BRPI0610319A2 - componentes eletrÈnicos de medição e métodos para determinar fração de vazio de gás - Google Patents

Abstract

Os componentes eletrónicos de medição (20), para determinar uma fração de vazio de gás em um material em escoamento escoando por um medidor de fluxo é proporcionada de acordo com uma modalidade da invenção. Os componentes eletrónicos de medição (20) incluem uma interface (201), para receber a resposta de freqüência do material em escoamento, e um sistema de processamento (203) em comunicação com a interface (201). O sistema de processamento (203) é configurado para receber a resposta de freqüência da interface (201), decompor a resposta de freqüência em pelo menos um componente de freqüência de gás e um componente de freqüência de fluido, e determinar a fração de vazio do gás da resposta de freqüência e de um ou mais do componente de freqüência do gás e do componente de freqüência do fluído.

Description

"ELETRÔNICA DE MEDIÇÃO E MÉTODOS PARA DETERMINARFRAÇÃO DE VAZIO DE GÁS"

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

1. CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere a eletrônica de me-dição e métodos para determinar uma fração de vazio de gásem um material em escoamento escoando por um medidor de flu-xo .

2. EXPOSIÇÃO DO PROBLEMA

É conhecido usar medidores de fluxo de massa Cori-olis para medir fluxo de massa, densidade e fluxo volumétri-co e outras informações de materiais escoando por uma tubu-lação, como descrito na patente U.S. 4.491.025, emitida paraJ. E. Smith et al. em Io de janeiro de 1985 e Re. 31.450 pa-ra J. E. Smith em 11 de fevereiro de 1982. Esses medidoresde fluxo têm um ou mais tubos de escoamento de diferentesconfigurações. Cada configuração de conduto pode ser vistacomo tendo um conjunto de modos de vibração natural, inclu-indo, por exemplo, modos de desvio, torção, radiais e aco-plados simples. Em uma aplicação de medida de fluxo de massaCoriolis tipica, uma configuração de conduto é excitada emum ou mais modos de vibração, na medida em que um materialescoa pelo conduto, e o movimento do conduto é medido empontos espaçados ao longo do conduto.

Os modos vibracionais dos sistemas cheios de mate-rial são definidos, em parte, pela massa combinada dos tubosde escoamento e do material dentro dos tubos de escoamento.

O material escoa para o medidor de fluxo de uma tubulaçãoconectada, no lado de entrada do medidor de fluxo. 0 materi-al é depois dirigido pelo tubo de escoamento ou tubos de es-coamento e deixa o medidor de fluxo para uma tubulação co-nectada ao lado de saida.

Um acionador aplica uma força ao tubo de escoamen-to. A força faz com que o tubo de escoamento oscile. Quandonão há qualquer material escoando pelo medidor de fluxo, to-dos os pontos ao longo de um tubo de escoamento oscilam comuma fase idêntica. Na medida em que o material começa a es-coar pelo tubo de escoamento, as acelerações de Coriolis fa-zem com que cada um dos pontos ao longo do tubo de escoamen-to tenha uma fase diferente com relação aos outros pontos aolongo do tubo de escoamento. A fase, no lado de entrada dotubo de escoamento, atrasa o acionador, enquanto que a faseno lado de saida adianta o acionador. Sensores são colocadosem diferentes pontos no tubo de escoamento, para produzirsinais senoidais, representativos do movimento do tubo deescoamento nos diferentes pontos. A diferença de fase entreos dois sinais sensores é proporcional à vazão de massa domaterial escoando pelo tubo de escoamento ou tubos de escoa-mento. Em uma abordagem da técnica anterior, uma Transforma-ção de Fourier Discreta (DFT) ou uma Transformação de Fouri-er Rápida (FFT) é usada para determinar a diferença de faseentre os sinais sensores. A diferença de fase e uma respostaà freqüência vibracional do conjunto de tubos de escoamentosão usadas para obter a vazão mássica.

Em uma abordagem da técnica anterior, um sinal dereferência independente é usado para determinar uma freqüên-cia de sinal de interceptação, tal como por uso da freqüên-cia enviada para o sistema acionador vibracional. Em outraabordagem da técnica anterior, a freqüência de resposta vi-bracional, gerada por um sensor de interceptação, pode serdeterminada por centralização com aquela freqüência em umfiltro de entalhe, em que o medidor de fluxo da técnica an-terior tenta manter o entalhe do filtro de entalhe na fre-qüência do sensor de interceptação. Essa técnica anteriorfunciona razoavelmente bem sob condições quiescentes, nasquais o material em escoamento no medidor de fluxo é unifor-me e nas quais a freqüência do sinal de interceptação é re-lativamente estável. No entanto, a medida de fase da técnicaanterior sofre quando o material de escoamento não é unifor-me, tal como em escoamentos de duas fases, em que o materialem escoamento compreende um liquido e um sólido, ou quandohá bolhas de ar no material em escoamento liquido. Nessassituações, a freqüência determinada pela técnica anteriorpode flutuar rapidamente. Durante condições de transições defreqüência rápidas e grandes, é possivel que os sinais deinterceptação se movimentam para fora da largura de faixa dofiltro, gerando medidas de fase e freqüência incorretas. Is-so é também um problema em uma batelada de esvaziar - encher- esvaziar, quando o medidor de fluxo é operado repetidamen-te em condições vazia e cheia alternadas. Também, se a fre-qüência do sensor se movimentar rapidamente, um processo dedesmodulação não vai ser capaz de se manter na freqüênciamedida ou efetiva, provocando desmodulação a uma freqüênciaincorreta. Deve-se entender que se a freqüência determinadafor incorreta ou imprecisa, então, os valores derivados sub-seqüentemente de densidade, vazão volumétrica, etc, vãotambém estar incorretos e imprecisos. Além do mais, o erropode ser combinado nas determinações de características deescoamento subseqüentes.

Na técnica anterior, os sinais de interceptaçãopodem ser digitalizados e manipulados digitalmente para im-plementar o filtro de entalhe. 0 filtro de entalhe aceitaapenas uma faixa estreita de freqüências. Portanto, quando afreqüência alvo está variando, o filtro de entalhe pode nãoser capaz de rastrear o sinal alvo por um período de tempo.Tipicamente, a implementação do filtro de entalhe digitalleva 1-2 segundos para rastrear o sinal alvo flutuante.

Devido ao tempo necessário pela técnica anterior para deter-minar a freqüência, o resultado não é apenas que as determi-nações de fase e freqüência contêm erros, mas também que amedida de erro abrange um periodo de tempo que excede o pe-ríodo de tempo, durante o qual ocorre efetivamente erro e/ouum fluxo de duas fases. Isso é devido à lentidão relativa daresposta de uma implementação de filtro de entalhe.

O resultado é que o medidor de fluxo da técnicaanterior não pode rastrear ou determinar, precisa, rápida ousatisfatoriamente, uma freqüência do sensor de intercepta-ção, durante fluxo de duas fases do material em escoamentono medidor de fluxo. Conseqüentemente, a determinação de fa-se é igualmente lenta e propensa a erro, pois a técnica an-terior deriva a diferença de fase usando a freqüência de in-terceptação determinada. Portanto, qualquer erro na determi-nação de freqüência é combinado na determinação de fase. 0resultado é um maior erro na determinação de freqüência e nadeterminação de fase, provocando um maior erro na determina-ção da vazão mássica. Além disso, em virtude do valor defreqüência determinado ser usado para determinar um valor dedensidade (a densidade é aproximadamente igual a um pelafreqüência ao quadrado), um erro na determinação de freqüên-cia é repetido ou combinado na determinação de densidade.Isso é também verdade para uma determinação de vazão volumé-trica, em que a vazão volumétrica é igual à vazão mássicadividida pela densidade.

Portanto, a técnica anterior sofre de uma capacidade imprecisão ou perda de medida, durante as condições defluxo de duas fases. Em muitas aplicações de escoamento, épossivel ter-se ar (ou outro gás) entranhado no material emescoamento. Um exemplo é na produção de campo de petróleo,em que o petróleo bruto, que é bombeado para fora de um poçode petróleo, vai conter provavelmente ar misturado com o pe-tróleo bruto. Outros exemplos são ar entranhado em um liqui-do em um processo de produção de alimentos. 0 ar entranhadoexiste tipicamente como bolhas no liquido em escoamento. Asbolhas de ar provocam vazões mássicas errôneas em um medidorde fluxo. É altamente desejável que um medidor de fluxo meçaprecisamente uma vazão mássica do liquido em escoamento,mesmo com qualquer proporção de ar entranhado misturado noliquido em escoamento. É altamente desejável que um medidorde fluxo meça precisamente uma vazão mássica do liquido emescoamento, quando o ar entranhado está flutuando.SUMÁRIO DA SOLUÇÃO

Os problemas descritos acima e outros são solucio-nados e um avanço na técnica é obtido, por provisão de ele-trônica de medição e métodos para determinar uma fração devazio de gás em um material em escoamento.

A eletrônica de medição, para determinar uma fra-ção de vazio de gás em um material em escoamento escoandopor um medidor de fluxo, é proporcionada de acordo com umamodalidade da invenção. A eletrônica de medição compreendeuma interface, para receber a resposta de freqüência do ma-terial em escoamento, e um sistema de processamento em comu-nicação com a interface. O sistema de processamento é confi-gurado para receber a resposta de freqüência da interface,decompor a resposta de freqüência em pelo menos um componen-te de freqüência de gás e um componente de freqüência defluido, e determinar a fração de vazio do gás da resposta defreqüência e de um ou mais do componente de freqüência dogás e do componente de freqüência do fluido.

Um método para determinar uma fração de vazio degás, em um material em escoamento escoando por um medidor defluxo, é proporcionado de acordo com uma modalidade da in-venção. O método compreende receber uma resposta de freqüên-cia do material em escoamento, decompor a resposta de fre-qüência em pelo menos um componente de freqüência de gás eum componente de freqüência de fluido, e determinar a fraçãode vazio do gás da resposta de freqüência e de um ou mais docomponente de freqüência do gás e do componente de freqüên-cia do fluido.Um método para determinar uma fração de vazio degás, em um material em escoamento escoando por um medidor defluxo, é proporcionado de acordo com uma modalidade da in-venção. O método compreende receber uma resposta de freqüên-cia do material em escoamento, processar a resposta de fre-qüência com um filtro de entalhe, que rejeita substancial-mente um de um componente de freqüência de gás e um compo-nente de freqüência de fluido, e determinar a fração de va-zio do gás da resposta de freqüência e de um ou mais do com-ponente de freqüência do gás e do componente de freqüênciado fluido.

Um método para determinar uma fração de vazio degás, em um material em escoamento escoando por um medidor defluxo, é proporcionado de acordo com uma modalidade da in-venção. O método compreende receber uma resposta de freqüên-cia do material em escoamento e filtrar a resposta de fre-qüência com um primeiro filtro, que rejeita substancialmenteo componente de freqüência de gás e passa substancialmente ocomponente de freqüência de fluido. O primeiro filtro trans-mite o componente de freqüência do fluido. O método compre-ende ainda filtrar a resposta de freqüência com um segundofiltro, que rejeita substancialmente o componente de fre-qüência de fluido e passa substancialmente o componente defreqüência de gás. O segundo filtro transmite o componentede freqüência de gás. O método compreende ainda determinar afração de vazio da resposta de freqüência e de um ou mais docomponente de freqüência de gás e do componente de freqüên-cia de fluido.ASPECTOS DA INVENÇÃO

Em um aspecto da eletrônica de medição, a fraçãode vazio de gás compreende uma fração de vazio de ar.

Em um aspecto da eletrônica de medição, a interfa-ce inclui um digitalizador, configurado para digitalizar aresposta de freqüência.

Em outro aspecto da eletrônica de medição, o sis-tema de processamento é configurado ainda para receber umprimeiro sinal sensor e um segundo sinal sensor do medidorde fluxo, gerar uma mudança de fase de noventa graus do pri-meiro sinal sensor, e computar a resposta de freqüência u-sando a mudança de fase de noventa graus.

