью, пропорциональна индивидуальным концентрациям фаз, и что, с другой стороны, соответствующая погрешность массового расхода может быть строго пропорциональна этой погрешности плотности. Другими словами, согласно этой теории погрешности плотности и массового расхода могут быть непосредственно связаны.

В то время как в WO - А 03/076880 для уменьшения погрешностей измерения, связанных с двух- или более фазными средами, предлагается предварительная подготовка потока, соответственно среды, предшествующая фактическому измерению расхода, например JP - А 10-281846, US - В 6,311,136, а также US - В 6,505,519 описывают коррекцию измерения расхода, особенно измерения массового расхода, на основе сигналов измерения вибрации, эта коррекция основывается на оценке разности между измеренной с высокой точностью фактической плотностью среды и кажущейся плотностью среды, определенной с помощью кориолисовых устройств, измеряющих массовый расход, во время их функционирования. В частности, в US - В 6,505,519 или US - В 6,311,136 также описан способ коррекции погрешностей массового расхода. Он по существу также основан на упомянутой пузырьковой теории, и, таким образом, использует погрешности плотности, обнаруженные между опорным и кажущимся значениями плотности, для компенсации погрешностей массового расхода, вызванных двухфазной или многофазной смесью.

В частности, для этого предложены предварительно обучаемые, а в некоторых случаях даже адаптивные классификаторы сигналов измерения колебаний. Эти классификаторы могут, например, быть выполнены как Kohonen-отображение или нейронная сеть, и коррекция производится либо на основе нескольких параметров, в частности массового расхода и плотности, измеряемых во время функционирования, а также характеристик, полученных на их основе, либо также с использованием интервала сигналов измерения колебаний, охватывающего один или более периодов колебаний. Использование такого классификатора дает, например, то преимущество, что по сравнению с традиционными кориолисовыми устройствами измерения массового расхода / плотности в вибрационный измерительный преобразователь не нужно вносить никаких изменений в том, что касается его механической конструкции, системы возбудителя или возбуждающей ее управляющей схемы, или нужно внести лишь очень незначительные изменения, которые специально приспособлены к конкретному варианту применения. Однако существенный недостаток таких классификаторов включает в себя, среди прочего, то, что по сравнению с традиционными кориолисовыми устройствами, измеряющими массовый расход, здесь требуются значительные изменения в области получения измеренного значения, прежде всего в том, что касается используемых аналого-цифрового преобразователя и микропроцессоров. А именно, как описано в US - В 6,505,519, для такой оценки сигнала, например, при дискретизации сигналов измерения колебаний, которые могут иметь частоту колебаний, составляющую приблизительно 80 Гц, для того чтобы получить достаточную точность, требуется частота выборки, составляющая приблизительно 55 кГц или более. Если сформулировать это иначе, сигналы измерения колебаний должны быть выборками с частотой выборки, намного превышающей 600:1. Помимо этого микропрограммное обеспечение, хранящееся и выполняемое в схеме цифровых измерений, также соответственно является сложным. Другой недостаток таких классификаторов заключается в том, что они должны быть «обучены» и соответственно проверены для условий измерения, фактически существующих во время функционирования вибрационного измерительного преобразователя, будь то в отношении подробностей установки, среды, подлежащей измерению, и ее обычно переменных свойств, или других факторов, влияющих на точность измерения. Из-за высокой сложности взаимодействия всех этих факторов, «обучение» и его проверка могут, в конечном счете, происходить только на месте установки и индивидуально для каждого вибрационного измерительного преобразователя, что, в свою очередь, означает значительные трудозатраты, необходимые для запуска вибрационного измерительного преобразователя. Наконец, было обнаружено, что такие алгоритмы классификатора, с одной стороны, из-за их высокой сложности, с другой стороны, из-за того, что обычно соответствующая физико-математическая модель с технически подходящими или ясными параметрами в явном виде отсутствует, имеют очень низкую прозрачность и, следовательно, часто они труднообъяснимы. При этой ситуации ясно, что со стороны заказчика могут иметь место значительные возражения, причем такие проблемы, в частности, возникают в случае, когда классификатор, кроме того, является самоадаптируемым, например нейронной сетью.

