BRPI0419215B1

BRPI0419215B1 - CORIOLIS METHOD AND FLUXIMETER CONFIGURED TO PERFORM THIS METHOD

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Publication number: BRPI0419215B1
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Publication date: 2017-08-29

Description

"MÉTODO E FLÜXÍMETRO CORIOLIS CONFIGURADO PARA EXECUTAR TAL MÉTODO" FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO"CORIOLIS METHOD AND FLOWMETER CONFIGURED TO PERFORM SUCH METHOD" BACKGROUND OF THE INVENTION

1. CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se ao campo dos fluxí-metros, e, em particular, aos fluximetros Coriolis.1. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the field of flow meters, and in particular to Coriolis flow meters.

2. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA ANTERIOR2. DESCRIPTION OF PRIOR ART

Os fluximetros Coriolis determinam as proporções de escoamento de massa ao sensoriar as forças Coriolis em um conduto vibrante. O conduto consiste de um ou mais tubos e é forçado a vibrar a uma freqüência ressonante. A freqüência ressonante dos tubos é proporcional à densidade do fluido nos tubos de escoamento. Os sensores localizados nas seções de entrada e saída dos tubos medem a vibração relativa entre as extremidades dos tubos. Durante um escoamento, os tubos vibrantes e a massa fluente se acoplam entre si devido às forças Coriolis, que provocam uma mudança de fase na vibração entre as extremidades dos tubos. A mudança de fase é diretamente proporcional ao escoamento de massa.Coriolis flowmeters determine mass flow ratios by sensing Coriolis forces in a vibrating conduit. The conduit consists of one or more tubes and is forced to vibrate at a resonant frequency. The resonant frequency of the tubes is proportional to the density of the fluid in the flow tubes. Sensors located at the inlet and outlet sections of the tubes measure the relative vibration between the pipe ends. During flow, the vibrating tubes and the fluid mass couple together due to Coriolis forces, which cause a phase shift in vibration between the tube ends. The phase change is directly proportional to the mass flow.

Existe um efeito de pressão secundária nos tubos de escoamento de um sensor Coriolis. Uma mudança de pressão, sem uma mudança na proporção de escoamento de massa, mudará o efeito das forças de curvatura sobre o tubo. Quando a pressão aumenta, os tubos de escoamento se enrijecem, e a mesma quantidade de força Coriolis devida à proporção constante de escoamento de massa provocará uma quantidade menor de curvatura nos tubos. Quando a pressão diminui, os tubos de escoamento ficarão mais flexíveis e a mesma quantidade de :orça Coriolis devida à proporção constante de escoamento de nassa provocará uma quantidade maior de curvatura nos tubos. ) efeito de pressão de escoamento é linear e é tipicamente :ido como um percentual da proporção de escoamento por mu-iança unitária de pressão. A correção para o efeito de pressão requer o uso de um valor de pressão média ou a medição da pressão em questão. 0 uso de um valor de pressão média Dode induzir a erros inaceitáveis quando houver grandes variações na pressão operacional do sistema. A medição da cressão em questão tipicamente requer uma porta de sensoria-nento de pressão, um transdutor de pressão, um circuito ele-crônico desenhado para monitorar o transdutor de pressão, e alguns meios para a transferência da pressão medida para o fluxímetro Coriolis.There is a secondary pressure effect on the flow pipes of a Coriolis sensor. A change in pressure without a change in mass flow rate will change the effect of bending forces on the pipe. As the pressure increases, the flow pipes stiffen, and the same amount of Coriolis force due to the constant proportion of mass flow will cause a smaller amount of bend in the pipes. As the pressure decreases, the flow pipes will become more flexible and the same amount of Coriolis budget due to the constant flow rate of pot will cause a greater amount of bend in the pipes. The flow pressure effect is linear and is typically: as a percentage of the flow rate per unit pressure change. Correction to the pressure effect requires the use of an average pressure value or the measurement of the pressure in question. Using an Average Pressure Value Can induce unacceptable errors when there are large variations in system operating pressure. Measuring the pressure in question typically requires a pressure sensing port, a pressure transducer, an electronic circuit designed to monitor the pressure transducer, and some means for transferring the measured pressure to the Coriolis flowmeter.