Em mais um outro aspecto da eletrônica de medição,o sistema de processamento é configurado ainda para receberum primeiro sinal sensor e um segundo sinal sensor do medi-dor de fluxo, gerar uma mudança de fase de noventa graus doprimeiro sinal sensor, e computar a resposta de freqüênciausando o primeiro sinal sensor e a mudança de fase de noven-ta graus.

Em mais um outro aspecto da eletrônica de medição,o sistema de processamento é configurado ainda para decompora resposta de freqüência, por processamento da resposta defreqüência com um ou mais filtros, que rejeitam substancial-mente um do componente de freqüência do gás e do componentede freqüência do fluido.

Em mais um outro aspecto da eletrônica de medição,o sistema de processamento é configurado ainda para decompora resposta de freqüência, por processamento da resposta defreqüência com um filtro de entalhe, que rejeita substanci-almente um do componente de freqüência do gás e do componen-te de freqüência do fluido.

Em mais um outro aspecto da eletrônica de medição,o sistema de processamento é configurado ainda para decompora resposta de freqüência, por processamento da resposta defreqüência com um primeiro filtro, que rejeita substancial-mente o componente de freqüência de gás e passa substancial-mente o componente de freqüência de fluido, e filtrar a res-posta de freqüência com um segundo filtro, que rejeita subs-tancialmente o componente de freqüência de fluido e passasubstancialmente o componente de freqüência de gás. O pri-meiro filtro transmite o componente de freqüência de fluidoe o segundo filtro transmite o componente de freqüência degás.

Em mais um outro aspecto da eletrônica de medição,o sistema de processamento é configurado ainda para decompora resposta de freqüência, por processamento da resposta defreqüência com um filtro de passagem de freqüências baixas,com uma freqüência de corte baixa do filtro de passagem defreqüências baixas estando substancialmente acima do compo-nente de freqüência de fluido e com o filtro de passagem defreqüências baixas passando substancialmente o componente defreqüência de fluido e rejeitando substancialmente o compo-nente de freqüência de gás, e processar a resposta de fre-qüência com um filtro de passagem de freqüências elevadas,com uma freqüência de corte elevada do filtro de passagem defreqüências elevadas estando substancialmente abaixo do com-ponente de freqüência de gás, e com o filtro de passagem defreqüências elevadas passando substancialmente o componentede freqüência de gás e rejeitando substancialmente o compo-nente de freqüência de fluido. O filtro de passagem de bai-xas freqüências transmite o componente de freqüência defluido e o filtro de passagem de freqüências elevadas trans-mite o componente de freqüência de gás.

Em mais um outro aspecto da eletrônica de medição,o sistema de processamento é configurado ainda para determi-nar a fração de vazio de gás, por cálculo de uma densidadeglobal da resposta de freqüência, calcular uma densidade docomponente de fluido do componente de freqüência de fluido,calcular uma densidade de gás do componente de freqüência degás, e calcular a fração de vazio de gás, como uma razão dadensidade do componente de fluido menos a densidade global,dividido pela densidade do componente de fluido menos a den-sidade do componente de gás.

Em mais um outro aspecto da eletrônica de medição,o medidor de fluxo compreende um medidor de fluxo Coriolis.

Em um aspecto do método, a fração de vazio de gáscompreende uma fração de vazio de ar.

Em outro aspecto do método, receber a resposta defreqüência compreende ainda receber um primeiro sinal sensore um segundo sinal sensor do medidor de fluxo, gerar uma mu-dança de fase de noventa graus do primeiro sinal sensor, ecomputar a resposta de freqüência usando a mudança de fasede noventa graus.

Em mais um outro aspecto do método, receber a res-posta de freqüência compreende ainda receber um primeiro si-nal sensor e um segundo sinal sensor do medidor de fluxo,gerar uma mudança de fase de noventa graus do primeiro sinalsensor, e computar a resposta de freqüência usando o primei-ro sinal sensor e a mudança de fase de noventa graus.

Em mais um outro aspecto do método, a decomposiçãocompreende processar a resposta de freqüência com um ou maisfiltros, que rejeitam substancialmente um do componente defreqüência de gás e do componente de freqüência de fluido.

Em mais um outro aspecto, a decomposição compreen-de processar a resposta de freqüência com um filtro de enta-lhe, que rejeita substancialmente um do componente de fre-qüência do gás e do componente de freqüência do fluido.

Em mais um outro aspecto do método, a decomposiçãocompreende filtrar a resposta de freqüência com um primeirofiltro, que rejeita substancialmente o componente de fre-qüência de gás e passa substancialmente o componente de fre-qüência de fluido, e filtrar a resposta de freqüência com umsegundo filtro, que rejeita substancialmente o componente defreqüência de fluido e passa substancialmente o componentede freqüência de gás. O primeiro filtro transmite o compo-nente de freqüência de fluido e o segundo filtro transmite ocomponente de freqüência de gás.

Em mais um outro aspecto do método, a decomposiçãocompreende processar a resposta de freqüência com um filtrode passagem de baixas freqüências, com uma freqüência decorte de passagem de baixas freqüências do filtro de passa-gem de baixas freqüências sendo substancialmente acima docomponente de freqüência de fluido, em que o filtro de pas-sagem de baixas freqüências passa substancialmente o compo-nente de freqüência de fluido e rejeita substancialmente ocomponente de freqüência de gás, e processar a resposta defreqüência com um filtro de passagem de freqüências eleva-das, com uma freqüência de corte de passagem de freqüênciasaltas do filtro de passagem de freqüências elevadas sendosubstancialmente abaixo do componente de freqüência de gás,em que o filtro de passagem de freqüências elevadas passasubstancialmente o componente de freqüência de gás e rejeitasubstancialmente o componente de freqüência de fluido. Ofiltro de passagem de baixas freqüências transmite o compo-nente de freqüência de fluido e o filtro de passagem de fre-qüências elevadas transmite o componente de freqüência degás.

Em mais um outro aspecto do método, a determinaçãocompreende calcular uma densidade global da resposta de fre-qüência, calcular uma densidade do componente de fluido docomponente de freqüência de fluido, calcular uma densidadedo componente de freqüência de gás do componente de freqüên-cia de gás, e calcular a fração de vazio de gás como uma ra-zão da densidade do componente de fluido menos a densidadeglobal, dividido pela densidade do componente de fluido me-nos a densidade do componente de gás.

Em ainda um outro aspecto do método, o medidor defluxo compreende um medidor de fluxo Coriolis.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

O mesmo número de referência representa o mesmoelemento em todos os desenhos.

A Figura 1 ilustra um medidor de fluxo Coriolis emum exemplo da invenção. '

A Figura 2 mostra uma eletrônica de medição de a-cordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 3 é um fluxograma de um método de proces-samento de sinal sensor em um medidor de fluxo Coriolis, deacordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 4 mostra a eletrônica de medição de acor-do com uma modalidade da invenção.

A Figura 5 é um fluxograma de um método de proces-samento dos primeiro e segundo sinais sensores em um medidorde fluxo Coriolis, de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 6 é um diagrama de blocos de uma parte dosistema de processamento, de acordo com uma modalidade dainvenção.

A Figura 7 mostra em detalhes o bloco de transfor-mação de Hilbert, de acordo com uma modalidade da invenção.

As Figuras 8 e 9 são diagramas de bloco de duasramificações independentes do bloco de análise, de acordocom uma modalidade da invenção.

A Figura 10 é uma representação gráfica da densi-dade do espectro de potência de um sinal sensor de intercep-tação de um medidor de fluxo, sob condições normais.

A Figura 11 mostra um bloco de transformação deHilbert, de acordo com a modalidade de mudança de fase única.

A Figura 12 mostra o bloco de análise para a moda-lidade da mudança de fase única.

A Figura 13 mostra o processamento do sensor dainvenção, comparado com a técnica anterior, em que cada va-lor da diferença de tempo (At) é comparado.

A Figura 14 mostra a eletrônica de medição de a-cordo com uma outra modalidade da invenção.

A Figura 15 é um gráfico das respostas de freqüên-cia do medidor de fluxo para ar, para um fluido e para umamistura de ar / fluido combinados (isto é, para um fluidoincluindo ar entranhado).

A Figura 16 é um fluxograma de um método para de-terminar uma fração de vazio de gás em um material em escoa-mento escoando por um medidor de fluxo, de acordo com umamodalidade da invenção.

A Figura 17 é um fluxograma de um método para de-terminar uma fração de vazio de gás em um material em escoa-mento escoando por um medidor de fluxo, de acordo com umamodalidade da invenção.

A Figura 18 é um gráfico de freqüência mostrandoas respostas dos filtros de passagem de baixas freqüências efreqüências altas, que podem ser usados pará decompor umcomponente de freqüência de fluido e um componente de fre-qüência de gás, de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 19 é um fluxograma de um método para de-terminar uma fração de vazio de gás em um material em escoa-mento escoando por um medidor de fluxo, de acordo com umamodalidade da invenção.

A Figura 20 é um gráfico de uma resposta de fre-qüência de filtro de entalhe.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

As Figuras 1 - 20 e a descrição apresentada a se-guir ilustram os exemplos específicos para ensinar àquelesversados na técnica como produzir e usar o melhor modo dainvenção. Para a finalidade de ensinar os princípios inven-tivos, alguns aspectos convencionais foram simplificados ouomitidos. Aqueles versados na técnica vão considerar varia-ções desses exemplos que se encaixam dentro do âmbito da in-venção. Aqueles versados na técnica vão considerar que osaspectos descritos abaixo podem ser combinados de vários mo-dos, para formar variações múltiplas da invenção. Por conse-guinte, a invenção não é limitada aos exemplos específicosdescritos abaixo, mas apenas pelas reivindicações e seus e-quivalentes.

A Figura 1 mostra um medidor de fluxo Coriolis 5,que compreende um conjunto medidor 10 e uma eletrônica demedição 20. O conjunto medidor 10 responde às vazão mássicae densidade de um material em processamento. A eletrônica demedição 20 é ligada ao conjunto medidor 10, pelos fios 100,para proporcionar informações de densidade, vazão mássica etemperatura pela rota 26, bem como outras informações nãorelevantes para a presente invenção. Uma estrutura de medi-dor de fluxo Coriolis é descrita, embora seja evidente paraaqueles versados na técnica que a presente invenção pode serpraticada como um densitômetro de tubo vibratório, sem a ca-pacidade de medida adicional proporcionada por um medidor defluxo mássico Coriolis.O conjunto medidor 10 inclui um par de derivaçõesmúltiplas 150 e 150', flanges 103 e 103' tendo pescoços deflange 110 e 110', um par de tubos de escoamento paralelos130 e 130', um mecanismo de acionamento 180, um sensor detemperatura 190 e um par de sensores de velocidade 170L e170R. Os tubos de escoamento 130 e 130' têm duas pernas deentrada essencialmente retas 131 e 131', e pernas de saida134 e 134', que convergem entre si nos blocos de montagem detubos de escoamento 120 e 120'. Os tubos de escoamento 130 e130' são curvos em dois locais simétricos, ao longo dos seuscomprimentos, e são essencialmente paralelos por todos osseus comprimentos. Barras de braçadeira 140 e 140' servempara definir os eixos W e W, em torno dos quais cada tubode escoamento oscila.

As pernas laterais 131, 131' e 134, 134' dos tubosde escoamento 130 e 130' são presas firmemente nos blocos demontagem dos tubos de escoamento 120 e 120', e esses blocossão, por sua vez, presos firmemente nas derivações múltiplas150 e 150'. Isso proporciona uma rota de material fechadacontinua pelo conjunto medidor Coriolis 10.

Quando os flanges 103 e 103', tendo os furos 102 e102', são conectados, pelas extremidade de entrada 104 e ex-tremidade de saida 104', a uma linha de processamento (nãomostrada), que conduz o material de processamento que estásendo medido, o material que entra na extremidade 104 do me-didor, por um orifício 101 no flange 103, é conduzido peladerivação múltipla 150 para o bloco de montagem dos tubos deescoamento 120, tendo uma superfície 121. Dentro da deriva-ção múltipla 150, o material é dividido e direcionado pelostubos de escoamento 130 e 130'. Ao deixar os tubos de escoa-mento 130 e 130', o material de processamento é recombinadoem uma única corrente, dentro da derivação múltipla 150', eé depois direcionado para a extremidade de saida 104', co-nectada pelo flange 103', tendo furos de parafuso 102', àlinha de processamento (não mostrada).

