BRPI0610319B1 - Componentes eletrônicos de medição e métodos para determinar fração de vazio de gás - Google Patents

Abstract

os componentes eletrônicos 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 eletrônicos 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

(54) Título: COMPONENTES ELETRÔNICOS DE MEDIÇÃO E MÉTODOS PARA DETERMINAR FRAÇÃO DE VAZIO DE GÁS (51) Int.CI.: G01F 1/84; G01F 1/74 (30) Prioridade Unionista: 20/05/2005 US 60/683.516 (73) Titular(es): MICRO MOTION, INC (72) Inventor(es): CRAIG B. MCANALLY; MARK JAMES BELL

COMPONENTES ELETRÔNICOS DE MEDIÇÃO E MÉTODOS PARA DETERMINAR FRAÇAO DE VAZIO DE GÁS

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

1. CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere os componentes eletrônicos de medição e métodos para determinar uma fração de vazio de gás em um material em escoamento escoando por um medidor de fluxo.

2. EXPOSIÇÃO DO PROBLEMA

É conhecido usar medidores de fluxo de massa Coriolis para medir fluxo de massa, densidade e fluxo volumétrico e outras informações de materiais escoando por uma tubulação, como descrito na patente U.S. 4.491.025, emitida para J. E. Smith et al. em 1° de janeiro de 1985 e Re. 31.450 para J. E. Smith em 11 de fevereiro de 1982. Esses medidores de fluxo têm um ou mais tubos de escoamento de diferentes configurações. Cada configuração de conduto pode ser vista como tendo um conjunto de modos de vibração natural, incluindo, por exemplo, modos de desvio, torção, radiais e acoplados simples. Em uma aplicação de medida de fluxo de massa Coriolis típica, uma configuração de conduto é excitada em um ou mais modos de vibração, na medida em que um material escoa pelo conduto, e o movimento do conduto é medido em pontos espaçados ao longo do conduto.

Os modos vibracionais dos sistemas cheios de material são definidos, em parte, pela massa combinada dos tubos de escoamento e do material dentro dos tubos de escoamento. O material escoa para o medidor de fluxo de uma tubulação

conectada, no lado de entrada do medidor de fluxo. 0 material é depois dirigido pelo tubo de escoamento ou tubos de escoamento e deixa o medidor de fluxo para uma tubulação conectada ao lado de saída.

Um acionador aplica uma força ao tubo de escoamento. A força faz com que o tubo de escoamento oscile. Quando não há qualquer material escoando pelo medidor de fluxo, todos os pontos ao longo de um tubo de escoamento oscilam com uma fase idêntica. Na medida em que o material começa a -escoar pelo tubo de escoamento, as acelerações de Coriolis fazem com que cada um dos pontos ao longo do tubo de escoamento tenha uma fase diferente com relação aos outros pontos ao longo do tubo de escoamento. A fase, no lado de entrada do tubo de escoamento, atrasa o acionador, enquanto que a fase no lado de saída adianta o acionador. Sensores são colocados em diferentes pontos no tubo de escoamento, para produzir sinais senoidais, representativos do movimento do tubo de escoamento nos diferentes pontos. A diferença de fase entre os dois sinais sensores é proporcional à vazão de massa do material escoando pelo tubo de escoamento ou tubos de escoamento. Em uma abordagem da técnica anterior, uma Transformação de Fourier Discreta (DFT) ou uma Transformação de Fourier Rápida (FFT) é usada para determinar a diferença de fase entre os sinais sensores. A diferença de fase e uma resposta à freqüência vibracional do conjunto de tubos de escoamento são usadas para obter a vazão mássica.

Em uma abordagem da técnica anterior, um sinal de referência independente é usado para determinar uma freqüên-

cia de sinal de interceptação, tal como por uso da freqüência enviada para o sistema acionador vibracional. Em outra abordagem da técnica anterior, a freqüência de resposta vibracional, gerada por um sensor de interceptação, pode ser determinada por centralização com aquela freqüência em um filtro de entalhe, em que o medidor de fluxo da técnica anterior tenta manter o entalhe do filtro de entalhe na freqüência do sensor de interceptação. Essa técnica anterior funciona razoavelmente bem sob condições quiescentes, nas quais o material em escoamento no medidor de fluxo é uniforme e nas quais a freqüência do sinal de interceptação é relativamente estável. No entanto, a medida de fase da técnica anterior sofre quando o material de escoamento não é uniforme, tal como em escoamentos de duas fases, em que o material em escoamento compreende um líquido e um sólido, ou quando há bolhas de ar no material em escoamento líquido. Nessas situações, a freqüência determinada pela técnica anterior pode flutuar rapidamente. Durante condições de transições de freqüência rápidas e grandes, é possível que os sinais de interceptação se movimentam para fora da largura de faixa do filtro, gerando medidas de fase e freqüência incorretas. Isso é também um problema em uma batelada de esvaziar - encher - esvaziar, quando o medidor de fluxo é operado repetidamente em condições vazia e cheia alternadas. Também, se a freqüência do sensor se movimentar rapidamente, um processo de desmodulaçào não vai ser capaz de se manter na freqüência medida ou efetiva, provocando desmodulação a uma freqüência incorreta. Deve-se entender que se a freqüência determinada

for incorreta ou imprecisa, então, os valores derivados subsequentemente de densidade, vazão volumétrica, etc., vão também estar incorretos e imprecisos. Além do mais, o erro pode ser combinado nas determinações de características de escoamento subsequentes.

Na técnica anterior, os sinais de interceptação podem ser digitalizados e manipulados digitalmente para implementar o filtro de entalhe. O filtro de entalhe aceita apenas uma faixa estreita de frequências. Portanto, quando a frequência alvo está variando, o filtro de entalhe pode não ser capaz de rastrear o sinal alvo por um período de tempo. Tipicamente, a implementação do filtro de entalhe digital leva 1-2 segundos para rastrear o sinal alvo flutuante. Devido ao tempo necessário pela técnica anterior para determinar a frequência, o resultado não é apenas que as determinações de fase e frequência contêm erros, mas também que a medida de erro abrange um período de tempo que excede o período de tempo, durante o qual ocorre efetivamente erro e/ou um fluxo de duas fases. Isso é devido à lentidão relativa da resposta de uma implementação de filtro de entalhe.

resultado é que o medidor de fluxo da técnica anterior não pode rastrear ou determinar, precisa, rápida ou satisfatoriamente, uma freqüência do sensor de interceptação, durante fluxo de duas fases do material em escoamento no medidor de fluxo. Consequentemente, a determinação de fase é igualmente lenta e propensa a erro, pois a técnica anterior deriva a diferença de fase usando a frequência de interceptação determinada. Portanto, qualquer erro na determi5 nação de freqüência é combinado na determinação de fase. O resultado é um maior erro na determinação de freqüência e na determinação de fase, provocando um maior erro na determinação da vazão mássica. Além disso, em virtude do valor de freqüência determinado ser usado para determinar um valor de densidade (a densidade é aproximadamente igual a um pela freqüência ao quadrado) , um erro na determinação de freqüência é repetido ou combinado na determinação de densidade. Isso é também verdade para uma determinação de vazão volumétrica, em que a vazão volumétrica é igual à vazão mássica dividida pela densidade.

Portanto, a técnica anterior sofre de uma capacidade imprecisão ou perda de medida, durante as condições de fluxo de duas fases. Em muitas aplicações de escoamento, é possível ter-se ar (ou outro gás) entranhado no material em escoamento. Um exemplo é na produção de campo de petróleo, em que o petróleo bruto, que é bombeado para fora de um poço de petróleo, vai conter provavelmente ar misturado com o petróleo bruto. Outros exemplos são ar entranhado em um líquido em um processo de produção de alimentos. O ar entranhado existe tipicamente como bolhas no líquido em escoamento. As bolhas de ar provocam vazões mássicas errôneas em um medidor de fluxo. É altamente desejável que um medidor de fluxo meça precisamente uma vazão mássica do líquido em escoamento, mesmo com qualquer proporção de ar entranhado misturado no líquido em escoamento. É altamente desejável que um medidor de fluxo meça precisamente uma vazão mássica do líquido em escoamento, quando o ar entranhado está flutuando.

SUMÁRIO DA SOLUÇÃO

Os problemas descritos acima e outros são solucionados e um avanço na técnica é obtido, por provisão de componentes eletrônicos de medição e métodos para determinar uma fração de vazio de gás em um material em escoamento.

Os componentes eletrônicos de medição, 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 eletrônicos de medição compreendem uma interface, para receber a resposta de freqüência do material em escoamento, e um sistema de processamento em comunicação com a interface. O sistema de processamento é configurado para receber a resposta de freqüência da interface, 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 fluido.

Um método para determinar uma fração de vazio de gás, em um material em escoamento escoando por um medidor de fluxo, é proporcionado de acordo com uma modalidade da invenção. O método compreende receber uma resposta de freqüência do material em escoamento, 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 freqüên7

cia do fluido.

Um método para determinar uma fração de vazio de gás, em um material em escoamento escoando por um medidor de fluxo, é proporcionado de acordo com uma modalidade da invenção. 0 método compreende receber uma resposta de freqüência do material em escoamento, processar a resposta de freqüência com um filtro de entalhe, que rejeita substancialmente um de 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 fluido.

Um método para determinar uma fração de vazio de gás, em um material em escoamento escoando por um medidor de fluxo, é proporcionado de acordo com uma modalidade da invenção. O método compreende receber uma resposta de freqüência do material em escoamento e filtrar a resposta de freqüência com um primeiro filtro, que rejeita substancíalmente o componente de freqüência de gás e passa substancialmente o componente de freqüência de fluido. 0 primeiro filtro transmite o componente de freqüência do fluido. O método compreende ainda filtrar a resposta de freqüência com um segundo filtro, que rejeita substancíalmente o componente de freqüência de fluido e passa substancialmente o componente de freqüência de gás. O segundo filtro transmite o componente de freqüência de gás. O método compreende ainda determinar a fração de vazio da resposta de freqüência e de um ou mais do componente de freqüência de gás e do componente de freqüên8

cia de fluido.

ASPECTOS DA INVENÇÃO

Em um aspecto dos componentes eletrônicos de medição, a fração de vazio de gás compreende uma fração de vazio de ar.

Em um aspecto dos componentes eletrônicos de medição, a interface inclui um digitalizador, configurado para digitalizar a resposta de freqüência.

Em outro aspecto dos componentes eletrônicos de medição, o sistema de processamento é configurado ainda para receber um primeiro sinal sensor e um segundo sinal sensor do medidor de fluxo, gerar um deslocamento de fase de noventa graus do primeiro sinal sensor, e computar a resposta de freqüência usando o deslocamento de fase de noventa graus.

Em mais um outro aspecto dos componentes eletrônicos de medição, o sistema de processamento é configurado ainda para receber um primeiro sinal sensor e um segundo sinal sensor do medidor de fluxo, gerar um deslocamento de fase de noventa graus do primeiro sinal sensor, e computar a resposta de freqüência usando o primeiro sinal sensor e o deslocamento de fase de noventa graus.

Em mais um outro aspecto dos componentes eletrônicos de medição, o sistema de processamento é configurado ainda para decompor a resposta de freqüência, por processamento da resposta de freqüência com um ou mais filtros, que rejeitam substancialmente um do componente de freqüência do gás e do componente de freqüência do fluido.