В качестве дополнительной возможности для того, чтобы обойти проблему неоднородных сред, предложено, например, уже в US - А 4,524,610, устанавливать вибрационный измерительный преобразователь таким образом, чтобы прямолинейная измерительная труба проходила по существу вертикально, чтобы предотвратить, в максимально возможной степени, осаждение таких возмущающих, особенно газообразных, неоднородностей. Здесь, однако, мы имеем дело с очень специальным решением, которое далеко не всегда может быть осуществлено в технологии измерения производственного процесса. С одной стороны, в этом случае может, в частности, случиться так, что трубопровод, в который должен быть вставлен вибрационный измерительный преобразователь, возможно придется приспособить к вибрационному измерительному преобразователю, а не наоборот, что может означать повышенные затраты на осуществление локального измерения. С другой стороны, как уже упоминалось, измерительные трубы могли бы иметь криволинейную форму, в этом случае проблема не всегда может быть решена удовлетворительно посредством какой бы то ни было адаптации ориентации установки. Кроме того, в этом случае было обнаружено, что так или иначе при помощи вертикально установленной, прямолинейной измерительной трубы вышеупомянутые искажения сигнала измерения не обязательно предотвращаются несомненным образом.

Кроме того, было обнаружено, что несмотря на компенсацию погрешностей массового расхода, на основе опорного и кажущегося значений плотности, в частности примененной с учетом упомянутого пузырькового эффекта, в любых случаях погрешности массового расхода не могли бы быть устранены полностью. В частности, было обнаружено, что эта теория может объяснить только отрицательные погрешности плотности и массового расхода, тогда как она не может объяснить положительные погрешности, наблюдавшиеся в нескольких экспериментах.

Следовательно, задача изобретения заключается в том, чтобы предложить соответствующее встроенное в трубопровод измерительное устройство, в частности кориолисово устройство измерения массового расхода, которое подходит для очень точного измерения физической измеряемой величины, особенно массового расхода, плотности и/или вязкости, даже в случае неоднородной, особенно двух- или более фазной среды, и, что на самом деле особенно желательно, с погрешностью измерения, меньшей чем 10% по отношению к фактическому значению измеренной величины. Дополнительная задача заключается в том, чтобы предложить соответствующий способ получения соответствующего измеренного значения.

Для достижения этой задачи согласно изобретению предлагается способ измерения физической измеряемой величины, в частности массового расхода смеси, протекающей в трубопроводе, с помощью встроенного в трубопровод измерительного устройства, кориолисова устройства измерения массового расхода, включающего в себя измерительный преобразователь вибрационного типа и электронную аппаратуру измерительного устройства, электрически связанную с измерительным преобразователем, причем смесь состоит из, по меньшей мере, одного основного компонента смеси и, по меньшей мере, одного неосновного компонента смеси. Способ содержит этапы, на которых: обеспечивают протекание смеси, подлежащей измерению, через, по меньшей мере, одну измерительную трубу измерительного преобразователя, при этом измерительная труба сообщается с трубопроводом, подают ток возбуждения в систему возбудителя, механически связанную с измерительной трубой, пропускающей смесь, для того, чтобы заставить измерительную трубу совершать механические колебания, и привести измерительную трубу в колебание с, по меньшей мере, одной мгновенной резонансной частотой первой собственной моды свободных колебаний, и создать силы Кориолиса внутри смеси, протекающей через вибрирующую измерительную трубу, и детектируют вибрации измерительной трубы и вырабатывают, по меньшей мере, один сигнал измерения колебаний, представляющий колебания вибрирующей измерительной трубы.