Os tubos de escoamento 130 e 130' são selecionadosescoamento 120 e 120', de modo a ter substancialmente asmesmas distribuição de massa, momentos de inércia e módulode Young em torno dos eixos de desvio W - W e W - W, res-pectivamente. Esses eixos de desvio seguem pelas barras debraçadeira 140 e 140'. Visto que o módulo de Young dos tubosde escoamento varia com a temperatura, e essa variação afetao cálculo da vazão e da densidade, um detector de temperatu-ra resistivo (RTD) 190 é montado no tubo de escoamento 130',para medir continuamente a temperatura do tubo de escoamen-to. A temperatura do tubo de escoamento e, por conseguinte,a voltagem gerada pelo RTD, para uma determinada correntepassando por ele, são governadas pela temperatura do materi-al passando pelo tubo de escoamento. A voltagem dependentede temperatura gerada pelo RTD é usada em um método bem co-nhecido pela eletrônica de medição 20, para compensar a va-riação no módulo elástico dos tubos de escoamento 130 e130', devido a quaisquer variações na temperatura do tubo deescoamento. O RTD é conectado à eletrônica de medição 20 pe-lo fio 195.Ambos os tubos de escoamento 130 e 130' são acio-nados pelo acionador 180 em direções opostas em tornos dosseus respectivos eixos de desvio W e W, e no que se denomi-na o primeiro tipo de desvio fora de fase do medidor de flu-xo. Esse mecanismo de acionamento 180 pode compreender qual-quer de muitas disposições bem conhecidas, tal como um imãmontado no tubo de escoamento 130' e uma bobina oposta mon-tada no tubo de escoamento 130, e pelos quais uma correntealternada é passada para vibrar ambos os tubos. Um sinal deacionamento adequado é aplicado pela eletrônica de medição20, pelo fio 185, ao mecanismo de acionamento 180.

A eletrônica de medição 20 recebe o sinal de tem-peratura do RTD no fio 195 e os sinais de velocidade à di-reita e à esquerda gerados nos fios 165L e 165R, respectiva-mente. A eletrônica de medição 20 produz o sinal de aciona-mento gerado no fio 185, para acionar o elemento 180 e vi-brar os tubos 130 e 130'. A eletrônica de medição 20 proces-sa os sinais de velocidade à direita e à esquerda e o sinaldo RTD, para computar a vazão mássica e a densidade do mate-rial passando pelo conjunto medidor 10. Essas informações,juntamente com outras informações, são aplicadas pela ele-trônica de medição 20, pela rota 26, nos meios de utilização 20.

A Figura 2 mostra a eletrônica de medição 20, deacordo com uma modalidade da invenção. A eletrônica de medi-ção 20 pode incluir uma interface 201 e um sistema de pro-cessamento 203. A eletrônica de medição 20 recebe primeiro esegundo sinais sensores do conjunto medidor 10, como sinaissensores de interceptação / velocidade. A eletrônica de me-dição 20 processa os primeiro e segundo sinais sensores, pa-ra obter as características de escoamento do material em es-coamento escoando pelo conjunto medidor 10. Por exemplo, aeletrônica de medição 20 pode determinar, por exemplo, umaou mais de uma diferença de fase, uma freqüência, uma dife-rença de tempo (At), uma densidade, uma vazão mássica e umavazão volumétrica dos sinais sensores. Além disso, outrascaracterísticas de escoamento podem ser determinadas de a-cordo com a invenção. As determinações são discutidas abai-xo .

A determinação de diferença de fase e a determina-ção de freqüência são muito mais rápidas e mais precisas econfiáveis do que essas determinações na técnica anterior.

Em uma modalidade, a determinação de diferença de fase e adeterminação de freqüência são derivadas diretamente de umamudança de fase de apenas um sinal sensor, sem a necessidadepara qualquer sinal de referência de freqüência. Isso reduzvantajosamente o tempo de processamento necessário para com-putar as características de escoamento. Em outra modalidade,a diferença de fase é derivada de mudanças de fases de ambosos sinais sensores, enquanto a freqüência é derivada de ape-nas um sinal de mudança de fase. Isso aumenta a precisão deambas as características de escoamento, e ambas podem serdeterminadas muito mais rápido do que na técnica anterior.

Os métodos de determinação de freqüência da técni-ca anterior levam, tipicamente, de 1 a 2 segundos para seremexecutados. Em contraste, a determinação de freqüência deacordo com a invenção pode ser conduzida em tão pouco quanto50 milissegundos (ms) . Uma determinação de freqüência aindamais rápida é considerada, dependendo do tipo e da configu-ração do sistema de processamento, da taxa de amostragem daresposta vibracional, dos tamanhos dos filtros, das taxas dedecimalização, etc. Na taxa de determinação de freqüência de50 ms, a eletrônica de medição 20, de acordo com a invenção,pode ser cerca de 40 vezes mais rápida do que a da técnicaanterior.

A interface 201 recebe o sinal sensor de um dossensores de velocidade 170L e 170R, pelos fios 100 da Figura1. A interface 202 pode executar qualquer condicionamento desinal necessário ou desejado, tal como qualquer tipo de for-matação, amplificação, separação, etc. Alternativamente,parte ou todo o condicionamento do sinal pode ser conduzidono sistema de processamento 203.

Além disso, a interface 201 pode permitir comuni-cações entre a eletrônica de medição 20 e os dispositivosexternos. A interface 201 pode ser capaz de qualquer tipo decomunicação eletrônica, óptica ou sem fio.

A interface 201, em uma modalidade, é acoplada aum digitalizador 202, em que o sinal sensor compreende umsinal sensor analógico. O digitalizador 202 amostra e digi-taliza o sinal sensor analógico e produz um sinal sensor di-gital. O digitalizador 202 também pode conduzir qualquer de-cimalização necessária, em que o sinal sensor digital é de-cimalizado para reduzir o grau de processamento necessário ereduz o tempo de processamento. A decimalização vai ser dis-cutida em mais detalhes abaixo.

0 sistema de processamento 203 conduz as operaçõesda eletrônica de medição 20 e processa as medidas de escoa-mento do conjunto medidor de escoamento 10. O sistema deprocessamento 203 executa uma ou mais rotinas de processa-mento e, desse modo, processa as medidas de escoamento paraproduzir uma ou mais características de escoamento.

O sistema de processamento 203 pode compreender umcomputador multipropósito, um sistema de microprocessamento,um circuito de lógica, ou outro dispositivo de processamentomultipropósito ou particularizado. O sistema de processamen-to 203 pode ser distribuído entre os múltiplos dispositivosde processamento. O sistema de processamento 203 pode inclu-ir qualquer tipo de meio de armazenamento eletrônico inte-gral ou independente, tal como o sistema de armazenamento204.

O sistema de processamento 203 processa o sinalsensor 210, para determinar uma ou mais características deescoamento do sinal sensor 210. A uma ou mais caracteristi-cas de escoamento podem incluir, por exemplo, uma diferençade fase, uma diferença de tempo (At), uma vazão mássica e/ouuma densidade para o material em escoamento.

Na modalidade mostrada, o sistema de processamento203 determina as características de escoamento dos dois si-nais sensores 210 e 211 e da única mudança de fase do sinalsensor 213. O sistema de processamento 203 pode determinarpelo menos a diferença de fase e a freqüência dos dois si-nais sensores 210 e 211 e da única mudança de fase 213. Porconseguinte, um primeiro ou segundo sinal sensor de fase mu-dada (tal como um dos sinais de interceptação a montante oua jusante) pode ser processado pelo sistema de processamento203, de acordo com a invenção, para determinar uma diferençade fase, uma freqüência, uma diferença de tempo (At) e/ouuma vazão mássica para o material em escoamento.

O sistema de armazenamento 204 pode armazenar pa-râmetros e dados, rotinas de software, valores constantes evalores variáveis do medidor de fluxo. Em uma modalidade, osistema de armazenamento 204 inclui rotinas, que são execu-tadas pelo sistema de processamento 203. Em uma modalidade,o sistema de armazenamento 204 armazena uma rotina de mudan-ça de fase 212, uma rotina de diferença de fase 215, uma ro-tina de freqüência 216, uma rotina de diferença de tempo(At) e uma rotina de características de escoamento 218.

Em uma modalidade, o sistema de armazenamento 204armazena as variáveis usadas para operar o medidor de fluxoCoriolis 5. O sistema de armazenamento 204, em uma modalida-de, armazena variáveis tais como primeiro sinal sensor 210 esegundo sinal sensor 211, que são recebidos dos sensores develocidade / interceptação 170L e 170R. Além disso, o siste-ma de armazenamento 204 pode armazenar uma mudança de fasede 90 graus 213, que é gerada para determinar as caracterís-ticas de escoamento.

Em uma modalidade, o sistema de armazenamento 204armazena uma ou mais características de escoamento das medi-das de escoamento. O sistema de armazenamento 204, em umamodalidade, armazena as características de escoamento, taiscomo uma diferença de fase 220, uma freqüência 221, uma di-ferença de tempo (At) 222, uma vazão mássica 223, uma densi-dade 224 e uma vazão volumétrica 225, todas determinadas dosinal sensor 210.

A rotina de mudança de fase 212 executa uma mudan-ça de fase de 90 graus em um sinal de entrada, isto é, nosinal sensor 210. A rotina de mudança de fase 212, em umamodalidade, implementa uma transformação de Hilbert (discu-tida abaixo).

A rotina de diferença de fase 215 determina umadiferença de fase, usando a única mudança de fase de 90graus. Informações adicionais também podem ser usadas paracomputar a diferença de fase. A diferença de fase, em umamodalidade, é computada do primeiro sinal sensor 210, do se-gundo sinal sensor 211 e da mudança de fase de 90 graus 213.A diferença de fase determinada pode ser armazenada na dife-rença de fase 220 do sistema de armazenamento 204 . A dife-rença de fase, quando determinada da mudança de fase de 90graus 213, pode ser calculada e obtida muito mais rápido doque na técnica anterior. Isso pode proporcionar uma diferen-ça critica nas aplicações de medidor de fluxo tendo altasvazões, ou quando ocorrem fluxos multifase. Além disso, adiferença de fase pode ser determinada da freqüência dequalquer um dos sinais sensores 210 e 211. Além do mais, emvirtude da diferença de fase ser determinada independente-mente da freqüência, um componente de erro na diferença defase não inclui um componente de erro da determinação defreqüência, isto é, não há qualquer erro de medida de dife-rença de fase. Conseqüentemente, o erro de diferença de faseé reduzido por uma diferença de fase da técnica anterior.

A rotina de freqüência 216 determina uma freqüên-cia (tal como aquela apresentada pelo primeiro sinal sensor210 ou segundo sinal sensor 211) da mudança de fase de 90graus 213. A freqüência determinada pode ser armazenada nafreqüência 221 do sistema de armazenamento 204. A freqüên-cia, quando determinada da única mudança de fase de 90graus, pode ser calculada e obtida muito mais rápido do quena técnica anterior. Isso pode proporcionar uma diferençacrítica nas aplicações de medidor de fluxo, tendo altas va-zões ou quando ocorrem escoamentos multifase.

A rotina de diferença de tempo (At) 217 determinauma diferença de tempo (At) entre o primeiro sinal sensor210 e o segundo sinal sensor 211. A diferença de tempo (At)pode ser armazenada na diferença de tempo (At) 222 do siste-ma de armazenamento 204. A diferença de tempo (At) compreen-de substancialmente a fase determinada dividida pela fre-qüência determinada, e é, portanto, usada para determinar avazão mássica.

