BRPI0318511B1 - aparelhos e métodos de diagnóstico para um medidor de fluxo de coriolis - Google Patents
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Abstract
"aparelhos e métodos de diagnóstico para um medidor de fluxo de coriolis". trata-se de um sistema para calcular uma taxa de fluxo de um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos que é proporcionado de acordo com uma modalidade da invenção. o sistema para calcular uma taxa de fluxo de um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos compreende um dispositivo para calibrar o medidor de fluxo para um número de modos desejados. o sistema para calcular uma taxa de fluxo de um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos inclui um dispositivo para determinar uma densidade de um material fluindo através do medidor de fluxo associado com cada modo. o sistema para calcular uma taxa de fluxo de um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos adicionalmente inclui um dispositivo para determinar o efeito da taxa de fluxo na densidade para cada modo desejado. o sistema para calcular uma taxa de fluxo de um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos inclui um dispositivo para calcular uma taxa de fluxo baseado na densidade e no efeito da taxa de fluxo nos valores de densidade para cada modo desejado.
Description
"APARELHOS E MÉTODOS DE DIAGNÓSTICO PARA UM MEDIDOR DE FLUXO DE CQRIOLIS" Fundamento da Invenção 1. Campo da Invenção A presente invenção relaciona-se com aparelhos e métodos de diagnóstico para um medidor de fluxo de Coriolis. 2. Indicação do Problema É conhecido utilizar medidores de fluxo de massa de Coriolis para medir o fluxo de massa e outras informações de materiais fluindo através de uma tubulação, como revelado na Patente US N2 4.491.025 emitida para J.E. Smith, et al., de l2 de Janeiro de 1985, e na Re. 31.450 para J.E. Smith de 11 de Fevereiro de 1982. Estes medidores de fluxo possuem um ou mais tubos de fluxo de diferentes configurações. Cada configuração de conduto pode ser vista como possuindo um conjunto de modos de vibração natural incluindo, por exemplo, modos de curvatura, de torção, radiais e acoplados simples. Em uma aplicação típica da medição do fluxo de massa de Coriolis, uma configuração de conduto é estimulada em um ou mais modos de vibração a medida que o material flui através do conduto, e a moção do conduto é medida em pontos espaçados ao longo do conduto.
Os modos de vibração dos sistemas preenchidos com material são definidos em parte pela massa combinada dos tubos de fluxo e pelo material dentro dos tubos de fluxo. 0 material flui para dentro do medidor de fluxo a partir de uma tubulação conectada no lado de entrada do medidor de fluxo. O material é então direcionado através do tubo de fluxo ou tubos de fluxo e sai do medidor de fluxo até uma tubulação conectada no lado de saída.
Um acionador aplica uma força junto ao tubo de fluxo. A força causa que o tubo de fluxo oscile. Quando não existe material fluindo através do medidor de fluxo, todos os pontos ao longo de um tubo de fluxo oscilam com uma fase idêntica. A medida que o material começa a fluir através do tubo de fluxo, as acelerações de Coriolis causam que cada ponto ao longo do tubo de fluxo possua uma fase diferente com respeito aos outros pontos ao longo do tubo de fluxo. A fase no lado de entrada do tubo de fluxo retarda o acionador, enquanto a fase no lado de saída in-duz o acionador. Os sensores são colocados em pontos diferentes no tubo de fluxo para produzir sinais sinusoi-dais que representam a moção do tubo de fluxo nos diferentes pontos. Uma diferença de fase dos sinais recebida a partir dos sensores é calculada em unidades de tempo. A diferença de fase entre os sinais do sensor é proporcional a taxa de fluxo de massa do material fluindo através do tubo de fluxo ou tubos de fluxo. A taxa de fluxo de massa do material é determinada por multiplicar a diferença de fase por um fator de calibragem de fluxo. 0 fator de calibragem de fluxo é determinado por um processo dé calibragem. No processo de calibragem, um fluído conhecido é transmitido através do tubo de fluxo em uma dada taxa de fluxo e a proporção entre a diferença de fa- se e a taxa de fluxo é calculada.
Uma vantagem de um medidor de fluxo de Coriolis é que não existem componentes se movendo no tubo de fluxo vibratório. A taxa de fluxo é determinada por multiplicar a diferença de fase entre dois pontos no tubo de fluxo e o fator de calibragem de fluxo. A diferença de fase é calculada a partir dos sinais sinusoidais recebidos a partir dos sensores indicando a oscilação de dois pontos no tubo de fluxo. 0 fator de calibragem de fluxo é proporcional às propriedades de material e de amostragem do tubo de fluxo. Portanto, a medição da diferença de fase e do fator de calibragem de fluxo não ê afetada pelo desgaste dos componentes se movendo no medidor de fluxo.