Em mais um outro aspecto dos componentes eletrôni9 cos de medição, o sistema de processamento é configurado ainda para decompor a resposta de freqüência, por processamento da resposta de freqüência com um filtro de entalhe, que rejeita substanciaimente um do componente de freqüência do gás e do componente de freqüência do fluido.

Em mais um outro aspecto dos componentes eletrônicos de medição, o sistema de processamento é configurado ainda para decompor a resposta de freqüência, por processamento da resposta de freqüência com um primeiro filtro, que rejeita substanciaimente o componente de freqüência de gás e passa substanciaimente o componente de freqüência de fluido, e filtrar a resposta de freqüência com um segundo filtro, que rejeita substanciaimente o componente de freqüência de fluido e passa substanciaimente o componente de freqüência de gás. O primeiro filtro transmite o componente de freqüência de fluido e o segundo filtro transmite o componente de freqüência de gás.

Em mais um outro aspecto dos componentes eletrônicos de medição, o sistema de processamento é configurado ainda para decompor a resposta de freqüência, por processamento da resposta de freqüência com um filtro de passagem de frequências baixas, com uma freqüência de corte baixa do filtro de passagem de freqüências baixas estando substanciaimente acima do componente de freqüência de fluido e com o filtro de passagem de freqüências baixas passando substanciaimente o componente de freqüência de fluido e rejeitando substanciaimente o componente de freqüência de gás, e processar a resposta de freqüência com um filtro passa-alta,

com uma freqüência de corte elevada do filtro passa-alta estando substancialmente abaixo do componente de freqüência de gás, e com o filtro passa-alta passando substancialmente o componente de freqüência de gás e rejeitando substancialmente o componente de freqüência de fluido. O filtro passabaixa transmite o componente de freqüência de fluido e o filtro passa-alta transmite o componente de freqüência de gás.

Em mais um outro aspecto dos componentes eletrônicos de medição, o sistema de processamento é configurado ainda para determinar a fração de vazio de gás, por cálculo de uma densidade global da resposta de freqüência, calcular uma densidade do componente de fluido do componente de freqüência de fluido, calcular uma densidade de gás do componente de freqüência de gás, e calcular a fração de vazio de gás, como uma razão da densidade do componente de fluido menos a densidade global, dividido pela densidade do componente de fluido menos a densidade do componente de gás.

Em mais um outro aspecto dos componentes eletrônicos de medição, o medidor de fluxo compreende um medidor de fluxo Coriolis.

i

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

Em outro aspecto do método, receber a resposta de freqüência compreende ainda receber um primeiro sinal sensor e um segundo sinal sensor do medidor de fluxo, gerar um deslocamento de fase de noventa graus do primeiro sinal sensor, e computar a resposta de freqüência usando o deslocamento de

fase de noventa graus.

Em mais um outro aspecto do método, receber a resposta de freqüência compreende ainda receber um primeiro sinal sensor e um segundo sinal sensor do medidor de fluxo, gerar um deslocamento de fase de noventa graus do primeiro sinal sensor, e computar a resposta de freqüência usando o primeiro sinal sensor e o deslocamento de fase de noventa graus.

Em mais um outro aspecto do método, a decomposição compreende processar a resposta de freqüência com um ou mais filtros, que rejeitam substancialmente um do componente de freqüência de gás e do componente de freqüência de fluido.

Em mais um outro aspecto, a decomposição compreende processar a resposta de freqüência com um filtro de entalhe, que rejeita substancialmente um do componente de freqüência do gás e do componente de freqüência do fluido.

Em mais um outro aspecto do método, a decomposição compreende filtrar a resposta de freqüência com um primeiro filtro, que rejeita substancialmente o componente de freqüência de gás e passa substancialmente o componente de freqüência de fluido, e filtrar a resposta de freqüência com um segundo filtro, que rejeita substancialmente o componente de freqüência de fluido e passa substancialmente o componente de freqüência de gás. 0 primeiro filtro transmite o componente de freqüência de fluido e o segundo filtro transmite o componente de freqüência de gás.

Em mais um outro aspecto do método, a decomposição compreende processar a resposta de freqüência com um filtro

Μ passa-baixa, com uma frequência de corte passa-baixa do filtro passa-baixa sendo substancialmente acima do componente de frequência de fluido, em que o filtro passa-baixa passa substancialmente o componente de frequência de fluido e rejeita substancialmente o componente de freqüência de gás, e processar a resposta de freqüência com um filtro passa-alta, com uma freqüência de corte de passagem de freqüências altas do filtro passa-alta sendo substancialmente abaixo do componente de freqüência de gás, em que o filtro passa-alta passa substancialmente o componente de freqüência de gás e rejeita substancialmente o componente de freqüência de fluido. O filtro passa-baixa transmite o componente de freqüência de fluido e o filtro passa-alta transmite o componente de freqüência de gás.

Em mais um outro aspecto do método, a determinação compreende calcular uma densidade global da resposta de freqüência, calcular uma densidade do componente de fluido do componente de freqüência de fluido, calcular uma densidade do componente de freqüência de gás do componente de freqüência de gás, e calcular a fração de vazio de gás como uma razão da densidade do componente de fluido menos a densidade global, dividido pela densidade do componente de fluido menos a densidade do componente de gás.

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

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

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

/2$

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

A Figura 2 mostra uns componentes eletrônicos de medição de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 3 é um fluxograma de um método de processamento de sinal sensor em um medidor de fluxo Coriolis, de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 4 mostra os componentes eletrônicos de medição de acordo com uma modalidade da invenção.

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

A Figura 6 é um diagrama de blocos de uma parte do sistema de processamento, de acordo com uma modalidade da invenção.

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

As Figuras 8 e 9 são diagramas de bloco de duas ramificações independentes do bloco de análise, de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 10 é uma representação gráfica da densidade 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 de
Hilbert,	de	acordo	com	a modalidade de deslocamento de fase

única.

A Figura 12 mostra o bloco de análise para a modalidade do deslocamento de fase única.

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

A Figura 14 mostra os componentes eletrônicos de medição de acordo com uma outra modalidade da invenção.

A Figura 15 é um gráfico das respostas de frequência do medidor de fluxo para ar, para um fluido e para uma mistura de ar / fluido combinados (isto é, para um fluido incluindo ar entranhado).

A Figura 16 é um fluxograma de um método para determinar uma fração de vazio de gás em um material em escoamento escoando por um medidor de fluxo, de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 17 é um fluxograma de um método para determinar uma fração de vazio de gás em um material em escoamento escoando por um medidor de fluxo, de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 18 é um gráfico de frequência mostrando as respostas dos filtros passa-baixa e frequências altas, que podem ser usados para decompor um componente de frequência de fluido e um componente de frequência de gás, de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 19 é um fluxograma de um método para determinar uma fração de vazio de gás em um material em escoamento escoando por um medidor de fluxo, de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 20 é um gráfico de uma resposta de frequência de filtro de entalhe.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

As Figuras 1 - 20 e a descrição apresentada a seguir ilustram os exemplos específicos para ensinar àqueles versados na técnica como produzir e usar o melhor modo da invenção. Para a finalidade de ensinar os princípios inventivos, alguns aspectos convencionais foram simplificados ou omitidos. Aqueles versados na técnica vão considerar variações desses exemplos que se encaixam dentro do âmbito da invenção. Aqueles versados na técnica vão considerar que os aspectos descritos abaixo podem ser combinados de vários modos, para formar variações múltiplas da invenção. Por conseguinte, a invenção não é limitada aos exemplos específicos descritos abaixo, mas apenas pelas reivindicações e seus equivalentes.

A Figura 1 mostra um medidor de fluxo Coriolis 5, que compreende um conjunto medidor 10 e uns componentes eletrônicos de medição 20. O conjunto medidor 10 responde às vazão mássica e densidade de um material em processamento. Os componentes eletrônicos de medição 20 são ligados ao conjunto medidor 10, pelos fios 100, para proporcionar informações de densidade, vazão mássica e temperatura pela rota 26, bem como outras informações não relevantes para a presente invenção. Uma estrutura de medidor de fluxo Coriolis é descrita, embora seja evidente para aqueles versados na técnica que a presente invenção pode ser praticada como um densitômetro de tubo vibratório, sem a capacidade de medida adicional proporcionada por um medidor de fluxo mássico Coriolis.

O conjunto medidor 10 inclui um par de derivações

múltiplas 150 e 150', flanges 103 e 103 ’ tendo pescoços de flange 110 e 110’, um par de tubos de escoamento paralelos 130 e 130’, um mecanismo de acionamento 180, um sensor de temperatura 190 e um par de sensores de velocidade 170L e 170R. Os tubos de escoamento 130 e 130’ têm duas pernas de entrada essencialmente retas 131 e 131', e pernas de saída 134 e 134', que convergem entre si nos blocos de montagem de tubos de escoamento 120 e 120'. Os tubos de escoamento 130 e

130' são curvos em dois locais simétricos, ao longo dos seus comprimentos, e são essencialmente paralelos por todos os seus comprimentos. Barras de braçadeira 140 e 140' servem para definir os eixos W e W', em torno dos quais cada tubo de escoamento oscila.

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

Quando os flanges 103 e 103', tendo os furos 102 e 102', são conectados, pelas extremidade de entrada 104 e extremidade de saída 104', a uma linha de processamento (não mostrada), que conduz o material de processamento que está sendo medido, o material que entra na extremidade 104 do medidor, por um orifício 101 no flange 103, é conduzido pela derivação múltipla 150 para o bloco de montagem dos tubos de escoamento 120, tendo uma superfície 121. Dentro da derivação múltipla 150, o material é dividido e direcionado pelos

tubos de escoamento 130 e 130’. Ao deixar os tubos de escoamento 130 e 130', o material de processamento é recombinado em uma única corrente, dentro da derivação múltipla 150’, e é depois direcionado para a extremidade de saída 104’, conectada pelo flange 103’, tendo furos de parafuso 102 ’ , à linha de processamento (não mostrada).

Os tubos de escoamento 130 e 130’ são selecionados e montados adequadamente nos blocos de montagem de tubos de escoamento 120 e 120', de modo a ter substancialmente as mesmas distribuição de massa, momentos de inércia e módulo de Young em torno dos eixos de desvio W - W e W’ - W', respectivamente. Esses eixos de desvio seguem pelas barras de braçadeira 140 e 140'. Visto que o módulo de Young dos tubos de escoamento varia com a temperatura, e essa variação afeta o cálculo da vazão e da densidade, um detector de temperatura resistivo (RTD) 190 é montado no tubo de escoamento 130', para medir continuamente a temperatura do tubo de escoamento. A temperatura do tubo de escoamento e, por conseguinte, a voltagem gerada pelo RTD, para uma determinada corrente passando por ele, são governadas pela temperatura do material passando pelo tubo de escoamento. A voltagem dependente de temperatura gerada pelo RTD é usada em um método bem conhecido pelos componentes eletrônicos de medição 20, para compensar a variação no módulo elástico dos tubos de escoamento 130 e 130', devido a quaisquer variações na temperatura do tubo de escoamento. O RTD é conectado aos componentes eletrônicos de medição 20 pelo fio 195.