Sendo assim, existe a necessidade de um sistema e nétodo melhores para a determinação da pressão em um fluxí-netro Coriolis. A Patente japonesa N. JP7083721 intitulada "Vibra-:ion type measuring apparatus" apresenta o seguinte. 0 presente aparelho é constituídos dos tubos sensores 2 e 3 através dos quais um fluido passa, dos vibradores 5 e 6 para vi-arar os tubos sensores 2 e 3, e de uma controladora 14 conectada a uma bobina de acionamento dos vibradores 5 e 6. A controladora 14 é constituída de um circuito de detecção de diferença 17, uma seção de computação de proporção de escoa-nento 18, uma seção de vídeo 19, um circuito de medição de freqüência 20, uma seção de computação de densidade 21, um circuito de conversão de densidade - pressão 22, e um cir- cuito de correção de pressão 23. A seção de computação de densidade 21 determina a densidade de um fluido a ser medido 1 partir da freqüência de vibração dos tubos sensores 2 e 3, 2 a pressão do fluido a ser medido a partir da sua densida-ie. Em seguida, o circuito de correção de pressão 23 realiza ama correção de ponto zero de um valor medido da proporção ie escoamento a partir da seção de computação de proporção de escoamento 18 com base em um valor de pressão a partir do circuito de conversão de densidade - pressão 22. A Patente U.S. N. 5 497 665, intitulada "Coriolis nass flow rate meter having adjustable pressure and density sensitivity" apresenta o seguinte. São descritas diversas jeometrias de medidor de proporção de escoamento de massa radiais de modo Coriolis e de circuitos eletrônicos, que são oroduzidos de modo a serem sensíveis às mudanças de pressão ou densidade. Em uma modalidade, o medidor compreende: (1) am conduto de escoamento para a contenção de um fluido tendo ama característica física, o fluido sendo adaptado para fluir no conduto a uma proporção desconhecida, (2) um circuito de acionamento para a criação de uma vibração do conduto de escoamento, o flui alterando a vibração como uma função da característica física e da proporção de escoamento, (3) um circuito detector para medir a vibração alterada em um ponto de trabalho e produzir um sinal que representa uma proporção de escoamento de massa não compensada do fluido, e (4) um circuito de computação para calcular uma proporção de escoa-nento de massa compensada do fluido proporcional à proporção cão compensada por 1/.0MEGA.l.sup.n, na qual .0MEGA.1 é uma frequência natural acionada do conduto de escoamento e n é ím número escolhido como uma função do ponto de trabalho, a proporção compensada sendo, desta forma, reduzida de efeitos ie sua característica física. Um algoritmo matemático único 2 também descrito, permitindo uma variedade muito mais ampla ie geometria de desenho, ao mesmo tempo mantendo a insensibilidade à pressão ou à densidade sem ter de medir ou compensar nenhuma das duas. Além disso, é descrito um método 3ue possibilita uma medição e uma compensação precisas tanto ia pressão como da densidade. A Patente U.S. N. 5 734 112, intitulada "Method and apparatus for measuring pressure in a coriolis mass flowmeter" apresenta o seguinte. Um método para a determinarão da pressão em um fluxímetro de massa de efeito Coriolis pperacional. Os tubos de escoamento do fluxímetro Coriolis /ibram em um modo de curvatura (como o usual para a medição ia proporção de escoamento de massa) e em um modo de torção. 4 razão das freqüêncías fundamentais nas quais os tubos de sscoamento vibra em cada um dos dois modos de vibração é proporcional a pressão dentro dos tubos de escoamento. Na nodalidade preferida, o método de soma / diferença inicial-nente isola os senosóides superpostos que representam as freqüêncías fundamentais dos dois modos vibracionais. Em se-juida, são usados filtros digitais de gradientes rápidos ponjugados (FCG) para rapidamente estimar as freqüêncías fundamentais em cada um dos dois modos de vibração. As fregências estimadas são em seguida usadas pelas cadeias de filtros incluindo filtros de banda de passagem e de encaixe digitais assim como técnicas de filtro digital de possibilidade máxima recursiva (RML) a fim de aumentar as estimativas de freqüéncia fundamental de modo de curvatura e de modo de torção. As estimativas de freqüéncia de modo de curvatura e de modo de torção aperfeiçoadas são usadas para determinar a pressão dentro dos tubos de escoamento como uma função da razão das duas freqüências, assim como centralizar as cadeias de filtro de encaixe e de banda de passagem usadas para aumentar a freqüéncia de modo de curvatura dos dois canais de sensor de vibração para as computações de proporção de escoamento de massa. A pressão assim determinada pode em seguida ser usada para corrigir as computações de proporção de escoamento ou para outros fins de medição de pressão por si sós.Thus, there is a need for a better system and method for determining the pressure in a Coriolis flowmeter. Japanese Patent No. JP7083721 entitled "Vibration: ion type measuring apparatus" has the following. The present apparatus is comprised of sensor tubes 2 and 3 through which fluid passes, vibrators 5 and 6 to turn sensor tubes 2 and 3, and a controller 14 connected to a drive coil of vibrators 5 and 6. Controller 14 is comprised of a difference detection circuit 17, a flow rate computation section 18, a video section 19, a frequency measurement circuit 20, a density computation section 21, a density-pressure conversion circuit 22, and a pressure correction circuit 23. The density computation section 21 determines the density of a fluid to be measured 1 from the vibration frequency of the sensor tubes 2 and 3, 2 the pressure of the fluid to be measured from its density ie. Thereafter, the pressure correction circuit 23 performs a zero point correction of a measured value of the ratio ie flow from the computation of flow ratio section 18 based on a pressure value from the density conversion circuit. pressure 22. U.S. Patent 5,497,665 entitled "Coriolis nass flow rate meter having adjustable pressure and density sensitivity" discloses the following. Several Coriolis mode radial mass flow rate meter and electronic circuitry jeometries are described which are oroded to be sensitive to changes in pressure or density. In one embodiment, the meter comprises: (1) a flow conduit for containing a fluid having a physical characteristic, the fluid being adapted to flow into the conduit to an unknown extent, (2) a drive circuit for creating a flow conduit vibration, the flow changing vibration as a function of the physical characteristic and the flow ratio, (3) a detector circuit for measuring the altered vibration at a work point and producing a signal representing a flow ratio fluid mass compensation, and (4) a computing circuit for calculating a fluid mass compensation flow ratio proportional to the 1 / .0MEGA.l.sup.n ratio compensated by which .0MEGA. 1 is a triggered natural frequency of the runoff and n is the number chosen as a function of the work point, the compensated proportion being thus reduced of effects ie its character. physical stica. A unique mathematical algorithm 2 is also described, allowing for a much wider range ie design geometry while maintaining pressure or density insensitivity without having to measure or compensate for either. Furthermore, a method is described which enables accurate measurement and compensation of both pressure and density. U.S. Patent No. 5,734,112 entitled "Method and apparatus for measuring pressure in a coriolis mass flowmeter" discloses the following. A method for determining pressure in a Coriolis pperational effect mass flowmeter. Coriolis / iber flowmeter flow pipes in a bend mode (as usual for mass flow rate measurement) and a torsion mode. The ratio of the fundamental frequencies at which the flow pipes vibrate in each of the two modes of vibration is proportional to the pressure within the flow pipes. In the preferred mode, the initial-difference / sum method isolates the superimposed sine-waves that represent the fundamental frequencies of the two vibrational modes. As a result, ponjugated fast gradient digital (FCG) filters are used to quickly estimate the fundamental frequencies in each of the two modes of vibration. Estimated fregencies are then used by filter chains including digital pass-through and snap-in filters as well as maximum recursive possibility (RML) digital filter techniques to increase the fundamental frequency estimates of curvature mode and mode. Torsion Improved bend mode and twist mode frequency estimates are used to determine the pressure within the flow pipes as a function of the ratio of the two frequencies, as well as to center the snap-in and passband filter chains used to increase the curvature mode frequency of the two vibration sensor channels for mass flow ratio computations. The pressure thus determined can then be used to correct flow rate computations or for other pressure measurement purposes alone.

SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION

Um método e aparelho são apresentados, os quais determinam a densidade de um material que escoa através de um fluximetro Coriolis. A densidade é usada para inferir a pressão do material fluente. A pressão inferida pode ser u-sada para corrigir o efeito de pressão secundária no fluxi-netro Coriolis ou pode ser reportada para um dispositivo externo.A method and apparatus are presented which determine the density of a material flowing through a Coriolis flowmeter. Density is used to infer the pressure of the flowing material. Inferred pressure may be used to correct the effect of secondary pressure on the Coriolis flowmeter or may be reported to an external device.

ASPECTOS DA INVENÇÃOASPECTS OF THE INVENTION

Um aspecto da presente invenção inclui um método, compreendendo: - a medição da densidade de um material fluente através de um fluximetro Coriolis; - a determinação de uma pressão do material fluen- te a partir da densidade medida, caracterizado pelas seguintes etapas de: (a) definir um valor de compressibilidade z para 1 na equação P = p*R*T*z / M e calcular um valor para a pressão P, na qual T é a temperatura, M é o peso molar do material fluente no fluxímetro Coriolis, pé a densidade, e R é uma constante; (b) usar o valor calculado da pressão P para determinar um valor mais exato para a compressibilidade z; (c) usar o novo valor mais exato para a compressibilidade z a fim de recalcular um valor para a pressão P; (d) repetir as etapas b e c até que o valor para a pressão convirja para dentro de um limite predefinido.One aspect of the present invention includes a method comprising: measuring the density of a flowing material by means of a Coriolis flowmeter; - the determination of a flowable material pressure from the measured density, characterized by the following steps: (a) defining a compressibility value z to 1 in the equation P = p * R * T * z / M and calculating a value for pressure P, where T is the temperature, M is the molar weight of the flowing material in the Coriolis flowmeter, the density, and R is a constant; (b) use the calculated pressure value P to determine a more accurate compressibility value z; (c) use the new most accurate compressibility value z to recalculate a value for pressure P; (d) repeat steps b and c until the pressure value converges within a preset limit.

De preferência, o método compreende ainda o fato de que a compressibilidade é determinada usando as informações do relatório número 8 da Associação Americana de Gás (AGA).Preferably, the method further comprises the fact that compressibility is determined using information from American Gas Association (AGA) report number 8.

De preferência, o método compreende ainda o fato de que o usuário é avisado a entrar o peso molar (M) do material fluente através do fluxímetro.Preferably, the method further comprises the fact that the user is advised to enter the molar weight (M) of the flowing material through the flow meter.

De preferência, o método compreende ainda o fato de que o usuário é avisado a entrar o tipo de gás, e o fluxímetro Coriolis determina o peso molar (M) do material que escoa através do fluxímetro a partir do tipo de gás.Preferably, the method further comprises the fact that the user is advised to enter the gas type, and the Coriolis flow meter determines the molar weight (M) of material flowing through the flow meter from the gas type.

De preferência, ura fluxímetro Coriolis configurado para executar o método compreende: - um conduto configurado para conter um material fluente; - pelo menos um acionador configurado para vibrar o conduto; - um primeiro e um segundo sensor configurado para medir o movimento do conduto vibrante; - um processador configurado para determinar uma densidade do material fluente com base no movimento do conduto vibrante; - o processador sendo configurado para determinar uma pressão do material fluente com base na densidade determinada por meio da execução das etapas (a) - (d) .Preferably, a Coriolis flow meter configured to perform the method comprises: a conduit configured to contain a flowing material; - at least one trigger configured to vibrate the conduit; - a first and a second sensor configured to measure the movement of the vibrating duct; a processor configured to determine a density of the flowing material based on the movement of the vibrating duct; - the processor being configured to determine a flowable material pressure based on the density determined by performing steps (a) - (d).

De preferência, o método compreende ainda: - a comunicação da pressão de escoamento determinada para um dispositivo externo.Preferably, the method further comprises: communicating the determined flow pressure to an external device.

Um outro aspecto da presente invenção compreende: (a) a calibração de uma relação de densidade para pressão de um fluxímetro Coriolis para um material em um ponto de baixa pressão; (b) a calibração da relação de densidade para pressão do fluxímetro Coriolis para o material em um ponto de alta pressão; (c) o armazenamento das duas relações calibradas para o material; (d) a determinação de uma pressão corrente para o material com base em uma densidade corrente medida e nas duas relações de calibração armazenadas caracterizadas pelas seguintes etapas de: (e) determinar a compressibilidade Z para os pontos de alta e baixa pressão; (f) determinar um peso molecular médio M para os pontos de alta e baixa pressão; (g) determinar uma "última estimativa de pressão P" usando a equação P = p*R*T*z / M, na qual Γ é a temperatura, M é o peso molar médio do material fluente no fluxíme-tro Coriolis, pé a densidade, e R é uma constante; (h) determinar uma nova compressibilidade Z usando a "última estimativa de pressão P"; (i) calcular uma "nova estimativa de pressão"; (j) repetir as etapas (g) - (i) até que o valor para a "nova estimativa de pressão" tenha convergido para dentro de um limite predefinido.Another aspect of the present invention comprises: (a) calibrating a density to pressure ratio of a Coriolis flow meter for a material at a low pressure point; (b) calibrating the Coriolis flowmeter density to pressure ratio for the material at a high pressure point; (c) storing the two calibrated ratios for the material; (d) determining a tidal pressure for the material based on a measured tidal density and the two stored calibration ratios characterized by the following steps: (e) determining the compressibility Z for the high and low pressure points; (f) determining an average molecular weight M for the high and low pressure points; (g) determine a "last estimated pressure P" using the equation P = p * R * T * z / M, where Γ is the temperature, M is the average molar weight of the flowing material in the Coriolis flowmeter, foot the density, and R is a constant; (h) determine a new compressibility Z using the "last estimated pressure P"; (i) calculate a "new pressure estimate"; (j) repeat steps (g) - (i) until the value for the "new pressure estimate" has converged within a predefined limit.

Um outro aspecto da presente invenção inclui um fluxíraetro Coriolis configurado para executar o método, compreendendo: - um conduto configurado para conter um material fluente; - pelo menos um acionador configurado para vibrar o conduto; - um primeiro e um segundo sensores configurados para medir o movimento do conduto vibrante; - um processador configurado para determinar uma densidade do material fluente com base no movimento do conduto vibrante; - o processador configurado para determinar uma pressão do material fluente com base na densidade determinada por meio da execução das etapas (a) - (j).Another aspect of the present invention includes a Coriolis flow meter configured to perform the method, comprising: a conduit configured to contain a flowing material; - at least one trigger configured to vibrate the conduit; a first and a second sensor configured to measure the movement of the vibrating duct; a processor configured to determine a density of the flowing material based on the movement of the vibrating duct; - the processor configured to determine a flowable material pressure based on the density determined by performing steps (a) - (j).