Entretanto, é um problema o fato de que as propriedades de material, propriedades de amostragem e a rigidez de um tubo de fluxo poderem se alterar durante a operação do medidor de fluxo de Coriolis. As alterações nas propriedades de material, nas propriedades de amostragem e na rigidez do tubo de fluxo podem ser causadas por erosão, corrosão e pelo revestimento do tubo de fluxo pelo material fluindo através do tubo de fluxo, alterando as montagens e a temperatura da tubulação. Um exemplo da alteração nas propriedades de amostragem do tubo de fluxo é a alteração no momento de inércia causado pela corrosão do tubo de fluxo. Um segundo exemplo de uma alteração no material e nas propriedades de amostragem do tubo de fluxo é um aumento da massa do tubo de fluxo e uma diminuição nas áreas de amostragem causados pelo revestimento do tubo de fluxo pelos materiais fluindo através do tubo. Uma alteração nas propriedades de material, nas propriedades de amostragem e na rigidez do tubo de fluxo pode alterar os fatores de calibragem de fluxo e densidade do medidor de fluxo. Se o fator de calibragem de fluxo do medidor de fluxo se alterar, as taxas de fluxo que são calculadas utilizando o fator de calibragem de fluxo original são imprecisas. Portanto, existe, na técnica, uma necessidade de um sistema que detecte uma possível alteração nas propriedades de material, nas propriedades de amostragem e / ou na rigidez de um tubo de fluxo indicando que as taxas de fluxo de massa medidas pelo medidor de fluxo de Coriolis podem ser imprecisas.
Sumário da Solução Os problemas ditos acima e outros são resolvidos e um avanço na técnica é alcançado através da provisão de um sistema para validar a integridade de um medidor de fluxo de Coriolis através da determinação e comparação de vários parâmetros, incluindo o fluxo e densidade da massa. Por exemplo, o fluxo e densidade da massa são determinados baseado no efeito do fluxo de massa na fre-qüência, como revelado na Patente US N- 5.687.100 para Buttler et al., de 11 de Novembro de 1997.
Um método para calcular uma taxa de fluxo de um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos é proporcionado de acordo com uma modalidade da invenção. 0 método para calcular uma taxa de fluxo de um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos compreendem calibrar o medidor de fluxo para um número de modos desejados, 0 método para calcular uma taxa de fluxo de um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos inclui determinar uma densidade de um material fluindo através do medidor de fluxo associado com cada modo. 0 método para calcular uma taxa de fluxo de um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos adicionalmente inclui determinar o efeito da taxa de fluxo na densidade para cada modo desejado. 0 método para calcular uma taxa de fluxo de um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos adicionalmente inclui calcular uma taxa de fluxo baseado na densidade e no efeito da taxa de fluxo nos valores de densidade para cada modo desejado.
Um método para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos é proporcionado de acordo com uma modalidade da invenção. 0 método para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos compreendem a determinação de uma taxa de fluxo associada com cada modo desejado. 0 método para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos comparar as taxas de fluxo e detectar uma condição de erro em resposta a comparação.
Um método para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos é proporcionado de acordo com uma modalidade da invenção. 0 método para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos compreende determinar uma densidade de um fluxo de material associada com cada modo desejado. 0 método para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos inclui comparar os valores de densidade associados com cada modo e detectar uma condi- ção de erro em resposta a comparação.
Um método para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos é proporcionado de acordo com uma modalidade da invenção. 0 método para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos compreende calibrar o medidor de fluxo para um número de modos desejados. 0 método para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos inclui determinar uma densidade de um material fluindo através do medidor de fluxo associado com cada modo. 0 método para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos adicionalmente inclui determinar o efeito da taxa de fluxo na densidade para cada modo desejado. 0 método para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos adicionalmente incluí calcular uma taxa de fluxo para cada modo desejado a partir da densidade e do efeito da taxa de fluxo nos valores de densidade para cada modo desejado. 0 método para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos adicionalmente inclui comparar as taxas de fluxo e detectar uma condição de erro em resposta a comparação.
