PL208408B1

PL208408B1 - Sposób wyznaczania proporcjonalnej zawartości głównego składnika płynu przepływającego przez przepływomierz Coriolisa

Info

Publication number: PL208408B1
Application number: PL367731A
Authority: PL
Inventors: Michael J. Keilty; Andrew T. Patten
Original assignee: Micro Motion
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2002-08-26
Publication date: 2011-04-29
Also published as: RU2275606C2; CN1549917B; AU2002323396A2; PL367731A1; EP1840537A3; BR0211866A; JP2005502039A; AR036313A1; US6745135B2; CN1549917A; ATE447162T1; JP4448329B2; US20030055581A1; KR20040031030A; RU2004109150A; WO2003021204A1; MXPA04001806A; HK1070126A1; US6636815B2; EP1840537B1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wyznaczania proporcjonalnej zawartości głównego składnika płynu przepływającego przez przepływomierz Coriolisa.

Znane są rozwiązania, w których, gdy płyn dostarczany przez przewód jest poddawany pomiarom, to ilość dostarczanego płynu jest mierzona na podstawie przepływu objętościowego. Termin „płyn odnosi się do dowolnego przepływającego materiału w stanie ciekłym lub stałym. Objętościowe natężenie przepływu jest stosowane do wyliczania ilości dostarczanego klientowi płynu. Turbina, miernik wyporowy lub inny układ pomiarowy mierzy objętość płynu, gdy jest on dostarczany do klienta. Układ pomiarowy mierzy także temperaturę płynu i dostosowuje pomiar objętościowy do temperatury odniesienia. Klient jest następnie obciążany rachunkiem w oparciu o dostosowany pomiar objętościowy.

Wiele płynów jest sprzedawanych w oparciu o standardowe warunki, co oznacza, że układ pomiarowy przyjmuje, że płyn jest sprzedawany jako czysty. Jednakże, płyn może zawierać więcej niż jeden składnik. Główny składnik reprezentuje czysty płyn, który jest mierzony, taki jak na przykład sprzedawany płyn. Składniki mniejszościowe reprezentują zanieczyszczenia zmieszane z głównym składnikiem.

Na przykład propan, który jest dostarczany do klientów, może być zmieszany z innymi składnikami, takimi jak etan, metan itd.. Etan i metan są zanieczyszczeniami, które negatywnie wpływają na czystość propanu. Mieszanina propanu, etanu i metanu zawiera dyskretny składnik propan, dyskretny składnik etan i dyskretny składnik metan. Jednakże, turbiny i mierniki wyporowe nie są w stanie skutecznie określić zawartości głównego składnika względem płynu dostarczanego do klienta. W wyniku tego, klienci są obciążani rachunkiem jak gdyby płyn był czysty.

Dla pomiaru masowego natężenia przepływu płynu stosuje się masowy przepływomierz Coriolisa. Przepływomierze Coriolisa mierzą masowe natężenie przepływu i inne parametry płynów płynących przez rurę przepływową w przepływomierzu.

Z opisów US 4 109 524 z 29 sierpnia 1978, US 4 491 025 z 1 stycznia 1985, i Re. 31 450 z 11 lutego 1982, znane są przykładowe przepływomierze Coriolisa. Przepływomierze złożone są z jednej lub więcej rur przepływowych o prostej lub zakrzywionej konfiguracji. Każda konfiguracja rury przepływowej w przepływomierzu Coriolisa ma wiele stanów drgań własnych, które mogą być typu prostego zginania, typu skrętnego lub typu połączonego. Każda rura przepływowa jest pobudzana do drgań w rezonansie w jednym z tych stanów drgań wł asnych. Pł yn pł ynie do przepł ywomierza z dołączonego przewodu rurowego po stronie wlotu przepływomierza. Płyn jest kierowany przez rurę(y) przepływową(e) i wychodzi z przepływomierza od strony wylotu przepływomierza. Stany drgań własnych drgającego systemu napełnionego płynem są określone częściowo przez połączoną masę rur przepływowych i masę płynu płynącego przez rury przepływowe.

Gdy płyn zaczyna przepływać, siły Coriolisa powodują, że punkty usytuowane wzdłuż rur przepływowych mają różne fazy. Faza po stronie wlotu rury przepływowej jest zwykle opóźniona względem zasilania, podczas gdy faza po stronie wylotu rury przepływowej wyprzedza zasilanie. Do rur(y) przepływowych(ej) są przymocowane przetworniki przesunięcia dla pomiaru ruchu w rurze(ach) przepływowej(ych) i wytwarzania sygnałów przesunięcia, które reprezentują ruch w rurze(ach) przepływowej(ych).

Miernik elektroniczny lub dowolny inny pomocniczy układ elektroniczny, albo zespół układów dołączony do przepływomierza, odbiera sygnały przesunięcia i przetwarza sygnały przesunięcia, aby określić różnicę faz między sygnałami przesunięcia. Różnica faz między dwoma sygnałami przesunięcia jest proporcjonalna do masowego natężenia przepływu płynu przepływającego przez rurę(y) przepływową(e). Dlatego też, miernik elektroniczny może określić masowe natężenie przepływu płynu płynącego przez przepływomierz w oparciu o sygnały przesunięcia.

Ważnym elementem składowym przepływomierzy Coriolisa i gęstościomierzy z drgającą rurą jest układ napędowy lub pobudzający. Układ napędowy przykłada okresową siłę fizyczną do rury przepływowej, która powoduje drgania rury przepływowej. Układ napędowy zawiera mechanizm napędowy przymocowany do rur(y) przepływowych(ej) przepływomierza. Układ napędowy zawiera także obwód napędowy, który generuje sygnał napędowy dla sterowania mechanizmem napędowym. Mechanizm napędowy zawiera typowo jeden z wielu dobrze znanych układów, takich jak magnes zamontowany do jednej rury przepływowej i cewkę zamontowaną do innej rury przepływowej, przeciwnie do magnesu.