A rotina de características de escoamento 218 podedeterminar uma ou mais características de escoamento. A ro-tina de características de escoamento 218 pode usar, por e-xemplo, a diferença de fase determinada 220 e a freqüênciadeterminada 221, para determinar essas características deescoamento adicionais. Deve-se entender que informações adi-cionais podem ser necessárias para essas determinações, talcomo, por exemplo, vazão mássica ou densidade. A rotina decaracterísticas de escoamento 218 podem determinar uma vazãomássica da diferença de tempo (At) 222, e, portanto, da di-ferença de fase 220 e da freqüência 221. A fórmula para de-terminar a vazão mássica é apresentada na patente U.S.5.027.662 de Titlow et al., e é aqui incorporada por refe-rência. A vazão mássica é relacionada com o escoamento más-sico no conjunto medidor 10. Igualmente, a rotina de carac-terísticas de escoamento 218 pode também determinar a densi-dade 224 e/ou a vazão mássica 225. As vazão mássica, densi-dade e vazão volumétrica determinadas podem ser armazenadasnas vazão mássica 223, densidade 204 e volume 225 do sistemade armazenamento 204, respectivamente. Além disso, as carac-terísticas de escoamento podem ser transmitidas para os dis-positivos externos pela eletrônica de medição 20.

A Figura 3 é um fluxograma 300 de um método deprocessamento de sinais sensores em um medidor de fluxo Co-riolis, de acordo com uma modalidade da invenção. Na etapa301, os primeiro e segundo sinais sensores são recebidos. Oprimeiro sinal sensor pode compreender um sinal sensor deinterceptação a montante ou a jusante.

Na etapa 302, os sinais sensores podem ser condi-cionados. Em uma modalidade, o condicionamento pode incluirfiltração para remover ruido e sinais indesejados. Em umamodalidade, a filtração pode compreender filtração em filtrode passagem de baixas freqüências, centralizado em torno dafreqüência fundamental esperada do medidor de fluxo Coriolis5. Além disso, outras operações de condicionamento podem serexecutadas, tais como amplificação, separação, etc. Se ossinais sensores compreenderem sinais analógicos, a etapa po-de compreender ainda qualquer tipo de amostragem, digitali-zação e decimalização, que são conduzidas para produzir si-nais sensores digitais.

Na etapa 303, uma única mudança de fase de 90graus é gerada. A mudança de fase de 90 graus compreende umamudança de fase de 90 graus do sinal sensor. A mudança defase de 90 graus pode ser conduzida por qualquer mecanismoou operação de mudança de fase. Em uma modalidade, a mudançade fase de 90 graus é conduzida usando uma transformação deHilbert, operando em sinais sensores digitais.

Na etapa 304, uma diferença de fase é computada,usando a única mudança de fase de 90 graus. Informações adi-cionais também podem ser usadas para computar a diferença defase. Em uma modalidade, a diferença de fase é determinadados primeiro sinal sensor, segundo sinal sensor e única mu-dança de fase de 90 graus. A diferença de fase compreendeuma diferença de fase no sinal de resposta, isto é, em umsensor de interceptação, isto é observado devido ao efeitoCoriolis no conjunto medidor vibratório 10.

A diferença de fase resultante é determinada sem anecessidade para qualquer valor de freqüência no cálculo. Adiferença de fase resultante pode ser obtida muito mais rá-pido do que uma diferença de fase calculada usando uma fre-qüência. A diferença de fase resultante tem uma maior preci-são do que uma diferença de fase calculada usando uma fre-qüência .

Na etapa 305, uma freqüência é computada. A fre-qüência de acordo com a invenção é vantajosamente computadada mudança de fase de 90 graus. A freqüência em uma modali-dade usa a mudança de fase de 90 graus e o sinal sensor cor-respondente, do qual se deriva a mudança de fase de 90graus. A freqüência é uma freqüência de resposta vibratóriade um do primeiro sinal sensor e do segundo sinal sensor (asfreqüências dos dois sinais sensores são substancialmenteidênticas em operação). A freqüência compreende uma respostade freqüência vibratória do tubo de escoamento ou tubos deescoamento a uma vibração gerada pelo acionador 180.

A freqüência assim derivada é obtida, sem a neces-sidade para qualquer sinal de referência de freqüência inde-pendente. A freqüência é obtida da única mudança de fase de90 graus em uma operação, que é muito mais rápido do que natécnica anterior. A freqüência resultante tem uma maior pre-cisão do que uma freqüência calculada na técnica anterior.

Na etapa 306, uma vazão mássica do material em es-coamento é computada. A vazão mássica é computada da dife-rença de fase resultante e da freqüência resultante computa-das nas etapas 304 e 305. Além disso, a computação da vazãomássica pode computar uma diferença de tempo (At) da dife-rença de fase e da freqüência, com a diferença de tempo (At)sendo basicamente usada para computar a vazão mássica.

Na etapa 307, a densidade pode ser opcionalmentedeterminada. A densidade pode ser determinada como uma dascaracterísticas de escoamento, e pode ser determinada, porexemplo, da freqüência.

Na etapa 308, a vazão volumétrica pode ser opcio-nalmente determinada. A vazão volumétrica pode ser determi-nada como uma das características de escoamento, e pode serdeterminada, por exemplo, da vazão mássica e da densidade.

A Figura 4 mostra a eletrônica de medição 20 deacordo com uma modalidade da invenção. Os elementos em comumcom a Figura 2 partilham os mesmos números de referência.

A eletrônica de medição 20 inclui, nessa modalida-de, o primeiro sinal sensor 210 e o segundo sinal sensor211. O sistema de processamento 203 processa os primeiro esegundo sinais sensores (digitais) 210 e 211, para determi-nar a uma ou mais características de escoamento dos sinais.Como discutido acima, a uma ou mais características de esco-amento podem incluir uma decimalização, uma freqüência, umadiferença de tempo (At), uma vazão mássica, uma densidadee/ou uma vazão volumétrica para o material em escoamento.

Na modalidade mostrada, o sistema de processamento203 determina as características de escoamento de apenas osdois sinais sensores 210 e 211, sem a necessidade para qual-quer medida de freqüência externa e sem a necessidade paraum sinal de referência de freqüência externa. O sistema deprocessamento 203 pode determinar pelo menos a diferença defase e a freqüência dos dois sinais sensores 210 e 211.

Como foi discutido acima, o sistema de armazena-mento 204 armazena uma rotina de mudança de fase 212, umarotina de diferença de fase 215, uma rotina de freqüência216, uma rotina de diferença de tempo (At) 217 e uma rotinade características de escoamento 218. O sistema de armazena-mento 204 armazena o primeiro sinal sensor 210 e o segundosinal sensor 211. 0 sistema de armazenamento 204 também ar-mazena uma primeira mudança de fase de 90 graus 213 e umasegunda mudança de fase de 90 graus, que são geradas dos si-nais sensores para determinar as características de escoa-mento. Como foi discutido acima, o sistema de armazenamento204 armazena a diferença de fase 220, a freqüência 221, adiferença de tempo (At) 222, a densidade 224 e a vazão más-sica 225.

A rotina de mudança de fase 212, conduzida a umamudança de fase de 90 graus em um sinal de entrada, incluin-do no primeiro sinal sensor 210 e no segundo sinal sensor211. A rotina de mudança de fase 212, em uma modalidade, im-plementa uma transformação de Hilbert (discutida abaixo).

A rotina de diferença de fase 215 determina umadiferença de fase, usando a primeira mudança de fase de 90graus 213 e a segunda mudança de fase de 90 graus 214. In-formações adicionais também podem ser usadas para computar adiferença de fase. A diferença de fase é, em uma modalidade,computada do primeiro sinal sensor 210, do segundo sinalsensor 211, da primeira mudança de fase de 90 graus 212 e dasegunda mudança de fase de 90 graus 213. A diferença de fasedeterminada pode ser armazenada na diferença de fase 220 dosistema de armazenamento 204, como discutido acima. A dife-rença de fase, quando determinada usando as primeira e se-gunda mudanças de fase a 90 graus, pode ser calculada e ob-tida muito mais rápido do que na técnica anterior. Isso podeproporcionar uma diferença critica nas aplicações de medidorde fluxo, tendo altas vazões ou quando ocorrem escoamentosmultifase. Além disso, a diferença de fase pode ser determi-nada, independente da freqüência dos sinais sensores 210 e211. Além do mais, em virtude da diferença de fase ser de-terminada independentemente da freqüência, um componente deerro na diferença de fase não sofre de um componente de erroda determinação de freqüência, isto é, não há erro de combi-nação na medida de diferença de fase. Conseqüentemente, oerro de diferença de fase é reduzido em relação a uma dife-rença de fase da técnica anterior.

A rotina de freqüência 216 determina a freqüência(tal como aquela apresentada no primeiro sinal sensor 210 ouno segundo sinal sensor 211) da primeira mudança de fase de90 graus 213 e da segunda mudança de fase de 90 graus 214. Afreqüência determinada pode ser armazenada na freqüência 221do sistema de armazenamento 204, como discutido acima. Afreqüência, quando determinada das primeira e segunda mudan-ças de fase de 90 graus, pode ser calculada e obtida muitomais rápido do que na técnica anterior. Isso pode proporcio-nar uma diferença de fase nas aplicações de medidor de flu-xo, tendo altas vazões ou quando ocorrem escoamentos multi-fase.

A rotina de diferença de tempo (At) 217 determinauma diferença de tempo (At) entre o primeiro sinal sensor210 e o segundo sinal sensor 211. A diferença de tempo (At)pode ser armazenada na diferença de tempo (At) 222 do siste-ma de armazenamento 204, como discutido acima. A diferençade tempo (At) compreende substancialmente a fase determinadadividida pela freqüência determinada, e é, portanto, usadapara determinar a vazão mássica.

A rotina de características de escoamento 218 podedeterminar uma ou mais da vazão mássica, densidade e/ou va-zão volumétrica, como discutido acima.

A Figura 5 é um fluxograma 500 de um método deprocessamento dos primeiro e segundo sinais sensores em ummedidor de fluxo Coriolis, de acordo com uma modalidade dainvenção. Na etapa 501, o primeiro sinal sensor é recebido.Em uma modalidade, o primeiro sinal sensor compreende um si-nal sensor de interceptação a montante ou a jusante.

Na etapa 502, o segundo sinal sensor é recebido.Em uma modalidade, o segundo sinal sensor compreende um si-nal sensor de interceptação a jusante ou a montante (isto é,o oposto do primeiro sinal sensor).

Na etapa 503, os sinais sensores podem ser condi-cionados. Em uma modalidade, o condicionamento pode incluirfiltração, para remover ruido e sinais indesejados. Em umamodalidade, a filtração pode compreender filtração em filtrode passagem de baixas freqüências, como discutido acima. A-lém disso, outras operações de condicionamento podem serconduzidas, tais como amplificação, separação, etc. Se ossinais sensores compreenderem sinais' analógicos, a etapa po-de compreender ainda qualquer tipo de amostragem, digitali-zação e decimalização, que são conduzidas para produzir si-nais sensores digitais.

Na etapa 504, uma primeira mudança de fase de 90graus é gerada. A primeira mudança de fase de 90 graus com-preende uma mudança de fase de 90 graus do primeiro sinalsensor. A mudança de fase de 90 graus pode ser conduzida porqualquer tipo de mecanismo ou operação. Em uma modalidade, amudança de fase de 90 graus é conduzida usando uma transfor-mação de Hilbert, operando em sinais sensores digitais.

Na etapa 505, uma segunda mudança de fase de 90graus é gerada. A segunda mudança de fase de 90 graus com-preende uma mudança de fase de 90 graus do segundo sinalsensor. Como na primeira mudança de fase de 90 graus, a mu-dança de fase de 90 graus pode ser conduzida por qualquertipo de mecanismo ou operação.

Na etapa 506, uma diferença de fase é computadaentre o primeiro sinal sensor e o segundo sinal sensor, u-sando a primeira mudança de fase de 90 graus e a segunda mu-dança de fase de 90 graus. Informações adicionais também po-dem ser usadas para computar a diferença de fase. Em uma mo-dalidade, a diferença de fase é determinada do primeiro si-nal sensor, do segundo sinal sensor, da primeira mudança defase de 90 graus e da segunda mudança de fase de 90 graus. Adiferença de fase compreende uma diferença de fase no sinalde resposta, isto é, nos dois sensores de interceptação, is-to é percebido devido ao efeito Coriolis no conjunto medidorvibratório 10.