Um método para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos é proporcionado de acordo com uma modalidade da invenção. 0 método compreende calibrar o medidor de fluxo para um número de modos desejados. Após a calíbragem, um efeito da taxa de fluxo na densidade para cada modo desejado é determinado. Conhecendo o efeito da taxa de fluxo no valor de densidade para cada modo desejado, uma densidade compensada pela taxa de fluxo para cada modo desejado pode então ser calculada. Uma comparação dos valores de densidade é então feita e uma condição de erro em resposta a comparação é detectada.
Um método para determinar uma temperatura de um fluxo de material utilizando múltiplos modos é proporcionado de acordo com uma modalidade da invenção. 0 método compreende calibrar o medidor de fluxo para um número de modos desejados para averiguar as constantes de calibra-gem. Após a calibragem, um período de tubo é calculado para cada um dos modos desejados. Utilizando as constantes de calibragem e os períodos de tubo para cada modo, uma temperatura de um fluxo de material pode ser determinada .
Um sistema para calcular uma taxa de fluxo de um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos é proporcionado de acordo com uma modalidade da invenção. 0 sistema para calcular uma taxa de fluxo de um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos compreende um dispositivo para calibrar o medidor de fluxo para um número de mo- . dos desejados. 0 sistema para calcular uma taxa de fluxo de um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos inclui um dispositivo para determinar uma densidade de um material fluindo através do medidor de fluxo associado com cada modo. O sistema para calcular uma taxa de fluxo de um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos adicional-mente inclui um dispositivo para determinar o efeito da taxa de fluxo na densidade para cada modo desejado. 0 sistema para calcular uma taxa de fluxo de um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos adicionalmente inclui um dispositivo para calcular uma taxa de fluxo baseado no efeito da densidade e da taxa de fluxo nos valores de densidade para cada modo desejado.
Um sistema para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos é proporcionado de acordo com uma modalidade da invenção. 0 sistema para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos compreende um dispositivo para determinar uma taxa de fluxo associada com cada modo desejado. 0 sistema para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos adicionalmente compreende um dispositivo para comparar as taxas de fluxo determinadas para cada modo e um dispositivo para detectar uma condição de erro em resposta aos valores de densidade comparados associados com cada modo desejado.
Um sistema para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos é proporcionado de acordo com uma modalidade da invenção. 0 sistema para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos compreende um dispositivo para determinar uma densidade de um fluxo de material associado com cada modo desejado. 0 sistema para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos inclui um dispositivo para comparar os valores de densidade. 0 sistema para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos adicionalmente inclui um dispositivo para detectar uma condição de erro em resposta aos valores de densidade comparados.
Um sistema para validar um medidor de fluxo u- tilizando múltiplos modos é proporcionado de acordo com uma modalidade da invenção. 0 sistema para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos compreende um dispositivo para calibrar um medidor de fluxo para um número de modos desejados. 0 sistema para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos adicionalmente compreende um dispositivo para determinar uma densidade de um material fluindo através do medidor de fluxo associado com cada modo. 0 sistema para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos adicionalmente compreende um dispositivo para determinar o efeito da taxa de fluxo na densidade para cada modo desejado. 0 sistema para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos adicionalmente compreende um dispositivo para calcular uma taxa de fluxo para cada modo desejado. 0 sistema para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos adicionalmente compreende um dispositivo para comparar as taxas de fluxo e um dispositivo para detectar uma condição de erro em resposta aos valores de taxa de fluxo comparados .
Um sistema para validar um medidor de fluxo u-tílizando múltiplos modos é proporcionado de acordo com uma modalidade da invenção. 0 sistema para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos compreende um dispositivo para calibrar o medidor de fluxo para um número de modos desejados. 0 sistema para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos inclui um dispositivo para determinar um efeito da taxa de fluxo na den- sídade para cada modo desejado. 0 sistema para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos adicionalmente compreende um dispositivo para calcular um densidade compensada pela taxa de fluxo para cada modo desejado. 0 sistema para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos adicionalmente compreende um dispositivo para comparar os valores de densidade e um dispositivo para detectar uma condição de erro em resposta aos valores de densidade comparados.
Um sistema para determinar uma temperatura de um fluxo de material utilizando múltiplos modos é proporcionado de acordo com uma modalidade da invenção. 0 sistema para determinar uma temperatura de um fluxo de material utilizando múltiplos modos compreende um dispositivo para calibrar o medidor de fluxo para um número de modos desejados para averiguar as constantes de calibragem. 0 sistema para determinar uma temperatura de um fluxo de material utilizando múltiplos modos inclui um dispositivo para determinar um período de tubo para cada um dos modos desejados. 0 sistema para determinar uma temperatura de um fluxo de material utilizando múltiplos modos adicionalmente inclui um dispositivo para determinar uma temperatura do fluxo de material utilizando as constantes de calibragem e os períodos de tubo para cada modo.
