BR112015003140B1

BR112015003140B1 - medidor de fluxo coriolis, e, método de formar um medidor de fluxo coriolis

Info

Publication number: BR112015003140B1
Application number: BR112015003140-4A
Authority: BR
Inventors: Rao Manoj; Vidhate Anand; J. Cunningham Timothy
Original assignee: Micro Motion, Inc
Priority date: 2012-08-21
Filing date: 2012-08-21
Publication date: 2020-11-03
Also published as: US9395224B2; AR092153A1; CA2881261A1; MX339562B; JP6416092B2; KR101907426B1; RU2598160C1; JP2015524932A; CA2881261C; KR20150042860A; MX2015001373A; US20150253171A1; BR112015003140A2; EP2888562A1; CN104541135A; HK1209180A1; AU2012388249A1; SG11201500811SA; CN104541135B; WO2014031103A1

Abstract

MEDIDOR DE FLUXO CORIOLIS, E, MÉTODO DE FORMAR UM MEDIDOR DE FLUXO CORIOLIS. Um medidor de fluxo Coriolis (205) é provido. O medidor de fluxo Coriolis (205) inclui um conjunto de medidor de fluxo (206) incluindo um ou mais tubos de fluxo (210), um acionador (220) acoplado e configurado para vibrar o conjunto de medidor de fluxo (206), dois ou mais sensores de desvio (230, 231) acoplados e configurados para gerar dois ou mais sinais de vibração do conjunto de medidor de fluxo (206), e eletrônica de medidor (20) acoplada ao acionador (220) e os dois ou mais sensores de desvio (230, 231), com a eletrônica de medidor (20) sendo configurada para fornecer um sinal de acionamento para o acionador (220) e receber os dois ou mais sinais de vibração resultantes dos dois ou mais sensores de desvio (230, 231), em que nos dois ou mais sensores de desvio (230, 231) são afixadas duas ou mais localizações de sensor de desvio correspondentes que maximizam um modo de vibração Coriolis do medidor de fluxo Coriolis (205).

Description

1. Campo da Invenção

[0001] A presente invenção refere-se a um termo zero de medidor de um 5 medidor de fluxo Coriolis e, mais particularmente, a um termo zero de medidor melhorado.

2. Descrição do problema

[0002] Sensores de conduto vibratório, tal como medidores de fluxo de massa Coriolis e densitômetros vibratórios, tipicamente operam detectando 10 movimento de um conduto vibratório que contém um material fluente. Propriedades associadas com o material no conduto, tal como fluxo de massa, densidade e similares, podem ser determinadas processando sinais de medição recebidos de transdutores de movimento associados com o conduto. Os modos de vibração do sistema preenchido com material vibratório geralmente são afetados pelas 15 características combinadas de massa, rigidez, e amortecimento do conduto de retenção e do material contido no mesmo.

[0003] Um medidor de fluxo de massa Coriolis típico inclui um ou mais condutos que são conectados em linha em uma tubulação ou outro sistema de transporte e material de transporte, por exemplo, fluidos, pastas fluidas, emulsões, e 20 similares, no sistema. Cada conduto pode ser visto como tendo um conjunto de modos de vibração naturais, incluindo, por exemplo, modos simples de flexão, torção, radial e acoplados.

[0004] Em uma aplicação típica de medição de fluxo de massa Coriolis, um conduto é excitado em um ou mais modos de vibração conforme um material flui 25 através do conduto, e o movimento do conduto é medido em pontos espaçados ao longo do conduto. Excitação é tipicamente provida por um atuador, por exemplo, um dispositivo eletromecânico, tal como um acionador de bobina de voz, que perturba o conduto em um modo periódico. Dois transdutores (ou sensores de desvio) são tipicamente empregados a fim de medir uma resposta vibracional do conduto ou 30 condutos de fluxo, e estão tipicamente localizadas em posições à jusante e à montante do atuador. Taxa de fluxo de massa pode ser determinada medindo o atraso de tempo ou diferenças de fase entre movimentos nas localizações de transdutor afastadas, em que o atraso de tempo ou a diferença de fase são causados por forças de Coriolis no material fluente. As forças de Coriolis são geradas pela mudança direcional no fluido movendo-se devido às vibrações de tubo. Essas forças de Coriolis são exercidas no tubo de sensor e produzem perturbações no movimento vibracional. Essas perturbações irão levar uma extremidade de um tubo de fluxo a conduzir e a outra extremidade a atrasar, criando um atraso de fase nos sinais de sensor de vibração de condução e de atraso.