A diferença de fase resultante é determinada sem anecessidade para qualquer valor de freqüência no cálculo. Adiferença de fase resultante pode ser obtida muito mais rá-pido do que uma diferença de fase calculada usando uma fre-qüência. A diferença de fase resultante tem uma maior preci-são do que uma diferença de fase calculada usando uma fre-qüência.

Na etapa 507, uma freqüência é computada. A fre-qüência de acordo com a invenção é vantajosamente computadada primeira mudança de fase de 90 graus e da segunda mudançade fase de 90 graus. A freqüência usa, em uma modalidade, amudança de fase de 90 graus e o sinal sensor correspondente,do qual a mudança de fase de 90 graus é derivada. A freqüên-cia é uma freqüência de resposta vibratória de um do primei-ro sinal sensor e do segundo sinal sensor (as freqüênciasdos dois sinais sensores são substancialmente idênticas emoperação). A freqüência compreende uma resposta de freqüên-cia vibratória do tubo de escoamento ou tubos de escoamentoa uma vibração gerada pelo acionador 180.

A freqüência assim derivada é obtida, sem a neces-sidade para qualquer sinal de referência de freqüência inde-pendente. A freqüência é obtida da única mudança de fase de90 graus em uma operação, que é muito mais rápido do que natécnica anterior. A freqüência resultante tem uma maior pre-cisão do que uma freqüência calculada na técnica anterior.

Na etapa 508, uma vazão mássica do material em es-coamento é computada. A vazão mássica é computada da dife-rença de fase resultante e da freqüência resultante computa-das nas etapas 506 e 507. Além disso, a computação da vazãomássica pode computar uma diferença de tempo (Át) da dife-rença de fase e da freqüência, com a diferença de tempo (Át)sendo basicamente usada para computar a vazão mássica.

Na etapa 509, a densidade pode ser opcionalmentedeterminada como discutido acima.Na etapa 510, a vazão mássica pode ser determinadaopcionalmente como discutido acima.

A Figura 6 é um diagrama de blocos 600 de uma par-te do sistema de processamento, de acordo com uma modalidadeda invenção. Na figura, os blocos representam um conjunto decircuitos de processamento e/ou ações / rotinas de processa-mento. O diagrama de blocos 600 inclui um bloco de filtro deIo estágio 601, um bloco de filtro de 2o estágio 602, umbloco de transformação de Hilbert 603 e um bloco de análise604. As entradas LPO e RPO compreendem a entrada de sinal deinterceptação à esquerda e a entrada de sinal de intercepta-ção à direita. A LPO ou a RPO pode compreender um primeirosinal sensor.

Em uma modalidade, o bloco de filtro de Io estágio601 e o bloco de filtro de 2° estágio 602 compreendem fil-tros de decimalização polifásicos de Resposta por ImpulsoFinito (FIR), implementados no sistema de processamento 203.

Esses filtros proporcionam um método ótimo para filtração edecimalização de um ou ambos os sinais sensores, com as fil-tração e decimalização sendo conduzidas no mesmo tempo cro-nológico e na mesma taxa de decimalização. Alternativamente,o bloco de filtro de Io estágio 601 e o bloco de filtro de2° estágio 602 podem compreender filtros de Resposta por Im-pulso Infinito (FII), ou outros filtros digitais ou proces-sos de filtros digitais adequados. No entanto, deve-se en-tender que os outros processos de filtração e/ou modalidadesde filtração são considerados e estão dentro do âmbito dadescrição e das reivindicações.A Figura 7 mostra detalhes do bloco de transforma-ção de Hilbert 603, de acordo com uma modalidade da inven-ção. Na modalidade mostrada, o bloco de transformação deHilbert 603 inclui uma ramificação LPO 700 e uma ramificaçãoRPO 710. A ramificação LPO 700 inclui um bloco de retardoLPO 701, em paralelo com um bloco de filtro LPO 702. Igual-mente, a ramificação RPO inclui um bloco de retardo RPO 711,em paralelo com um bloco de filtro RPO 712. O bloco de re-tardo LPO 701 e o bloco de retardo RPO 711 introduzem retar-dos de amostragem. O bloco de retardo LPO 701 e o bloco deretardo RPO 711 introduzem retardos de amostragem. O blocode retardo LPO 701 e o bloco de retardo RPO 711 selecionam,portanto, amostras dos sinais digitais LPO e RPO, que sãocronologicamente de um tempo mais tarde que as amostras dossinais digitais LPE e RPO, que são filtradas pelos bloco defiltro LPO 702 e o bloco de filtro RPO 712. Os bloco de fil-tro LPO 702 e o bloco de filtro RPO 712 conduzem uma mudançade fase de 90 graus nas amostras dos sinais digitais intro-duzidos.

O bloco da transformação de Hilbert 603 é uma pri-meira etapa, para proporcionar a medida de fase. O bloco datransformação de Hilbert 603 recebe os sinais LPO e RPO de-cimalizados, filtrados e conduz uma transformação de Hil-bert. A transformação de Hilbert produz versões de mudançasde fase de 90 graus dos sinais LPO e RPO, isto é, produzcomponentes de quadratura (Q) dos componentes dos sinais emfase (I), originais. A saida do bloco da transformação deHilbert 603 proporciona, portanto, outros componentes dequadratura (Q) LPO Q e RPO Q, juntamente com os componentesdos sinais em fase (I), originais LPO I e RPO I.

As entradas para o bloco da transformação de Hil-bert 603 podem ser representados como:

<formula>formula see original document page 37</formula>

Usando a transformação de Hilbert, a saida fica:

<formula>formula see original document page 37</formula>

Combinando-se os termos originais com a saida datransformação de Hilbert,. produz-se:

<formula>formula see original document page 37</formula>

As Figuras 8 e 9 são diagramas de bloco de duasramificações independentes do bloco de análise 604, de acor-do com uma modalidade da invenção. O bloco de análise 604 éo estágio final da freqüência, fase diferencial, e medida dedelta T (At). A Figura 8 é uma parte fase 604a, compreenden-do uma primeira ramificação, que determina uma diferença defase dos componentes em fase (I) e quadratura (Q) . A Figura9 é uma parte freqüência 604b, que determina uma freqüênciados componentes em fase (I) e quadratura (Q) de um único si-nal sensor. O único sinal sensor pode compreender o sinalLPO, como mostrado, ou pode compreender, alternativamente, osinal RPO.

Na modalidade da Figura 8, a parte fase 604a dobloco de análise 604 inclui os blocos de união 801a e 801b,um bloco conjugado 802, um bloco de multiplicação complexa803, um bloco de filtro 804 e um bloco de ângulos de fase 805.

Os blocos de união 801a e 801b recebem ambos oscomponentes em fase (I) e de quadratura (Q) de um sinal sen-sor e os deixa passar. O bloco conjugado 802 conduz um con-jugado complexo em um sinal sensor (aqui o sinal LPO) e for-ma um negativo do sinal imaginário. O bloco de multiplicaçãocomplexa 803 multiplica o sinal RPO e o sinal LPO, implemen-tando a equação (8) abaixo. O bloco de filtro 804 implementaum filtro digital, tal como o filtro FIR discutido acima. Obloco de filtro 804 pode compreender um filtro de decimali-zação polifásica, que é usado para remover o conteúdo harmô-nico dos componentes em fase (I) e de quadratura (Q) do si-nal sensor, bem como decimalizar o sinal. Os coeficientes dofiltro podem ser selecionados para proporcionar decimaliza-ção do sinal introduzido, tal como, por exemplo, decimaliza-ção por um fator de 10. O bloco de ângulo de fase 805 deter-mina o ângulo de fase dos componentes em fase (I) e de qua-dratura (Q) do sinal LPO e do sinal RPO. O bloco de ângulode fase 805 implementa a equação (11) mostrada abaixo.A parte fase 604a mostrada na Figura 8 implementaa seguinte equação:

<formula>formula see original document page 39</formula>

na qual LPO é o conjugado complexo de LPO. Consi-derando que:

<formula>formula see original document page 39</formula>

então:

LPO* RPO = A2em = A2 [oos(0 + i sin(0] (10)

<formula>formula see original document page 39</formula>

O ângulo de fase diferencial resultante é:sin(^)

<formula>formula see original document page 39</formula>

A Figura 9 é um diagrama de blocos de uma partefreqüência 604b do bloco de análise 604 de acordo com a in-venção. A parte freqüência 604b pode operar no sinal de in-terceptação à esquerda ou à direita (LPO ou RPO) . A partefreqüência 604b inclui, na modalidade mostrada, um bloco deunião 901, um bloco conjugado complexo 902, um bloco de a-mostragem 903, um bloco de multiplicação complexa 904, umbloco de filtro 905, um bloco de ângulos de fase 906, umbloco de constante 907 e um bloco de divisão 908.

Como discutido acima, o bloco de união 901 recebeambos os componentes em fase (I) e de quadratura (Q) de umsinal sensor e os deixa passar. O bloco conjugado 902 execu-ta um conjugado complexo em um sinal sensor, aqui o sinalLPO, e forma um negativo do sinal imaginário. O bloco de re-tardo 903 introduz um retardo de amostragem na parte fre-qüência 604b, e seleciona, portanto, uma amostra de sinaldigital que é cronologicamente mais antiga em tempo. Essaamostra de sinal digital mais antiga é multiplicada com osinal digital atual no bloco de multiplicação complexa 904.

O bloco de multiplicação complexa 904 multiplica o sinal LPOe o sinal conjugado LPO, implementando a equação (12) abai-xo. O bloco de filtro 905 implementa um filtro digital, talcomo o filtro FIR discutido acima. O bloco de filtro 905 po-de compreender um filtro de decimalização polifásica, que éusado para remover o conteúdo harmônico dos componentes emfase (I) e de quadratura (Q) do sinal sensor, bem como deci-malizar o sinal. Os coeficientes de filtro podem ser sele-cionados para proporcionar decimalização do sinal introduzi-do, tal como, por exemplo, decimalização por um fator de 10.O bloco de ângulo de fase 906 determina um ângulo de fasedos componentes em fase (I) e de quadratura (Q) do sinalLPO. O bloco do ângulo de fase 906 implementa uma parte deequação (13) abaixo. O bloco de constante 907 fornece um fa-tor, que compreende uma taxa de amostra Fs dividida por doispi, como mostrado na equação (14). O bloco de divisão 908conduz a operação de divisão da equação (14).A parte freqüência 604b implementa a seguinte e-quação:

<formula>formula see original document page 41</formula>

O ângulo entre duas amostras consecutivas é, portanto

<formula>formula see original document page 41</formula>

que a freqüência em radiano da interceptação à es-querda . Convertendo para Hz:

<formula>formula see original document page 41</formula>

na qual "Fs" é a taxa do bloco de transformação deHilbert 603. No exemplo discutido acima, "Fs" é cerca de 2kHz.

A Figura 10 é uma representação gráfica do espec-tro de potência de um sinal sensor de interceptação de ummedidor de fluxo, sob condições normais. A freqüência funda-mental do medidor de fluxo é o pico mais alto do gráfico e élocalizada em torno de 135 Hz. A figura também mostra váriosoutros picos grandes no espectro de freqüência (o primeiromodo não fundamental é o modo de torção, a uma freqüência decerca de 1,5 vez a freqüência do modo fundamental). Essespicos compreendem freqüências harmônicas do medidor de fluxoe também compreende outros modos sensores indesejáveis (istoé, um modo de torção, um segundo modo de desvio, etc.).

A Figura 11 mostra um bloco de transformação deHilbert alternativa 6031 de acordo com uma única modalidadede mudança de fase. O bloco de transformação de Hilbert 603'nessa modalidade inclui uma ramificação LPO 1100 e uma rami-ficação RPO 1110. A ramificação LPO 1100 inclui um bloco deretardo 701 em paralelo com um bloco de filtro 702. A rami-ficação RPO 1110 nessa modalidade inclui apenas um bloco deretardo 701. Como antes, os blocos de retardo 701 introduzemretardos de amostragem. Como antes, o bloco de filtro 702executa uma mudança de fase de 90 graus na amostra do sinaldigital introduzida. Deve-se entender que, alternativamente,o bloco de transformação de Hilbert 603' pode mudar a fase,tal como o sinal RPO.