Descrição dos Desenhos A Fig, 1 ilustra um medidor de fluxo de Corío-lis em um exemplo da invenção; A Fig. 2 ilustra um sistema de validação em um exemplo da invenção; A Fig. 3 ilustra um sistema de validação em um exemplo da invenção; A Fig. 4 ilustra um processo para determinar a taxa de fluxo em um exemplo da invenção; . A Fig. 5 ilustra um sistema de validação em um exemplo da invenção; A Fig. 6 ilustra um sistema de validação em um exemplo da invenção; e A Fig. 7 ilustra um processo para temperatura em um exemplo da invenção.
Descrição Detalhada da Invenção As Figs. 1 a 7 e a descrição seguinte descrevem exemplos específicos para ensinar aos com conhecimento na técnica como realizar e utilizar o melhor modo da invenção. Para o propósito de ensinar princípios da invenção, alguns aspectos convencionais foram simplificados ou omitidos. Os com conhecimento na técnica irão apreciar variações a partir destes exemplos que caem dentro do escopo da invenção. Os exemplos abaixo foram expressos utilizando dois modos para brevidade. Deve ser entendido que podem ser utilizados mais que dois modos. Os com conhecimento na técnica irão apreciar que os aspectos descritos abaixo podem ser combinados em várias maneiras para formar múltiplas variações da invenção. Como um resultado, a invenção não está limitada aos exemplos específicos descritos abaixo, mas somente pelas reivindicações e seus equivalentes. A Fig. 1 apresenta um medidor de fluxo de Coriolis 5 compreendendo uma montagem do medidor 10 e os componentes eletrônicos do medidor 20. A montagem do medidor 10 responde a taxa de fluxo de massa e a densidade de um material de processo. Os componentes eletrônicos do medidor 20 são conectados com a montagem do medidor 10 via os cabos condutores 100 para proporcionar informação de densidade, taxa de fluxo da massa e de temperatura através do caminho 26, bem como outras informações não relevantes para a presente invenção. Uma estrutura do medidor de fluxo de Coriolis é descrita, apesar de ser aparente para os com conhecimento na técnica que a presente invenção podería ser praticada como um densitômetro de tubo vibratório sem a capacidade de medição adicional proporcionada por um medidor de fluxo de massa de Coriolis. A montagem do medidor 10 inclui um par de tubos de distribuição 150 e 150', as flanges 103 e 103' possuindo os gargalos da flange 110 e 110', um par de tubos de fluxo paralelos 130 e 130', o mecanismo de acionamento 180, o sensor de temperatura 190 e um par de sensores de velocidade 170L e 170R. Os tubos de fluxo 130 e 130' possuem duas pernas de entrada essencialmente retas 131 e 131' e as pernas de saída 134 e 134' que se convergem em direção uma a outra nos blocos de montagem do tubo de fluxo 120 e 120'. Os tubos de fluxo 130 e 130' se curvam em duas localizações simétricas ao longo de seu comprimento e são essencialmente paralelos por todo seu comprimento. As barras de fixação 140 e 140' servem para defi- nir o eixo geométrico W e W' ao redor do qual cada tubo de fluxo oscila.
As pernas laterais 131, 131' e 134, 134' dos tubos de fluxo 130 e 130' são ligadas de forma fixa com os blocos de montagem do tubo de fluxo 120 e 120' e estes blocos, por sua vez, são ligados de forma fixa com os tubos de distribuição 150 e 150'. Isto proporciona um caminho de material fechado contínuo através da montagem do medidor de Coríolis 10.
Quando as flanges 103 e 103' possuindo os orifícios 102 e 102' são conectadas, via a extremidade de entrada 104 e a extremidade de saída 104' em uma linha de processo (não apresentada) que transporta o material de processo que está sendo medido, o material que entra na extremidade 104 do medidor através de um orifício 101 na flange 103 é conduzido através do tubo de distribuição 150 para o bloco de montagem do tubo de fluxo 120 possuindo uma superfície 121. Dentro do tubo de distribuição 150, o material é dividido e direcionado através dos tubos de fluxo 130 e 130'. Quando saindo dos tubos de fluxo 130 e 130' , o material de processo é recombinado em um fluxo único dentro do tubo de distribuição 150' e é portanto direcionado para sair da extremidade 104' conectada pela flange 103' possuindo os orifícios de parafuso 102' para a linha de processo (não apresentada).