[0005] Os sensores de desvio são conectados à eletrônica de medidor (ou outra instrumentação) que recebe os sinais dos sensores de desvio e processa os sinais a fim de derivar uma medição de taxa de fluxo de massa, dentre outras coisas. Para gerar uma medição de taxa de fluxo de massa, a eletrônica de medidor pode converter o atraso de fase medido em um atraso de tempo usando a frequência de acionamento da vibração. A taxa de fluxo de massa passando através dos tubos de fluxo é diretamente proporcional a esse atraso de tempo (Δt), como dado por: taxa de fluxo de massa = FCF x Δt(1)

[0006] O termo (FCF) é um fator de calibração de fluxo que leva em conta várias características de medidor tal como rigidez de medidor, temperatura ambiente, e construção de medidor e geometria, por exemplo. No entanto, em operação real em uma condição sem fluxo, o atraso de tempo (Δt) pode compreender um valor não zero e deve ser compensado para na equação para precisamente medir fluxos. Consequentemente, a taxa de fluxo de massa pode ser melhor representada como: taxa de fluxo de massa = FCF x (Δt-Δtz)(2)

[0007] O termo (Δtz) é um valor de correção de atraso de tempo em uma condição sem fluxo, também chamado um termo zero de medidor. O termo zero de medidor (Δtz) pode gerar um deslocamento de fase vibracional sem fluxo devido a assimetrias posicionais, de massa e/ou de amortecimento entre o acionador e o sensor ou sensores de desvio. O termo zero de medidor (Δtz) também pode existir devido a interações modais de um sensor de desvio com o modo de acionamento do tubo de fluxo ou tubos. O termo zero de medidor (Δtz) pode existir devido ao projeto do sensor de desvio e acionador. O termo zero de medidor (Δtz) pode existir devido à temperatura ambiente e às mudanças na temperatura.

[0008] É bem conhecido na técnica que o termo zero de medidor (Δtz) e a estabilidade do termo zero de medidor (Δtz) são muito afetados por assimetrias geométricas dos tubos de fluxo e/ou do conjunto de medidor de fluxo como um todo, acoplando entre modos vibracionais, por amortecimento, e pelas características do conjunto de medidor e outras condições ambientais.

[0009] Esses fatores não apenas contribuem para a magnitude do termo zero de medidor (Δtz), mas podem também causar instabilidade no termo zero de medidor (Δtz) com o passar do tempo. Isso por sua vez afeta a precisão do medidor de fluxo, especialmente em um desligamento maior. Desligamento de medidor compreende uma faixa de taxas de fluxo baixas logo acima de um fluxo zero onde o sinal de medição não pode ser distinguido de ruído, isto é, fluxos muito baixos para serem precisamente medidos.

[0010] Por essas razões, é desejável manter o termo zero de medidor (Δtz) tão pequeno quanto possível. Um grande termo zero de medidor (Δtz) pode apresentar problemas em um medidor de fluxo vibratório. Um termo zero de medidor (Δtz) de grande magnitude pode ser mais instável que um termo zero de medidor (Δtz) dθ pequena magnitude. Um termo zero de medidor (Δtz) de grande magnitude pode requerer operações mais frequentes de zerar novamente.

[0011] Uma operação de zerar novamente irá requerer retirar um medidor de fluxo vibratório de operação. A operação de zerar novamente pode requerer diagnóstico/ajuste manual, assim consumindo tempo do técnico. Por exemplo, o usuário do medidor de fluxo é tipicamente solicitado a zerar novamente o medidor de fluxo quando a temperatura muda em mais do que 20 graus centígrados.

[0012] Embora o efeito de temperatura no termo zero de medidor (Δtz) seja compensado no processo de calibração de fábrica, o termo zero de medidor (Δtz) é tipicamente não ajustável. A estabilidade do termo zero de medidor (Δtz) não é capaz de ser ajustada ou compensada.

Aspectos da invenção

[0013] Em um aspecto da invenção, um medidor de fluxo Coriolis compreende: um conjunto de medidor de fluxo incluindo um ou mais tubos de fluxo; um acionador acoplado e configurado para vibrar o conjunto de medidor de fluxo; dois ou mais sensores de desvio acoplados e configurados para gerar dois ou mais sinais de vibração do conjunto de medidor de fluxo; e eletrônica de medidor acoplada ao acionador e os dois ou mais sensores de desvio, com a eletrônica de medidor configurada para fornecer um sinal de acionamento para o acionador e receber os dois ou mais sinais de vibração resultantes dos dois ou mais sensores de desvio; em que nos dois ou mais sensores de desvio são afixados em duas ou mais localizações de sensor de desvio correspondentes que maximizam um modo de vibração Coriolis do medidor de fluxo Coriolis.