Ambos os tubos de escoamento 130 e 130' são acio-

nados pelo acionador 180 em direções opostas em tornos dos seus respectivos eixos de desvio W e W’, e no que se denomina o primeiro tipo de desvio fora de fase do medidor de fluxo. Esse mecanismo de acionamento 180 pode compreender qualquer de muitas disposições bem conhecidas, tal como um imã montado no tubo de escoamento 130' e uma bobina oposta montada no tubo de escoamento 130, e pelos quais uma corrente alternada é passada para vibrar ambos os tubos. Um sinal de acionamento adequado é aplicado pelos componentes eletrônicos de medição 20, pelo fio 185, ao mecanismo de acionamento

180.

Os componentes eletrônicos de medição 20 recebem o sinal de temperatura do RTD no fio 195 e os sinais de velocidade à direita e à esquerda gerados nos fios 165L e 165R, respectivamente. Os componentes eletrônicos de medição 20 produzem o sinal de acionamento gerado no fio 185, para acionar o elemento 180 e vibrar os tubos 130 e 130'. Os componentes eletrônicos de medição 20 processam os sinais de velocidade à direita e à esquerda e o sinal do RTD, para computar a vazão mássica e a densidade do material passando pelo conjunto medidor 10. Essas informações, juntamente com outras informações, são aplicadas pelos componentes eletrônicos de medição 20, pela rota 26, nos meios de utilização 20.

A Figura 2 mostra os componentes eletrônicos de medição 20, de acordo com uma modalidade da invenção. Os componentes eletrônicos de medição 20 podem incluir uma interface 201 e um sistema de processamento 203. Os componen19 tes eletrônicos de medição 20 recebem primeiro e segundo sinais sensores do conjunto medidor 10, como sinais sensores de interceptação / velocidade. Os componentes eletrônicos de medição 20 processam os primeiro e segundo sinais sensores, para obter as características de escoamento do material em escoamento escoando pelo conjunto medidor 10. Por exemplo, os componentes eletrônicos de medição 20 podem determinar, por exemplo, uma ou mais de uma diferença de fase, uma freqüência, uma diferença de tempo (At), uma densidade, uma vazão mássica e uma vazão volumétrica dos sinais sensores. Além disso, outras características de escoamento podem ser determinadas de acordo com a invenção. As determinações são discutidas abaixo.

A determinação de diferença de fase e a determinação de freqüência são muito mais rápidas e mais precisas e confiáveis do que essas determinações na técnica anterior. Em uma modalidade, a determinação de diferença de fase e a determinação de freqüência são derivadas diretamente de um deslocamento de fase de apenas um sinal sensor, sem a necessidade para qualquer sinal de referência de freqüência. Isso reduz vantajosamente o tempo de processamento necessário para computar as características de escoamento. Em outra modalidade, a diferença de fase é derivada de mudanças de fases de ambos os sinais sensores, enquanto a freqüência é derivada de apenas um sinal de deslocamento de fase. Isso aumenta a precisão de ambas as características de escoamento, e ambas podem ser determinadas muito mais rápido do que na técnica anterior.

Os métodos de determinação de frequência da técnica anterior levam, tipicamente, de 1 a 2 segundos para serem executados. Em contraste, a determinação de frequência de acordo com a invenção pode ser conduzida em tão pouco quanto 50 milissegundos (ms). Uma determinação de frequência ainda mais rápida é considerada, dependendo do tipo e da configuração do sistema de processamento, da taxa de amostragem da resposta vibracional, dos tamanhos dos filtros, das taxas de decimalização, etc. Na taxa de determinação de frequência de 50 ms, os componentes eletrônicos de medição 20, de acordo com a invenção, pode ser cerca de 40 vezes mais rápida do que a da técnica anterior.

A interface 201 recebe o sinal sensor de um dos sensores de velocidade 170L e 170R, pelos fios 100 da Figura 1. A interface 202 pode executar qualquer condicionamento de sinal necessário ou desejado, tal como qualquer tipo de formatação, amplificação, separação, etc. Alternativamente, parte ou todo o condicionamento do sinal pode ser conduzido no sistema de processamento 203.

Além disso, a interface 201 pode permitir comunicações entre os componentes eletrônicos de medição 20 e os dispositivos externos. A interface 201 pode ser capaz de qualquer tipo de comunicação eletrônica, óptica ou sem fio.

A interface 201, em uma modalidade, é acoplada a um digitalizador 202, em que o sinal sensor compreende um sinal sensor analógico. 0 digitalizador 202 amostra e digitaliza o sinal sensor analógico e produz um sinal sensor digital. O digitalizador 202 também pode conduzir qualquer de-

cimalização necessária, em que o sinal sensor digital é decimalizado para reduzir o grau de processamento necessário e reduz o tempo de processamento. A decimalização vai ser discutida em mais detalhes abaixo.

O sistema de processamento 203 conduz as operações dos componentes eletrônicos de medição 20 e processam as medidas de escoamento do conjunto medidor de escoamento 10. O sistema de processamento 203 executa uma ou mais rotinas de processamento e, desse modo, processa as medidas de escoamento para produzir uma ou mais características de escoamento .

sistema de processamento 203 pode compreender um computador multipropósito, um sistema de microprocessamento, um circuito de lógica, ou outro dispositivo de processamento multipropósito ou particularizado. O sistema de processamento 203 pode ser distribuído entre os múltiplos dispositivos de processamento. O sistema de processamento 203 pode incluir qualquer tipo de meio de armazenamento eletrônico integral ou independente, tal como o sistema de armazenamento

204.

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

Na modalidade mostrada, o sistema de processamento 203 determina as características de escoamento dos dois si-

nais sensores 210 e 211 e do único deslocamento de fase do sinal sensor 213. O sistema de processamento 203 pode determinar pelo menos a diferença de fase e a freqüência dos dois sinais sensores 210 e 211 e do único deslocamento de fase 213. Por conseguinte, um primeiro ou segundo sinal sensor de fase mudada (tal como um dos sinais de interceptação a montante ou a jusante) pode ser processado pelo sistema de processamento 203, de acordo com a invenção, para determinar uma diferença de fase, uma freqüência, uma diferença de tempo (At) e/ou uma vazão mássica para o material em escoamento .

O sistema de armazenamento 204 pode armazenar parâmetros e dados, rotinas de software, valores constantes e valores variáveis do medidor de fluxo. Em uma modalidade, o sistema de armazenamento 204 inclui rotinas, que são executadas pelo sistema de processamento 203. Em uma modalidade, o sistema de armazenamento 204 armazena uma rotina de deslocamento de fase 212, uma rotina de diferença de fase 215, uma rotina 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 204 armazena as variáveis usadas para operar o medidor de fluxo Coriolis 5. O sistema de armazenamento 204, em uma modalidade, armazena variáveis tais como primeiro sinal sensor 210 e segundo sinal sensor 211, que são recebidos dos sensores de velocidade / interceptação 170L e 170R. Além disso, o sistema de armazenamento 204 pode armazenar um deslocamento de

fase de 90 graus 213, que é gerada para determinar as características de escoamento.

Em uma modalidade, o sistema de armazenamento 204 armazena uma ou mais características de escoamento das medidas de escoamento. O sistema de armazenamento 204, em uma modalidade, armazena as características de escoamento, tais como uma diferença de fase 220, uma freqüência 221, uma diferença de tempo (At) 222, uma vazão mássica 223, uma densidade 224 e uma vazão volumétrica 225, todas determinadas do sinal sensor 210.

A rotina de deslocamento de fase 212 executa um deslocamento de fase de 90 graus em um sinal de entrada, isto é, no sinal sensor 210. A rotina de deslocamento de fase

212, em uma modalidade, implementa uma transformação de Hilbert (discutida abaixo).

A rotina de diferença de fase 215 determina uma diferença de fase, usando o único deslocamento de fase de 90 graus. Informações adicionais também podem ser usadas para computar a diferença de fase. A diferença de fase, em uma modalidade, é computada do primeiro sinal sensor 210, do segundo sinal sensor 211 e do deslocamento de fase de 90 graus

213. A diferença de fase determinada pode ser armazenada na diferença de fase 220 do sistema de armazenamento 204. A diferença de fase, quando determinada do deslocamento de fase de 90 graus 213, pode ser calculada e obtida muito mais rápido do que na técnica anterior. Isso pode proporcionar uma diferença crítica nas aplicações de medidor de fluxo tendo altas vazões, ou quando ocorrem fluxos multifase. Além dis24

so, a diferença de fase pode ser determinada da freqüência de qualquer um dos sinais sensores 210 e 211. Além do mais, em virtude da diferença de fase ser determinada independentemente da freqüência, um componente de erro na diferença de fase não inclui um componente de erro da determinação de freqüência, isto é, não há qualquer erro de medida de diferença de fase. Conseqüentemente, o erro de diferença de fase é reduzido por uma diferença de fase da técnica anterior.

A rotina de freqüência 216 determina uma freqüência (tal como aquela apresentada pelo primeiro sinal sensor 210 ou segundo sinal sensor 211) do deslocamento de fase de 90 graus 213. A freqüência determinada pode ser armazenada na freqüência 221 do sistema de armazenamento 204. A freqüência, quando determinada do único deslocamento de fase de 90 graus, pode ser calculada e obtida muito mais rápido do que na técnica anterior. Isso pode proporcionar uma diferença crítica nas aplicações de medidor de fluxo, tendo altas vazões ou quando ocorrem escoamentos multifase.

A rotina de diferença de tempo (At) 217 determina uma diferença de tempo (At) entre o primeiro sinal sensor 210 e o segundo sinal sensor 211. A diferença de tempo (At) pode ser armazenada na diferença de tempo (At) 222 do sistema de armazenamento 204. A diferença de tempo (At) compreende substancialmente a fase determinada dividida pela freqüência determinada, e é, portanto, usada para determinar a vazão mássica.

A rotina de características de escoamento 218 pode determinar uma ou mais características de escoamento. A ro25 tina de características de escoamento 218 pode usar, por exemplo, a diferença de fase determinada 220 e a freqüência determinada 221, para determinar essas características de escoamento adicionais. Deve-se entender que informações adi5 cionais podem ser necessárias para essas determinações, tal como, por exemplo, vazão mássica ou densidade. A rotina de características de escoamento 218 podem determinar uma vazão mássica da diferença de tempo (At) 222, e, portanto, da diferença de fase 220 e da freqüência 221. A fórmula para de10 terminar a vazão mássica é apresentada na patente U.S. 5.027.662 de Titlow et al. , e é aqui incorporada por referência. A vazão mássica é relacionada com o escoamento mássico no conjunto medidor 10. Igualmente, a rotina de características de escoamento 218 pode também determinar a densi15 dade 224 e/ou a vazão mássica 225. As vazão mássica, densidade e vazão volumétrica determinadas podem ser armazenadas nas vazão mássica 223, densidade 204 e volume 225 do sistema de armazenamento 204, respectivamente. Além disso, as características de escoamento podem ser transmitidas para os dis20 positivos externos pelos componentes eletrônicos de medição

20.

A Figura 3 é um fluxograma 300 de um método de processamento de sinais sensores em um medidor de fluxo Coriolis, de acordo com uma modalidade da invenção. Na etapa

301, os primeiro e segundo sinais sensores são recebidos. O primeiro sinal sensor pode compreender um sinal sensor de interceptação a montante ou a jusante.