Os tubos de fluxo 130 e 130' são selecionados e montados de forma apropriada junto aos blocos de montagem do tubo de fluxo 12 0 e 12 0' de modo a terem substancial- mente a mesma distribuição de massa, os mesmos momentos de inércia e o mesmo módulo de Young ao redor dos eixos de curvatura W--W e W'--W', respectivamente. Estes eixos de curvatura passam pelas barras de fixação 140 e 140' . Na medida que o módulo de Young dos tubos de fluxo se altera com a temperatura e esta alteração afeta o cálculo do fluxo e da densidade, o detector de temperatura resistente (RTD) 190 é montado junto ao tubo de fluxo 130' , para medir continuamente a temperatura do tubo de fluxo. A temperatura do tubo de fluxo e, portanto, a voltagem surgindo através do RTD para uma dada corrente passando através do mesmo, é governada pela temperatura do material passando através do tubo de fluxo. A voltagem dependente da temperatura surgindo através do RTD é utilizada em um método bem conhecido pelos componentes eletrônicos do medidor 20 para compensar a alteração no módulo elástico dos tubos de fluxo 130 e 130' devido a quaisquer alterações na temperatura do tubo de fluxo. O RTD é conectado com os componentes eletrônicos do medidor 20 pelo cabo condutor 195.
Ambos tubos de fluxo 130 e 130' são acionados pelo acionador 180 em direções opostas ao redor de seus respectivos eixos de curvatura W e W' e no que é chamado de primeiro modo de curvatura fora de fase do medidor de fluxo. Este mecanismo de acionamento 180 pode compreender qualquer uma dentre várias disposições bem conhecidas, tal como um ímã montado junto ao tubo de fluxo 130' e uma bobina oposta montada junto ao tubo de fluxo 130 e atra- vés da qual uma corrente alternada é transmitida para vibrar ambos tubos de fluxo. Um sinal de acionamento adequado é aplicado pelos componentes eletrônicos do medidor 20, via o cabo condutor 185, para acionar o mecanismo 180.
Os componentes eletrônicos do medidor 20 recebem o sinal de temperatura do RTD no cabo condutor 195 e os sinais de velocidade esquerdo e direito surgindo nos cabos condutores 165L e 165R, respectivamente. Os componentes eletrônicos do medidor 20 produzem o sinal de acionamento surgindo no cabo condutor 185 para acionar o elemento 180 e vibrar os tubos 130 e 130'. Os componentes eletrônicos do medidor 20 processam os sinais de velocidade esquerdo e direito e o sinal RTD para calcular a taxa de fluxo de massa e a densidade do material passando através da montagem do medidor 10. Esta informação, junto com outras informações, é aplicada pelos componentes eletrônicos do medidor 20 através do caminho 26 para o dispositivo de utilização 29. 0 medidor de fluxo de Coriolis 5 é vibrado em sua freqüência ressonante de modo a permitir ao medidor de fluxo 5 medir a massa e a densidade. A medição de massa é baseada na seguinte equação: Onde: m° é a taxa de fluxo de massa; FCF é o fator de calibragem de fluxo;
At é o atraso de tempo; e At0 é o atraso de tempo em fluxo zero. 0 termo FCF é proporcional à rigidez do medidor de fluxo. A rigidez é o parâmetro predominante que afeta a performance do medidor de fluxo. Em outras palavras, se a rigidez do medidor de fluxo se alterar, o FCF do medidor irá se alterar. Uma alteração na performance dos medidores de fluxo pode ser causada por corrosão, erosão e revestimento. A Equação (1) pode ser reescrita para refletir a rigidez: o Onde: G é uma constante geométrica associada com um sensor particular; E é o Módulo de Young; e 1 é o momento de inércia. 0 momento da área de inércia, I, se altera quando o tubo de fluxo do medidor se altera. Por exemplo, se o tubo se corroer, reduzindo a espessura da parede, o momento da área de inércia é diminuído. A Fig. 2 apresenta um processo 200 para detectar e diferenciar alterações na estrutura do medidor de fluxo a partir de alterações indicadas na taxa de fluxo. O processo 200 inicia com a determinação da taxa de fluxo de massa, m°, utilizando múltiplos modos nas etapas 210 e 220 a partir da seguinte equação: Quando múltiplos modos são estimulados, tanto a partir do ruído de fluxo como da vibração forçada, a vibração do modo irá se acoplar com o fluxo de massa passando através do tubo de fluxo , causando uma resposta de Coriolis para cada modo. A resposta de Coriolis resulta em um At associado que é utilizado para calcular uma leitura do fluxo de massa para cada modo. A etapa 230 compara a leitura do fluxo de massa para cada modo. A taxa de fluxo de massa resultante deve ser a mesma para cada modo. Se as leituras do fluxo de massa forem iguais, a etapa 250 gera um sinal "operação apropriada" e o processo reinicia na etapa 210. O sinal "operação apropriada" pode ser na forma de um sinal visível ou audível para um usuário.