PL 208 408 B1

Układ napędowy dostarcza ciągle okresowe napięcie napędowe do mechanizmu napędowego. Napięcie napędowe ma typowo przebieg sinusoidalny lub kwadratowy. W typowym mechanizmie napędowym z cewką i magnesem, okresowe napięcie napędowe powoduje, że cewka wytwarza w sposób ciągły przemienne pole magnetyczne. Przemienne pole magnetyczne cewki i stałe pole magnetyczne wytwarzane przez magnes wymuszają drgania rur(y) przepływowych(ej) o przebiegu sinusoidalnym. Specjaliści w tej dziedzinie docenią, że dowolne urządzenie zdolne do przemiany sygnału elektrycznego na siłę mechaniczną jest odpowiednie dla zastosowania jako mechanizm napędowy (patrz opis patentowy US 4 777 833). Ponadto, sygnał napędowy nie jest ograniczony do sygnału sinusoidalnego, lecz może być dowolnym sygnałem okresowym (patrz opis patentowy US 5 009 109).

Jak podano powyżej, układ elektroniczny określa masowe natężenie przepływu płynu przepływającego przez przepływomierz. Układ elektroniczny określa ponadto gęstość płynu w oparciu o sygnały przesunięcia. Jakiekolwiek zmiany gęstości, które są różne niż znane gęstości odniesienia, są przyjęte za zależne od temperatury, a nie od czystości płynu. W oparciu o mierzone masowe natężenie przepływu i określoną gęstość płynu, układ elektroniczny określa objętościowe natężenie przepływu dla płynu przepływającego przez przepływomierz. Jednakże, znane przepływomierze Coriolisa nie są odpowiednio przystosowane do pomiaru zawartości głównego składnika względem płynu. Klienci mogą dlatego być obciążani niedokładnymi rachunkami.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu, który pozwalałby na dokładne określanie zawartości głównego składnika względem płynu przepływającego przez przepływomierz Coriolisa. To znaczy sposobu, który zapewnia dokładniejszy pomiar ilości, czystości i jakości dostarczanego płynu, a w wyniku czego dokł adniejsze obciążanie klientów rachunkami.

Sposób wyznaczania proporcjonalnej zawartości głównego składnika płynu przepływającego przez przepływomierz Coriolisa, w którym odbiera się sygnały przesunięcia z przepływomierza Coriolisa generowane w reakcji na przepływający przez ten przepływomierz Coriolisa płyn oraz mierzy się masowe natężenie przepływu na podstawie tych sygnałów przesunięcia, według wynalazku charakteryzuje się tym, że określa się następnie pierwsze objętościowe natężenie przepływu płynu dzieląc mierzone masowe natężenie przepływu płynu przez gęstość odniesienia głównego składnika zgodnie z równaniem:

V1= ^P odn gdzie:

V1 - pierwsze objętościowe natężenie przepływu p_odn - gęstość odniesienia będąca gęstością głównego składnika w temperaturze odniesienia m - mierzone masowe natężenie przepływu mierzy się objętościowe natężenie przepływu płynu na podstawie sygnałów przesunięcia, mierzy się temperaturę płynu na podstawie sygnału temperatury, określa się dla płynu gęstość zmieniającą się wraz z temperaturą, wyznacza się drugie objętościowe natężenie przepływu mnożąc mierzone objętościowe natężenie przepływu płynu oraz gęstość zmieniającą się wraz z temperaturą i dzieląc otrzymany wynik przez gęstość odniesienia zgodnie z równaniem:

V =v ^Ptemp mierzone ^Podn gdzie:

V2 - drugie objętościowe natężenie przepływu

Vmierzone - mierzone objętościowe natężenie przepływu p_temp - gęstość zmieniająca się wraz z temperaturą p_odn - gęstość odniesienia, oraz wyznacza się proporcjonalną zawartość głównego składnika w stosunku do płynu, dzieląc pierwsze objętościowe natężenie przepływu przez drugie objętościowe natężenie przepływu.

Korzystnie, płynem przepływającym przez przepływomierz Coriolisa jest płyn zawierający propan.

Korzystnie, określa się czystość płynu na podstawie wyznaczonej proporcjonalnej zawartości głównego składnika.

W jednym przykładzie układ do realizacji sposobu według wynalazku jest skonfigurowany do komunikacji z przepływomierzem Coriolisa. Układ zawiera interfejs skonfigurowany do odbioru sygnałów przesunięcia i sygnału temperatury z przepływomierza Coriolisa czułego na płyn przepływający

PL 208 408 B1 przez przepływomierz Coriolisa i zawierający główny składnik. Interfejs jest także skonfigurowany do przesyłania sygnałów przesunięcia i sygnału temperatury do elementów przetwarzających, które z kolei są skonfigurowane do przetwarzania sygnałów przesunięcia i sygnału temperatury dla okreś lania zawartości głównego składnika względem płynu.

W innym przykł adzie ukł ad do realizacji sposobu wedł ug wynalazku wykonuje nastę pują cy proces dla określania zawartości głównego składnika. Układ przetwarza sygnały przesunięcia dla określania masowego natężenia przepływu płynu, tzn. dzieli masowe natężenie przepływu przez gęstość odniesienia głównego składnika dla określania pierwszego objętościowego natężenia przepływu. Gęstość odniesienia reprezentuje gęstość głównego składnika w temperaturze odniesienia. Układ przetwarza wtedy sygnały przesunięcia dla określania mierzonego objętościowego natężenia przepływu płynu przepływającego przez przepływomierz Coriolisa. Układ określa wtedy gęstość zmieniającą się wraz z temperaturą. Układ mnoży mierzone objętościowe natężenie przepływu przez gęstość zmieniającą się wraz z temperaturą dla określania iloczynu. Następnie układ dzieli iloczyn przez gęstość odniesienia dla określania drugiego objętościowego natężenia przepływu. Jeżeli pierwsze objętościowe natężenie przepływu jest równe drugiemu objętościowemu natężeniu przepływu, to płyn jest zasadniczo czysty. Jeżeli pierwsze objętościowe natężenie przepływu nie jest równe drugiemu objętościowemu natężeniu przepływu, to płyn jest złożony z jednego lub większej ilości składników mniejszościowych jako dodatku do głównego składnika.