De preferência, o método compreende ainda: - uma área de armazenamento contendo a relação Dressão para densidade para o material fluente em dois pon-:os de pressão diferentes, nos quais a pressão do material Eluente é determinada usando a densidade do material fluente 3 a relação pressão para densidade nos dois pontos de pressão.Preferably, the method further comprises: a storage area containing the Dressão density to flowable material ratio at two different pressure points where the pressure of the Eluent material is determined using the density of the flowing material 3 to 3. pressure to density ratio at both pressure points.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 é uma tabela de compressibílídade de gás para pressão que variam entre 14 psia (9,84 gramas por ran quadrado) e 1464 psia (1029,3 gramas por mm quadrado) a 70 graus Fahrenheit constantes para um número de gases diferentes. A Figura 2 é um gráfico que mostra as informações ia tabela da Figura 1. A Figura 3 é ura gráfico que mostra a relação entre oressão e compressibílídade para uma compressibílídade linear teórica e uma compressibílídade real de composição de gás ia costa do Golfo sobre uma faixa de pressão entre 14 psia (9,84 gramas por mm quadrado) e 1464 psia (1029,3 gramas por nm quadrado). A Figura 4 é uma tabela que mostra a diferença máxima entre uma compressibílídade linear teórica e uma com-pressibilidade real de um número de outros gases sobre uma faixa de pressão entre 14 psia (9,84 gramas por mm quadrado) 3 1464 psia (1029,3 gramas por mm quadrado). A Figura 5 é um diagrama em blocos de um fluxíme-:ro Coriolis em uma modalidade exemplar da presente inven-pão. A Figura 6 é um fluxograma para uma determinação iterativa da pressão de escoamento a partir da densidade fluente em uma modalidade exemplar da presente invenção. A Figura 7 é um fluxograma que mostra um método de calibraçâo de um fluxímetro em dois pontos de pressão em uma modalidade exemplar da presente invenção. A Figura 8 é um gráfico que mostra a relação de densidade / pressão para um Ekofish entre 314 psia (220,8 gramas por mm quadrado) e 1014 psia (712,9 gramas por mm quadrado). A Figura 9 é um fluxograma para a determinação da pressão fluente corrente, ajustada para temperatura, usando os pontos de calibraçâo de alta e baixa pressão em uma modalidade exemplar da presente invenção.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a gas pressure compressibility table ranging from 14 psia (9.84 grams per square square) to 1464 psia (1029.3 grams per square mm) at 70 degrees Fahrenheit for a number of different gases. Figure 2 is a graph showing the information in the table in Figure 1. Figure 3 is a graph showing the relationship between oression and compressibility for a theoretical linear compressibility and actual compressibility of the Gulf Coast gas composition over a range. between 14 psia (9.84 grams per square mm) and 1464 psia (1029.3 grams per square nm). Figure 4 is a table showing the maximum difference between theoretical linear compressibility and actual compressibility of a number of other gases over a pressure range between 14 psia (9.84 grams per square mm) 3 1464 psia (1029 Grams per square mm). Figure 5 is a block diagram of a Coriolis flowmeter in an exemplary embodiment of the present invention. Figure 6 is a flowchart for an iterative determination of flow pressure from fluent density in an exemplary embodiment of the present invention. Figure 7 is a flowchart showing a method of calibrating a flowmeter at two pressure points in an exemplary embodiment of the present invention. Figure 8 is a graph showing the density / pressure ratio for an Ekofish between 314 psia (220.8 grams per square mm) and 1014 psia (712.9 grams per square mm). Figure 9 is a flowchart for the determination of the flowing, pressure adjusted temperature using the high and low pressure calibration points in an exemplary embodiment of the present invention.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDADETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