Na etapa 302, os sinais sensores podem ser condi-

cionados. Em uma modalidade, o condicionamento pode incluir filtração para remover ruído e sinais indesejados. Em uma modalidade, a filtração pode compreender filtração em filtro passa-baíxa, centralizado em torno da freqüência fundamental esperada do medidor de fluxo Coriolis 5. Além disso, outras operações de condicionamento podem ser executadas, tais como amplificação, separação, etc. Se os sinais sensores compreenderem sinais analógicos, a etapa pode compreender ainda qualquer tipo de amostragem, digitalização e decimalização, que são conduzidas para produzir sinais sensores digitais.

Na etapa 303, um único deslocamento de fase de 90 graus é gerado. 0 deslocamento de fase de 90 graus compreende um deslocamento de fase de 90 graus do sinal sensor. 0 deslocamento de fase de 90 graus pode ser conduzido por qualquer mecanismo ou operação de deslocamento de fase. Em uma modalidade, o deslocamento de fase de 90 graus é conduzido usando uma transformação de Hilbert, operando em sinais sensores digitais.

Na etapa 304, uma diferença de fase é computada, usando o único deslocamento de fase de 90 graus. Informações adicionais também podem ser usadas para computar a diferença de fase. Em uma modalidade, a diferença de fase é determinada dos primeiro sinal sensor, segundo sinal sensor e único deslocamento de fase de 90 graus. A diferença de fase compreende uma diferença de fase no sinal de resposta, isto é, em um sensor de interceptação, isto é observado devido ao efeito Coriolis no conjunto medidor vibratório 10.

A diferença de fase resultante é determinada sem a

necessidade para qualquer valor de freqüência no cálculo. A diferença de fase resultante pode ser obtida muito mais rápido do que uma diferença de fase calculada usando uma freqüência. A diferença de fase resultante tem uma maior precisão do que uma diferença de fase calculada usando uma freqüência.

Na etapa 305, uma freqüência é computada. A freqüência de acordo com a invenção é vantajosamente computada do deslocamento de fase de 90 graus. A freqüência em uma modalidade usa o deslocamento de fase de 90 graus e o sinal sensor correspondente, do qual se deriva o deslocamento de fase de 90 graus. A freqüência é uma freqüência de resposta vibratória de um do primeiro sinal sensor e do segundo sinal sensor (as freqüências dos dois sinais sensores são substancialmente idênticas em operação). A freqüência compreende uma resposta de freqüência vibratória do tubo de escoamento ou tubos de escoamento a uma vibração gerada pelo acionador

180.

A freqüência assim derivada é obtida, sem a necessidade para qualquer sinal de referência de freqüência independente. A freqüência é obtida do único deslocamento de fase de 90 graus em uma operação, que é muito mais rápido do que na técnica anterior. A freqüência resultante tem uma maior precisão do que uma freqüência calculada na técnica anterior.

Na etapa 306, uma vazão mássica do material em escoamento é computada. A vazão mássica é computada da diferença de fase resultante e da freqüência resultante computa-

das nas etapas 304 e 305. Além disso, a computação da vazão mássica pode computar uma diferença de tempo (At) da diferença 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 opcionalmente determinada. A densidade pode ser determinada como uma das características de escoamento, e pode ser determinada, por exemplo, da freqüência.

Na etapa 308, a vazão volumétrica pode ser opcionalmente determinada. A vazão volumétrica pode ser determinada como uma das características de escoamento, e pode ser determinada, por exemplo, da vazão mássica e da densidade.

A Figura 4 mostra os componentes eletrônicos de medição 20 de acordo com uma modalidade da invenção. Os elementos em comum com a Figura 2 partilham os mesmos números de referência.

Os componentes eletrônicos de medição 20 incluem, nessa modalidade, o primeiro sinal sensor 210 e o segundo sinal sensor 211. O sistema de processamento 203 processa os primeiro e segundo sinais sensores (digitais) 210 e 211, para determinar a uma ou mais características de escoamento dos sinais. Como discutido acima, a uma ou mais características de escoamento podem incluir uma decimalização, uma freqüência, uma diferença de tempo (At), uma vazão mássica, uma densidade e/ou uma vazão volumétrica para o material em escoamento.

Na modalidade mostrada, o sistema de processamento 203 determina as características de escoamento de apenas os

dois sinais sensores 210 e 211, sem a necessidade para qualquer medida de freqüência externa e sem a necessidade para um sinal de referência de freqüência externa. O sistema de processamento 203 pode determinar pelo menos a diferença de fase e a freqüência dos dois sinais sensores 210 e 211.

Como foi discutido acima, o sistema de armazenamento 204 armazena uma rotina de deslocamento de fase 212, uma rotina de diferença de fase 215, uma rotina de freqüência 216, uma rotina de diferença de tempo (At) 217 e uma rotina de características de escoamento 218. O sistema de armazenamento 204 armazena o primeiro sinal sensor 210 e o segundo sinal sensor 211. O sistema de armazenamento 204 também armazena um primeiro deslocamento de fase de 90 graus 213 e um segundo deslocamento de fase de 90 graus, que são geradas dos sinais sensores para determinar as características de escoamento. Como foi discutido acima, o sistema de armazenamento 204 armazena a diferença de fase 220, a freqüência 221, a diferença de tempo (At) 222, a densidade 224 e a vazão mássica 225.

A rotina de deslocamento de fase 212, conduzida a um deslocamento de fase de 90 graus em um sinal de entrada, incluindo no primeiro sinal sensor 210 e no segundo sinal sensor 211. A rotina de deslocamento de fase 212, em uma modalidade, implementa uma transformação de Hilbert (discutida abaixo).

A rotina de diferença de fase 215 determina uma diferença de fase, usando o primeiro deslocamento de fase de 90 graus 213 e o segundo deslocamento de fase de 90 graus

214. Informações adicionais também podem ser usadas para computar a diferença de fase. A diferença de fase é, em uma modalidade, computada do primeiro sinal sensor 210, do segundo sinal sensor 211, do primeiro deslocamento de fase de 90 graus 212 e do segundo deslocamento de fase de 90 graus 213. A diferença de fase determinada pode ser armazenada na diferença de fase 220 do sistema de armazenamento 204, como discutido acima. A diferença de fase, quando determinada usando as primeira e segunda mudanças de fase a 90 graus, po-. de ser calculada e obtida muito mais rápido do que na técnica anterior. Isso pode proporcionar uma diferença critica nas aplicações de medidor de fluxo, tendo altas vazões ou quando ocorrem escoamentos multifase. Além disso, a diferença de fase pode ser determinada, independente da frequência dos sinais sensores 210 e 211. Além do mais, em virtude da diferença de fase ser determinada independentemente da frequência, um componente de erro na diferença de fase não sofre de um componente de erro da determinação de frequência, isto é, não há erro de combinação na medida de diferença de fase. Conseqüentemente, o erro de diferença de fase é reduzido em relação a uma diferença de fase da técnica anterior.

A rotina de freqüência 216 determina a frequência (tal como aquela apresentada no primeiro sinal sensor 210 ou no segundo sinal sensor 211) do primeiro deslocamento de fase de 90 graus 213 e do segundo deslocamento de fase de 90 graus 214. A freqüência determinada pode ser armazenada na freqüência 221 do sistema de armazenamento 204, como discutido acima. A freqüência, quando determinada das primeira e

segunda mudanças de fase de 90 graus, pode ser calculada e obtida muito mais rápido do que na técnica anterior. Isso pode proporcionar uma diferença de fase nas aplicações de medidor de fluxo, tendo altas vazões ou quando ocorrem escoamentos multífase.

A rotina de diferença de tempo (At) 217 determina uma diferença de tempo (At) entre o primeiro sinal sensor 210 e o segundo sinal sensor 211. A diferença de tempo (At) pode ser armazenada na diferença de tempo (At) 222 do sistema de armazenamento 204, como discutido acima. A diferença de tempo (At) compreende substancialmente a fase determinada dividida pela freqüência determinada, e é, portanto, usada para determinar a vazão mássica.

A rotina de características de escoamento 218 pode determinar uma ou mais da vazão mássica, densidade e/ou vazão volumétrica, como discutido acima.

A Figura 5 é um fluxograma 500 de um método de processamento dos primeiro e segundo sinais sensores em um medidor de fluxo Coriolis, de acordo com uma modalidade da invenção. Na etapa 501, o primeiro sinal sensor é recebido. Em uma modalidade, o primeiro sinal sensor compreende um sinal 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 sinal sensor de interceptação a jusante ou a montante (isto é, o oposto do primeiro sinal sensor).

Na etapa 503, os sinais sensores podem ser condicionados. Em uma modalidade, o condicionamento pode incluir

filtração, para remover ruído e sinais indesejados. Em uma modalidade, a filtração pode compreender filtração em filtro passa-baixa, como discutido acima. Além disso, outras operações de condicionamento podem ser conduzidas, tais como amplificação, separação, etc. Se os sinais sensores compreenderem sinais analógicos, a etapa pode compreender ainda qualquer tipo de amostragem, digitalização e decimalização, que são conduzidas para produzir sinais sensores digitais.

Na etapa 504, um primeiro deslocamento de fase de 90 graus é gerado. O primeiro deslocamento de fase de 90 graus compreende um deslocamento de fase de 90 graus do primeiro sinal sensor. O deslocamento de fase de 90 graus pode ser conduzido por qualquer tipo de mecanismo ou operação. Em uma modalidade, o deslocamento de fase de 90 graus é conduzido usando uma transformação de Hilbert, operando em sinais sensores digitais.

Na etapa 505, um segundo deslocamento de fase de 90 graus é gerado. 0 segundo deslocamento de fase de 90 graus compreende um deslocamento de fase de 90 graus do segundo sinal sensor. Como no primeiro deslocamento de fase de 90 graus, o deslocamento de fase de 90 graus pode ser conduzido por qualquer tipo de mecanismo ou operação.

Na etapa 506, uma diferença de fase é computada entre o primeiro sinal sensor e o segundo sinal sensor, usando o primeiro deslocamento de fase de 90 graus e o segundo deslocamento de fase de 90 graus. Informações adicionais também podem ser usadas para computar a diferença de fase. Em uma modalidade, a diferença de fase é determinada do pri33

meiro sinal sensor, do segundo sinal sensor, do primeiro deslocamento de fase de 90 graus e do segundo deslocamento de fase de 90 graus. A diferença de fase compreende uma diferença de fase no sinal de resposta, isto é, nos dois sensores de interceptação, isto é percebido devido ao efeito Coriolis no conjunto medidor vibratório 10.

A.diferença de fase resultante é determinada sem a necessidade para qualquer valor de freqüência no cálculo. A diferença de fase resultante pode ser obtida muito mais rápido do que uma diferença de fase calculada usando uma freqüência. A diferença de fase resultante tem uma maior precisão do que uma diferença de fase calculada usando uma freqüência.

Na etapa 507, uma freqüência é computada. A freqüência de acordo com a invenção é vantajosamente computada do primeiro deslocamento de fase de 90 graus e do segundo deslocamento de fase de 90 graus. A freqüência usa, em uma modalidade, o deslocamento de fase de 90 graus e o sinal sensor correspondente, do qual o deslocamento de fase de 90 graus é derivado. A freqüência é uma freqüência de resposta vibratória de um do primeiro sinal sensor e do segundo sinal sensor (as freqüências dos dois sinais sensores são substancialmente idênticas em operação). A freqüência compreende uma resposta de freqüência vibratória do tubo de escoamento ou tubos de escoamento a uma vibração gerada pelo acionador

180.