Согласно одному аспекту изобретения способ дополнительно содержит этап, на котором оценивают на основе тока возбуждения и упомянутого, по меньшей мере, одного сигнала измерения колебаний кориолисов коэффициент связи. Этот кориолисов коэффициент связи соответствует мгновенной связи между упомянутой первой собственной модой свободных колебаний, возбуждаемой в текущий момент системой возбудителя, и второй собственной модой свободных колебаний упомянутой измерительной трубы. Во второй собственной моде измерительная труба имеет собственную форму, соответствующую моде вибрации, вызванной силами Кориолиса, индуцированными в смеси. Из-за изменения концентрации основного и/или упомянутого неосновного компонента смеси кориолисов коэффициент связи изменяется во времени.

Согласно дополнительному аспекту изобретения способ дополнительно содержит этап, на котором используют упомянутый, по меньшей мере, один сигнал измерения колебаний и/или ток возбуждения вместе с упомянутым кориолисовым коэффициентом связи для получения измеренного значения, представляющего физическую измеряемую величину.

Кроме того, изобретение касается встроенного в трубопровод измерительного устройства, в частности кориолисова устройства измерения массового расхода/плотности и/или устройства измерения вязкости, для измерения, по меньшей мере, одной физической измеряемой величины х, в частности массового расхода, плотности и/или вязкости, двухфазной или многофазной смеси, протекающей в трубопроводе, при этом встроенное в трубопровод измерительное устройство содержит измерительный преобразователь вибрационного типа и электронную аппаратуру измерительного устройства, электрически связанную с измерительным преобразователем вибрационного типа. Измерительный преобразователь вибрационного типа включает в себя: по меньшей мере, одну измерительную трубу, вставленную в линию трубопровода, причем упомянутая, по меньшей мере, одна измерительная труба служит для того, чтобы пропускать смесь, подлежащую измерению, при этом упомянутая, по меньшей мере, одна измерительная труба сообщается с соединенным с ней трубопроводом; систему возбудителя, действующую на измерительную трубу для того, чтобы вызвать вибрацию, по меньшей мере, одной измерительной трубы, систему датчика для детектирования вибраций, по меньшей мере, одной измерительной трубы и для выдачи, по меньшей мере, одного сигнала измерения колебаний, представляющего колебания измерительной трубы, а упомянутая электронная аппаратура измерительного устройства подает, по меньшей мере, время от времени ток возбуждения, приводящий в действие систему возбудителя, при этом встроенное в трубопровод измерительное устройство приспособлено для того, чтобы осуществлять способ согласно изобретению.

В первом варианте реализации изобретения способ дополнительно содержит, по меньшей мере, один из этапов, на которых определяют частоту свободных колебаний текучего резонатора, образованного объемом смеси в пределах вибрирующей измерительной трубы, и определяют добротность для колебаний упомянутого текучего резонатора. Согласно аспекту упомянутого варианта реализации изобретения способ дополнительно содержит этап, на котором генерируют значение добротности, представляющее упомянутую добротность для фактических колебаний упомянутого текучего резонатора.

Согласно одному аспекту упомянутого варианта реализации изобретения частота свободных колебаний упомянутого текучего резонатора выводится из значения скорости звука, представляющего фактическую скорость звука в смеси.

Согласно другому аспекту упомянутого варианта реализации изобретения этап, на котором генерируют значение добротности, выполняется итерационно вместе с этапом, на котором генерируют значение концентрации, представляющее фактически концентрацию, по меньшей мере, одного компонента из числа упомянутых основного и неосновного компонентов в смеси.

Во втором варианте реализации изобретения способ дополнительно содержит этапы, на которых определяют скорость звука в смеси, подлежащей измерению, и генерируют значение скорости звука, представляющее фактическую скорость звука в смеси, и используют упомянутое значение скорости звука для оценки кориолисова коэффициента связи.

В третьем варианте реализации изобретения способ дополнительно содержит этапы, на которых определяют истинное объемное содержание газа в смеси, подлежащей измерению, и генерируют значение концентрации, фактически представляющее концентрацию, по меньшей мере, одного компонента из числа упомянутых основного и неосновного компонентов в смеси, и используют упомянутое значение концентрации для оценки кориолисова коэффициента связи.