As Figuras 1 a 9 e a descrição a seguir ilustram exemplos específicos no sentido de ensinar aos versados na técnica como fazer e usar o melhor modo da presente invenção. Com o fim de ensinar os princípios inventivos, alguns aspectos convencionais foram simplificados ou omitidos. Os versados na técnica apreciarão variações a partir destes e-xemplos que recaem dentro do âmbito da presente invenção. Os versados na técnica apreciarão que os aspectos descritos a-baixo podem ser combinados de diversas maneiras de modo a formar múltiplas variações da presente invenção. Como um resultado, a presente invenção não se limita aos exemplos específicos descritos abaixo, mas somente pelas reivindicações e seus equivalentes. A densidade fluente de um gás é expressa pela lei de gás não ideal e vem a ser: p = PM / ZRT (1) na qual pé a densidade do gás fluente, Pé a pressão do gás fluente, M é o peso molar do gás, Zé a com-pressibilidade do gás, Pé a constante do gás, e T é a temperatura do gás fluente. Em muitos casos, a temperatura e o peso molar do gás que escoa através do fluximetro Coriolis permanecem relativamente constantes. Nos casos em que há uma faixa maior de temperaturas de gás fluente, a temperatura do gás fluente pode ser medida. Quando a temperatura de escoamento e o peso molar são consideradas constantes, a equação 1 pode ser re-escrita como se segue. p = N * P / Z (2) na qual pé a densidade do gás fluente, Pé a pressão do gás fluente, N é uma constante, e Z é a compres-síbilidade do gás. A equação 2 mostra que a variabilidade da densidade de escoamento é principalmente afetada pela pressão de escoamento e pela compressibilidade. A Equação 2 também mostra que a densidade de escoamento é diretamente proporcional à pressão de escoamento, fora os efeitos de compressibilidade. A faixa de pressão de escoamento na maioria das aplicações de medição de gás varia desde a pressão atmosférica (aproximadamente 14 psia (9,84 gramas por mm quadrado)) a 1464 psia (1029,3 gramas por mm quadrado), uma va-riâncía de aproximadamente 105 para 1. A Figura 1 é uma tabela de compressibilidade de gás para pressão que variam entre 14 psia (9,84 gramas por mm quadrado) e 1464 psia (1029,3 gramas por mm quadrado) a uma constante de 70 graus Fahrenheit para um número de gases diferentes. A compressi-bilidade destes gases é bem conhecida na técnica e uma fonte para se obter esta informação é o Relatório N. 8 da Associa-ção Americana de Gás (AGA), o ''Fator de Compressibilidade de Gás Natural e dos Gases de Hidrocarboneto Relacionados" (Segunda impressão, 1994), o qual encontra-se incorporado ao presente documento a guisa de referência. A Figura 2 é um quadro que mostra as informações da tabela da Figura 1. Como se pode observar a partir das Figuras 1 e 2, a compressibilidade tem uma variância máxima de aproximadamente 1,3 a 1, sobre a faixa de 14 (9,84 gramas por mm quadrado) a 1464 psia (1029,3 gramas por mm quadrado). A Figura 3 é um gráfico que mostra a relação entre a pressão e a compressibilidade para uma compressibilidade linear teórica e a compressibilidade real da composição de gás da costa do Golfo em uma faixa de pressão entre 14 psia (9,84 gramas por mm quadrado) e 1464 psia (1029,3 gramas por mm quadrado). Como se pode observar a partir da Figura 3, a diferença entre a variação linear teórica e a variação real entre a compressibilidade e a pressão é pequena para esta composição de gás. A Figura 4 é uma tabela que mostra a diferença máxima entre uma compressibilidade linear teórica e uma compressibilidade real de inúmeros outros gases. A Figura 4 indica que há uma relação quase linear entre a compressibilidade e a pressão em uma ampla faixa de composições de gás na faixa de pressão dentre 14 psia (9,84 gramas por mm quadrado) a 1464 psia (1029,3 gramas por mm quadrado). A E- quação 2 mostra que existe uma relação linear entre a pressão e a densidade. Tendo em vista estas relações linear e quase linear, pode ser usado um método correlativo para i-gualar a densidade de escoamento à pressão. A Figura 5 é um diagrama em blocos de um fluxíme-tro Coriolis. 0 fluxímetro Coriolis é dotado de um conduto (502) com um ou mais tubos configurados de modo a conter um material fluente. Existe um ou mais acionadores (504) configurado de modo a vibrar o conduto em uma freqüência de curvatura natural do conduto. Os sensores (506) são configurados de modo a medir o movimento do conduto vibrante (502). A controladora (508) é conectada aos acionadores (405) e aos sensores (506) e configurada de modo a controlar as operações do fluxímetro Coriolis. A controladora (508) pode ser contida em uma unidade ou pode ser dividida entre múltiplas unidades. Por exemplo, pode haver equipamentos eletrônicos fixados ao fluxímetro Coriolis e estes aparelhos eletrônicos podem ser conectados a um computador externo que executa um software que ajuda a controlar o medidor. Em operação, o material fluente cria forças Coriolis no conduto vibrante, provocando uma mudança de fase na vibração entre as duas extremidades do conduto. Os sensores medem a mudança de fase entre duas posições sobre o conduto, e a controladora determina a proporção de escoamento do material a partir da diferença de fase medida. 0 fluxímetro Coriolis pode ter uma construção na sonda de temperatura (não mostrada) e pode receber dados de temperatura de um sensor externo. Os fluxíme-tros Coriolis podem também determinar a densidade do materi- al fluente que usa o movimento medido do conduto.Figures 1 to 9 and the following description illustrate specific examples for teaching those skilled in the art how to make and use the best mode of the present invention. In order to teach inventive principles, some conventional aspects have been simplified or omitted. Those skilled in the art will appreciate variations from these examples falling within the scope of the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the aspects described below may be combined in various ways to form multiple variations of the present invention. As a result, the present invention is not limited to the specific examples described below, but only by the claims and their equivalents. The flow density of a gas is expressed by the non-ideal gas law and is: p = PM / ZRT (1) where the flow density of the gas, the flow pressure of the gas, M is the molar weight of the gas , Z is the gas compresibility, P is the gas constant, and T is the flowing gas temperature. In many cases, the temperature and molar weight of the gas flowing through the Coriolis flowmeter remain relatively constant. In cases where there is a larger range of flowing gas temperatures, the flowing gas temperature can be measured. When the flow temperature and molar weight are considered constant, equation 1 may be rewritten as follows. p = N * P / Z (2) where p is the flow gas density, P is the flow gas pressure, N is a constant, and Z is the gas compressibility. Equation 2 shows that flow density variability is mainly affected by flow pressure and compressibility. Equation 2 also shows that the flow density is directly proportional to the flow pressure, apart from the compressibility effects. The flow pressure range in most gas metering applications ranges from atmospheric pressure (approximately 14 psia (9.84 grams per square mm)) to 1464 psia (1029.3 grams per square mm), a variance. approximately 105 to 1. Figure 1 is a gas compressibility table for pressure ranging from 14 psia (9.84 grams per square mm) to 1464 psia (1029.3 grams per square mm) at a constant 70 degrees Fahrenheit for a number of different gases. The compressibility of these gases is well known in the art and a source for obtaining this information is the American Gas Association (AGA) Report No. 8, the Compressibility Factor of Natural Gas and Hydrocarbon Gases. (Second Impression, 1994), which is incorporated herein by reference. Figure 2 is a table showing the information in the table in Figure 1. As can be seen from Figures 1 and 2 , compressibility has a maximum variance of approximately 1.3 to 1 over the range of 14 (9.84 grams per square mm) to 1464 psia (1029.3 grams per square mm). Figure 3 is a graph showing the relationship between pressure and compressibility for theoretical linear compressibility and actual compressibility of the Gulf Coast gas composition over a pressure range between 14 psia (9.84 grams per square mm) and 1464 psia (1029.3 grams per square mm). As can be seen from From Figure 3, the difference between the theoretical linear variation and the actual variation between compressibility and pressure is small for this gas composition. Figure 4 is a table showing the maximum difference between theoretical linear compressibility and actual compressibility of numerous other gases. Figure 4 indicates that there is an almost linear relationship between compressibility and pressure over a wide range of gas compositions in the pressure range from 14 psia (9.84 grams per square mm) to 1464 psia (1029.3 grams per mm square). Equation 2 shows that there is a linear relationship between pressure and density. In view of these linear and near linear relationships, a correlative method can be used to equalize the pressure flow density. Figure 5 is a block diagram of a Coriolis flowmeter. The Coriolis flowmeter is provided with a conduit (502) with one or more tubes configured to contain a flowing material. There are one or more actuators (504) configured to vibrate the conduit at a natural conduit bending frequency. The sensors (506) are configured to measure the movement of the vibrating conduit (502). The controller (508) is connected to the drivers (405) and sensors (506) and configured to control Coriolis flowmeter operations. The controller 508 may be contained in one unit or may be divided among multiple units. For example, there may be electronic equipment attached to the Coriolis flowmeter and these electronic devices may be connected to an external computer that runs software that helps control the meter. In operation, the flowing material creates Coriolis forces in the vibrating duct, causing a phase shift in vibration between the two ends of the duct. The sensors measure the phase change between two positions on the conduit, and the controller determines the material flow rate from the measured phase difference. The Coriolis flowmeter may have a temperature probe construction (not shown) and may receive temperature data from an external sensor. Coriolis flowmeters can also determine the density of the flowing material using measured conduit movement.