[0014] Preferivelmente, as duas ou mais localizações de sensor de desvio aumentam uma estabilidade zero de medidor em uma condição sem fluxo.

[0015] Preferivelmente, as duas ou mais localizações de sensor de desvio são minimamente afetadas por uma condição de montagem do medidor de fluxo Coriolis.

[0016] Preferivelmente, determinar as duas ou mais localizações de sensor de desvio compreende determinar as duas ou mais localizações de sensor de desvio que geram uma resposta de modo de vibração Coriolis substancialmente máxima de acordo com uma análise modal.

[0017] Preferivelmente, a análise modal compreende determinar localizações de nó para cada modo de vibração e determinar uma contribuição vibracional ao modo de vibração Coriolis por cada modo de vibração.

[0018] Preferivelmente, o medidor de fluxo Coriolis compreende um medidor de fluxo Coriolis de fluxo lento

[0019] Em um aspecto da invenção, um método de formar um medidor de fluxo Coriolis compreende: realizar análise modal em um conjunto de medidor de fluxo do medidor de fluxo Coriolis; 5 determinar duas ou mais localizações de sensor de desvio que maximizam um modo de vibração Coriolis do medidor de fluxo Coriolis nos dois ou mais sinais de vibração; e afixar dois ou mais sensores de desvio correspondentes nas duas ou mais localizações de sensor de desvio.

[0020] Preferivelmente, as duas ou mais localizações de sensor de desvio aumentam uma estabilidade zero de medidor em uma condição sem fluxo.

[0021] Preferivelmente, as duas ou mais localizações de sensor de desvio são minimamente afetadas por uma condição de montagem do medidor de fluxo Coriolis.

[0022] Preferivelmente, determinar as duas ou mais localizações de sensor de desvio compreende determinar as duas ou mais localizações de sensor de desvio que geram uma resposta de modo de vibração Coriolis substancialmente máxima de acordo com uma análise modal.

[0023] Preferivelmente, a análise modal compreende determinar localizações de nó para cada modo de vibração e determinar uma contribuição vibracional ao modo de vibração Coriolis por cada modo de vibração.

[0024] Preferivelmente, o medidor de fluxo Coriolis compreende um medidor de fluxo Coriolis de fluxo lento.

Descrição dos desenhos

[0025] O mesmo número de referência representa o mesmo elemento em todos os desenhos. Os desenhos não estão necessariamente em escala.

[0026] Figura 1 mostra um medidor de fluxo Coriolis de tubo curvado simples de acordo com a invenção.

[0027] Figura 2 mostra um posicionamento relativo de um acionador e dois ou mais sensores de desvio de acordo com uma forma de realização da invenção.

[0028] Figuras 3-6 mostram exemplos de vários modos de vibração de tubo de fluxo ou normal em um medidor de fluxo Coriolis.

[0029] Figura 7 é um fluxograma de um método de formar um medidor de fluxo Coriolis de acordo com uma forma de realização da invenção.

[0030] Figura 8 é uma representação de um medidor de fluxo Coriolis de tubo único tendo um formato de tubo substancialmente retangular em que uma série de localizações de desvio possíveis são mostradas do lado esquerdo da figura.

[0031] Figura 9 é um gráfico de contribuição de Δt normalizado versus as localizações de desvio de Figura 8.

Descrição Detalhada da Invenção

[0032] Figuras 1-9 e a descrição seguinte representam exemplos específicos para ensinar aos versados na técnica como fazer e usar o melhor modo da invenção. Para o propósito de ensinar princípios inventivos, alguns aspectos convencionais foram simplificados ou omitidos. Os versados na técnica apreciarão variações desses exemplos que estão no escopo da invenção. Os versados na técnica apreciarão que os aspectos descritos aqui abaixo podem ser combinados de vários modos para formar múltiplas variações da invenção. Como um resultado, a invenção não é limitada aos exemplos específicos descritos abaixo, mas apenas pelas reivindicações e seus equivalentes.

[0033] Figura 1 mostra um medidor de fluxo Coriolis 205 de acordo com a invenção. O medidor de fluxo Coriolis 205 de acordo com qualquer das formas de realização da invenção tem um termo zero de medidor melhorado. O medidor de fluxo Coriolis 205 de acordo com qualquer das formas de realização da invenção tem um termo zero de medidor melhorado em que o zero de medidor tem uma estabilidade melhorada.