W innym przykładzie układ do realizacji sposobu według wynalazku wykonuje następujący proces dla określania zawartości głównego składnika. Układ przetwarza sygnały przesunięcia dla określania mierzonej gęstości płynu. Układ przetwarza wtedy sygnał temperatury dla określania temperatury płynu. Układ określa gęstość zmieniającą się wraz z temperaturą w oparciu o temperaturę. Jeżeli mierzona gęstość jest równa gęstości zmieniającej się wraz z temperaturą, to płyn jest zasadniczo czysty. Jeżeli mierzona gęstość nie jest równa gęstości zmieniającej się wraz z temperaturą, to płyn jest złożony z jednego lub większej ilości składników mniejszościowych stanowiących dodatek do głównego składnika.

Jeden z korzystnych skutków wynalazku wynika z zapewnienia sposobu sterowania układem w komunikacji z przepł ywomierzem Coriolisa, zawierają cego etapy odbioru sygnałów przesunię cia z przepł ywomierza Coriolisa czuł ego na pł yn pł yną cy przez przepł ywomierz Coriolisa, przetwarzania sygnałów przesunięcia dla określania mierzonego masowego natężenia przepływu płynu i mierzonego objętościowego natężenia przepływu płynu i obliczania pierwszego obliczonego objętościowego natężenia przepływu płynu w oparciu o mierzone masowe natężenie przepływu, sposób charakteryzuje się etapami obliczania drugiego obliczonego objętościowego natężenia przepływu płynu w oparciu o mierzone objętościowe natężenie przepływu i porównania pierwszego obliczonego objętościowego natężenia przepływu i drugiego obliczonego objętościowego natężenia przepływu dla określania czystości płynu. Korzystnie sposób dalej obejmuje etap obliczania objętościowej różnicy pomiędzy pierwszym obliczonym objętościowym natężeniem przepływu i drugim obliczonym objętościowym natężeniem przepływu i dostosowania mierzonego objętościowego natężenia przepływu w oparciu o objętościową różnicę.

W nastę pnym etapie sposobu wedł ug wynalazku nastę puje obliczanie obję toś ciowej róż nicy pomiędzy pierwszym obliczonym objętościowym natężeniem przepływu i drugim obliczonym objętościowym natężeniem przepływu i dostosowanie kosztu do ilości płynu w oparciu o objętościową różnicę, przy czym płyn może zawierać propan.

Korzystnie etap obliczania pierwszego obliczonego objętościowego natężenia przepływu płynu w oparciu o mierzone masowe natężenie przepływu zawiera ponadto etap dzielenia mierzonego masowego natężenia przepływu przez gęstość odniesienia płynu dla określania pierwszego obliczonego objętościowego natężenia przepływu.

Korzystnie etap obliczania drugiego obliczonego objętościowego natężenia przepływu płynu w oparciu o mierzone objętościowe natężenie przepływu zawiera ponadto etapy odbioru z przepływomierza Coriolisa sygnału temperatury reprezentującego temperaturę płynu, przetwarzania sygnału temperatury dla określania gęstości płynu zmieniającej się wraz z temperaturą, mnożenia mierzonego objętościowego natężenia przepływu płynu i gęstości zmieniającej się wraz z temperaturą dla określania iloczynu oraz dzielenia iloczynu przez gęstość odniesienia płynu dla określania drugiego obliczonego objętościowego natężenia przepływu.

PL 208 408 B1

Korzystnie etap przetwarzania sygnału temperatury dla określania gęstości płynu zmieniającej się wraz z temperaturą obejmuje etap dostosowania gęstości odniesienia płynu w oparciu o temperaturę płynu.

Sposób według wynalazku jest realizowany z zastosowaniem układu skonfigurowanego do komunikacji z przepływomierzem Coriolisa zawierającego interfejs skonfigurowany do odbioru sygnałów przesunięcia z przepływomierza Coriolisa czułego na płyn płynący przez przepływomierz Coriolisa i przenoszenia sygnałów przesunięcia, elementy przetwarzają ce skonfigurowane do odbioru sygnałów przesunięcia, przetwarzania sygnałów przesunięcia dla określania mierzonego masowego natężenia przepływu płynu i mierzonego objętościowego natężenia przepływu płynu, obliczania pierwszego obliczonego objętościowego natężenia przepływu płynu w oparciu o mierzone masowe natężenie przepływu, który to układ charakteryzuje się tym, że elementy przetwarzające są skonfigurowane do obliczania drugiego obliczonego objętościowego natężenia przepływu płynu w oparciu mierzone objętościowe natężenie przepływu i porównania pierwszego obliczonego objętościowego natężenia przepływu i drugiego obliczonego objętościowego natężenia przepływu dla określania czystości płynu.

Korzystnie elementy przetwarzające są również skonfigurowane do obliczania objętościowej różnicy pomiędzy pierwszym obliczonym objętościowym natężeniem przepływu i drugim obliczonym objętościowym natężeniem przepływu i dostosowania mierzonego objętościowego natężenia przepływu w oparciu o objętościową różnicę, a także do obliczania objętościowej różnicy pomiędzy pierwszym obliczonym objętościowym natężeniem przepływu i drugim obliczonym objętościowym natężeniem przepływu i dostosowania kosztów do ilości płynu w oparciu o objętościową różnicę, przy czym płyn może zawierać propan.

Dodatkowo korzystnie elementy przetwarzające układu są skonfigurowane do dzielenia mierzonego masowego natężenia przepływu przez gęstość odniesienia płynu dla określania pierwszego obliczonego objętościowego natężenia przepływu, oraz do odbioru z przepływomierza Coriolisa sygnału temperatury reprezentującego temperaturę płynu, przetwarzania sygnału temperatury dla określania gęstości płynu zmieniającej się wraz z temperaturą, mnożenia mierzonego objętościowego natężenia przepływu płynu i gęstości zmieniającej się wraz z temperaturą dla określania iloczynu i dzielenia iloczynu przez gęstość odniesienia płynu dla określania drugiego obliczonego objętościowego natężenia przepływu.

Ponadto układ zawiera elementy przetwarzające skonfigurowane do dostosowania gęstości odniesienia płynu w oparciu o temperaturę płynu dla określania gęstości zmieniającej się wraz z temperaturą.