В четвертом варианте реализации изобретения этап, на котором оценивают упомянутый кориолисов коэффициент связи, содержит, по меньшей мере, один из этапов, на которых определяют мгновенную частоту возбуждения вибрирующей измерительной трубы, пропускающей смесь, определяют мгновенную добротность вибрирующей измерительной трубы, пропускающей смесь, подлежащую измерению, определяют статическое давление смеси, определяют кажущуюся плотность смеси и определяют кажущийся массовый расход смеси.

Согласно одному аспекту упомянутого варианта реализации изобретения добротность вибрирующей измерительной трубы, пропускающей смесь, подлежащую измерению, выводится из упомянутого тока возбуждения.

В пятом варианте реализации изобретения физическая измеряемая величина представляет собой массовый расход упомянутого, по меньшей мере, одного основного компонента смеси.

Изобретение основано на удивительном открытии, что вопреки "классической пузырьковой теории" погрешности плотности и массового расхода не связаны непосредственно. Кроме того, исследования показали, что погрешность плотности и погрешность массового расхода, оказывается, вообще независимы. Основная идея изобретения состоит в отслеживании смещения связи между собственными модами вибрирующей трубы, пропускающей смесь, подлежащую измерению, вызываемого изменением концентраций индивидуальных компонентов смеси. Кроме того, на основе аналитической модели для колебательной системы, образованной вибрирующей измерительной трубой и объемом смеси в пределах вибрирующей измерительной трубы, можно во время функционирования встроенного в трубопровод измерительного устройства определять соответствующие коэффициенты связи. В результате моделирования как вибрирующей измерительной трубы, так и объема смеси в пределах вибрирующей измерительной трубы эта изобретенная модель также позволяет предсказывать положительные погрешности, которые классическая "пузырьковая теория" предсказать не способна. Эти результаты находятся в соответствии с экспериментальными результатами. Фактически, модель может предоставить удобные объяснения погрешностей массового расхода и плотности в различных ситуациях, особенно для жидкостно-газовых смесей.

Другое преимущество изобретения состоит в том, что динамические характеристики объема смеси в пределах вибрирующей измерительной трубы берутся с учетом компенсации погрешностей, вызванных двухфазной или многофазной смесью, особенно в случае жидкости с захваченным в нее газом. Поэтому значения коррекции, подлежащие определению, являются хорошо воспроизводимыми в широком диапазоне применения и, кроме того, правила формирования для определения значений коррекции во время операции измерения могут быть сформулированы относительно просто. Кроме того, эти правила формирования могут быть первоначально рассчитаны с относительно малыми трудозатратами. Дополнительное преимущество изобретения следует, кроме того, усматривать в том факте, что в случае встроенного в трубопровод измерительного устройства согласно изобретению по сравнению с традиционным типом, особенно таким, как описано в WO - А 03/095950, WO - А 03/095949 или US - А 4,524,610, небольшие изменения должны быть произведены только в случае получения обычно цифрового измеренного значения, такие изменения по существу ограничиваются микропрограммным обеспечением, в то время как в случае вибрационного измерительного преобразователя, так и при получении и предварительной обработке сигналов измерения колебаний не требуется никаких или требуются только небольшие изменения. Таким образом, например, даже в случае двух или более сред, сигналы измерения колебаний могут быть дискретизированы, как и прежде, с обычным коэффициентом дискретизации, намного меньшим 100:1, в частности приблизительно 10:1.

Изобретение и дополнительные предпочтительные варианты его реализации будут теперь подробно объяснены на основе примеров вариантов его реализации, представленных на фигурах чертежей. Одинаковые части на всех фигурах снабжены одинаковыми ссылочными позициями; а когда необходимо в интересах ясности, то уже упомянутые ссылочные позиции на последующих фигурах опущены.