[0034] O medidor de fluxo Coriolis 205 na forma de realização mostrada pode compreender um conjunto de medidor de fluxo 206 incluindo um tubo de fluxo curvado simples 210, uma estrutura de equilíbrio 208, e uma eletrônica de medidor 20. A eletrônica de medidor 20 é acoplada ao conjunto de medidor de fluxo 206 através de fios 110, 111, e 111’ para medir uma característica de uma substância fluente, tal como, por exemplo, densidade, taxa de fluxo de massa, taxa de fluxo de volume, fluxo de massa totalizado, temperatura, e outra informação. A eletrônica de medidor 20 pode transmitir a informação a um usuário ou outro processador sobre um trajeto de comunicação 26. O trajeto de comunicação 26 provê um meio de entrada e um de saída que permite à eletrônica de medidor 20 interfacear com um operador ou com outros sistemas eletrônicos. A descrição de Figura 1 é dada meramente como um exemplo da operação de um medidor de fluxo Coriolis e não pretende limitar o ensinamento da presente invenção.

[0035] Deve ser evidente para aos versados na técnica que o medidor de fluxo Coriolis 205 pode compreender qualquer modo de medidor de fluxo vibratório, indiferente do número de acionadores, sensores de desvio, condutos de fluxo, ou do modo operante de vibração. Deve ser entendido que o medidor de fluxo Coriolis 205 pode ter qualquer geometria, incluindo tubos de fluxo retos, tubos de fluxo levemente encurvados, tubos de fluxo em formato de U, tubos de fluxo em formato delta, ou qualquer outro formato de via de tubo de fluxo. Em algumas formas de realização, o medidor de fluxo Coriolis 205 pode ser operado como um medidor de massa de fluxo Coriolis. Além disso, deve ser reconhecido que o medidor de fluxo Coriolis 205 pode ser alternativamente operado como um densitômetro vibratório.

[0036] O conjunto de medidor de fluxo 206 inclui um tubo de fluxo 210 que define uma via de fluxo para receber uma substância fluente. O tubo de fluxo 210 pode ser dobrado, como mostrado, ou pode ser provido com qualquer outro formato, tal como uma configuração reta ou uma configuração irregular. Formatos e/ou configurações de medidor de fluxo adicionais podem ser usados e estão no escopo da descrição e reivindicações.

[0037] Quando o conjunto de medidor de fluxo 206 é inserido em um sistema de tubulação que carrega a substância fluente, a substância entra no conjunto de medidor de fluxo 206 através de um flange de entrada (não mostrado), então flui através do tubo de fluxo 210, onde uma característica da substância fluente é medida. Seguindo isso, a substância fluente sai do tubo de fluxo 210 e passa através de um flange de saída (não mostrado). Os versados na técnica apreciam que o tubo de fluxo 210 pode ser conectado aos flanges via dispositivos e/ou estruturas apropriadas. Na forma de realização mostrada, o tubo de fluxo 210 é provido com porções de extremidade 211 e 212 que se estendem geralmente de conectores 270 e 271 e conectam aos flanges em suas extremidades externas.

[0038] O fluido de fluxo pode compreender um líquido. O fluido de fluxo pode compreender um gás. O fluido de fluxo pode compreender um fluido de múltiplas fases, tal como um liquido incluindo gases arrastados e/ou sólidos arrastados.

[0039] O conjunto de medidor de fluxo 206 do presente exemplo inclui pelo menos um acionador 220. O acionador 220 pode compreender uma de muitas disposições bem conhecidas, incluindo, por exemplo, sem limitação, elementos piezoelétricos, elementos capacitivos, ou uma disposição de imã/bobina eletromagnética. O acionador 220, na forma de realização mostrada, inclui uma primeira porção conectada a um membro acionado 250 da estrutura de equilíbrio 208 e uma segunda porção conectada ao tubo de fluxo 210. A primeira e a segunda porções podem corresponder a uma bobina de acionamento e um imã de acionamento, por exemplo. Na presente forma de realização, o acionador 220 preferivelmente move o membro acionado 250 e o tubo de fluxo 210 em oposição de fase. Em uma forma de realização de tubo de fluxo duplo, o acionador 220 pode vibrar os dois tubos de fluxo em oposição.

[0040] O membro acionado 250 e o tubo de fluxo 210 são preferivelmente acionados em torno um eixo de flexão W, que pode ser definido em parte pelos conectores 270 e 271. De acordo com uma forma de realização da invenção, o eixo de flexão W corresponde ao eixo de tubo de entrada-saída. O membro acionado 250 dobra a partir da base 260. Um versado na técnica reconhecerá que o medidor pode ser acionado em outros modos, ou mesmo em múltiplos modos simultaneamente. A otimização de localização de sensor de desvio pode ser aplicada a quaisquer outros modos, mas é ilustrada aqui no modo de flexão.