Rozwiązanie obejmuje także produkt oprogramowania do użycia z przepływomierzem Coriolisa do realizacji sposobu według wynalazku zawierający procesor, oprogramowanie proporcjonalnej zawartości skonfigurowane, przy wykonaniu przez procesor, do odbioru sygnałów przesunięcia z przepływomierza Coriolisa czułego na płyn płynący przez przepływomierz Coriolisa, przetwarzania sygnałów przesunięcia dla określania mierzonego masowego natężenia przepływu płynu i mierzonego objętościowego natężenia przepływu płynu, obliczania pierwszego obliczonego objętościowego natężenia przepływu płynu w oparciu o mierzone masowe natężenie przepływu i nośniki danych skonfigurowane do zapamiętywania oprogramowania proporcjonalnej zawartości dla procesora, przy czym oprogramowanie proporcjonalnej zawartości jest dalej skonfigurowane, przy wykonaniu przez procesor, do obliczania drugiego obliczonego objętościowego natężenia przepływu płynu w oparciu o mierzone objętościowe natężenie przepływu i porównania pierwszego obliczonego objętościowego natężenia przepływu i drugiego obliczonego objętościowego natężenia przepływu dla określania czystości płynu.

Ponadto wspomniane oprogramowanie proporcjonalnej zawartości jest skonfigurowane, przy wykonaniu przez procesor, do obliczania objętościowej różnicy pomiędzy pierwszym obliczonym objętościowym natężeniem przepływu i drugim obliczonym objętościowym natężeniem przepływu i dostosowania mierzonego objętościowego natężenia przepływu w oparciu o objętościową różnicę, a także obliczania objętościowej różnicy pomiędzy pierwszym obliczonym objętościowym natężeniem przepływu i drugim obliczonym objętościowym natężeniem przepływu i dostosowania kosztu do ilości płynu, zawierającego na przykład propan w oparciu o objętościową różnicę, i dalej dzielenia mierzonego masowego natężenia przepływu przez gęstość odniesienia płynu dla określania pierwszego objętościowego natężenia przepływu, odbioru z przepływomierza Coriolisa sygnału temperatury reprezentującego temperaturę płynu, przetwarzania sygnału temperatury dla określania gęstości płynu zmieniającej się wraz z temperaturą, mnożenia mierzonego objętościowego natężenia przepływu płynu i gęstości zmieniającej się wraz z temperaturą dla określania iloczynu, jak również do dzielenia iloczynu

PL 208 408 B1 przez gęstość odniesienia płynu dla określania drugiego obliczonego objętościowego natężenia przepływu.

Oprogramowanie proporcjonalnej zawartości, przy wykonaniu przez procesor, pozwala także na dostosowanie gęstości odniesienia płynu w oparciu o temperaturę płynu dla określania gęstości zmieniającej się wraz z temperaturą.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym pos. 1 przedstawia przepływomierz Coriolisa z podwójną rurą ze stanu techniki, pos. 2 przedstawia przepływomierz Coriolisa z pojedynczą prostą rurą ze stanu techniki, fig. 3 przedstawia schemat blokowy ilustrujący miernik elektroniczny skonfigurowany do komunikacji z przepływomierzem Coriolisa według wynalazku, fig. 4 przedstawia schemat blokowy ilustrujący układ skonfigurowany do komunikacji z przepł ywomierzem Coriolisa wedł ug wynalazku, fig. 5 przedstawia schemat logiczny ilustruj ą cy sposób określania proporcjonalnej zawartości głównego składnika w płynie według wynalazku, fig. 6 przedstawia schemat działań ilustrujący proces wykonywany przez układ, jeżeli płyn zawiera składniki mniejszościowe, fig. 7 przedstawia schemat działań ilustrujący proces wykonywany przez układ, jeżeli płyn zawiera składniki mniejszościowe według wynalazku zaś fig. 8 przedstawia schemat logiczny ilustrujący inny proces określania proporcjonalnej zawartości głównego składnika w płynie według wynalazku.

Pos. 1, pos. 2 oraz fig. 3 przedstawiają przykłady układów, które mogą być zastosowane w sposobie według wynalazku. Zakres wynalazku nie jest ograniczony do szczególnych elementów przedstawionych na pos. 1, pos. 2 oraz fig. 3, ale jest zdefiniowany przez zastrzeżenia.

Na pos. 1 przedstawiono przepływomierz Coriolisa 5 ze stanu techniki. Przepływomierz Coriolisa 5 zawiera czujnik Coriolisa 10 i miernik elektroniczny 20. Miernik elektroniczny 20 jest dołączony do czujnika Coriolisa 10 przez doprowadzenia 100. Miernik elektroniczny 20 jest skonfigurowany do dostarczania danych określających gęstość, masowe natężenie przepływu, objętościowe natężenie przepływu, sumaryczny przepływ masowy i innych danych przez tor 26. Przepływomierz Coriolisa 5 został tutaj opisany jako mający zastosowanie w sposobie według wynalazku, chociaż jest oczywiste dla specjalistów w tej dziedzinie, że obecny wynalazek mógłby być zastosowany w praktyce w połączeniu z jakimkolwiek urządzeniem mającym drgającą rurę przepływową, aby mierzyć własności płynu. Drugi przykład takiego urządzenia to gęstościomierz z drgającą rurą, który nie ma dodatkowej zdolności pomiarów, zapewnionej przez masowy przepływomierz Coriolisa.

Czujnik Coriolisa 10 zawiera parę łączników 101 i 101', rurę rozgałęźną 102 i rury przepływowe 103A i 103B. Element napędowy 104, przetwornik przesunięcia 105 i przetwornik przesunięcia 105' są dołączone do rur przepływowych 103A i 103B. Elementy usztywniające 106 i 106' służą do określania osi W i W wokół których drga każda rura przepływowa 103A i 103B. Wynalazek nie jest ograniczony do konfiguracji z pos. 1, ponieważ pos. 1 przedstawia tylko przykład układu do realizacji sposobu według wynalazku.

Gdy czujnik Coriolisa 10 jest wstawiony do układu rurowego (niepokazanego), który przenosi mierzony płyn, przy czym płyn wchodzi do czujnika Coriolisa 10 przez łącznik 101. Płyn następnie przechodzi przez rurę rozgałęźną 102, która kieruje płyn do wejść rur przepływowych 103A i 103B. Płyn przepływa przez rury przepływowe 103A i 103B i z powrotem do rury rozgałęźnej 102. Płyn wchodzi do czujnika Coriolisa 10 przez łącznik 101'.