Фиг.1 показывает встроенное в трубопровод измерительное устройство, которое может быть вставлено в трубопровод для измерения массового расхода текучей среды, направляемой по трубопроводу,

Фиг.2 показывает на виде сбоку в перспективе пример варианта реализации для измерительного преобразователя вибрационного типа, подходящего для измерительного устройства, приведенного на фиг.1,

Фиг.3 показывает в разрезе на виде сбоку вибрационный измерительный преобразователь, приведенный на фиг.2,

Фиг.4 показывает вибрационный измерительный преобразователь с фиг.2 в первом поперечном разрезе,

Фиг.5 показывает вибрационный измерительный преобразователь, приведенный на фиг.2, во втором поперечном разрезе,

Фиг.6 показывает схематично в виде структурной схемы вариант реализации электронной аппаратуры измерительного устройства, подходящей для встроенного в трубопровод измерительного устройства, приведенного на фиг.1,

Фиг.7 показывает зависимость погрешности измерения от концентрации газа;

Фиг.8 показывает в схематичном виде кориолисову модель трубы;

Фиг.9 показывает ортонормированные собственные формы возбуждающей моды (сплошная линия) и кориолисовой моды (штриховая линия);

Фиг.10 показывает зависимость скорости звука от концентрации газа и давления;

Фиг.11 показывает Х-компонент поля скоростей в сечении трубы;

Фиг.12 показывает резонатор под воздействием трубы;

Фиг.13 показывает амплитуду трубы х (сплошная линия) и резонатора u (штриховая линия); и

Фиг.14 показывает в схематичном виде встроенное в трубопровод измерительное устройство с компенсацией погрешности согласно изобретению.

Фиг.1 показывает соответственно встроенное в трубопровод измерительное устройство (1), подходящее для определения физической измеряемой величины, например массового расхода (), плотности (ρ) и/или вязкости (η) среды, протекающей в трубопроводе (не показанном на чертеже), и для отображения этой измеренной величины в мгновенном представлении - измеренном значении Х_х, особенно значении (x_m) массового расхода, значении (Х_ρ) плотности и значении (Х_η) вязкости соответственно. Среда в этом примере может быть фактически любой текучей средой, например жидкостно-газовой смесью, аэрозолью, паром, или тому подобным.

Встроенное в трубопровод измерительное устройство, например, в виде кориолисового измерителя массового расхода, плотности и/или вязкости, включает в себя вибрационный измерительный преобразователь (10), через который протекает измеряемая среда, пример варианта реализации измерителя показаны на фиг.2-6, вместе с электронной аппаратурой (500) измерительного устройства, которая схематически проиллюстрирована на фиг.2-6. Кроме того, электронная аппаратура (500) измерительного устройства может в дополнение к этому быть выполнена таким образом, что она может во время функционирования встроенного в трубопровод измерительного устройства обмениваться данными измерения и/или эксплуатационными данными с блоком, обрабатывающим измеренное значение, являющимся старшим, то есть расположенный на более высоком уровне, по отношению к ней, например, с программируемым логическим контроллером (PLC), персональным компьютером и/или рабочей станцией, через систему передачи данных, например систему полевой шины. Кроме того, электронная аппаратура измерительного устройства выполнена таким образом, что она может питаться от внешнего источника энергии, например, также через вышеупомянутую систему полевой шины. Для случая, в котором предусматривается подсоединение вибрационного измерительного устройства к полевой шине или некоторой другой системе связи, эта, главным образом, программируемая электронная аппаратура (500) измерительного устройства оборудована соответствующим интерфейсом связи для передачи данных, например для передачи данных измерения уже упомянутому программируемому логическому контроллеру или старшей системе управления технологическим процессом. Для размещения электронной аппаратуры (500) измерительного устройства дополнительно предусматривается корпус (200) электронной аппаратуры, главным образом корпус, монтируемый снаружи непосредственно на вибрационном измерительном преобразователе (10), но возможен даже корпус, устанавливаемый обособленно от преобразователя.