[0041] Como mostrado na figura, o conjunto de medidor de fluxo 206 inclui pelo menos um desvio. A forma de realização mostrada é provida com um par de desvios 230 e 231. De acordo com um aspecto da presente forma de realização, os desvios 230 e 231 medem o movimento do tubo de fluxo 210. Na presente forma de realização, os desvios 230 e 231 incluem uma primeira porção localizada em respectivos braços de desvio 280 e 281 e uma segunda porção localizada no tubo de fluxo 210. O(s) desvio(s) pode(m) compreender uma dentre muitas disposições 5 bem conhecidas, incluindo, por exemplo, e sem limitação, elementos piezoelétricos, elementos de capacitância, ou uma disposição de imã/bobina eletromagnética. Portanto, como o acionador 220, a primeira porção do desvio pode compreender uma bobina de desvio enquanto a segunda porção do desvio pode compreender um imã de desvio. Os versados na técnica apreciarão que o movimento do tubo de fluxo 10 210 está relacionado com certas características da substância fluente, por exemplo, a taxa de fluxo de massa ou a densidade da substância fluente através do tubo de fluxo 210.

[0042] Os versados na técnica apreciarão que a eletrônica de medidor 20 recebe os sinais de desvio dos desvios 230 e 231 e fornece um sinal de 15 acionamento para o acionador 220. A eletrônica de medidor 20 pode processar os sinais de desvio a fim de medir uma característica de uma substância fluente, tal como, por exemplo, densidade, taxa de fluxo de massa, taxa de fluxo de volume, fluxo de massa totalizado, temperatura, e outra informação. A eletrônica de medidor 20 processa as respostas vibracionais e tipicamente determina uma frequência de 20 resposta dos sinais e/ou uma diferença de fase entre os sinais. A eletrônica de medidor 20 pode também receber um ou mais outros sinais de, por exemplo, um ou mais sensores de temperatura (não mostrado), e um ou mais sensores de pressão (não mostrado), e usar essa informação para medir uma característica de uma substância fluente. Outras características de resposta vibracional e/ou medições de 25 fluxo são contempladas e se encontram no escopo da descrição e das reivindicações. Os versados na técnica apreciarão que o número e o tipo de sensores dependerão da particular característica medida.

[0043] O conjunto de medidor de fluxo 206 pode também incluir uma caixa 300 e conectores de caixa 590 e 591. Os conectores de caixa 590 e 591 podem 30 incluir uma primeira porção 595 conectada ao tubo de fluxo 210 e uma segunda porção 596 conectada à caixa 300. Como mostrado, os conectores de caixa 590 e 591 são preferivelmente as únicas estruturas suportando o conduto localizado entre os flanges e os conectores 270 e 271.

[0044] O medidor de fluxo Coriolis pode incluir tubos de fluxo simples ou múltiplos. O medidor de fluxo Coriolis pode incluir tubo(s) de fluxo que é(são) reto(s) ou curvado(s). O medidor de fluxo Coriolis pode compreender qualquer formato de tubo(s) de fluxo e pode compreender qualquer formato ou formatos de quaisquer estruturas associadas. O medidor de fluxo Coriolis pode ser projetado para uso com qualquer material de fluxo, incluindo líquidos, gases, ou misturas de líquidos, gases, e/ou sólidos. O medidor de fluxo Coriolis pode ser projetado para taxas de fluxo elevadas ou baixas ou para materiais de fluxo tendo qualquer densidade.

[0045] Em operação, o acionador 220 induz vibração no tubo de fluxo 210 e os dois ou mais sensores de desvio 230 e 231 geram sinais de vibração correspondentes. Os sinais de vibração podem caracterizar uma pluralidade de vibrações sobrepostas medidas nos dois ou mais sensores de desvio 230 e 231. Um ou mais desses modos vibracionais contribuirão para o modo de vibração tipo Coriolis.

[0046] Em medidores de fluxo Coriolis de tubo duplo da técnica anterior, a localização ótima de sensor de desvio foi tentada posicionando os sensores de desvio nos pontos nodais que definem o segundo modo de flexão de vibração. Um exemplo do mesmo é dado em Patente US 5.301.557 para Cage et al. O posicionamento dos sensores de desvio de um medidor de fluxo Coriolis de tubo duplo nos nós definindo os nós de segundo modo de flexão opera para desacoplar o vibração de modo Coriolis (isto é, o aspecto de condução e atraso) de possível sobreposição das vibrações de modo Coriolis com o segundo modo de flexão. É também uma desvantagem de medidores de fluxo Coriolis de tubo único que o modo de vibração Coriolis acople com outros modos de vibração.