Rury przepływowe 103A i 103B są wybrane i odpowiednio przymocowane do rury rozgałęźnej 102 tak, żeby mieć zasadniczo taki sam rozkład masy, momenty bezwładności i moduły sprężystości odpowiednio wokół osi zagięcia W-W i W'-W. Rury przepływowe 103A i 103B wychodzą z rury rozgałęźnej 102 na zewnątrz w sposób zasadniczo równoległy.

Rury przepływowe 103A, 103B są napędzane w przeciwfazie przez element napędowy 104 wokół poszczególnych osi obrotu W i W, przy czym określany jest pierwszy, przesunięty w fazie, stan obrotowy przepływomierza 5. Element napędowy 104 może zawierać jeden z wielu dobrze znanych układów, taki jak magnes przymocowany do rury przepływowej 103A i przeciwstawną cewkę przymocowaną do rury przepływowej 103B, przez którą płynie prąd przemienny dla wprawiania w drgania obu rur przepływowych 103A, 103B. Miernik elektroniczny 20 dostarcza sygnał napędowy do elementu napędowego 104 przez doprowadzenie 110.

Element napędowy 104 wprawia w drgania rury przepływowe 103A i 103B czułe na sygnał napędowy. Przetworniki przesunięcia 105 i 105' generują sygnały przesunięcia czułe na stany drgań własnych rur przepływowych 103A i 103B. Przetworniki przesunięcia 105 i 105' przesyłają sygnały przesunięcia do miernika elektronicznego 20 przez doprowadzenia 111 i 111'. Sygnały przesunięcia

PL 208 408 B1 z przetworników przesunięcia 105 i 105' mogą być omawiane jako lewy i prawy sygnały prędkości. Miernik elektroniczny 20 przetwarza lewy i prawy sygnał prędkości, aby obliczać masowe natężenie przepływu, objętościowe natężenie przepływu, sumaryczny przepływ masowy i gęstość płynu przechodzącego przez czujnik Coriolisa 10. Miernik elektroniczny 20 dostarcza dane określające masowe natężenie przepływu, objętościowe natężenie przepływu, sumaryczny przepływ masowy i informację o gęstości do toru 26.

Czujnik temperatury 140 jest dołączony do jednej lub obu drgających rur przepływowych 103A i 103B i wykrywa temperaturę płynu płynącego przez te rury przepływowe 103A i 103B. Czujnik temperatury 140 generuje sygnał temperatury a następnie przesyła sygnał temperatury do miernika elektronicznego 20 przez doprowadzenie 112.

Specjaliści w tej dziedzinie rozumieją, że przepływomierz Coriolisa 5 jest podobny co do struktury do gęstościomierza z drgającą rurą. Gęstościomierze te także wykorzystują drgającą rurę, przez którą przepływa płyn. W przypadku gęstościomierzy 51 typu próbkowego, gęstościomierze te wykorzystują drgającą rurę, w której płyn jest utrzymywany. Gęstościomierze z drgającą rurą wykorzystują także układ napędowy do pobudzania rury przepływowej do drgań. Gęstościomierze z drgającą rurą zwykle wykorzystują tylko pojedynczy sygnał sprzężenia zwrotnego, ponieważ pomiar gęstości wymaga tylko pomiaru częstotliwości, zaś pomiar fazy nie jest konieczny. Opisy obecnego wynalazku dotyczą tutaj również gęstościomierzy z drgającą rurą.

Pos. 2 przedstawia przepływomierz Coriolisa 25 ze stanu techniki. Przepływomierz Coriolisa 25 zawiera czujnik Coriolisa 200 i miernik elektroniczny 20. Miernik elektroniczny 20 jest dołączony do czujnika Coriolisa 200 przez doprowadzenia 230. Miernik elektroniczny 20 jest skonfigurowany do dostarczania danych odnośnie wartości gęstości, masowego natężenia przepływu, objętościowego natężenia przepływu, sumarycznego przepływu masowego i innych danych przez tor 26.

Rura przepływowa 201 zawiera lewą część końcową 201L i prawą część końcowa 201R. Rura przepływowa 201 i jej części końcowe 201L i 201R, lewa i prawa, biegną na całej długości przepływomierza 25 od wlotu rury przepływowej 201 do wylotu rury przepływowej 201. Czujnik Coriolisa 200 zawiera element równoważący 220, który jest dołączony przy jego końcach do rury przepływowej 201 przez element usztywniający 221.

Lewa część końcowa 201L jest zamocowana do wejściowego łącznika 202. Prawa część końcowa 201R jest zamocowana do wyjściowego łącznika 202'. Wejściowy łącznik 202 i wyjściowy łącznik 202' są skonfigurowane dla dołączenia czujnika Coriolisa 200 do przewodu rurowego (niepokazanego).

W dobrze znany, konwencjonalny sposób, element napędowy 204, lewy przetwornik przesunięcia 205 i prawy przetwornik przesunięcia 205' są dołączone do rury przepływowej 201 i elementu równoważącego 220. Miernik elektroniczny 20 przesyła sygnał napędowy przez przewody 210 do elementu napędowego 204. Element napędowy 204, reagując na sygnał napędowy, wprawia w drgania rurę przepływową 201 i element równoważący 220 w przeciwfazie przy częstotliwości rezonansowej napełnionej płynem rury przepływowej 201. Drgania drgającej rury przepływowej 201 wywołują odchylenia Coriolisa rury przepływowej 201 w dobrze znany sposób. Przetworniki przesunięcia 205 i 205' wykrywają odchylenia Coriolisa i przesyłają sygnały przesunięcia, które reprezentują odchylenia Coriolisa, przez przewody 211 i 211'.

Czujnik temperatury 240 jest dołączony do rury przepływowej 201 i wykrywa temperaturę płynu płynącego przez rurę przepływową 201. Czujnik temperatury 240 generuje sygnał temperatury i przesyła go do miernika elektronicznego 20 przez doprowadzenie 212.