Essa modalidade de processamento usa a transforma-ção de Hilbert / mudança de fase de apenas um sinal sensor,para derivar ambas a freqüência e a diferença de fase (con-sultar as Figuras 2 e 3) . Isso reduz significativamente onúmero de computações necessárias para executar uma medidade fase e reduzir, significativamente, o número de computa-ções necessárias para obter a vazão mássica.

Nessa modalidade, a saida do bloco de transforma-ção de Hilbert 603' vai proporcionar o componente de quadra-tura (Q) do sinal sensor à esquerda ou à direita, mas nãoambos. No exemplo abaixo, o sinal LPO é submetido a uma mu-dança de fase.<formula>formula see original document page 43</formula>

Usando a transformação de Hilbert, a saída fica

<formula>formula see original document page 43</formula>

Combinando o termo LPO original com a saída datransformação de Hilbert (isto é, com a mudança de fase de90 graus) produz:

<formula>formula see original document page 43</formula>

enquanto que o RPO fica igual

<formula>formula see original document page 43</formula>

A Figura 12 mostra o bloco de análise 604a1 para amodalidade de mudança de fase única. O bloco de análise 604'inclui, nessa modalidade, um bloco de união 801, o bloco demultiplicação complexa 803, um bloco de filtro de passagemde baixas freqüências 1201 e um bloco de ângulo de fase 805.O bloco de análise 604'a implementa, nessa modalidade, a se-guinte equação:<formula>formula see original document page 44</formula>

O bloco de filtro de passagem de baixas freqüên-cias 1201 compreende um filtro de passagem de baixas fre-qüências, que remove um componente de alta freqüência produ-zido pelo bloco de multiplicação complexa 803. O bloco defiltro de passagem de baixas freqüências 1201 pode implemen-tar qualquer tipo de operação de filtração em filtro de pas-sagem de baixas freqüências. O resultado da operação de mul-tiplicação produz dois termos. O termo (-cot + cot + 0) secombina e é simplificado a um termo 0 apenas de fase (umresultado DC) , uma vez que os termos (-cot) e (cot) se cance-lam entre eles. O termo (-cot + cot + 0) é simplificado a umtermo (2cot + 0), no dobro da freqüência. Uma vez que o re-sultado é a soma dos 2 termos, o termo de alta freqüência(2cot + 0) pode ser removido. O único sinal de interesse a-qui é o termo DC. 0 termo de alta freqüência (2 cot + 0) podeser filtrado fora do resultado usando um filtro de passagemde baixas freqüências. O corte do filtro de passagem de bai-xas freqüências pode ser localizado em qualquer lugar entrezero e 2co.

Após filtração, o resultado é:

<formula>formula see original document page 44</formula>Portanto, o ângulo de fase diferencial é:

<formula>formula see original document page 45</formula>

Tomando-se a transformação de Hilbert de um sinalde interceptação em vez, de dois, a carga computacional, ne-cessária para fazer uma estimativa de fase e de freqüênciaem medidores de fluxo Coriolis, é reduzida vantajosamente.

As fase e freqüência podem ser, portanto, determinadas usan-do-se dois sinais sensores, mas usando apenas uma mudança defase de 90 graus.

A Figura 13 mostra o processamento de sensor dainvenção, comparado com o da técnica anterior, em que há umacomparação dos valores de diferença de tempo (At) de cada umdeles. O gráfico mostra um material em escoamento incluindoum escoamento de gás (isto é, bolhas de gás, por exemplo) .

Sob essa condição, o ruido do escoamento é substancialmentereduzido no algoritmo gerado, por causa do cálculo da taxade fase e da freqüência. Pode-se notar do gráfico que o re-sultado derivado pela invenção não apresenta os grandes pi-cos e vales, que são refletidos nas medidas da técnica ante-rior (At) .

A Figura 14 mostra a eletrônica de medição 20 deacordo com uma outra modalidade da invenção. A eletrônica demedição 20 dessa modalidade pode determinar uma fração devazio do gás em um material em escoamento por um medidor defluxo associado, entre outras coisas. A eletrônica de medi-ção 20 pode receber uma resposta de freqüência do materialem escoamento, decompor a resposta de freqüência em pelo me-nos um componente de freqüência de gás e um componente defreqüência de fluido, e determinar a fração de vazio de gásda resposta de freqüência e de um ou mais do componente defreqüência de gás e do componente de freqüência de fluido. Afração de vazio pode compreender uma fração de vazio subs-tancialmente instantânea. A eletrônica de medição 20 pode,portanto, determinar as características de escoamento de umfluido, independentemente da presença ou da quantidade degás entranhado.

O fluido pode compreender qualquer tipo de fluidoe o gás pode compreender qualquer tipo de gás. O gás podecompreender, por exemplo, ar. A discussão abaixo focaliza arem um fluido, mas deve-se entender que a invenção se aplicaa qualquer gás.

O sistema de processamento 203 pode incluir, nessamodalidade, uma rotina de fração de vazio 1401, uma rotinade filtro de entalhe 1402 e uma ou mais rotinas de filtro oufiltros, tais como uma rotina de filtro de passagem de bai-xas freqüências 1403 e uma rotina de filtro de passagem defreqüências elevadas 1404. Alternativamente, a uma ou maisrotinas de filtro ou filtros podem incluir uma configuraçãode filtro de entalhe ou outra configuração de filtro, querejeita uma faixa estreita de freqüências. O sistema de pro-cessamento 203 pode incluir também uma resposta de freqüên-cia 1410 e uma fração de vazio 1418, que pode armazenar asmedidas de resposta de freqüência e as determinação de fra-ção de vazio, respectivamente. 0 sistema de processamento203 pode incluir ainda um componente de freqüência de fluido1416 e um componente de freqüência de gás 1412, que armaze-nam os valores das freqüências operacionais para a determi-nação de fração de vazio. O sistema de processamento 203 po-de incluir ainda uma densidade global 1420, uma densidade decomponente de gás 1412 e uma densidade de componente defluido 1422, que armazenam os valores de densidade para adeterminação de fração de vazio.

A resposta de freqüência 1410 compreende, em umamodalidade, a freqüência discutida acima 221, recebida doconjunto medidor 10 (Figuras 2 e 4) . A resposta de freqüên-cia 1410 pode ser determinada usando os blocos de processa-mento discutidos acima (consultar as Figuras 6, 7 e 9). Van-tajosamente, quando do uso da determinação de freqüência dealta velocidade discutida acima, a invenção pode rápida,precisa e confiavelmente determinar a fração de vazio do gás1418 .

Em uma modalidade, a resposta de freqüência 1410 éderivada dos primeiro e segundo sinais sensores, em que osdois sinais sensores são processados pelo sistema de proces-samento 203, para obter a resposta de freqüência 1410. Oprocessamento pode incluir a mudança de fase de um sinalsensor, como discutido acima, e gerar os valores de freqüên-cia com base no sinal de fase mudada e nos dois sinais sen-sores .

A resposta de freqüência 1410 compreende uma fre-qüência mista (fmix)/ em que a resposta de freqüência 1410pode incluir um componente de freqüência de gás (fgas) 1412 eum componente de freqüência de fluido (ffiuid) 1416. A qual-quer momento, a resposta de freqüência 1410 pode incluirqualquer proporção de um componente de freqüência de gás(fgas) 1412 (isto é, gás entranhado) .

A Figura 15 é um gráfico de respostas de freqüên-cias do medidor de fluxo para ar, para um fluido e para umamistura de ar / fluido combinados (isto é, para um fluidoincluindo ar entranhado). Um conceito básico da invenção éque a densidade de um gás é distinguivel da densidade de umfluido no material em escoamento escoando pelo medidor defluxo. Uma vez que a densidade pode ser derivada de uma fre-qüência medida, que é obtida por um medidor de fluxo, a fre-qüência associada com o ar é também distinguivel da freqüên-cia do fluido. Isso é também verdade para outros gases oumisturas de gases.

Uma equação para calcular a freqüência é:

<formula>formula see original document page 48</formula>

na qual co é a freqüência em radianos do medidor defluxo Coriolis. O termo oú-i representa uma amostra de fre-qüência em radianos de um periodo de amostragem prévio ouanterior. A conversão da freqüência em radianos co a uma fre-qüência f em hertz (Hz) apresenta:

<formula>formula see original document page 48</formula>Essa equação, considera que apenas uma freqüênciaestá presente. Se duas freqüências estão presentes, como nocaso de ar entranhado (a freqüência de ar e a freqüência domaterial em escoamento fluido),, a equação passa a ser:

<formula>formula see original document page 49</formula>

em que fmix é a resposta de freqüência de todo omaterial em escoamento, incluindo um componente de freqüên-cia de gás (fgas) e um componente de freqüência de fluido (f-fluid).

A rotina do filtro de passagem de baixas freqüên-cias 1403 implementa um filtro, de passagem de baixas fre-qüências. Um filtro de passagem de baixas freqüências deixapassar as baixas freqüências substancialmente abaixo de umafreqüência de corte de passagem de baixas freqüências. Umfiltro de passagem de baixas freqüências pode ser usado pararemover as altas freqüências.

A rotina de filtro de passagem de freqüências ele-vadas 1404 implementa um filtro de passagem de freqüênciaselevadas. Um filtro de passagem de freqüências elevadas dei-xa passar as freqüências elevadas substancialmente acima deuma freqüência de corte de passagem de freqüências elevadas.Um filtro de passagem de freqüências elevadas pode ser, por-tanto, usado para remover as baixas freqüências.

A rotina de filtro de entalhe 1402 implementa umfiltro de entalhe. Um filtro de entalhe rejeita uma faixaestreita de freqüências, que são centralizada em um "enta-lhe" na resposta de freqüência do filtro de entalhe. Apenasas freqüências no entalhe são rejeitadas pelo filtro de en-talhe. Portanto, o filtro de entalhe é muito útil para a re-moção de freqüências indesejadas, conhecidas da resposta defreqüência 1410.

Em operação, a eletrônica de medição 20 recebe aresposta de freqüência 1410. A eletrônica de medição 20 de-compõe a resposta de freqüência 1410 no componente de fre-qüência de gás 1412 e no componente de freqüência de fluido1416. A eletrônica de medição 20 usa a resposta de freqüên-cia 1410 e um ou mais do componente de freqüência de gás1412 e do componente de freqüência de fluido 1416, para de-terminar a fração de vazio do gás. A eletrônica de mediçãodetermina uma densidade global (pmiX) 1420 da resposta defreqüência 1410. Igualmente, uma densidade de componente degás (Pgas) 1421 é determinada do componente de freqüência degás 1412, e uma densidade de componente de fluido (pfiuid)1422 é determinada do componente de freqüência de fluido1416 (consultar as equações 38 e 39 abaixo). Esses valoresde densidade podem ser usados para determinar a fração devazio. Conseqüentemente, a fração de vazio pode ser determi-nada para substancialmente qualquer gás e substancialmentequalquer liquido no material em escoamento.

A densidade (p) compreende:<formula>formula see original document page 51</formula>

em que m é a medida de vazão mássica, f é a medidade freqüência, e b é algum tipo de fator de calibração. Con-seqüentemente, a fração de vazio de gás 1418 é calculada co-mo uma razão da densidade de componente de fluido (Pfiuid)1422 menos a densidade global (pmiX) 1420, dividido pela den-sidade de componente de fluido (pfiuid) 1422. A computaçãotem a forma:

<formula>formula see original document page 51</formula>

A fração de vazio resultante de gás 1418 refleteuma razão de gás para fluido no material em escoamento.

Deve-se entender que apenas um do componente defreqüência de gás 1412 e do componente de freqüência defluido 1416 pode ser necessário, se o gás ou fluido for co-nhecido. Por exemplo, se o gás compreende ar, então uma res-posta de freqüência (e a densidade) de ar padrão podem serconsiderada. Por conseguinte, a freqüência de gás ou fluidoconhecida pode ser filtrada, e apenas uma etapa de filtraçãoé necessária.