Em uma modalidade exemplar da presente invenção, a densidade do material fluente é usada para inferir a pressão fluente do material. A Figura 6 é um fluxograma para uma determinação iterativa da pressão de escoamento a partir da densidade de escoamento. Na etapa 602, a densidade do material que flui através do fluximetro Coriolis é determinada usando o movimento medido do conduto vibrante. A determinação da densidade do material fluente em um fluximetro Coriolis é bem conhecido na técnica. Na etapa 604, a compressibi-lidade do gás z é definida em 1 na fórmula: na qual Pé a pressão de escoamento, Té a temperatura, e M é o peso molar do material que flui no fluxíme-tro Coriolis, e uma primeira pressão é calculada. Na etapa 606, um valor melhor de z é determinado usando a pressão calculada P. O valor da compressibilidade de gás z em uma dada pressão P pode ser determinado usando as informações do relatório AGA 8, as tabelas de pesquisa de compressibilidade, as equações de compressibilidade de estado, ou coisa do gênero. Na etapa 608, a pressão é recalculada usando a nova compressibilidade z. Se o valor de pressão determinado na etapa 608 não converter para um limite predeterminado, o escoamento retorna para a etapa 606, onde uma melhor estimativa de compressibilidade de gás é determinada usando o último valor calculado para a pressão P. Quando o valor de pressão determinado na etapa 608 converte para um limite predeterminado, a pressão é inferida com sucesso a partir da densidade de escoamento. A pressão inferida pode ser usada de diversas maneiras.In an exemplary embodiment of the present invention, the density of the flowing material is used to infer the flowing pressure of the material. Figure 6 is a flowchart for an iterative determination of flow pressure from flow density. At step 602, the density of the material flowing through the Coriolis flowmeter is determined using the measured motion of the vibrating conduit. Determining the density of flowing material in a Coriolis flowmeter is well known in the art. At step 604, the compressibility of gas z is defined at 1 in the formula: where P is the flow pressure, T is the temperature, and M is the molar weight of the material flowing into the Coriolis flowmeter, and a first pressure. is calculated. At step 606, a better value of z is determined using the calculated pressure P. The gas compressibility value z at a given pressure P can be determined using the information from report AGA 8, the compressibility lookup tables, the equations of state compressibility, or the like. At step 608, the pressure is recalculated using the new compressibility z. If the pressure value determined in step 608 does not convert to a predetermined limit, the flow returns to step 606, where a best estimate of gas compressibility is determined using the last value calculated for pressure P. When the determined pressure value In step 608 converts to a predetermined limit, the pressure is successfully inferred from the flow density. Inferred pressure can be used in many ways.

Em uma modalidade exemplar da presente invenção, a pressão pode ser exibida ou comunicada para um dispositivo externo ao fluxímetro Coriolis. Por exemplo, o valor de pressão pode ser enviado para um dispositivo de segurança que monitora a pressão dentro do tubo a fim de detectar condições de pressão inseguras. Em uma outra modalidade exemplar da presente invenção, o valor de pressão pode ser usado para corrigir um efeito de pressão na medição do escoamento de massa do fluxímetro Coriolis. 0 efeito de pressão é tipicamente determinado como um percentual da vedação de escoamento por uma mudança de unidade na pressão. Uma maneira de se corrigir o efeito de pressão é usando a equação 4: (4) na qual MCOrrected é a proporção de escoamento de massa corrigida, Mraw é a proporção de escoamento de massa bruta medida, Pe é o efeito de pressão, Pstatic é a pressão corrente, e Pcal é a pressão na qual a proporção de escoamento é calibrada naquele momento. Pe é tipicamente uma função da geometria do fluxímetro Coriolis, por exemplo, o diâmetro do conduto, a espessura das paredes de conduto, a rigidez do conduto, etc. A equação 4 mostra que quando a pressão no medidor é igual à pressão na qual o medidor se encontra calibrado, o escoamento corrigido é igual a um escoamento bruto. Quando a pressão corrente é mais alta que a pressão calibra- da, o escoamento corrigido será menor que o escoamento medido.In an exemplary embodiment of the present invention, pressure may be displayed or reported to a device external to the Coriolis flowmeter. For example, the pressure value may be sent to a safety device that monitors the pressure within the pipe to detect unsafe pressure conditions. In another exemplary embodiment of the present invention, the pressure value may be used to correct a pressure effect in the Coriolis flowmeter mass flow measurement. The pressure effect is typically determined as a percentage of the flow seal by a unit change in pressure. One way to correct the pressure effect is by using equation 4: (4) where MCOrrected is the corrected mass flow rate, Mraw is the measured gross mass flow rate, Pe is the pressure effect, Pstatic is the current pressure, and Pcal is the pressure at which the flow rate is calibrated at that time. Pe is typically a function of the Coriolis flowmeter geometry, for example, duct diameter, duct wall thickness, duct stiffness, etc. Equation 4 shows that when the pressure in the gauge is equal to the pressure at which the gauge is calibrated, the corrected flow equals a gross flow. When the current pressure is higher than the calibrated pressure, the corrected flow will be less than the measured flow.