Na fig. 3 przedstawiono miernik elektroniczny 20 do zastosowania w sposobie według wynalazku. Miernik elektroniczny 20 działa z czujnikiem Coriolisa 10 z pos. 1 i zawiera przetworniki analogowo-cyfrowe A/C 303 i 303', procesor 301, pamięć tylko do odczytu (ROM) 320, pamięć o dostępie bezpośrednim (RAM) 330, przetwornik cyfrowo-analogowy C/A 302 i wzmacniacz 305. Miernik elektroniczny 20 jest skonfigurowany do dostarczania danych o wartości gęstości, masowego natężenia przepływu, objętościowego natężenia przepływu, sumarycznego przepływu masowego i innych danych przez tor 26. Tor 26 przenosi sygnały do elementów wejściowych i wyjściowych (niepokazanych), które umożliwiają komunikację miernika elektronicznego 20 z pomocniczym układem elektronicznym, takim jak komputer.

Podczas pracy przetworniki A/C 303 i 303' odbierają lewy i prawy sygnały prędkości z przetworników przesunięcia 105 i 105' i przetwarzają te sygnały (lewy i prawy) prędkości na sygnały cyfrowe wykorzystywane przez procesor 301. Przetworniki A/C 303 i 303' przesyłają sygnały cyfrowe do procesora 301 przez tory 310 i 310'. Chociaż są pokazane jako oddzielne elementy, przetworniki A/C 303

PL 208 408 B1 i 303' mogą być pojedynczym przetwornikiem, takim jak mikroukład CS4218 stereo 16 - bitowy codec. Specjaliści w tej dziedzinie ocenią, czy dowolna liczba przetworników przesunięcia i innych czujników może być dołączona do procesora 301. Procesor 301 odbiera także sygnał temperatury z czujnika temperatury 140 przez doprowadzenie 112.

Procesor 301 jest mikroprocesorem, pojedynczym procesorem lub grupą procesorów, które odczytują instrukcje z nośników danych i wykonują instrukcje, aby wykonać różne funkcje przepływomierza 5. Korzystnie, procesor 301 jest mikroprocesorem ADSP-2185L. Funkcje wykonywane obejmują, ale nie są ograniczone do obliczania masowego natężenia przepływu, obliczania objętościowego natężenia przepływu i obliczania gęstości płynu. Procesor 301 zapamiętuje funkcje w pamięci ROM 320 i odczytuje funkcje z pamięci ROM 320 przez tor 321. Procesor 301 zapamiętuje dane i instrukcje dla wykonywania różnych funkcji w pamięci RAM 330. Procesor 301 wykonuje operacje odczytu i zapisu w RAM 330 przez tor 331.

Procesor 301 generuje cyfrowy sygnał napędowy i przesyła go przez tor 312. Przetwornik C/A 302 odbiera cyfrowy sygnał napędowy i napięcie z przetworników przesunięcia 105 i 105' przez tor 340. Cyfrowy sygnał napędowy zawiera instrukcję do modyfikowania napięcia odbieranego przez tor 340 dla generowania analogowego sygnału napędowego. Przetwornik C/A 302 jest wspólnym przetwornikiem C/A, takim jak na przykład mikroukład AD7943. Przetwornik C/A 302 przesyła analogowy sygnał napędowy do wzmacniacza 305 przez tor 391. Wzmacniacz 305 wzmacnia amplitudę analogowego sygnału napędowego i przesyła ten sygnał do elementu napędowego 104 przez tor 110. Wzmacniacz 305 może być wzmacniaczem prądu lub wzmacniaczem napięcia.

Fig. 4 przedstawia specyficzny przykład układu w komunikacji z przepływomierzem Coriolisa służący do realizacji sposobu według wynalazku. Dla specjalistów w tej dziedzinie wynikną liczne odmiany tego przykładu, które nie oddalają się od zakresu wynalazku. Specjaliści w tej dziedzinie ocenią również, że różne cechy opisane poniżej mogłyby być połączone z innymi wykonaniami, aby tworzyć wielokrotne odmiany rozwiązania do realizacji sposobu. Specjaliści w tej dziedzinie zorientują się, że kilka aspektów z fig. 4 zostało uproszczonych lub pominiętych dla jasności.

Fig. 4 przedstawia układ 402 w komunikacji z przepływomierzem Coriolisa 404. Układ 402 zawiera interfejs 414 i elementy przetwarzające 412. Przez przepływomierz 404 przepływa płyn. Przepływomierz 404 mógłby być, ale nie jest ograniczony do przepływomierza 5 z pos. 1 lub przepływomierza 25 z pos. 2.

Podczas pracy, interfejs 414 odbiera sygnały przesunięcia 432 i sygnał temperatury 434 z przepływomierza 404 czułego na płyn przepływający przez przepływomierz 404 i zawierający składnik większościowy. Interfejs 414 przesyła sygnały przesunięcia 432 i sygnał temperatury 434 do elementów przetwarzających 412. Elementy przetwarzające 412 odbierają sygnały przesunięcia 432 i sygnał temperatury 434, a następnie przetwarzają te sygnały, aby określić zawartość głównego składnika względem płynu.

Działanie układu 402 mogłoby być zrealizowane przez elementy przetwarzające 412 wykonujące oprogramowanie 424 proporcjonalnej zawartości. Elementy przetwarzające 412 przetwarzają i wykonują instrukcje oprogramowania 424 proporcjonalnej zawartości z nośników danych 422, aby wykonać opisaną powyżej operację. Oprogramowanie 424 proporcjonalnej zawartości zapewnia, że elementy przetwarzające 412 odbierają sygnały przesunięcia i sygnał temperatury z przepływomierza Coriolisa czułego na płyn płynący przez przepływomierz Coriolisa, przy czym płyn zawiera główny składnik, oraz przetwarzają sygnały przesunięcia i sygnał temperatury, aby określać zawartość głównego składnika względem płynu.

Oprogramowanie 424 proporcjonalnej zawartości zawiera kod programu i oprogramowanie sprzętowe. Nośnikami danych 422 mogą być na przykład układy pamięciowe, taśma, dyski, układy scalone i serwery. Oprogramowanie 424 proporcjonalnej zawartości działa, gdy jest wykonywane przez elementy przetwarzające 412, aby powodować ich działanie. Elementy przetwarzające 412 odnoszą się do pojedynczego przyrządu przetwarzającego lub grupy międzyoperacyjnych przyrządów przetwarzających. Elementami przetwarzającymi 412 mogą być na przykład komputery, układy scalone i układy logiczne. Specjaliści w tej dziedzinie są obeznani z instrukcjami, procesorami i nośnikami danych.