[0047] Figura 2 mostra um posicionamento relativo do acionador 220 e os dois ou mais sensores de desvio 230 e 231 de acordo com uma forma de realização da invenção. Pode ser visto da figura que os dois ou mais sensores de desvio 230 e 231 estão localizados entre o eixo de flexão W e o acionador 220. Os dois ou mais sensores de desvio 230 e 231 podem estar substancialmente equidistantes do acionador 220 em algumas formas de realização. No entanto, deve ser entendido que as localizações de sensor de desvio determinadas de acordo com a presente descrição e reivindicações não são limitadas a uma colocação simétrica ou regular dos sensores de desvio.

[0048] O eixo de flexão W pode estar localizado de modo a criar uma amplitude vibrável que ciclicamente flexionará quando perturbada por forças vibracionais pelo acionador 220. O eixo de flexão W pode ser criado por barra(s) de braçadeira, viga(s) de equilíbrio, uma caixa, ou outra estrutura.

[0049] A distância dos dois ou mais sensores de desvio 230 e 231 do acionador 220 (e/ou do eixo de flexão W) pode ser medida de qualquer modo. A distância pode compreender uma altura ou alturas verticais, tais como uma altura Hi entre os dois ou mais sensores de desvio 230 e 231 e o eixo de flexão W e a altura H2 entre os dois ou mais sensores de desvio 230 e 231 e o acionador 220 na figura. A distância pode compreender uma amplitude de tubo de fluxo real, tal como as amplitudes Si e S2 na figura. A distância pode compreender uma medição de deslocamento angular (não mostrado). A distância pode ainda ser caracterizada como uma razão ou porcentagem da distância entre o eixo de flexão W e os dois ou mais sensores de desvio 230 e 231 em relação à distância entre os dois ou mais sensores de desvio 230 e 231 e o acionador 220. Deve ser entendido que outras quantificações de distância entre os dois ou mais sensores de desvio 230 e 231, o acionador 220, e o eixo de flexão W são contempladas e são com no escopo da descrição e reivindicações.

[0050] A localização de sensor de desvio ótima pode variar de acordo com vários fatores. A localização de sensor de desvio ótima pode ser afetada pelo material de tubo de fluxo, a espessura de parede de tubo de fluxo, o diâmetro de tubo de fluxo, o formato transversal de tubo de fluxo, o formato de tubo de fluxo global (reto ou curvado de algum modo), comprimento efetivo da porção vibrável, massa de desvio, e a presença/tipo de estrutura associada (isto é, barras de suporte, estruturas de equilíbrio, flanges, caixas, e assim em diante). A localização ótima de sensor de desvio pode também variar de acordo com os parâmetros de projeto de sensor de desvio, por exemplo, a massa ou inércia do sensor de desvio.

[0051] Figuras 3-6 mostram exemplos de vários modos de vibração de tubo de fluxo ou normal em um medidor de fluxo Coriolis. Os modos de vibração são dependentes da geometria de sensor, do formato e do material de tubo de fluxo, e da presença de estruturas associadas. Os modos de vibração de Figuras 3-6 terão análogos em cada geometria de sensor. Deve ser entendido que os vários modos de vibração mostrados em Figuras 3-6 não estão necessariamente em escala e podem estar exagerados para o propósito de ilustração. Deve também ser entendido que os exemplos são simplificados visando clareza e, em operação real, o movimento vibracional de um tubo de fluxo pode compreender uma sobreposição de modos de vibração múltiplos.

[0052] Figura 3 mostra um exemplo de um tubo de fluxo vibrando em um primeiro modo de flexão. No primeiro modo de flexão, o topo do tubo de fluxo é deslocado em uma direção z, em que a porção do tubo de fluxo acima do eixo de flexão W subsequentemente flexionará e vibrará nas direções -z e +z. Os dois nós N1 e N2 no primeiro modo de flexão estão no eixo de flexão W.

[0053] Figura 4 mostra um exemplo de um tubo de fluxo vibrando em um primeiro modo de torção. No primeiro modo de torção, as duas extremidades da porção de topo são deslocadas opostamente nas direções -z e +z. O primeiro modo de torção, portanto, tem três nós, dois nós N1 e N2 no eixo de flexão W e um nó N3 em torno do centro da porção de topo.

[0054] Figura 5 mostra um exemplo de um tubo de fluxo vibrando em um segundo modo de flexão. No segundo modo de flexão, o topo do tubo de fluxo é deslocado em uma direção z, mas as pernas verticais do tubo de fluxo também flexionam e uma porção central das pernas verticais move-se em oposição à porção de topo. O segundo modo de flexão tem, assim, quatro nós, dois nós N1 e N2 no eixo de flexão W e dois nós superiores N3 e N4 localizados entre o eixo de flexão W e a porção de topo do tubo de fluxo.