Quando o fluxímetro Coriolis infere uma pressão de escoamento usando a densidade medida, o peso molar e a temperatura do material fluente através do medidor são necessários. A temperatura pode ser medida usando um sensor no medidor, ou pode ser provida a partir de um sensor de temperatura externo. O peso molar do gás pode ser entrado por um usuário ou provido a partir de uma fonte remota. Quando um usuário entra o peso molar do material, ele poderá entrar o mesmo diretamente ao digitar o valor ou ele poderá entrar o mesmo indiretamente ao identificar o material fluente por nome ou composição de gás. Quando o usuário entra o nome do material fluente ou da composição de gás, o fluxímetro Coriolis pode usar uma tabela de pesquisa a fim de determinar o peso molar correspondente para o material.When the Coriolis flowmeter infers a flow pressure using the measured density, the molar weight and temperature of the flowing material through the meter are required. Temperature can be measured using a sensor on the meter, or it can be provided from an external temperature sensor. The molar weight of the gas may be entered by a user or provided from a remote source. When a user enters the molar weight of the material, he can enter it directly by entering the value or he can enter it indirectly by identifying the flowing material by name or gas composition. When the user enters the name of the flowing material or gas composition, the Coriolis flowmeter can use a lookup table to determine the corresponding molar weight for the material.

Em uma outra modalidade exemplar da presente invenção, a densidade medida de um material fluente é usada para determinar a pressão corrente ao usar uma relação de pressão / densidade calibrada em um ponto de alta pressão e em um ponto de baixa pressão, uma vez que a relação pressão / densidade é quase linear, quando o fluxímetro é calibrado em dois pontos de pressão diferentes, a pressão pode ser inferida a partir da densidade corrente sem iteração. Durante o processo de calibração, a pressão do fluxímetro deve ser precisamente medida. A Figura 7 é um fluxograma que mostra um método de calibração de um fluxímetro em dois pontos de pressão. Na etapa 702, o material no fluxímetro é pressuri- zado para um primeiro nível. Na etapa 704, a densidade do material é medida usando o fluxímetro na primeira pressão. Na etapa 706, o material no fluxímetro é pressurizado para um segundo nível, Na etapa 708, a densidade do material é medida na segunda pressão. Ao se calibrar o fluxímetro, o material pode estar fluindo através do medidor ou pode estar estático dentro do fluxímetro. 0 medidor pode ser calibrado para cada tipo de material que flui através do fluxímetro. Em uma modalidade exemplar da presente invenção, os pontos alto e baixo de calibração podem ser armazenados em uma tabela para os diferentes tipos de material que podem ser medidos pelo fluxímetro. Quando o tipo de material que escoa naquele momento através do medidor entra no fluxímetro, o medidor pesquisaria os pontos de calibração para aquele tipo de material.In another exemplary embodiment of the present invention, the measured density of a flowing material is used to determine the current pressure when using a pressure / density ratio calibrated at a high pressure point and a low pressure point, since the Pressure / density ratio is almost linear, when the flow meter is calibrated at two different pressure points, the pressure can be inferred from the current density without iteration. During the calibration process, the flowmeter pressure must be accurately measured. Figure 7 is a flow chart showing a method of calibrating a flow meter at two pressure points. At step 702, the material in the flow meter is pressurized to a first level. At step 704, the material density is measured using the flow meter at the first pressure. At step 706, the material in the flow meter is pressurized to a second level. At step 708, the material density is measured at the second pressure. When calibrating the flow meter, material may be flowing through the meter or may be static within the flow meter. The meter can be calibrated for each type of material that flows through the flow meter. In an exemplary embodiment of the present invention, the high and low calibration points may be stored in a table for the different types of material that can be measured by the flow meter. When the type of material flowing through the meter at that time enters the flow meter, the meter would search for calibration points for that type of material.

Quando um medidor é calibrado para um material, a pressão do material pode ser determinada a partir da densidade por meio do uso da equação 5. na qual P^temíned é a pressão determinada, Plow é a pressão no ponto de calibração de baixa pressão, é a pressão no ponto de calibração de alta pressão, plow é a densidade medida no ponto de calibração de baixa pressão, phígh é a densidade medida no ponto de calibração de alta pressão, pcurrent é a densidade medida corrente do material que flui através do medidor. A Figura 8 é um gráfico que mostra a relação de densidade / pressão para Ekofish entre 314 psia (220,8 gramas por mm quadrado) e 1014 psia (712,9 gramas por mm quadrado). Como se pode observar a partir da Figura 8, o ajuste entre a linha linear e a curva em questão é muito próximo.When a gauge is calibrated for a material, the material pressure can be determined from the density by using equation 5. where P ^ temined is the determined pressure, Plow is the pressure at the low pressure calibration point, is the pressure at the high pressure calibration point, plow is the density measured at the low pressure calibration point, phígh is the density measured at the high pressure calibration point, pcurrent is the current measured density of the material flowing through the meter . Figure 8 is a graph showing the density / pressure ratio for Ekofish between 314 psia (220.8 grams per square mm) and 1014 psia (712.9 grams per square mm). As can be seen from Figure 8, the fit between the linear line and the curve in question is very close.