Fig. 5-8 przedstawiają specyficzne przykłady układów logicznych stosowanych przez układ w komunikacji z przepływomierzem Coriolisa do zastosowania w sposobie według wynalazku. Specjaliści w tej dziedzinie docenią liczne odmiany tego przykładu, które nie oddalają się od zakresu wynalazku. Specjaliści w tej dziedzinie docenią także, że różne cechy opisane poniżej mogłyby być połąPL 208 408 B1 czone z innymi wykonaniami, aby tworzyć wielokrotne odmiany rozwiązania. Specjaliści w tej dziedzinie zauważą też, że kilka aspektów z fig. 5-8 zostało uproszczonych lub pominiętych dla jasności.

Fig. 5 przedstawia schemat logiczny pokazujący proces 500 wykonany przez układ 402 w sposobie według wynalazku. Dla tego przykładu zakłada się, że płyn przepływający przez przepływomierz 404. Aby określić zawartość głównego składnika w płynie, układ 402 określa pierwsze objętościowe natężenie przepływu i drugie objętościowe natężenie przepływu oraz porównuje te natężenia przepływu. Aby określić pierwsze objętościowe natężenie przepływu, układ 402 przetwarza sygnały przesunięcia 432 dla określenia masowego natężenia przepływu płynu w etapie 501. Układ 402 wtedy dzieli masowe natężenie przepływu przez gęstość odniesienia głównego składnika, aby określić pierwsze objętościowe natężenie przepływu w etapie 503. Pierwsze objętościowe natężenie przepływu może być reprezentowane przez następujące równanie [1]:

^m3

V =- [N-m³/h] (1) ^P odn gdzie m reprezentuje masowe natężenie przepływu i p_odn reprezentuje gęstość odniesienia.

Gęstość płynów zmienia się w zależności od temperatury i ciśnienia. Płyny są z natury stosunkowo nieściśliwymi materiałami, tj. zmiana gęstości w zależności od ciśnienia jest minimalna w porównaniu ze zmianą gęstości w zależności od temperatury. Dlatego w tym przykładzie założono, że ciśnienie jest standardowe. Krzywa gęstości w funkcji temperatury może być utworzona dla wielu płynów. Temperatura odniesienia i odpowiednia gęstość odniesienia są wtedy wybrane dla szczególnego głównego składnika.

W celu określenia drugiego objętościowego natężenia przepływu, układ 402 przetwarza sygnały przesunięcia 432, aby określić mierzone objętościowe natężenie przepływu płynu płynącego przez przepływomierz 404 w etapie 505. Układ 402 wtedy określa gęstość zmieniającą się wraz z temperaturą w etapie 507. Następujące równanie [2] określa gęstość zmieniającą się wraz z temperaturą:

p_temp = -0,00004T³ - 0,0041? - 1,3661T + 530,1 [kg/m³] (2) gdzie T reprezentuje temperaturę określaną z sygnału temperatury 434.

Układ 402 mnoży mierzone objętościowe natężenie przepływu przez gęstość zmieniającą się wraz z temperaturą, aby określić iloczyn w etapie 509. Układ 402 wtedy dzieli iloczyn przez gęstość odniesienia, aby określić drugie objętościowe natężenie przepływów w etapie 511. Drugie objętościowe natężenie przepływu jest reprezentowane przez następujące równanie [3]:

V₂ [N-m³/h] mierzone (3) ^Podn gdzie V_mierzone reprezentuje mierzone objętościowe natężenie przepływu, p_temp reprezentuje gęstość zmieniającą się wraz z temperaturą i p_odn reprezentuje gęstość odniesienia.

Jeżeli pierwsze objętościowe natężenie przepływu (V1) jest równe drugiemu objętościowemu natężeniu przepływu (V2), wtedy płyn jest zasadniczo czysty. Innymi słowy, płyn złożony jest całkowicie tylko z głównego składnika. Jeżeli pierwsze objętościowe natężenie przepływu (V1) nie jest równe drugiemu objętościowemu natężeniu przepływu (V2), wtedy płyn zawiera składniki mniejszościowe, które są dodatkowe do głównego składnika.

Fig. 6 przedstawia schemat działań przedstawiający proces 600 wykonywany przez układ 402, jeżeli płyn zawiera składniki mniejszościowe w przykładzie sposobu według wynalazku. Układ 402 dzieli pierwsze objętościowe natężenie przepływu (V1) przez drugie objętościowe natężenie przepływu (V2), aby określić różnicę objętości w etapie 601. Różnica objętości reprezentuje zawartość głównego składnika względem całego płynu. Układ 402 wtedy dostosowuje mierzone objętościowe natężenie przepływu całego płynu w oparciu o proporcjonalną zawartość głównego składnika. Aby dostosować mierzone objętościowe natężenie przepływu, układ 402 mnoży różnicę objętości przez gęstość odniesienia głównego składnika, aby określić rzeczywistą gęstość płynu w etapie 603. Układ 402 określa wtedy dostosowane objętościowe natężenie przepływu głównego składnika w oparciu o rzeczywistą gęstość w etapie 605. Klient jest wtedy obciążany rachunkami za główny składnik w oparciu o dostosowane objętościowe natężenie przepływu.

Fig. 7 przedstawia schemat działań przedstawiający proces 700 wykonywany przez układ 402, jeżeli płyn zawiera składniki mniejszościowe w przykładzie sposobu według wynalazku. Układ 402 dzieli pierwsze objętościowe natężenie przepływu (V1) przez drugie objętościowe natężenie przepływu (V2), aby okre10

PL 208 408 B1 ślić różnicę objętości w etapie 701. Gdy ilość płynu jest dostarczana do klienta, układ 402 dostosowuje koszt do ilości płynu w oparciu o różnicę objętości w etapie 703.