[0055] Figura 6 mostra um exemplo de um tubo de fluxo vibrando em um segundo modo de torção. No segundo modo de torção, as duas extremidades da porção de topo são deslocadas em uma direção z comum, enquanto uma porção central da porção de topo se movimenta em oposição às pernas verticais e às duas extremidades da porção de topo. O segundo modo de torção tem, assim, quatro nós, dois nós N1 e N2 no eixo de flexão W e dois nós superiores N3 e N4 na porção de topo e localizados entre as duas extremidades da porção de topo.

[0056] Figura 7 é um fluxograma 700 de um método de formação de um medidor de fluxo Coriolis, de acordo com uma forma de realização da invenção. Em etapa 701, um modelo de elemento finito (FE) é construído do conjunto de medidor de fluxo 206. O modelo FE pode caracterizar o conjunto de medidor de fluxo 206, incluindo caracterizar o número de tubos de fluxo, o formato de tubo de fluxo /geometria, e/ou a construção de tubo de fluxo, por exemplo. O elemento finito modelado é preparado para um modo complexo ou análise de resposta forçada com fluxo representativo através do modelo do medidor.

[0057] Em etapa 702, uma análise modal é realizada para o medidor de fluxo Coriolis. Na análise modal, um modo complexo de domínio modal ou uma solução de resposta forçada de frequência de domínio modal é obtido. Modos suficientemente normais devem ser incluídos na solução de modo complexo para assegurar resultados precisos para o modo complexo.

[0058] Em etapa 703, a análise modal calcula uma contribuição vibracional de modo Coriolis à resposta vibracional total do medidor de fluxo Coriolis. Ademais, a análise modal pode ser configurada para calcular uma contribuição vibracional de modo Coriolis para uma pluralidade de localizações de sensor de desvio possíveis no tubo de fluxo ou tubos de fluxo. Por exemplo, uma faixa de localizações de sensor de desvio no tubo de fluxo ou tubos de fluxo pode ser selecionada para pós- processamento. O atraso de tempo Δt entre as localizações de desvio selecionadas é calculado para cada um dos modos de contribuição.

[0059] Em etapa 704, uma localização de sensor de desvio ótima é determinada a partir das contribuições de modo Coriolis para a faixa de localizações analisadas de sensor de desvio. Isso pode incluir traçar em gráfico o Δt de atraso de tempo normalizado versus localização de desvio, por exemplo. O atraso de tempo Δt é normalizado dividindo pelo atraso de tempo Δt total. A localização ótima de desvio é escolhida selecionando uma localização onde o contribuinte predominante ao atraso total de tempo Δt é do modo Coriolis desejado.

[0060] No entanto, deve ser entendido que outros métodos podem ser empregados para encontrar uma localização de sensor de desvio ótima a partir da faixa de localizações de sensor de desvio possíveis analisadas. Além disso, a análise pode interpolar uma posição ótima de sensor de desvio que está localizada entre posições selecionadas de sensor de desvio no conjunto de posições de sensor de desvio analisadas.

[0061] Figura 8 é uma representação de um medidor de fluxo Coriolis de tubo único tendo um formato de tubo substancialmente retangular em que uma série de localizações de desvio possíveis 1-12 são mostradas no lado esquerdo da figura. A série de localizações de desvio possíveis 1-12 pode ser escolhida a fim de determinar uma localização ótima de desvio. Geralmente, localizações correspondentes de desvio na perna direita do tubo serão usadas para comparar localizações de PO simétricas. Deve ser entendido que o desenho não está em escala e as localizações de teste podem ser espaçadas diferentemente das mostradas. A série de localizações de desvio possíveis 1-12 pode compreender ainda espaçamentos ou espaçamentos irregulares.

[0062] Figura 9 é um gráfico de contribuição Δt normalizada do modo de vibração Coriolis versus as localizações de desvio 1-12 de Figura 8. Pode ser visto a partir do gráfico que, em localização 4, o modo de vibração Coriolis contribui cem por cento do atraso de tempo (Δt) medido. Este é o objetivo desejado, conseguir uma medição de atraso de tempo que seja derivada de apenas o modo de vibração Coriolis e que não inclua outros modos de vibração que são acoplados com o modo de vibração Coriolis.