Em uma outra modalidade exemplar da presente invenção, as informações de calibração de alta e baixa pressão podem ser ajustadas de modo a levar em consideração as mudanças de temperatura do material fluente. A Figura 9 é um fluxograma para a determinação da pressão de escoamento corrente, ajustada para temperatura, usando os pontos de calibração de alta e baixa pressão. Na etapa 902, a compressibi-lidade é determinada para cada um dos pontos de calibração de alta e baixa pressão. A compressibilidade pode ser determinada usando quaisquer dos três métodos (o Método 1 da Associação AGA, o Método 2, ou o Método Detalhado) apresentados no relatório da Associação AGA Número 8, as tabelas de pesquisa de compressibilidade, as equações de estado de cora-pressibilidade, ou coisa do gênero. Na etapa 904, um peso molar médio para os pontos de calibração de alta e baixa pressão é determinado. Ao se reescrever a equação 1 para solucionar os pesos molares, temos: (6) na qual M é o peso molar do material, Pé a pressão medida nos pontos de calibração de baixa e alta pressão, Zé a compressibilidade determinada na etapa 902, T é a medição de temperatura nos pontos de calibração de alta e baixa pressão, pé a densidade medida no pontos de calibração de alta e baixa pressão, e R é uma constante. O peso molar para o ponto de calibração de alta pressão é mediado com o peso molar do ponto de calibração de baixa pressão a fim de resultar em um peso molar médio. Na etapa 906, uma pressão corrente P é determinada por meio do uso da equação 5 e armazenada como a "última estimativa de pressão". Na etapa 908, um novo valor para a compressibilidade z é determinado por meio do uso da "última estimativa de pressão", da temperatura corrente, do peso molar médio do material, e da densidade corrente. Na etapa 910, uma "nova estimativa de pressão" é calculada com a equação 3 usando a compressibilidade determinada na etapa 908, o peso molar determinado na etapa 904, a densidade corrente e a temperatura corrente. Na etapa 912, a "estimativa de nova pressão" é avaliada usando a e-quação a seguir: Valor absoluto ("nova estimativa de pressão" -"última estimativa de pressão" < = 1(7) Quando a equação é verdadeira, a "nova estimativa de pressão" é definida como a pressão corrente. Quando a e-quação é falsa, a "nova estimativa de pressão" é armazenada como a "ultima estimativa pressão" e o fluxo retorna para a etapa 906. Ao se usar este método iterativo, os efeitos de uma mudança na temperatura no material fluente podem ser levados em consideração quando se determina a pressão usando os pontos de calibração de alta e baixa pressão.In another exemplary embodiment of the present invention, the high and low pressure calibration information may be adjusted to take into account the temperature changes of the flowing material. Figure 9 is a flowchart for determining the current flow pressure adjusted for temperature using the high and low pressure calibration points. At step 902, compressibility is determined for each of the high and low pressure calibration points. Compressibility can be determined using any of the three methods (AGA Association Method 1, Method 2, or the Detailed Method) presented in AGA Association Report Number 8, the Compressibility Search Tables, the Heart State Equations. pressibility, or the like. At step 904, an average molar weight for the high and low pressure calibration points is determined. When rewriting equation 1 to solve the molar weights, we have: (6) where M is the molar weight of the material, P is the pressure measured at the low and high pressure calibration points, Z is the compressibility determined in step 902, T is the temperature measurement at the high and low pressure calibration points, the density measured at the high and low pressure calibration points, and R is a constant. The molar weight for the high pressure calibration point is mediated with the molar weight of the low pressure calibration point to result in an average molar weight. At step 906, a current pressure P is determined using equation 5 and stored as the "last pressure estimate". At step 908, a new value for compressibility z is determined by using the "last pressure estimate", the current temperature, the average molar weight of the material, and the current density. At step 910, a "new pressure estimate" is calculated with equation 3 using the compressibility determined at step 908, the molar weight determined at step 904, the current density and the current temperature. In step 912, the "new pressure estimate" is evaluated using the following equation: Absolute value ("new pressure estimate" - "last pressure estimate" <= 1 (7) When the equation is true, the "new pressure estimate" is defined as the current pressure. When the equation is false, the "new pressure estimate" is stored as the "last pressure estimate" and the flow returns to step 906. When using this Iterative method, the effects of a change in temperature on the flowing material can be taken into account when determining the pressure using the high and low pressure calibration points.

REIVINDICAÇÕES

Claims

A method comprising: - measuring the density of a flowing material by means of a Coriolis flowmeter (602); and - determine a pressure of the flowing material from the measured density, characterized in that it comprises the following steps: (a) defining a compressibility value z to 1 in the equation P = p * R * T * z / M and calculating a value for pressure P (604), where T is the temperature, M is the molar weight of the flowing material in the Coriolis flowmeter, p is the density, and R is a constant; (b) use the calculated pressure value P to determine a more accurate compressibility value z (606); (c) use the new more accurate compressibility value z to recalculate a value for pressure P (608); (d) repeat steps b and c until the pressure value converges within a preset limit.

Method according to claim 1, characterized by the fact that compressibility is determined using the information in report number 8 of the American Gas Association (AGA).

Method according to claim 1, characterized in that the user is induced to release the molar weight (M) of the flowing material through the flow meter.

Method according to claim 1, characterized in that the user is induced to release the gas type, and the Coriolis flowmeter determines the molar weight (M) of the flowing material through the flowmeter from the gas type. .

Coriolis flowmeter configured to perform the method according to claim 1, characterized in that it comprises: - a conduit configured to contain a flowing material (502); - at least one trigger configured to vibrate the conduit (504); - a first and a second sensor (506) configured to measure vibrating conduit movement; a processor configured to determine a density of the flowing material based on the movement of the vibrating conduit (508); - the processor being configured to determine a flowable material pressure based on the density determined by performing steps (a) - (d).

Method according to claim 1, characterized in that it further comprises: - communicating the determined flow pressure to an external device.

A method comprising: (a) calibrating a density at a pressure ratio of a Coriolis flowmeter for a material at a low pressure point; (b) calibrate the density at a Coriolis flowmeter pressure ratio for the material at a high pressure point; (c) store the two calibrated ratios for the material; (d) determine a tidal pressure for the material based on a measured tidal density and the two stored calibration ratios, CHARACTERIZED by the following steps: (e) determine the compressibility Z for the high and low pressure points (902) ; (f) determining an average molecular weight M for the high and low pressure points; (g) determine a "last estimated pressure P" using the equation P = p * R * T * z / M, where Γ is the temperature, M is the average molar weight of the flowing material in the Coriolis flowmeter, p is the density, and R is a constant; (h) determine a new compressibility Z using the "last estimated pressure P"; (i) calculate a "new pressure estimate" (910); (j) repeat steps (g) - (i) until the value for the "new pressure estimate" has converged within a predefined limit.

Coriolis flowmeter configured to perform the method according to claim 7, characterized in that it comprises: - a conduit configured to contain a flowing material (502); - at least one trigger configured to vibrate the conduit (504); - a first and a second sensor (506) configured to measure the movement of the vibrating conduit; a processor configured to determine a density of the flowing material based on the movement of the vibrating conduit (508); - the processor configured to determine a flowable material pressure based on the density determined by performing steps (a) - (j).

A Coriolis flowmeter according to claim 8, further comprising: - a storage area containing the pressure to density ratio for the flowing material at two different pressure points, and in which the pressure of the flowing material It is determined using the density of the flowing material and the pressure to density ratio at the two pressure points.