A freqüência assim derivada é obtida, sem a necessidade para qualquer sinal de referência de freqüência inde34 pendente. A frequência é obtida do único deslocamento de fase de 90 graus em uma operação, que é muito mais rápido do que na técnica anterior. A frequência resultante tem uma maior precisão do que uma frequência calculada na técnica anterior.

Na etapa 508, uma vazão mássica do material em escoamento é computada. A vazão mássica é computada da diferença de fase resultante e da frequência resultante computadas nas etapas 506 e 507. Além disso, a computação da vazão mássica pode computar uma diferença de tempo (At) da diferença de fase e da frequência, com a diferença de tempo (At) sendo basicamente usada para computar a vazão mássica.

Na etapa 509, a densidade pode ser opcionalmente determinada como discutido acima.

Na etapa 510, a vazão mássica pode ser determinada opcionalmente como discutido acima.

A Figura 6 é um diagrama de blocos 600 de uma parte do sistema de processamento, de acordo com uma modalidade da invenção. Na figura, os blocos representam um conjunto de circuitos de processamento e/ou ações / rotinas de processamento. 0 diagrama de blocos 600 inclui um bloco de filtro de 1° estágio 601, um bloco de filtro de 2° estágio 602, um bloco de transformação de Hilbert 603 e um bloco de análise 604. As entradas LPO e RPO compreendem a entrada de sinal de interceptação à esquerda e a entrada de sinal de interceptaçâo à direita. A LPO ou a RPO pode compreender um primeiro sinal sensor.

Em uma modalidade, o bloco de filtro de 1° estágio

601 e o bloco de filtro de 2° estágio 602 compreendem filtros de decimalização polifásicos de Resposta por Impulso Finito (FIR), implementados no sistema de processamento 203. Esses filtros proporcionam um método ótimo para filtração e decimalização de um ou ambos os sinais sensores, com as filtração e decimalização sendo conduzidas no mesmo tempo cronológico e na mesma taxa de decimalização. Alternativamente, o bloco de filtro de 1° estágio 601 e o bloco de filtro de 2° estágio 602 podem compreender filtros de Resposta por Impulso Infinito (FII), ou outros filtros digitais ou processos de filtros digitais adequados. No entanto, deve-se entender que os outros processos de filtração e/ou modalidades de filtração são considerados e estão dentro do âmbito da descrição e das reivindicações.

A Figura 7 mostra detalhes do bloco de transformação de Hilbert 603, de acordo com uma modalidade da invenção. Na modalidade mostrada, o bloco de transformação de Hilbert 603 inclui uma ramificação LPO 700 e uma ramificação RPO 710. A ramificação LPO 700 inclui um bloco de retardo LPO 701, em paralelo com um bloco de filtro LPO 702. Igualmente, a ramificação RPO inclui um bloco de retardo RPO 711, em paralelo com um bloco de filtro RPO 712. O bloco de retardo LPO 701 e o bloco de retardo RPO 711 introduzem retardos de amostragem. O bloco de retardo LPO 701 e o bloco de retardo RPO 711 introduzem retardos de amostragem. O bloco de retardo LPO 701 e o bloco de retardo RPO 711 selecionam, portanto, amostras dos sinais digitais LPO e RPO, que são cronologicamente de um tempo mais tarde que as amostras dos

sinais digitais LPE e RPO, que são filtradas pelos bloco de filtro LPO 702 e o bloco de filtro RPO 712. Os bloco de filtro LPO 702 e o bloco de filtro RPO 712 conduzem um deslocamento de fase de 90 graus nas amostras dos sinais digitais introduzidos.

O bloco da transformação de Hilbert 603 é uma primeira etapa, para proporcionar a medida de fase. O bloco da transformação de Hilbert 603 recebe os sinais LPO e RPO decimalizados, filtrados e conduz uma transformação de Hil10 bert. A transformação de Hilbert produz versões de mudanças de fase de 90 graus dos sinais LPO e RPO, isto é, produz componentes de quadratura (Q) dos componentes dos sinais em fase (I), originais. A saida do bloco da transformação de Hilbert 603 proporciona, portanto, outros componentes de quadratura (Q) LPO Q e RPO Q, juntamente com os componentes dos sinais em fase (I), originais LPO I e RPO I.

As entradas para o bloco da transformação de Hilbert 603 podem ser representados como:

(2) (3)

Usando a transformação de Hilbert, a saida fica:

(5) (4)

Combinando-se os termos originais com a saída da transformação de Hilbert, produz-se:

LPO = A_lpo [cos(fítf)+i sinfraf)] = Apo

RPO = A_rpo [cos(ütf + φ)+i sin(útf+¢)]» A^e^fi (7)

As Figuras 8 e 9 são diagramas de bloco de duas ramificações independentes do bloco de análise 604, de acordo com uma modalidade da invenção. O bloco de análise 604 é o estágio final da freqüência, fase diferencial, e medida de delta T (At). A Figura 8 é uma parte fase 604a, compreendendo uma primeira ramificação, que determina uma diferença de fase dos componentes em fase (I) e quadratura (Q). A Figura 9 é uma parte freqüência 604b, que determina uma freqüência dos componentes em fase (I) e quadratura (Q) de um único sinal sensor. O único sinal sensor pode compreender o sinal LPO, como mostrado, ou pode compreender, alternativamente, o sinal RPO.

Na modalidade da Figura 8, a parte fase 604a do bloco de análise 604 inclui os blocos de união 801a e 801b, um bloco conjugado 802, um bloco de multiplicação complexa 803, um bloco de filtro 804 e um bloco de ângulos de fase

805.

Os blocos de união 801a e 801b recebem ambos os componentes em fase (I) e de quadratura (Q) de um sinal sensor e os deixa passar. O bloco conjugado 802 conduz um conjugado complexo em um sinal sensor (aqui o sinal LPO) e for38 ma um negativo do sinal imaginário. 0 bloco de multiplicação complexa 803 multiplica o sinal RPO e o sinal LPO, implementando a equação (8) abaixo. O bloco de filtro 804 implementa um filtro digital, tal como o filtro FIR discutido acima. O bloco de filtro 804 pode compreender um filtro de decimalização polifásica, que é usado para remover o conteúdo harmônico dos componentes em fase (I) e de quadratura (Q) do sinal sensor, bem como decimalizar o sinal. Os coeficientes do filtro podem ser selecionados para proporcionar decimaliza10 ção do sinal introduzido, tal como, por exemplo, decimalização por um fator de 10. O bloco de ângulo de fase 805 determina o ângulo de fase dos componentes em fase (I) e de quadratura (Q) do sinal LPO e do sinal RPO. O bloco de ângulo de fase 805 implementa a equação (11) mostrada abaixo.

A parte fase 604a mostrada na Figura 8 implementa a seguinte equação:

IPOx ΛΡΟ = x A_tf.e¹'^/Mf> = A_lpax A^e (8) na qual LPO é o conjugado complexo de LPO. Considerando que:

(9) então:

152

LPOxRPO = A²e^M = 4(²[cos(f<) + isin(#)] (10)

O ângulo de fase diferencial resultante é:

φ — tan

(11)

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

Como discutido acima, o bloco de união 901 recebe ambos os componentes em fase (I) e de quadratura (Q) de um sinal sensor e os deixa passar. 0 bloco conjugado 902 executa um conjugado complexo em um sinal sensor, aqui o sinal LPO, e forma um negativo do sinal imaginário. 0 bloco de retardo 903 introduz um retardo de amostragem na parte freqüência 604b, e seleciona, portanto, uma amostra de sinal digital que é cronologicamente mais antiga em tempo. Essa amostra de sinal digital mais antiga é multiplicada com o sinal digital atual no bloco de multiplicação complexa 904. 0 bloco de multiplicação complexa 904 multiplica o sinal LPO e o sinal conjugado LPO, implementando a equação (12) abai40 /53 xo. O bloco de filtro 905 implementa um filtro digital, tal como o filtro FIR discutido acima. O bloco de filtro 905 pode compreender um filtro de decimalização polifásica, que é usado para remover o conteúdo harmônico dos componentes em fase (I) e de quadratura (Q) do sinal sensor, bem como decimalizar o sinal. Os coeficientes de filtro podem ser selecionados para proporcionar decimalização do sinal introduzido, tal como, por exemplo, decimalização por um fator de 10. O bloco de ângulo de fase 906 determina um ângulo de fase dos componentes em fase (I) e de quadratura (Q) do sinal LPO. O bloco do ângulo de fase 90 6 implementa uma parte de equação (13) abaixo. 0 bloco de constante 907 fornece um fator, que compreende uma taxa de amostra F_s dividida por dois pi, como mostrado na equação (14). 0 bloco de divisão 908 conduz a operação de divisão da equação (14).

A parte freqüência 604b implementa a quaçao:

LPO^LPO_w=A_lme-^M·^ xA^e™ = A~ seguinte e(12)

O ângulo entre duas amostras consecutivas é, portanto:

=tan~^l cos^í-íp^) que a freqüência em radiano da interceptação à esquerda. Convertendo para Hz:

(13)

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

A Figura 10 é uma representação gráfica do espectro de potência de um sinal sensor de interceptação de um medidor de fluxo, sob condições normais. A freqüência fundamental do medidor de fluxo é o pico mais alto do gráfico e é localizada em torno de 135 Hz. A figura também mostra vários outros picos grandes no espectro de freqüência (o primeiro modo não fundamental é o modo de torção, a uma freqüência de cerca de 1,5 vez a freqüência do modo fundamental). Esses picos compreendem freqüências harmônicas do medidor de fluxo e também compreende outros modos sensores indesejáveis (isto é, um modo de torção, um segundo modo de desvio, etc.).

A Figura 11 mostra um bloco de transformação de Hilbert alternativa 603 ’ de acordo com uma única modalidade de deslocamento de fase. O bloco de transformação de Hilbert 603’ nessa modalidade inclui uma ramificação LPO 1100 e uma ramificação RPO 1110. A ramificação LPO 1100 inclui um bloco de retardo 701 em paralelo com um bloco de filtro 702. A ramificação RPO 1110 nessa modalidade inclui apenas um bloco de retardo 701. Como antes, os blocos de retardo 701 introduzem retardos de amostragem. Como antes, o bloco de filtro 702 executa um deslocamento de fase de 90 graus na amostra

do sinal digital 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 transforma5 ção de Hilbert / deslocamento de fase de apenas um sinal sensor, para derivar ambas a freqüência e a diferença de fase (consultar as Figuras 2 e 3) . Isso reduz significativamente o número de computações necessárias para executar uma medida de fase e reduzir, significativamente, o número de computações necessárias para obter a vazão mássica.

Nessa modalidade, a saída do bloco de transformação de Hilbert 603' vai proporcionar o componente de quadratura (Q) do sinal sensor à esquerda ou à direita, mas não ambos. No exemplo abaixo, o sinal LPO é submetido a um des15 locamento de fase.