Как уже было упомянуто, встроенное в трубопровод измерительное устройство включает в себя вибрационный измерительный преобразователь, через который протекает измеряемая среда, и который служит для созданная в протекающей через него среде механических реактивных сил, особенно сил Кориолиса, зависящих от массового расхода, сил инерции, от плотности среды, и/или сил трения, от вязкости среды, от сил, которые воздействуют таким образом, что их можно детектировать датчиком. Полученные из этих реактивных сил, характеризующих среду, например массовый расход, плотность и/или вязкость среды, могут быть измерены способом, известным специалистам в данной области техники. На фиг.3 и 4 схематически проиллюстрирован пример варианта реализации системы электрофизического измерительного преобразователя, являющегося вибрационным измерительным преобразователем (10). Механическое устройство и способ функционирования такой системы измерительного преобразователя известны специалистам в данной области техники и также подробно описаны в US - В 6,691,583, WO - А 03/095949 или WO - А 03/095950.

Для того чтобы направлять среду и создавать упомянутые реактивные силы, вибрационный измерительный преобразователь включает в себя, по меньшей мере, одну измерительную трубу (10), имеющую заранее определяемый диаметр. Эта, по меньшей мере, одна измерительная труба (10) может быть криволинейной трубой или, как показано на фиг.3 и 4, по существу прямолинейной трубой. Так или иначе, во время работы вызывают вибрацию трубы (10), по меньшей мере, время от времени, и тем самым она многократно упруго деформируется. При этом упругая деформация полости измерительной трубы означает, что пространственная форма и/или пространственное положение полости измерительной трубы изменяются в пределах диапазона упругих деформаций измерительной трубы (10) заранее определяемым способом циклически, главным образом периодически; см. в этой связи также US - А 4,801,897, US - А 5,648,616, US-A 5,796,011, US - А 6,006,609, US - В 6,691,583, WO - А 03/095949 и/или WO - A 03/095950. Следует упомянуть, что вместо вибрационного измерительного преобразователя, показанного в примере варианта реализации изобретения, имеющего единственную прямолинейную измерительную трубу, вибрационный измерительный преобразователь, предназначенный для осуществления изобретения, может также быть выбран из множества вибрационных измерительных преобразователей, известных из уровня техники. В частности, подходят, например, вибрационные измерительные преобразователи, имеющие две параллельные прямолинейные измерительные трубы, через которые протекает измеряемая среда, такие как подробно описаны также в US - А 5,602,345.

Как показано на фиг.1, вибрационный измерительный преобразователь дополнительно имеет корпус (100) вибрационного измерительного преобразователя, окружающий измерительную трубу (10), так же как и окружающий возможные другие компоненты вибрационного измерительного преобразователя (см. ниже). Корпус (100) служит для того, чтобы предохранять трубу (10) и другие компоненты от повреждающих воздействий окружающей среды и/или заглушать возможно направленное наружу акустическое излучение вибрационного измерительного преобразователя. Помимо этого корпус (100) вибрационного измерительного преобразователя также служит в качестве монтажного основания для корпуса (200) электронной аппаратуры, вмещающего в себя электронную аппаратуру (500) измерительного устройства. С этой целью корпус (100) вибрационного измерительного преобразователя снабжен подобным горлышку переходным элементом, на котором надлежащим образом закреплен корпус (200) электронной аппаратуры; см. фиг.1. Вместо показанного здесь трубообразного корпуса (100) измерительного преобразователя, проходящего соосно с измерительной трубой, могут, конечно, быть использованы и другие подходящие формы корпуса, такие как, например, коробчатые конструкции.

Измерительная труба (10), которая сообщается обычным образом на входном и выходном концах с трубопроводом, вводя и соответственно выводя измеряемую среду, подвешена с возможностью колебаться в предпочтительно жестком, главным образом жестком на изгиб и кручение, корпусе (100) измерительного преобразователя. Чтобы дать возможность протекать среде, измерительная труба связана с трубопроводом через входной трубчатый элемент (11), открывающийся во входной конец (11#), и выходной трубчатый элемент (12), открывающийся в выходной конец (12#). Измерительная труба (10), входной трубчатый элемент (11) и выходной трубчатый элемент (12) расположены соосно друг другу и вышеупомянуто