Quando ocorre um desvio entre as taxas de fluxo de massa, as quais estão fora dos limites aceitáveis, um sinal de erro é gerado na etapa 240. O sinal de erro gerado na etapa 240 pode causar que várias ações ocorram. Por exemplo, o sinal de erro pode causar que o processo seja interrompido ou pode indicar um aviso visível ou audível para um operador, o qual então executa a ação apropriada.
As medições de densidade do medidor de Coriolis 5 são baseadas na seguinte equação: Onde: k é a rigidez de uma montagem; m é a massa da montagem; fé a freqüência de oscilação; e τ é o período de oscilação. A equação (4) é a solução da equação de moção para um sistema com único grau de liberdade. Um medidor de fluxo de Coriolis em fluxo zero é representado por uma expansão da equação (4) produzindo: Onde E é o módulo de Young; I é o momento de amostragem da inércia;
Gp é uma constante geométrica; A é a área de amostragem; p é a densidade; / representa o fluído no medidor de fluxo; e t representa o material do(s) tubo(s) de fluxo. Por reorganizar as expressões, a equação (5) pode ser reescrita como: Pf = C^V - C2 (6) Onde: A constante geométrica, Gp, é responsável pelos parâmetros geométricos tais como comprimento e formato do tubo. As constantes, e C2, são determinadas como parte do processo de calibragem normal em fluxo zero nos dois fluídos diferentes. A Fig. 3 apresenta um processo 300 para detectar e diferenciar alterações na estrutura do medidor de fluxo a partir das alterações na densidade indicada. O processo 300 inicia com a determinação da densidade, p, utilizando múltiplos modos nas etapas 310 e 320. Os múltiplos modos podem ser estimulados tanto a partir do ruído de fluxo como da vibração forçada. A etapa 330 compara a leitura de densidade para cada modo. A leitura da densidade resultante deve ser a mesma para cada modo. Se as leituras de densidade forem iguais, a etapa 350 gera um sinal "operação apropriada" e o processo reinicia na etapa 310. O sinal "operação apropriada" pode ser na forma de um sinal visível ou audível para um usuário.
Quando ocorre um desvio entre as leituras de densidade, as quais estão fora dos limites aceitáveis, um sinal de erro é gerado na etapa 340. O sinal de erro gerado na etapa 340 pode causar que várias ações ocorram. Por exemplo, o sinal de erro pode causar que o processo seja interrompido ou pode indicar um aviso visível ou audível para um operador, o qual então executa a ação apropriada.
Em adição ao método descrito na equação (1) para determinar o fluxo de massa, a densidade também pode ser utilizada para calcular o fluxo de massa. Como descrito mais inteiramente na Patente US N- 5.687.100 para Buttler et al. de 11 de Novembro de 1997, um efeito de fluxo de segunda ordem na expressão de densidade é adicionado para a equação (6), resultando em: Onde: m° é a taxa de fluxo de massa; e FD é o efeito de fluxo na constante de densidade . 0 termo FD é uma constante para todas as taxas de fluxo e em todas as densidades para uma dada configuração de modo, entretanto, o termo FD se diferencia para cada configuração de modo e geometria do tubo.
Quando o medidor de fluxo 5 é acionado em múltiplos modos ou múltiplos modos são medidos, várias equações e várias incógnitas podem ser derivadas. Por exemplo, no caso do medidor de fluxo 5 sendo acionado em dois modos, as equações de densidade são escritas como se segue: Onde: a é uma primeiro configuração do modo; b é uma segunda configuração do modo; ciJa2 ■ C2a é pa/ a densidade verdadeira utilizando o modo a;
ClbTb2 - C2b é pb( a densidade verdadeira utilizando o modo b; p£a é a densidade verdadeira corrigida para o efeito de fluxo na medição de densidade; e pfb é a densidade verdadeira corrigida para o efeito de fluxo na medição de densidade.