IPO = 4_p0cos(í»f) (²⁶)

APO = A^, cos(fflf + ¢) U-f

Usando a transformação de Hilbert, a saída fica:

HGjiitbarí ~ ^ipo SÍn(ú)í) (28) (29)

Combinando o termo LPO original com a saída da transformação de Hilbert (isto é, com o deslocamento de fase de 90 graus) produz:

LPO = 4„[cos(©/)+zsin(®í)] = A_ípüe^J^'‘ (30) enquanto que o RPO fica igual

ΛΡΟ-4,.003(01/+^(31)

A Figura 12 mostra o bloco de análise 604a’ para a modalidade de deslocamento de fase única. 0 bloco de análise

604’ inclui, nessa modalidade, um bloco de união 801, o blo5 co de multiplicação complexa 803, um bloco de filtro passabaixa 1201 e um bloco de ângulo de fase 805. O bloco de análise 604’a implementa, nessa modalidade, a seguinte equação:

LPOx.SPO = A_lpae-^v.A_v, + 0' (32)

O bloco de filtro passa-baixa 1201 compreende um filtro passa-baixa, que remove um componente de alta fre10 qüência produzido pelo bloco de multiplicação complexa 803. 0 bloco de filtro passa-baixa 1201 pode implementar qualquer tipo de operação de filtração em filtro passa-baixa. 0 resultado da operação de multiplicação produz dois termos. O termo (-cot + <ot + 0) se combina e é simplificado a um termo

0 apenas de fase (um resultado DC) , uma vez que os termos (-cot) e (cot) se cancelam entre eles. O termo (-cot + cot + 0) é simplificado a um termo (2cot + 0), no dobro da freqüência. Uma vez que o resultado é a soma dos 2 termos, o termo de alta freqüência (2cot + 0) pode ser removido. O único sinal de interesse aqui é o termo DC. 0 termo de alta freqüência (2cot + 0) pode ser filtrado fora do resultado usando um filtro passa-baixa. O corte do filtro passa-baixa pode ser localizado em qualquer lugar entre zero e 2ω.

Após filtração, o resultado é:

(33)

Portanto, o ângulo de fase diferencial é:

φ = tan'

-ií~sW) cos(^) (34)

Tomando-se a transformação de Hilbert de um sinal de interceptação em vez de dois, a carga computacional, necessária para fazer uma estimativa de fase e de freqüência em medidores de fluxo Coriolis, é reduzida vantajosamente. As fase e freqüência podem ser, portanto, determinadas usando-se dois sinais sensores, mas usando apenas um deslocamento de fase de 90 graus.

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

Sob essa condição, o ruído do escoamento é substancialmente reduzido no algoritmo gerado, por causa do cálculo da taxa de fase e da freqüência. Pode-se notar do gráfico que o resultado derivado pela invenção não apresenta os grandes pi5 cos e vales, que são refletidos nas medidas da técnica anterior (At) .

A Figura 14 mostra os componentes eletrônicos de medição 20 de acordo com uma outra modalidade da invenção. Os componentes eletrônicos de medição 20 dessa modalidade podem determinar uma fração de vazio do gás em um material em escoamento por um medidor de fluxo associado, entre outras coisas. Os componentes eletrônicos de medição 20 podem receber uma resposta de freqüência do material em escoamento, decompor a resposta de freqüência em pelo menos um com15 ponente de freqüência de gás e um componente de freqüência de fluido, e determinar a fração de vazio de gás da resposta de freqüência e de um ou mais do componente de freqüência de gás e do componente de freqüência de fluido. A fração de vazio pode compreender uma fração de vazio substancialmente instantânea. Os componentes eletrônicos de medição 20 podem, portanto, determinar as características de escoamento de um fluido, independentemente da presença ou da quantidade de gás entranhado.

O fluido pode compreender qualquer tipo de fluido e o gás pode compreender qualquer tipo de gás. O gás pode compreender, por exemplo, ar. A discussão abaixo focaliza ar em um fluido, mas deve-se entender que a invenção se aplica a qualquer gás.

/rz

O sistema de processamento 203 pode incluir, nessa modalidade, uma rotina de fração de vazio 1401, uma rotina de filtro de entalhe 1402 e uma ou mais rotinas de filtro ou filtros, tais como uma rotina de filtro passa-baíxa 1403 e uma rotina de filtro passa-alta 1404. Alternativamente, a uma ou mais rotinas de filtro ou filtros podem incluir uma configuração de filtro de entalhe ou outra configuração de filtro, que rejeita uma faixa estreita de freqüências. O sistema de processamento 203 pode incluir também uma resposta de freqüência 1410 e uma fração de vazio 1418, que pode armazenar as medidas de resposta de freqüência e as determinação de fração de vazio, respectivamente. O sistema de processamento 203 pode incluir ainda um componente de freqüência de fluido 1416 e um componente de freqüência de gás 1412, que armazenam os valores das freqüências operacionais para a determinação de fração de vazio. O sistema de processamento 203 pode incluir ainda uma densidade global 1420, uma densidade de componente de gás 1412 e uma densidade de componente de fluido 1422, que armazenam os valores de densidade para a determinação de fração de vazio.

A resposta de freqüência 1410 compreende, em uma modalidade, a freqüência discutida acima 221, recebida do conjunto medidor 10 (Figuras 2 e 4). A resposta de freqüência 1410 pode ser determinada usando os blocos de processamento discutidos acima (consultar as Figuras 6, 7 e 9) . Vantajosamente, quando do uso da determinação de freqüência de alta velocidade discutida acima, a invenção pode rápida, precisa e confiavelmente determinar a fração de vazio do gás

1418.

Em uma modalidade, a resposta de freqüência 1410 é derivada dos primeiro e segundo sinais sensores, em que os dois sinais sensores são processados pelo sistema de processamento 203, para obter a resposta de freqüência 1410. O processamento pode incluir o deslocamento de fase de um sinal sensor, como discutido acima, e gerar os valores de freqüência com base no sinal de fase mudada e nos dois sinais sensores.

A resposta de freqüência 1410 compreende uma freqüência mista (fmix) t em que a resposta de freqüência 1410 pode incluir um componente de freqüência de gás (f_gas) 1412 e um componente de freqüência de fluido (ffiuid) 1416. A qualquer momento, a resposta de freqüência 1410 pode incluir qualquer proporção de um componente de freqüência de gás (fgas) 1412 (isto é, gás entranhado) .

A Figura 15 é um gráfico de respostas de frequências do medidor de fluxo para ar, para um fluido e para uma mistura de ar / fluido combinados (isto é, para um fluido incluindo ar entranhado). Um conceito básico da invenção é que a densidade de um gás é distinguível da densidade de um fluido no material em escoamento escoando pelo medidor de fluxo. Uma vez que a densidade pode ser derivada de uma freqüência medida, que é obtida por um medidor de fluxo, a freqüência associada com o ar é também distinguível da freqüência do fluido. Isso é também verdade para outros gases ou misturas de gases.

Uma equação para calcular a freqüência é:

(35) ωΐ-ωί^ staif¹ _tOOS(âtf-<0í_iX na qual ω é a freqüência em radianos do medidor de fluxo Coriolis. 0 termo ω_ι representa uma amostra de freqüência em radianos de um período de amostragem prévio ou anterior. A conversão da freqüência em radianos ω a uma fre5 qüência f em hertz (Hz) apresenta:

Ifluid (ú)t-Q)t^')xF_s

2π (36)

Essa equação considera que apenas uma freqüência está presente. Se duas freqüências estão presentes, como no caso de ar entranhado (a freqüência de ar e a freqüência do material em escoamento fluido), a equação passa a ser:

fmlx ~

2π tan

-i _4íw c°s(<V - ^wj7«A)+4· oosíe^f (37) em que fnd._x é a resposta de freqüência de todo o material em escoamento, incluindo um componente de freqüência de gás (f_gas) θ um componente de freqüência de fluido (ffluid) ·

A rotina do filtro passa-baixa 1403 implementa um filtro passa-baixa. Um filtro passa-baixa deixa passar as baixas freqüências substancialmente abaixo de uma freqüência

de corte passa-baixa. Um filtro passa-baixa pode ser usado para remover as altas frequências.

A rotina de filtro passa-alta 1404 implementa um filtro passa-alta. Um filtro passa-alta deixa passar as freqüências elevadas substancialmente acima de uma freqüência de corte passa-alta. Um filtro passa-alta pode ser, portanto, usado para remover as baixas freqüências.

A rotina de filtro de entalhe 1402 implementa um filtro de entalhe. Um filtro de entalhe rejeita uma faixa estreita de freqüências, que são centralizada em um entalhe na resposta de freqüência do filtro de entalhe. Apenas as freqüências no entalhe são rejeitadas pelo filtro de entalhe. Portanto, o filtro de entalhe é muito útil para a remoção de freqüências indesejadas, conhecidas da resposta de freqüência 1410.

Em operação, os componentes eletrônicos de medição 20 recebem a resposta de freqüência 1410. Os componentes eletrônicos de medição 20 decompõem a resposta de freqüência 1410 no componente de freqüência de gás 1412 e no componente de freqüência de fluido 1416. Os componentes eletrônicos de medição 20 usam a resposta de freqüência 1410 e um ou mais do componente de freqüência de gás 1412 e do componente de freqüência de fluido 1416, para determinar a fração de vazio do gás. Os componentes eletrônicos de medição 20 determinam uma densidade global <p_TOi_x) 1420 da resposta de freqüência 1410. Igualmente, uma densidade de componente de gás (p_gas) 1421 é determinada do componente de freqüência de gás 1412, e uma densidade de componente de fluido (pfiuid) 1422 é de-

terminada do componente de freqüência de fluido 1416 (consultar as equações 38 e 39 abaixo). Esses valores de densidade podem ser usados para determinar a fração de vazio. Conseqüentemente, a fração de vazio pode ser determinada para substancialmente qualquer gás e substancialmente qualquer líquido no material em escoamento.

A densidade (p) compreende:

P (l

I +b (38) em que m é a medida de vazão mássica, f é a medida de freqüência, e b é algum tipo de fator de calibração. Conseqüentemente, a fração de vazio de gás 1418 é calculada como uma razão da densidade de componente de fluido (pfiuid) 1422 menos a densidade global (pmix) 1420, dividido pela densidade de componente de fluido (pfiuid) 1422. A computação tem a forma:

Void_Fraction- (39)

Pjltdd “ Pgas

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

Deve-se entender que apenas um do componente de freqüência de gás 1412 e do componente de freqüência de fluido 1416 pode ser necessário, se o gás ou fluido for conhecido. Por exemplo, se o gás compreende ar, então uma res-

posta de freqüência (e a densidade) de ar padrão podem ser considerada. Por conseguinte, a freqüência de gás ou fluido conhecida pode ser filtrada, e apenas uma etapa de filtração é necessária.

Os componentes eletrônicos de medição 20 podem determinar adicionalmente outras características de escoamento, tal como a vazão mássica global, uma vazão mássica apenas do componente de fluido, uma densidade de fluido, etc. Os componentes eletrônicos de medição 20 podem ficar em comunicação com o conjunto medidor 10, em que o conjunto medidor 10 pode compreender qualquer tipo de medidor de fluxo que gere uma resposta de freqüência. Em uma modalidade, o conjunto medidor 10 compreende um medidor de fluxo Coriolis. Em outra modalidade, o conjunto medidor 10 compreende um densitômetro vibratório.