[0063] Pode ser visto que, conforme as localizações de sensor de desvio são movidas de localização 1 para a localização 12, isto é, afastadas do acionador em direção à base, a contribuição do modo de vibração Coriolis ao atraso de tempo total Δt diminui. Pode ser visto que localização 4 é a localização de desvio ideal para esse medidor de fluxo Coriolis (ou modelo de medidor de fluxo Coriolis) porque o atraso de tempo Δt completo é devido apenas ao modo de vibração Coriolis, isto é, a contribuição pelo modo de vibração Coriolis é unidade

[0064] O método reduz de modo vantajoso a magnitude do termo zero de medidor (Δtz). O método aumenta vantajosamente a estabilidade do termo zero de medidor (Δtz). O método faz isso correlacionando a posição de desvio em um tubo de fluxo (ou tubos de fluxo) com a contribuição da posição de desvio para a potência de medição do modo Coriolis. Essa correlação e o subsequente posicionamento dos sensores de desvio em localizações que geram um modo de medição Coriolis máximo resultará em uma medição de atraso de tempo (Δt) ótima (e máxima) e uma razão de sinal para ruído (S/N) possível maior. Como um resultado, a precisão e a confiabilidade de medições de fluxo de massa serão melhoradas.

[0065] A descrição detalhada das formas de realização acima não são descrições exaustivas de todas as formas de realização contempladas pelos inventores como estando no escopo da invenção. De fato, versados na técnica reconhecerão que certos elementos das formas de realização descritas acima podem ser combinados de forma variável ou eliminados para criar outras formas de realização, e tais outras formas de realização caem dentro do escopo e ensinamentos da invenção. Será também evidente para aos versados na técnica que as formas de realização descritas acima podem ser combinadas no todo ou em parte de modo a criar formas de realização adicionais dentro do escopo e dos ensinamentos da invenção. Assim, o escopo da invenção deve ser determinado a partir das seguintes reivindicações.

Claims

1. Medidor de fluxo Coriolis (205), compreendendo: um conjunto de medidor de fluxo (206) incluindo um ou mais tubos de fluxo (210); um acionador (220) acoplado a e configurado para vibrar o conjunto de medidor de fluxo (206); dois ou mais sensores de desvio (230, 231) acoplados e configurados para gerar dois ou mais sinais de vibração do conjunto de medidor de fluxo (206); e eletrônica de medidor (20) acoplada ao acionador (220) e os dois ou mais sensores de desvio (230, 231), com a eletrônica de medidor (20) configurada para fornecer um sinal de acionamento para o acionador (220) e receber os dois ou mais sinais de vibração resultantes dos dois ou mais sensores de desvio (230, 231); caracterizado pelo fato de que nos dois ou mais sensores de desvio (230, 231) são afixados em duas ou mais localizações de sensor de desvio correspondentes que maximizam um modo de vibração Coriolis do medidor de fluxo Coriolis (205) nos dois ou mais sinais de vibração.

2. Medidor de fluxo Coriolis (205) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que determinar as duas ou mais localizações de sensor de desvio compreende determinar as duas ou mais localizações de sensor de desvio que geram uma resposta de modo de vibração Coriolis substancialmente máxima nos dois ou mais sinais de vibração de acordo com uma análise modal.

3. Medidor de fluxo Coriolis (205) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a análise modal compreende: determinar localizações de nó para cada modo de vibração; e determinar uma contribuição vibracional ao modo de vibração Coriolis nos dois ou mais sinais de vibração por cada modo de vibração.

4. Medidor de fluxo Coriolis (205) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o medidor de fluxo Coriolis (205) compreende um medidor de fluxo Coriolis de fluxo lento (205).

5. Método de formar um medidor de fluxo Coriolis (205), o método compreendendo: realizar análise modal em um conjunto de medidor de fluxo (206) do medidor de fluxo Coriolis (205); caracterizado pelo fato de ainda compreender determinar duas ou mais localizações de sensor de desvio que maximizam um modo de vibração Coriolis do medidor de fluxo Coriolis (205) nos dois ou mais sinais de vibração de dois ou mais sensores de desvio; e afixar os dois ou mais sensores de desvio (230, 231) correspondentes nas duas ou mais localizações de sensor de desvio.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as duas ou mais localizações de sensor de desvio aumentam uma estabilidade zero de medidor em uma condição sem fluxo.

7. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as duas ou mais localizações de sensor de desvio são minimamente afetadas por uma condição de montagem do medidor de fluxo Coriolis (205).

8. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que determinar as duas ou mais localizações de sensor de desvio compreende determinar as duas ou mais localizações de sensor de desvio que geram um resposta de modo de vibração Coriolis substancialmente máxima de acordo com a análise modal.

9. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a análise modal compreende: determinar localizações de nó para cada modo de vibração; e determinar uma contribuição vibracional ao modo de vibração Coriolis por cada modo de vibração.

10. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o medidor de fluxo Coriolis (205) compreende um medidor de fluxo Coriolis de fluxo lento (205).