As equações (10) e (11) são duas leituras de densidade independentes, em fluxo zero, corrigidas para o efeito do fluxo, utilizando dois modos. Desde que pCa e pfb são iguais, as equações (10) e (11) podem ser combinadas para formar: Para um único caminho de fluxo, ma = mb, resultando em uma solução para fluxo de massa como se segue: A Fig. 4 apresenta um processo 400 para determinar o fluxo de massa baseado na densidade. O processo 400 inicia com a calíbragem do medidor de fluxo 5 utilizando os modos "a" e "b" na etapa 410. O processo de ca- libragem estabelece as constantes Cla e C2a e Clb e C2b utilizando duas densidades de fluído diferentes, isto é, ar e água. A etapa 420 determina os valores de densidade, pa e pb, a partir da equação (6) acima. A etapa 430 compara pa e pb para determinar se os valores de densidade se correspondem. Se os valores de densidade não se corresponderem, a calibragem deve ser realizada novamente na etapa 410. Se os valores de densidade se corresponderem, as etapas 440 e 450 determinam os valores FD associados para os modos "a" e "b". Uma vez que os valores FD são determinados, o fluxo de massa é calculado na etapa 460 utilizando a equação (13). . O valor m°/d determinado acima também pode ser utilizado para determinar quando as alterações ocorreram no medidor de fluxo. A Fig. 5 apresenta um processo 500 para detectar e diferenciar alterações na estrutura do medidor de fluxo a partir das alterações indicadas na ta- . xa de fluxo. O processo 500 inicia com a determinação da taxa de fluxo de massa, m°/d, a partir da etapa 460 da Fig. 4 na etapa 510. A etapa 520 calcula uma taxa de fluxo de massa tradicional, m°T, a partir da equação (1) e compara m°/d e m°T na etapa 530. Se as leituras de fluxo de massa forem iguais, a etapa 550 gera um sinal "operação apropriada" e o processo reinicia na etapa 510. O sinal "operação apropriada" pode ser na forma de um sinal visível ou audível para um usuário.
Quando ocorre um desvio entre as leituras de fluxo de massa, as quais estão fora dos limites aceitáveis, um sinal de erro é gerado na etapa 540. O sinal de erro gerado na etapa 540 pode causar que várias ações ocorram. Por exemplo, o sinal de erro pode causar que o processo seja interrompido ou pode indicar um aviso visível ou audível para um operador que então realiza a ação apropriada.
Os valores p£a e p£b determinados acima tambám podem ser utilizados para determinar quando as alterações ocorreram no medidor de fluxo. A Fig. 6 apresenta um processo 600 para detectar e diferenciar alterações na estrutura do medidor de fluxo a partir das alterações indicadas na densidade corrigida para o efeito da taxa de fluxo. O processo 600 inicia com a calibragem do medidor de fluxo 5 utilizando os modos "a" e "b" na etapa 610. 0 processo de calibragem estabelece as constantes Cla e C2a e Clb e C2b utilizando duas densidades de fluído diferentes, isto é, ar e água. Deve ser entendido que múltiplos modos podem ser utilizados e que o uso de dois modos neste exemplo é somente para propósitos ilustrativos. A etapa 620 determina os valores FD associados para os modos "a" e "b" . Uma vez que os valores FD são determinados, pfa e p£ü são calculados na etapa 630 utilizando as equações (10) e (11). A etapa 640 compara as leituras de densidade, pfa e p£b. As leituras de densidade devem ser a mesma para cada modo. Se as leituras de densidade forem iguais, a etapa 660 gera um sinal "operação apropriada" e o processo reinicia na etapa 620. 0 sinal "operação apropriada" pode ser na forma de um sinal visível ou audível para um usuário.
Quando ocorre um desvio entre as leituras de densidade, as quais estão fora dos limites aceitáveis, um sinal de erro é gerado na etapa 650. 0 sinal de erro gerado na etapa 650 pode causar que várias ações ocorram. Por exemplo, o sinal de erro pode causar que o processo seja interrompido ou pode indicar um aviso visível ou audível para um operador que então realiza a ação apropriada . A determinação de densidade com múltiplos modos também pode ser utilizada para averiguar a temperatura do fluxo de material. A densidade, em função da temperatura, é expressa como se segue: Pn = Cln * τ2 (1 - 0, 0004T) + C2n (14) Onde: pn é uma densidade compensada pela temperatura utilizando o modo n;
Cln é uma primeira constante utilizando o modo n; C2n é uma segunda constante utilizando o modo n; τ é o período do tubo; e T é a temperatura do fluxo de material.