Deve-se entender que os componentes eletrônicos de medição 20 dessa figura podem incluir vários outros componentes e/ou rotinas que foram discutidas previamente. Os componentes e/ou rotinas em comum com outras modalidades partilham os números de referência comuns. Os componentes eletrônicos de medição 20 podem determinar uma resposta de freqüência e uma densidade para o material em escoamento, como discutido acima.

Um método de decompor os componentes de freqüência de fluido e gás, da resposta de freqüência, compreende a execução de duas operações de filtração. Uma operação de filtração compreende filtrar a resposta de freqüência com um primeiro filtro, que rejeita substancialmente o componente

de freqüência de gás e deixa passar substancialmente o componente de freqüência de fluido. A segunda operação de filtração compreende filtrar a resposta de freqüência com um segundo filtro, que rejeita substancialmente o componente de freqüência de fluido e deixa passar substancialmente o componente de freqüência de gás. Por conseguinte, o primeiro filtro transmite o componente de freqüência de fluido e o segundo filtro transmite o componente de freqüência de gás.

A Figura 16 é um fluxograma 1600 de um método para determinar uma fração de vazio de gás em um material em escoamento escoando por um medidor de fluxo, de acordo com uma modalidade da invenção. Na etapa 1601, uma resposta de freqüência é recebida. A resposta de freqüência pode ser recebida, por exemplo, pelos componentes eletrônicos de medição 20. A resposta de freqüência compreende uma resposta de freqüência a um conjunto medidor vibratório 10, que inclui o material em escoamento. O material em escoamento pode incluir gás entranhado.

Em uma modalidade, a resposta de freqüência pode compreender um primeiro sinal sensor e um segundo sinal sensor . O primeiro sinal sensor e o segundo sinal sensor podem ser recebidos de sensores de interceptação 170L e 170R do, por exemplo, conjunto medidor 10. Um deslocamento de fase de 90 graus pode ser gerado de quaisquer dos sinais sensores. O deslocamento de fase de 90 graus e os primeiro e segundo sinais sensores podem ser usados para computar a 1, em que a resposta de freqüência varia com o tempo, de acordo tanto com a vazão mássica do material em escoamento quanto de a-

cordo com a presença e proporção de gás entranhado.

Na etapa 1602, a resposta de frequência é decomposta em um componente de frequência de gás 1412 e um componente de frequência de fluido 1416. Isso é possível porque a resposta de freqüência 1410 compreende um componente de frequência de gás, que é relacionado com uma vazão de gás no material em escoamento, e um componente de freqüência de fluido, que é relacionado com a vazão de fluido. O fluido pode compreender qualquer tipo de fluido. A decomposição pode ser conduzida por um primeiro filtro e um segundo filtro, como discutido acima. Além disso, a decomposição pode ser conduzida por um filtro passa-baixa e um filtro passa-alta, como discutido acima.

Na etapa 1603, como discutido acima, a fração de vazio de gás 1418 é determinada usando a resposta de freqüência 1410, o componente de freqüência de gás 1412 e o componente de freqüência de fluido 1416. A determinação pode incluir determinar os valores de densidade da resposta de freqüência 1410, componente de freqüência de gás 1412 e componente de freqüência de fluido 1416, como discutido acima. A fração de vazio de gás resultante 1418 pode ser expressa como uma razão, um percentual ou outra medida.

A Figura 17 é um fluxograma 1700 de um método para determinar uma fração de vazio de gás em um material em escoamento escoando por um medidor de fluxo, de acordo com uma modalidade da invenção. Na etapa 1701, uma resposta de freqüência é recebida, como discutido acima.

Na etapa 1702, a resposta de freqüência é filtrada

com um primeiro filtro. O primeiro filtro rejeita substancialmente o componente de freqüência de gás e deixa passar substancialmente o componente de freqüência de fluido {consultar a Figura 18) . Em uma modalidade, o primeiro filtro compreende um filtro passa-baixa, em que uma freqüência de corte passa-baixa do filtro passa-baixa é substancialmente acima do componente de freqüência de fluido. Por conseguinte, o filtro passa-baixa deixa passar substancíalmente o componente de freqüência de fluido e rejeita substancialmente o componente de freqüência de gás.

Na etapa 1703, a resposta de freqüência é filtrada com um segundo filtro. O segundo filtro rejeita substancialmente o componente de freqüência de fluido e deixa passar substancíalmente o componente de freqüência de gás. Em uma modalidade, o segundo filtro compreende um filtro passaalta, em que uma freqüência de corte passa-alta do filtro passa-alta é substancíalmente abaixo do componente de freqüência de gás (mas acima do componente de freqüência de fluido). Por conseguinte, o filtro passa-alta deixa passar substancíalmente o componente de freqüência de gás e rejeita substancíalmente o componente de freqüência de fluido.

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

A Figura 18 é um gráfico de freqüência mostrando as respostas dos filtros de passagem de baixas e altas frequências, que podem ser usadas para decompor o componente de

freqüência de fluido e o componente de freqüência de gás, de acordo com uma modalidade da invenção. A linha inferior do gráfico representa uma freqüência do medidor de fluxo, incluindo um lobo de componente de freqüência de fluido e um lobo de componente de freqüência de gás. O lobo de componente de freqüência de fluido é inferior em freqüência ao lobo de componente de freqüência de gás. As linhas superiores compreendem uma resposta de filtro passa-baixa e uma resposta de filtro de passagem de freqüências altas, juntamente com uma freqüência de corte. Aqui, a freqüência de corte para ambos os filtros de passagem de baixas e altas freqüências é substancialmente centralizada entre os dois lobos. Os filtros de passagem de baixas e altas freqüências podem ter uma freqüência de corte comum, ou podem ter diferentes freqüências de corte, dependendo dos componentes de freqüências de fluido e de gás. Pode-se notar que o filtro passa-baixa vai transmitir o componente de freqüência de fluido e o filtro passa-alta vai transmitir o componente de freqüência de gás. Portanto, os dois filtros podem decompor a resposta de freqüência 1410 no componente de freqüência de gás 1412 e no componente de freqüência de fluido 1416.

Outro método de decomposição de componentes de freqüências de fluido e de gás compreende filtrar um único componente de freqüência conhecido, e, usando o componente de freqüência passado pela operação do filtro, determinar as densidades dos componentes de fluido e de gás. Por exemplo, quando o gás no material em escoamento é ar, então a operação de filtração pode ser configurada para filtrar uma faixa

de freqüência relativamente estreita, centralizada em uma resposta de freqüência de ar típica. Subseqüentemente, a densidade global, derivada da resposta de freqüência, e o componente de freqüência de fluido, derivado do componente de freqüência de fluido remanescente, podem ser usados para determinar um termo de densidade de ar. Por exemplo, quando o gás é conhecido como sendo ar atmosférico, um filtro (tal como, por exemplo, um filtro de entalhe) pode ser usado para rejeitar substancialmente um componente de freqüência de ar da resposta de freqüência. Por conseguinte, a densidade global (pmix) 1420 pode ser calculada da resposta de freqüência 1410, e uma densidade de componente de fluido (p_fi_Uid) 1422 pode ser calculada do componente de freqüência de fluido 1416. Portanto, a densidade de componente de ar (p_gas) 1421 compreende a densidade global (pmix) 1420 menos a densidade de componente de fluido (pfiuid) 1422.

Alternativamente, deve-se entender que o componente de freqüência de fluido pode ser removido / filtrado, e a fração de vazio pode ser determinada por uso do componente de freqüência de gás. Como antes, essa única remoção de freqüência pode ser conduzida quando o fluido possui uma resposta de freqüência característica e uma densidade conhecidas. Portanto, o método de remoção de uma única freqüência pode remover o componente de freqüência de fluido ou o componente de freqüência de gás.

Em uma modalidade, um único componente de freqüência pode ser removido por um ou mais filtros, enquanto que o outro componente de freqüência é passado pela operação de

filtração. O um ou mais filtros em uma modalidade compreendem um filtro de entalhe. Um filtro de entalhe deixa passar todas as frequências, exceto as frequências dentro de uma faixa estreita {isto é, um entalhe na resposta de freqüência) . Alternativamente, o um ou mais filtros podem compreender qualquer filtro ou combinação de filtros satisfatório.

A Figura 19 é um fluxograma 1900 de um método para determinar uma fração de vazio de gás em um material em escoamento escoando por um medidor de fluxo, de acordo com uma modalidade da invenção. Na etapa 1901, a resposta de freqüência 1410 é recebida, como discutido acima.

Na etapa 1902, a resposta de freqüência é processada com um filtro de entalhe. O filtro de entalhe deixa passar as frequências acima e abaixo de um entalhe, tais como, nessa modalidade, as acima e abaixo da resposta de freqüência de gás. Portanto, o filtro de entalhe rejeita substancialmente o componente de freqüência de gás 1412. O filtro de entalhe deixa passar substancialmente o componente de freqüência de fluido 1416.

A Figura 20 é um gráfico de uma resposta de freqüência de filtro de entalhe. No exemplo mostrado, o entalhe é centralizado em uma freqüência de gás. O filtro de entalhe deixa passar substancialmente todas as freqüências acima e abaixo do entalhe, e apenas a freqüência de gás é substancialmente rejeitada pelo filtro de entalhe.

Na etapa 1903, a fração de vazio de gás 1418 é determinada usando a resposta de freqüência, o componente de freqüência de gás 1412 e o componente de freqüência de flui-

do 1416, como discutido acima.

Os componentes eletrônicos de medição e o método de acordo com a invenção podem ser implementados de acordo com quaisquer das modalidades, para obter uma série de van5 tagens, se desejado. A invenção pode determinar uma fração de vazio de gás em um fluxo de duas fases. A invenção pode determinar uma fração de vazio de ar. A invenção pode proporcionar uma fração de vazio de determinação de gás de maiores precisão e confiabilidade. A invenção pode proporcionar uma determinação de fração de vazio de gás mais rápida do que na técnica anterior e, ao mesmo tempo, consumindo menos tempo de processamento.