Fig. 8 przedstawia schemat działań ilustrujący proces 800 wykonywany przez układ 402 w przykładzie sposobu według wynalazku. Dla tego przykładu założono, że płyn płynie przez przepływomierz 404. Aby określić zawartość głównego składnika w płynie, układ 402 określa mierzoną gęstość i gęstość zmieniającą się wraz z temperaturą i porównuje gęstości. Aby rozpocząć, układ 402 przetwarza sygnały przesunięcia 432 dla określenia mierzonej gęstości płynu w etapie 801. Układ 402 wtedy przetwarza sygnał temperatury 434, aby określić gęstość zmieniającą się wraz z temperaturą, stosując równanie [2] w etapie 803. Jeżeli mierzona gęstość jest równa gęstości zmieniającej się wraz z temperaturą, wtedy płyn jest zasadniczo czysty. Jeżeli mierzona gęstość nie jest równa gęstości zmieniającej się wraz z temperaturą, wtedy płyn zawiera składniki mniejszościowe w dodatku do głównego składnika.

Jeżeli płyn zawiera składniki mniejszościowe, wtedy układ 402 dzieli mierzoną gęstość przez gęstość zmieniającą się wraz z temperaturą, aby określić różnicę gęstości w etapie 805. Układ 402 może wtedy dostosować objętościowe natężenie przepływu głównego składnika w oparciu o różnicę gęstości, jak pokazano na fig. 6, stosując różnicę gęstości zamiast różnicy objętości. Układ 402 mógłby także dostosować koszt do ilości płynu w parciu o różnicę gęstości, jak pokazano na fig. 7, stosując różnicę gęstości zamiast różnicy objętości.

Dalej podano dwa przykłady określania zawartości propanu względem całego płynu przepływającego przez przepływomierz 404 zgodnie z przykładem wykonania wynalazku. Dla pierwszego przykładu założono, że:

m = 5000 kg/h

T = 25 stopni Celsjusza

Vmierzone = 10,146 m /h gdzie m reprezentuje masowe natężenie przepływu mierzone przez przepływomierz 404, T reprezentuje temperaturę płynu płynącego przez przepływomierz 404 i V_merzone reprezentuje objętościowe natężenie przepływu płynu mierzone przez przepływomierz 404. Założono również, że gęstość odniesienia propanu wynosi 509 kg/m³. Stosując równanie [1], układ 402 określa pierwsze objętościowe natężenie przepływu.

m 5000 ₃

V =-=-=9,823 Nm³ /h ¹ Podn 509

Stosując równanie [2], układ 402 określa gęstość zmieniającą się wraz z temperaturą.

p_temp = -0,00004T³ - 0,004T - 1,3661T + 530,1 = 492,8 kg/m³

Stosując równanie [3], układ 402 określa drugie objętościowe natężenie przepływu.

V, =V,_m—=10.146⁴⁹²⁸=9,823 Nm³ / h Podn ⁵⁰⁹

Ponieważ równania [1] i [3] dają ten sam wynik, płyn zawiera prawie całkowicie propan. Innymi słowy, płyn jest czystym propanem.

Dla drugiego przykładu założono, że: m = 5000 kglh

T = 25 stopni Celsjusza

Vmierzone= 10,25 m /h gdzie m reprezentuje masowe natężenie przepływu płynu mierzone przez przepływomierz 404, T reprezentuje temperaturę płynu płynącego przez przepływomierz 404 i V_mierzone reprezentuje objętościowe natężenie przepływu płynu mierzone przez przepływomierz 404. Założono także, że gęstość odniesienia propanu wynosi 509 kg/m³. Stosując równanie [1] układ 402 określa pierwsze objętościowe natężenie przepływu.

m 5000 ₃

V =-=-=9,823 Nm³ /h ¹ P_odn 509

p_temp = -0,00004T³ - 0,0047² - 1,3661T + 530,1 = 492,8 kg/m³

PL 208 408 B1

V2 -'mierzone ~ = 9,924Nm³ /h

Podn ⁵⁰⁹

Równania [1] i [3] dają różne wyniki. Dlatego układ 402 określa, że różnica może być zależna od zanieczyszczeń w płynie stanowiących dodatek propanu. Innymi słowy, płyn nie jest czystym propanem. Układ 402 może wtedy obliczyć rzeczywiste objętościowe natężenie przepływu, które uwzględnia zanieczyszczenia w płynie, stosując proces 600 z fig. 6.

Claims

1. Sposób wyznaczania proporcjonalnej zawartości głównego składnika płynu przepływającego przez przepływomierz Coriolisa, w którym odbiera się sygnały przesunięcia z przepływomierza Coriolisa generowane w reakcji na przepływający przez ten przepływomierz Coriolisa płyn oraz mierzy się masowe natężenie przepływu na podstawie tych sygnałów przesunięcia, znamienny tym, że określa się następnie pierwsze objętościowe natężenie przepływu (V1) płynu dzieląc mierzone masowe natężenie przepływu (m) płynu przez gęstość odniesienia (Podn) głównego składnika zgodnie z równaniem:

gdzie:

V1 - pierwsze objętościowe natężenie przepływu

Podn - gęstość odniesienia będąca gęstością głównego składnika w temperaturze odniesienia, m - mierzone masowe natężenie przepływu mierzy się objętościowe natężenie przepływu (Vmierzone) płynu na podstawie sygnałów przesunięcia, mierzy się temperaturę płynu na podstawie sygnału temperatury, określa się dla płynu gęstość (Ptemp) zmieniającą się wraz z temperaturą, wyznacza się drugie objętościowe natężenie przepływu (V2) mnożąc mierzone objętościowe natężenie przepływu (Vmierzone) płynu oraz gęstość (Ptemp) zmieniającą się wraz z temperaturą i dzieląc otrzymany wynik przez gęstość odniesienia (Podn) zgodnie z równaniem:

ν =V ^Ptemp

2 mierzone ^Podn gdzie:

V2 - drugie objętościowe natężenie przepływu Vmierzone - mierzone objętościowe natężenie przepływu Ptemp - gęstość zmieniająca się wraz z temperaturą Podn - gęstość odniesienia, oraz wyznacza się proporcjonalną zawartość głównego składnika w stosunku do płynu, dzieląc pierwsze objętościowe natężenie przepływu (V1) przez drugie objętościowe natężenie przepływu (V2).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że płynem przepływającym przez przepływomierz Coriolisa (404) jest płyn zawierający propan.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że określa się czystość płynu na podstawie wyznaczonej proporcjonalnej zawartości głównego składnika.