Utilizando múltiplos modos, a temperatura do fluxo de material pode ser averiguada utilizando a equação (14). Por exemplo, utilizando dois modos de operação, a equação (14} pode ser expressa como duas equações: px = Cn * τ2(1 - 0, 0004T) + C21 (15) p2 = C12 * τ2 (1 - 0,0004T) + c22 (16) Desde que p2 e p2 são iguais, as equações (15) e (16) escritas como: Resolvendo para T produz: A Fig. 7 apresenta um processo 700 para averiguar a temperatura do fluxo de material baseado na determinação da densidade com múltiplos modos. 0 processo 700 inicia com a calibragem do medidor de fluxo 5 utilizando os modos "1" e "2" na etapa 710. O processo de calibragem estabelece as constantes Cu e C21 e C12 e C22 utilizando duas densidades de fluído diferentes, isto é, ar e água. A etapa 720 determina os valores de densidade, Pi e p2, a partir da equação (15) e (16) acima. A etapa 73 0 compara e p2 para determinar se os valores de densidade correspondem. Se os valores de densidade não se corresponderem, a calibragem deve ser realizada novamente na etapa 710. Se os valores de densidade se corresponderem, a etapa 740 determina os valores de período de tubo associados para os modos "1" e "2". Uma vez que os valores de período de tubo são determinados, a temperatura é calculada na etapa 750 utilizando a equação (18).
REIVINDICAÇÕES
Claims (10)
1. Método para validar um medidor de fluxo (5) utilizando múltiplos modos, CARACTERIZADO por compreender as etapas de: fluir um material através do medidor de fluxo (5); determinar uma taxa de fluxo ou densidade do material associada com cada modo desejado; comparar as taxas de fluxo ou densidades associadas com cada modo desejado; e detectar uma condição de erro em resposta a comparação das taxas de fluxo ou das densidades associadas com cada modo desejado.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por adicionalmente compreender a etapa de indicar a condição de erro.
3. Método para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que determinar a taxa de fluxo ou densidade associada com cada modo desejado compreende: determinar o efeito da taxa de fluxo no valor de densidade para cada modo desejado; calcular uma primeira taxa de fluxo utilizando os valores de densidade e o efeito da taxa de fluxo nos valores de densidade para cada modo desejado; calcular uma segunda taxa de fluxo utilizando uma fase ou atraso de tempo em que a comparação de taxas de fluxo e densidades associadas com cada modo desejado compreende a comparação da primeira taxa de fluxo com a segunda taxa de fluxo.
4. Método para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que determinar a densidade associada com cada modo desejado compreende: determinar o efeito da taxa de fluxo no valor de densidade para cada modo desejado; e determinar uma densidade compensada pela taxa de fluxo de um material fluindo através do medidor de fluxo para cada modo desejado.
5. Método para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de compreende ainda a etapa de calibrar o medidor de fluxo para cada modo desejado.
6. Sistema para validar um medidor de fluxo (5) utilizando múltiplos modos, compreendendo dispositivo para determinar uma taxa de fluxo ou a densidade associada com cada modo desejado; o sistema CARACTERIZADO por dispositivo para comparar as taxas de fluxo ou densidades associadas com cada modo desejado; e dispositivo para detectar uma condição de erro em resposta a comparação das taxas de fluxo ou densidades associadas com cada modo desejado.
7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO por adicionalmente compreender o dispositivo para indicar a condição de erro.
8. Sistema para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo para determinar a taxa de fluxo ou densidade associada com cada modo desejado compreende: dispositivo para determinar o efeito da taxa de fluxo no valor de densidade para cada modo desejado; e dispositivo para calcular uma primeira taxa de fluxo utilizando os valores de densidade e o efeito da taxa de fluxo nos valores de densidade para cada modo desejado; e dispositivo para calcular uma segunda taxa de fluxo utilizando uma fase ou atraso de tempo em que o dispositivo para detectar um erro em resposta a comparação da taxa de fluxo compreende um dispositivo para comparar a primeira e a segunda taxas de fluxo.
9. Sistema para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo para determinar a densidade associada com cada modo desejado compreende: dispositivo para determinar o efeito da taxa de fluxo no valor de densidade para cada modo desejado; dispositivo para determinar uma densidade compensada pela taxa de fluxo de um material fluindo através do medidor de fluxo para cada modo desejado em que o dispositivo para comparar densidades associadas com cada modo desejado compreende dispositivo para comparar os valores de densidade associados com cada modo desejado.
10. Sistema para validar um medidor de fluxo utilizando múltiplos modos, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de compreende dispositivo para calibrar a taxa de fluxo de cada modo desejado.
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