Claims (26)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Componentes eletrônicos de medição (20) para determinar uma fração de vazio de gás em um material em escoamento escoando por um medidor de fluxo (5), compreendendo:

   uma interface (201) para receber uma resposta de freqüência do material em escoamento; e um sistema de processamento (203) em comunicação com a interface (201) e configurado para receber a resposta de freqüência a partir 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 a partir da resposta de freqüência e de um ou mais dentre o componente de freqüência do gás e o componente de frequência do fluido;

   CARACTERIZADOS pelo fato de que o medidor de fluxo (5) compreende um medidor de fluxo Coriolis (5).
2. 2. Componentes eletrônicos de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADOS pelo fato de que a fração de vazio de gás compreende uma fração de vazio de ar.
3. 3. Componentes eletrônicos de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADOS pelo fato de que a interface (201) inclui um digitalizador (202) configurado para digitalizar a resposta de freqüência.
4. 4. Componentes eletrônicos de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADOS pelo fato de que o sistema de processamento (203) é adicionalmente confide 23/10/2017, pág. 7/18 gurado para receber um primeiro sinal sensor e um segundo sinal sensor a partir do medidor de fluxo (5), gerar um deslocamento de fase de 90 graus a partir do primeiro sinal sensor, e computar a resposta de freqüência usando o deslocamento de fase de 90 graus.
5. 5. Componentes eletrônicos de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADOS pelo fato de que o sistema de processamento (203) é adicionalmente configurado para receber um primeiro sinal sensor e um segundo sinal sensor a partir do medidor de fluxo (5), gerar um deslocamento de fase de 90 graus a partir do primeiro sinal sensor, e computar a resposta de freqüência usando o primeiro sinal sensor e o deslocamento de fase de 90 graus.
6. 6. Componentes eletrônicos de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADOS pelo fato de que o sistema de processamento (203) é adicionalmente configurado para decompor a resposta de freqüência por processamento da resposta de freqüência com um ou mais filtros, que rejeitam substancialmente um dentre o componente de freqüência de gás e o componente de freqüência de fluido.
7. 7. Componentes eletrônicos de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADOS pelo fato de que o sistema de processamento (203) é adicionalmente configurado para decompor a resposta de freqüência pelo processamento da resposta de freqüência com um filtro de entalhe que rejeita substancialmente um dentre o componente de freqüência de gás e o componente de freqüência de fluido.
8. 8. Componentes eletrônicos de medição (20), de de 23/10/2017, pág. 8/18 acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADOS pelo fato de que o sistema de processamento (203) é adicionalmente configurado para decompor a resposta de freqüência por filtração da resposta de freqüência com um primeiro filtro, que rejeita substancialmente o componente de freqüência de gás e deixa passar substancialmente o componente de freqüência de fluido, e filtração da resposta de freqüência com um segundo filtro, que rejeita substancialmente o componente de freqüência de fluido e deixa passar substancialmente o componente de freqüência de gás, em que o primeiro filtro transmite o componente de freqüência de fluido e o segundo filtro transmite o componente de freqüência de gás.
9. 9. Componentes eletrônicos de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADOS pelo fato de que o sistema de processamento (203) é adicionalmente configurado para decompor a resposta de freqüência pelo processamento da resposta de freqüência com um filtro passa-baixa, com uma freqüência de corte passa-baixa do filtro passabaixa estando substancialmente acima do componente de freqüência de fluido, e com o filtro passa-baixa deixando passar substancialmente o componente de freqüência de fluido e rejeitando substancialmente o componente de freqüência de gás, e processando a resposta de freqüência com um filtro passa-alta, com uma freqüência de corte passa-alta do filtro passa-alta estando substancialmente abaixo do componente de freqüência de gás, e com o filtro passa-alta passando substancialmente o componente de freqüência de gás e rejeitando substancialmente o componente de freqüência de fluido, em de 23/10/2017, pág. 9/18 que o filtro passa-baixa transmite o componente de freqüência de fluido e o filtro passa-alta transmite o componente de freqüência de gás.
10. 10. Componentes eletrônicos de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADOS pelo fato de que o sistema de processamento (203) é adicionalmente configurado para determinar a fração de vazio de gás pelo cálculo de uma densidade global a partir da resposta de freqüência, cálculo de uma densidade de componente de fluido a partir do componente de freqüência de fluido, cálculo de uma densidade de componente de gás a partir do componente de freqüência de gás, e cálculo da fração de vazio de gás como uma razão da densidade do componente de fluido menos a densidade global, dividido pela densidade do componente de fluido menos a densidade do componente gasoso.
11. 11. Método para determinar uma fração de vazio de gás em um material em escoamento escoando por um medidor de fluxo, utilizando os componentes eletrônicos de medição tal como definidos na reivindicação 1, CARACTERIZADO por compreender:

    receber uma resposta de freqüência do material em escoamento;

    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 de gás a partir da resposta de freqüência e de um ou mais dentre o componente de freqüência de gás e do componente de frequência de fluide 23/10/2017, pág. 10/18 do .
12. 12. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a fração de vazio de gás compreende uma fração de vazio de ar.
13. 13. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que receber a resposta de freqüência compreende ainda:

    receber um primeiro sinal sensor e um segundo sinal sensor a partir do medidor de fluxo;

    gerar um deslocamento de fase de 90 graus a partir do primeiro sinal sensor; e computar a resposta de freqüência usando o deslocamento de fase de 90 graus.
14. 14. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que receber a resposta de freqüência adicionalmente compreende:

    receber um primeiro sinal sensor e um segundo sinal sensor a partir do medidor de fluxo;

    gerar um deslocamento de fase de 90 graus a partir do primeiro sinal sensor; e computar a resposta de freqüência usando o primeiro sinal sensor e o deslocamento de fase de 90 graus.
15. 15. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a decomposição compreende processar a resposta de freqüência com um ou mais filtros, que rejeitam substancialmente um dentre o componente de freqüência de gás e o componente de freqüência de fluido.
16. 16. Método, de acordo com a reivindicação 11, de 23/10/2017, pág. 11/18

    CARACTERIZADO pelo fato de que a decomposição compreende processar a resposta de freqüência com um filtro de entalhe, que rejeita substancialmente um dentre o componente de freqüência de gás e o componente de freqüência de fluido.
17. 17. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a decomposição compreende:

    filtrar a resposta de freqüência com um primeiro filtro, que rejeita substancialmente o componente de freqüência de gás e substancialmente deixa passar o componente de freqüência de fluido; e filtrar a resposta de freqüência com um segundo filtro, que rejeita substancialmente o componente de freqüência de fluido e substancialmente deixa passar o componente de freqüência de gás, em que o primeiro filtro transmite o componente de freqüência de fluido e o segundo filtro transmite o componente de freqüência de gás.
18. 18. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a decomposição compreende:

    processar a resposta de freqüência com um filtro passa-baixa, com uma freqüência de corte passa-baixa do filtro passa-baixa estando substancialmente acima do componente de freqüência de fluido, em que o filtro passa-baixa deixa passar substancialmente o componente de freqüência de fluido e rejeita substancialmente o componente de freqüência de gás; e processar a resposta de freqüência com um filtro passa-alta, com uma freqüência de corte passa-alta do filtro de 23/10/2017, pág. 12/18 passa-alta estando substancialmente abaixo do componente de freqüência de gás, em que o filtro passa-alta deixa passar substancialmente o componente de freqüência de gás e rejeita substancialmente o componente de freqüência de fluido;

    em que o filtro passa-baixa transmite o componente de freqüência de fluido e o filtro passa-alta transmite o componente de freqüência de gás.
19. 19. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a determinação compreende:

    calcular uma densidade global a partir da resposta de freqüência;

    calcular uma densidade de componente de fluido a partir do componente de freqüência de fluido;

    calcular uma densidade de componente de gás a partir do componente de freqüência de gás;

    calcular a fração de vazio de gás como uma razão da densidade de componente de fluido menos a densidade global, dividido pela densidade de componente de fluido menos a densidade de componente de gás.
20. 20. Método para determinar uma fração de vazio de gás em um material em escoamento escoando por um medidor de fluxo, utilizando os componentes eletrônicos de medição tal como definidos na reivindicação 1, CARACTERIZADO por compreender:

    receber uma resposta de freqüência do material em escoamento;

    processar a resposta de freqüência com um filtro de entalhe, que rejeita substancialmente um dentre um compode 23/10/2017, pág. 13/18 nente de freqüência de gás e um componente de freqüência de fluido; e determinar a fração de vazio de gás a partir da resposta de freqüência e de um ou mais dentre o componente

    de freqüência de gás e do componente de freqüência de flui- do. 21. Método, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que a fração de vazio de gás com- preende uma fração de vazio de ar. 22. Método, de acordo com a reivindicação 20,

    CARACTERIZADO pelo fato de que receber a resposta de freqüência adicionalmente compreende:

    receber um primeiro sinal sensor e um segundo sinal sensor a partir do medidor de fluxo;

    gerar um deslocamento de fase de 90 graus a partir do primeiro sinal sensor; e computar a resposta de freqüência usando o deslocamento de fase de 90 graus.
21. 23. Método, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que receber a resposta de freqüência adicionalmente compreende:

    receber um primeiro sinal sensor e um segundo sinal sensor a partir do medidor de fluxo;

    gerar um deslocamento de fase de 90 graus a partir do primeiro sinal sensor; e computar a resposta de freqüência usando o primeiro sinal sensor e o deslocamento de fase de 90 graus.
22. 24. Método, de acordo com a reivindicação 20, de 23/10/2017, pág. 14/18

    CARACTERIZADO pelo fato de que a determinação compreende:

    calcular uma densidade global a partir da resposta de freqüência;

    calcular uma densidade de componente de fluido a partir do componente de freqüência de fluido se o componente de freqüência de gás for rejeitado pelo filtro de entalhe, ou calcular uma densidade de componente de gás se o componente de freqüência de fluido for rejeitado;

    estimar a densidade de componente de gás se o componente de freqüência de gás for rejeitado pelo filtro de entalhe, ou estimar o componente de freqüência de fluido se o componente de freqüência de fluido for rejeitado; e calcular a fração de vazio de gás como uma razão da densidade de componente de fluido menos a densidade global, dividido pela densidade de componente de fluido menos a densidade de componente de gás.
23. 25. Método para determinar uma fração de vazio de gás em um material em escoamento escoando por um medidor de

    fluxo, utilizando os componentes eletrônicos de medição tal como definidos na reivindicação 1 , CARACTERIZADO por compre- ender: receber uma resposta de freqüência do material em escoamento; filtrar a resposta de freqüência com um primeiro

    filtro, que rejeita substancialmente o componente de freqüência de gás e deixa passar substancialmente o componente de freqüência de fluido, em que o primeiro filtro transmite o componente de freqüência de fluido;

    de 23/10/2017, pág. 15/18 filtrar a resposta de freqüência com um segundo filtro, que rejeita substancialmente o componente de freqüência de fluido e deixa passar substancialmente o componente de freqüência de gás, em que o segundo filtro transmite o componente de freqüência de gás; e determinar a fração de vazio de gás a partir da resposta de freqüência e de um ou mais dentre o componente

    de freqüência de gás e do componente de freqüência de flui- do. 26 . Método, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de que a fração de vazio de gás com- preende uma fração de vazio de ar. 27. Método, de acordo com a reivindicação 25,

    CARACTERIZADO pelo fato de que receber a resposta de freqüência adicionalmente compreende:

    receber um primeiro sinal sensor e um segundo sinal sensor a partir do medidor de fluxo;

    gerar um deslocamento de fase de 90 graus a partir do primeiro sinal sensor; e computar a resposta de freqüência usando o deslocamento de fase de 90 graus.
24. 28. Método, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de que receber a resposta de freqüência adicionalmente compreende:

    receber um primeiro sinal sensor e um segundo sinal sensor a partir do medidor de fluxo;

    gerar um deslocamento de fase de 90 graus a partir do primeiro sinal sensor; e de 23/10/2017, pág. 16/18 computar a resposta de freqüência usando o primeiro sinal sensor e o deslocamento de fase de 90 graus.
25. 29. Método, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de que a determinação compreende:

    calcular uma densidade global a partir da resposta de freqüência;

    calcular uma densidade de componente de fluido a partir do componente de freqüência de fluido;

    calcular uma densidade de componente de gás a partir do componente de freqüência de gás;

    calcular a fração de vazio de gás como uma razão da densidade de componente de fluido menos a densidade global, dividido pela densidade de componente de fluido menos a densidade de componente de gás.
26. 30. Método, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro filtro compreende um filtro passa-baixa e o segundo filtro compreende um filtro passa-alta.

    Petição 870170080713, de 23/10/2017, pág. 17/18 /0$

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