A eletrônica de medição 20 pode determinar adicio-nalmente outras características de escoamento, tal como avazão mássica global, uma vazão mássica apenas do componentede fluido, uma densidade de fluido, etc. A eletrônica de me-dição 20 pode ficar em comunicação com o conjunto medidor10, em que o conjunto medidor 10 pode compreender qualquertipo de medidor de fluxo que gere uma resposta de freqüên-cia. Em uma modalidade, o conjunto medidor 10 compreende ummedidor de fluxo Coriolis. Em outra modalidade, o conjuntomedidor 10 compreende um densitômetro vibratório.

Deve-se entender que a eletrônica de medição 20dessa figura pode incluir vários outros componentes e/ou ro-tinas que foram discutidas previamente. Os componentes e/ourotinas em comum com outras modalidades partilham os númerosde referência comuns. A eletrônica de medição 20 pode deter-minar uma resposta de freqüência e uma densidade para o ma-terial em escoamento, como discutido acima.

Um método de decompor os componentes de freqüênciade fluido e gás, da resposta de freqüência, compreende a e-xecução de duas operações de filtração. Uma operação de fil-tração compreende filtrar a resposta de freqüência com umprimeiro filtro, que rejeita substancialmente o componentede freqüência de gás e deixa passar substancialmente o com-ponente de freqüência de fluido. A segunda operação de fil-tração compreende filtrar a resposta de freqüência com umsegundo filtro, que rejeita substancialmente o componente defreqüência de fluido e deixa passar substancialmente o com-ponente de freqüência de gás. Por conseguinte, o primeirofiltro transmite o componente de freqüência de fluido e osegundo filtro transmite o componente de freqüência de gás.

A Figura 16 é um fluxograma 1600 de um método paradeterminar uma fração de vazio de gás em um material em es-coamento escoando por um medidor de fluxo, de acordo com umamodalidade da invenção. Na etapa 1601, uma resposta de fre-qüência é recebida. A resposta de freqüência pode ser rece-bida, por exemplo, pela eletrônica de medição 20. A respostade freqüência compreende uma resposta de freqüência a umconjunto medidor vibratório 10, que inclui o material em es-coamento. O material em escoamento pode incluir gás entra-nhado.

Em uma modalidade, a resposta de freqüência podecompreender um primeiro sinal sensor e um segundo sinal sen-sor. 0 primeiro sinal sensor e o segundo sinal sensor podemser recebidos de sensores de interceptação 170L e 170R do,por exemplo, conjunto medidor 10. Uma mudança de fase de 90graus pode ser gerada de quaisquer dos sinais sensores. Amudança de fase de 90 graus e os primeiro e segundo sinaissensores podem ser usados para computar a 1, em que a res-posta de freqüência varia com o tempo, de acordo tanto com avazão mássica do material em escoamento quanto de acordo coma presença e proporção de gás entranhado.

Na etapa 1602, a resposta de freqüência é decom-posta em um componente de freqüência de gás 1412 e um compo-nente de freqüência de fluido 1416. Isso é possível porque aresposta de freqüência 1410 compreende um componente de fre-qüência de gás, que é relacionado com uma vazão de gás nomaterial em escoamento, e um componente de freqüência defluido, que é relacionado com a vazão de fluido. O fluidopode compreender qualquer tipo de fluido. A decomposição po-de ser conduzida por um primeiro filtro e um segundo filtro,como discutido acima. Além disso, a decomposição pode serconduzida por um filtro de passagem de baixas freqüências eum filtro de passagem de freqüências elevadas, como discuti-do acima.

Na etapa 1603, como discutido acima, a fração devazio de gás 1418 é determinada usando a resposta de fre-qüência 1410, o componente de freqüência de gás 1412 e ocomponente de freqüência de fluido 1416. A determinação podeincluir determinar os valores de densidade da resposta defreqüência 1410, componente de freqüência de gás 1412 e com-ponente de freqüência de fluido 1416, como discutido acima.A fração de vazio de gás resultante 1418 pode ser expressacomo uma razão, um percentual ou outra medida.

A Figura 17 é um fluxograma 1700 de um método paradeterminar uma fração de vazio de gás em um material em es-coamento escoando por um medidor de fluxo, de acordo com umamodalidade da invenção. Na etapa 1701, uma resposta de fre-qüência é recebida, como discutido acima.

Na etapa 1702, a resposta de freqüência é filtradacom um primeiro filtro. O primeiro filtro rejeita substanci-almente o componente de freqüência de gás e deixa passarsubstancialmente o componente de freqüência de fluido (con-sultar a Figura 18). Em uma modalidade, o primeiro filtrocompreende um filtro de passagem de baixas freqüências, emque uma freqüência de corte de passagem de baixas freqüên-cias do filtro de passagem de baixas freqüências é substan-cialmente acima do componente de freqüência de fluido. Porconseguinte, o filtro de passagem de baixas freqüências dei-xa passar substancialmente o componente de freqüência defluido e rejeita substancialmente o componente de freqüênciade gás.

Na etapa 1703, a resposta de freqüência é filtradacom um segundo filtro. O segundo filtro rejeita substancial-mente o componente de freqüência de fluido e deixa passarsubstancialmente o componente de freqüência de gás. Em umamodalidade, o segundo filtro compreende um filtro de passa-gem de freqüências elevadas, em que uma freqüência de cortede passagem de freqüências elevadas do filtro de passagem defreqüências elevadas é substancialmente abaixo do componentede freqüência de gás (mas acima do componente de freqüênciade fluido) . Por conseguinte, o filtro de passagem de fre-qüências elevadas deixa passar substancialmente o componentede freqüência de gás e rejeita substancialmente o componentede freqüência de fluido.

Na etapa 1704, como discutido acima, a fração devazio de gás 1418 é determinada, usando a resposta de fre-qüência 1410, o componente de freqüência de gás 1412 e ocomponente de freqüência de fluido 1416.

A Figura 18 é um gráfico de freqüência mostrandoas respostas dos filtros de passagem de baixas e altas fre-qüências, que podem ser usadas para decompor o componente defreqüência de fluido e o componente de freqüência de gás, deacordo com uma modalidade da invenção. A linha inferior dográfico representa uma freqüência do medidor de fluxo, in-cluindo um lobo de componente de freqüência de fluido e umlobo de componente de freqüência de gás. O lobo de componen-te de freqüência de fluido é inferior em freqüência ao lobode componente de freqüência de gás. As linhas superiorescompreendem uma resposta de filtro de passagem de baixasfreqüências e uma resposta de filtro de passagem de freqüên-cias altas, juntamente com uma freqüência de corte. Aqui, afreqüência de corte para ambos os filtros de passagem debaixas e altas freqüências é substancialmente centralizadaentre os dois lobos. Os filtros de passagem de baixas e al-tas freqüências podem ter uma freqüência de corte comum, oupodem ter diferentes freqüências de corte, dependendo doscomponentes de freqüências de fluido e de gás. Pode-se notarque o filtro de passagem de baixas freqüências vai transmi-tir o componente de freqüência de fluido e o filtro de pas-sagem de freqüências elevadas vai transmitir o componente defreqüência de gás. Portanto, os dois filtros podem decompora resposta de freqüência 1410 no componente de freqüência degás 1412 e no componente de freqüência de fluido 1416.

Outro método de decomposição de componentes defreqüências de fluido e de gás compreende filtrar um únicocomponente de freqüência conhecido, e, usando o componentede freqüência passado pela operação do filtro, determinar asdensidades dos componentes de fluido e de gás. Por exemplo,quando o gás no material em escoamento é ar, então a opera-ção de filtração pode ser configurada para filtrar uma faixade freqüência relativamente estreita, centralizada em umaresposta de freqüência de ar tipica. Subseqüentemente, adensidade global, derivada da resposta de freqüência, e ocomponente de freqüência de fluido, derivado do componentede freqüência de fluido remanescente, podem ser usados paradeterminar um termo de densidade de ar. Por exemplo, quandoo gás é conhecido como sendo ar atmosférico, um filtro (talcomo, por exemplo, um filtro de entalhe) pode ser usado pararejeitar substancialmente um componente de freqüência de arda resposta de freqüência. Por conseguinte, a densidade glo-bal (pmix) 1420 pode ser calculada da resposta de freqüência1410, e uma densidade de componente de fluido (pfiuid) 1422pode ser calculada do componente de freqüência de fluido1416. Portanto, a densidade de componente de ar (pgas) 1421compreende a densidade global (pmiX) 1420 menos a densidadede componente de fluido (Pfiuid) 1422.

Alternativamente, deve-se entender que o componen-te de freqüência de fluido pode ser removido / filtrado, e afração de vazio pode ser determinada por uso do componentede freqüência de gás. Como antes, essa única remoção de fre-qüência pode ser conduzida quando o fluido possui uma res-posta de freqüência característica e uma densidade conheci-das. Portanto, o método de remoção de uma única freqüênciapode remover o componente de freqüência de fluido ou o com-ponente de freqüência de gás.

Em uma modalidade, um único componente de freqüên-cia pode ser removido por um ou mais filtros, enquanto que ooutro componente de freqüência é passado pela operação defiltração. O um ou mais filtros em uma modalidade compreen-dem um filtro de entalhe. Um filtro de entalhe deixa passartodas as freqüências, exceto as freqüências dentro de umafaixa estreita (isto é, um entalhe na resposta de freqüên-cia). Alternativamente, o um ou mais filtros podem compreen-der qualquer filtro ou combinação de filtros satisfatório.

A Figura 19 é um fluxograma 1900 de um método paradeterminar uma fração de vazio de gás em um material em es-coamento escoando por um medidor de fluxo, de acordo com umamodalidade da invenção. Na etapa 1901, a resposta de fre-qüência 1410 é recebida, como discutido acima.

Na etapa 1902, a resposta de freqüência é proces-sada com um filtro de entalhe. O filtro de entalhe deixapassar as freqüências acima e abaixo de um entalhe, tais co-mo, nessa modalidade, as acima e abaixo da resposta de fre-qüência de gás. Portanto, o filtro de entalhe rejeita subs-tancialmente o componente de freqüência de gás 1412. O fil-tro de entalhe deixa passar substancialmente o componente defreqüência de fluido 1416.

A Figura 20 é um gráfico de uma resposta de fre-qüência de filtro de entalhe. No exemplo mostrado, o entalheé centralizado em uma freqüência de gás. O filtro de entalhedeixa passar substancialmente todas as freqüências acima eabaixo do entalhe, e apenas a freqüência de gás é substanci-almente rejeitada pelo filtro de entalhe.

Na etapa 1903, a fração de vazio de gás 1418 é de-terminada usando a resposta de freqüência, o componente defreqüência de gás 1412 e o componente de freqüência de flui-do 1416, como discutido acima.

A eletrônica de medição e o método de acordo com ainvenção podem ser implementados de acordo com quaisquer dasmodalidades, para obter uma série de vantagens, se desejado.A invenção pode determinar uma fração de vazio de gás em umfluxo de duas fases. A invenção pode determinar uma fraçãode vazio de ar. A invenção pode proporcionar uma fração devazio de determinação de gás de maiores precisão e confiabi-lidade. A invenção pode proporcionar uma determinação defração de vazio de gás mais rápida do que na técnica anteri-or e, ao mesmo tempo, consumindo menos tempo de processamen-to.

Claims (34)

1. Eletrônica de medição (20) para determinar umafração de vazio de gás em um material em escoamento escoandopor um medidor de fluxo (5) , CARACTERIZADA pelo fato de quecompreende:uma interface (201) para receber a resposta defreqüência do material em escoamento; eum sistema de processamento (203) em comunicaçãocom a interface (201) e configurado para receber a respostade freqüência da interface (201), decompor a resposta defreqüência em pelo menos um componente de freqüência de gáse um componente de freqüência de fluido, e determinar a fra-ção de vazio do gás da resposta de freqüência e de um oumais do componente de freqüência do gás e do componente defreqüência do fluido.

2. Eletrônica de medição, de acordo com a reivin-dicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a fração de vaziode gás compreende uma fração de vazio de ar.

3. Eletrônica de medição, de acordo com a reivin-dicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a interface (201)inclui um digitalizador (202), configurado para digitalizara resposta de freqüência.

4. Eletrônica de medição, de acordo com a reivin-dicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o sistema de pro-cessamento (203) é configurado ainda para receber ura primei-ro sinal sensor e um segundo sinal sensor do medidor de flu-xo (5), gerar uma mudança de fase de 90 graus do primeirosinal sensor, e computar a resposta de freqüência usando amudança de fase 7de 90 graus.

5. Eletrônica de medição, de acordo com a reivin-dicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o sistema de pro-cessamento (203) é ainda configurado para receber um primei-ro sinal sensor e um segundo sinal sensor do medidor de flu-xo (5), gerar uma mudança de fase de 90 graus do primeirosinal sensor, e computar a resposta de freqüência usando oprimeiro sinal sensor e a mudança de fase de 90 graus.

6. Eletrônica de medição, de acordo com a reivin-dicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o sistema de pro-cessamento (203) é ainda configurado para decompor a respos-ta de freqüência por processamento da resposta de freqüênciacom um ou mais filtros, que rejeitam substancialmente um docomponente de freqüência de gás e do componente de freqüên-cia de fluido.

7. Eletrônica de medição, de acordo com a reivin-dicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o sistema de pro-cessamento (203) é ainda configurado para decompor a respos-ta de freqüência por processamento da resposta de freqüênciacom um filtro de entalhe, que rejeita substancialmente um docomponente de freqüência de gás e do componente de freqüên-cia de fluido.

8. Eletrônica de medição, de acordo com a reivin-dicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o sistema de pro-cessamento (203) é ainda configurado para decompor a respos-ta de freqüência por filtração da resposta de freqüência comum primeiro filtro, que rejeita substancialmente o componen-te de freqüência de gás e deixa passar substancialmente ocomponente de freqüência de fluido, e filtração da respostade freqüência com um segundo filtro, que rejeita particular-mente o componente de freqüência de fluido e deixa passarsubstancialmente o componente de freqüência de gás, em que oprimeiro filtro transmite o componente de freqüência defluido e o segundo filtro transmite o componente de freqüên-cia de gás.

9. Eletrônica de medição, de acordo com a reivin-dicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o sistema de pro-cessamento (203) é ainda configurado para decompor a respos-ta de freqüência por processamento da resposta de freqüênciacom um filtro de passagem de baixas freqüências, com umafreqüência de corte de passagem de baixas freqüências dofiltro de passagem de baixas freqüências estando substanci-almente acima do componente de freqüência de fluido, e com ofiltro de passagem de baixas freqüências deixando passarsubstancialmente o componente de freqüência de fluido e re-jeitando substancialmente o componente de freqüência de gás,e processamento da resposta de freqüência com um filtro depassagem de freqüências elevadas, com uma freqüência de cor-te de passagem de freqüências elevadas do filtro de passagemde freqüências elevadas estando substancialmente abaixo docomponente de freqüência de gás, e com o filtro de passagemde freqüências elevadas passando substancialmente o compo-nente de freqüência de gás e rejeitando substancialmente ocomponente de freqüência de fluido, em que o filtro de pas-sagem de baixas freqüências transmite o componente de fre-qüência de fluido e o filtro de passagem de freqüências ele-vadas transmite o componente de freqüência de gás.

10. Eletrônica de medição, de acordo com a reivin-dicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o sistema de pro-cessamento (203) é ainda configurado para determinar a fra-ção de vazio de gás por cálculo de uma densidade global daresposta de freqüência, cálculo de uma densidade de compo-nente de fluido do componente de freqüência de fluido, cál-culo de uma densidade de componente de gás do componente defreqüência de gás, e cálculo da fração de vazio de gás comouma razão da densidade do componente de fluido menos a den-sidade global, dividido pelo densidade do componente fluidomenos a densidade do componente gasoso.

11. Eletrônica de medição, de acordo com a reivin-dicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o medidor de fluxo(5) compreende um medidor de fluxo Coriolis (5).

12. Método para determinar uma fração de vazio degás em um material em escoamento escoando por um medidor defluxo, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:receber uma resposta de freqüência do material emescoamento;decompor a resposta de freqüência em pelo menos umcomponente de freqüência de gás e um componente de freqüên-cia de fluido; edeterminar a fração de vazio de gás da resposta defreqüência e de um ou mais do componente de freqüência degás e do componente de freqüência de fluido.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERIZADO pelo fato de que tem uma fração de vazio degás compreendendo uma fração de vazio de ar.

14. Método, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERIZADO pelo fato de que receber a resposta de fre-qüência compreende ainda;receber um primeiro sinal sensor e um segundo si-nal sensor do medidor de fluxo;gerar uma mudança de fase de 90 graus do primeirosinal sensor; ecomputar a resposta de freqüência usando a mudançade fase de 90 graus.

15. Método, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERIZADO pelo fato de que receber a resposta de fre-qüência compreende ainda:receber um primeiro sinal sensor e um segundo si-nal sensor do medidor de fluxo;gerar uma mudança de fase de 90 graus do primeirosinal sensor; ecomputar a resposta de freqüência usando o primei-ro sinal sensor e a mudança de fase de 90 graus.

16. Método, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERIZADO pelo fato de que a decomposição compreendeprocessar a resposta de freqüência com um ou mais filtros,que rejeitam substancialmente um do componente de freqüênciade gás e do componente de freqüência de fluido.

17. Método, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERIZADO pelo fato de que a decomposição compreendeprocessar a resposta de freqüência com um filtro de entalhe,que rejeita substancialmente um do componente de freqüênciade gás e do componente de freqüência de fluido.

18. Método, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERIZADO pelo fato de que a decomposição compreende:filtrar a resposta de freqüência com um primeirofiltro, que rejeita substancialmente o componente de fre-qüência de gás e substancialmente deixa passar o componentede freqüência de fluido; efiltrar a resposta de freqüência com um segundofiltro, que rejeita substancialmente o componente de fre-qüência de fluido e substancialmente deixa passar o compo-nente de freqüência de gás,em que o primeiro filtro transmite o componente defreqüência de fluido e o segundo filtro transmite o compo-nente de freqüência de gás.

19. Método, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERIZADO pelo fato de que a decomposição compreende:processar a resposta de freqüência com um filtrode passagem de baixas freqüências, com uma freqüência decorte de passagem de baixas freqüências do filtro de passa-gem de baixas freqüências estando substancialmente acima docomponente de freqüência de fluido, em que o filtro de pas-sagem de baixas freqüências deixa passar substancialmente ocomponente de freqüência de fluido e rejeita substancialmen-te o componente de freqüência de gás; eprocessar a resposta de freqüência com um filtrode passagem de freqüências elevadas, com uma freqüência decorte de passagem de freqüências elevadas do filtro de pas-sagem de freqüências elevadas estando substancialmente abai-xo do componente de freqüência de gás, em que o filtro depassagem de freqüências elevadas deixa passar substancial-mente o componente de freqüência de gás e rejeita substanci-almente o componente de freqüência de fluido.

20. Método, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERIZADO pelo fato de que a determinação compreende:calcular uma densidade global da resposta de fre-qüência;calcular uma densidade de componente de fluido docomponente de freqüência de fluido;calcular uma densidade de componente de gás docomponente de freqüência de gás;calcular a fração de vazio de gás como uma razãoda densidade de componente de fluido menos a densidade glo-bal, dividido pela densidade de componente de fluido menos adensidade de componente de gás.

21. Método, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERIZADO pelo fato de que o medidor de fluxo compreendeum medidor de fluxo Coriolis.

22. Método para determinar uma fração de vazio degás em um material em escoamento escoando por um medidor defluxo, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:receber uma resposta de freqüência do material emescoamento;processar a resposta de freqüência com um filtrode entalhe, que rejeita substancialmente um de um componentede freqüência de gás e um componente de freqüência de flui-do; edeterminar a fração de vazio de gás da resposta defreqüência e de um ou mais do componente de freqüência degás e do componente de freqüência de fluido.

23. Método, de acordo com a reivindicação 22,CARACTERIZADO pelo fato de que tem uma fração de vazio degás compreendendo uma fração de vazio de ar.

24. Método, de acordo com a reivindicação 22,CARACTERIZADO pelo fato de que receber a resposta de fre-qüência compreende ainda;receber um primeiro sinal sensor e um segundo si-nal sensor do medidor de fluxo;gerar uma mudança de fase de 90 graus do primeirosinal sensor; ecomputar a resposta de freqüência usando a mudançade fase de 90 graus.

25. Método, de acordo com a reivindicação 22,CARACTERIZADO pelo fato de que receber a resposta de fre-qüência compreende ainda:receber um primeiro sinal sensor e um segundo si-nal sensor do medidor de fluxo;gerar uma mudança de fase de 90 graus do primeirosinal sensor; ecomputar a resposta de freqüência usando o primei-ro sinal sensor e a mudança de fase de 90 graus.

26. Método, de acordo com a reivindicação 22,CARACTERIZADO pelo fato de que a determinação compreende:calcular uma densidade global da resposta de fre-qüência;calcular uma densidade de componente de fluido docomponente de freqüência de fluido, se o componente de fre-qüência de gás for rejeitado pelo filtro de entalhe, ou cal-cular uma densidade de componente de gás do componente defreqüência de gás, se o componente de freqüência de fluidofor rejeitado;estimar a densidade de componente de gás, se ocomponente de freqüência de gás for rejeitado pelo filtro deentalhe, ou estimar o componente de freqüência de fluido, seo componente de freqüência de fluido for rejeitado; ecalcular a fração de vazio de gás como uma razãoda densidade de componente de fluido menos a densidade glo-bal, dividido pela densidade de componente de fluido menos adensidade de componente de gás.

27. Método, de acordo com a reivindicação 22,CARACTERIZADO pelo fato de que o medidor de fluxo compreendeum medidor de fluxo Coriolis.

28. Método para determinar uma fração de vazio degás em um material em escoamento escoando por um medidor defluxo, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:receber uma resposta de freqüência do material emescoamento;filtrar a resposta de freqüência com um primeirofiltro, que rejeita substancialmente o componente de fre-qüência de gás e deixa passar substancialmente o componentede freqüência de fluido, em que o primeiro filtro transmiteo componente de freqüência de fluido;filtrar a resposta de freqüência com um segundofiltro, que rejeita substancialmente o componente de fre-qüência de fluido e deixa passar substancialmente o compo-nente de freqüência de gás, em que o segundo filtro transmi-te o componente de freqüência de gás; edeterminar a fração de vazio de gás da resposta defreqüência e de um ou mais do componente de freqüência degás e do componente de freqüência de fluido.

29. Método, de acordo com a reivindicação 28,CARACTERIZADO pelo fato de que tem uma fração de vazio degás compreendendo uma fração de vazio de ar.

30. Método, de acordo com a reivindicação 28,CARACTERIZADO pelo fato de que receber a resposta de fre-qüência compreende ainda;receber um primeiro sinal sensor e um segundo si-nal sensor do medidor de fluxo;gerar uma mudança de fase de 90 graus do primeirosinal sensor; ecomputar a resposta de freqüência usando a mudançade fase de 90 graus.

31. Método, de acordo com a reivindicação 28,CARACTERIZADO pelo fato de que receber a resposta de fre-qüência compreende ainda:receber um primeiro sinal sensor e um segundo si-nal sensor do medidor de fluxo;gerar uma mudança de fase de 90 graus do primeirosinal sensor; ecomputar a resposta de freqüência usando o primei-ro sinal sensor e a mudança de fase de 90 graus.

32. Método, de acordo com a reivindicação 28,CARACTERIZADO pelo fato de que a determinação compreende:calcular uma densidade global da resposta de fre-qüência;calcular uma densidade de componente de fluido docomponente de freqüência de fluido;calcular uma densidade de componente de gás docomponente de freqüência de gás;calcular a fração de vazio de gás como uma razãoda densidade de componente de fluido menos a densidade glo-bal, dividido pela densidade de componente de fluido menos adensidade de componente de gás.

33. Método, de acordo com a reivindicação 28,CARACTERIZADO pelo fato de que o medidor de fluxo compreendeum medidor de fluxo Coriolis.

34. Método, de acordo com a reivindicação 28,CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro filtro compreendeum filtro de passagem de baixas freqüências e o segundo fil-tro compreende um filtro de passagem de freqüências eleva-das.