BRPI0611164B1

BRPI0611164B1 - Métodos e componente eletrônico de medição para detectar rapidamente uma não-uniformidade de um material fluindo através de um fluxômetro coriolis

Info

Publication number: BRPI0611164B1
Application number: BRPI0611164-5A
Authority: BR
Inventors: Ralph Duffill Graeme; B. Mcanally Craig; L. Maginnis Richard; James Bell Mark
Original assignee: Micro Motion, Inc.
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2006-05-24
Publication date: 2018-04-03
Also published as: AU2006252780B2; EP1889013B1; JP2012255794A; JP2008542725A; CA2608205A1; AU2006252780A1; KR101650317B1; HK1120857A1; RU2007149343A; MX2007014513A; KR20080015881A; US20080189067A1; JP5497117B2; CN100538285C; US7908097B2; RU2366900C1; CN101184975A; BRPI0611164A2; KR20140112570A; AR054460A1

Abstract

a invenção apresenta um componente eletrônico de medição (20) e métodos para detectar uma anomalia de fluxo em um material de fluxo fluindo através de um fluxômetro (5) . os componente eletrônico de medição (20) inclui uma interface (201) para receber uma resposta vibracional do material de fluxo, com a resposta vibracional incluindo pelo menos um primeiro sinal de sensor e um segundo sinal de sensor, e sistema de processamento (203) em comunicação com a interface (201) . o sistema de processamento (203) é configurado para receber a resposta vibracional da interface (201), gerar um deslocamento de fase de noventa graus a partir do primeiro sinal de sensor, e gerar pelo menos uma característica de fluxo usando pelo menos o primeiro sinal de sensor e o deslocamento de fase de noventa graus, comparar pelo menos uma característica de fluxo com pelo menos um perfil de anomalia, detectar um deslocamento na resposta vibracional, se pelo menos uma característica de fluxo incidir no perfil de anomalia, e indicar uma condição de anomalia, como resultado da detecção.

Description

(54) Título: MÉTODOS E COMPONENTE ELETRÔNICO DE MEDIÇÃO PARA DETECTAR RAPIDAMENTE UMA NÃO-UNIFORMIDADE DE UM MATERIAL FLUINDO ATRAVÉS DE UM FLUXÔMETRO CORIOLIS (73) Titular: MICRO MOTION, INC.. Endereço: 7070 Winchester Circle, Boulder, Colorado 80301, ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA(US) (72) Inventor: GRAEME RALPH DUFFILL; CRAIG B. MCANALLY; RICHARD L. MAGINNIS; MARK JAMES BELL

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 03/04/2018, observadas as condições legais

Expedida em: 03/04/2018

Assinado digitalmente por:

Júlio César Castelo Branco Reis Moreira

Diretor de Patente

MÉTODOS E COMPONENTE ELETRÔNICO DE MEDIÇÃO PARA DETECTAR RAPIDAMENTE UMA NÃO-UNIFORMIDADE DE UM MATERIAL FLUINDO ATRAVÉS DE UM FLUXÔMETRO CORIOLIS

Antecedentes da Invenção

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a componente eletrônico de medição e métodos para detectar uma anomalia de fluxo em um material de fluxo fluindo através de um fluxômetro.

Apresentação do Problema

É conhecido o uso de fluxômetros de massa Coriolis para medir fluxo de massa e outras informações de materiais fluindo através de uma tubulação, conforme divulgado na Patente U.S. N° 4.491.025 concedida a J. E. Smith e outros em 1° de janeiro de 1985, eRe. 31.450 a J. E. Smith em 11 de fevereiro de 1982. Esses fluxômetros possuem um.ou mais tubos de fluxo de diferentes configurações. Cada configuração de conduto pode ser visualizada, como tendo um conjunto de modos de vibração natural, incluindo, por exemplo, os modos simples de curvatura, torção, radial e acoplado. Em uma aplicação típica para medição do fluxo de massa Coriolis, uma configuração de conduto é excitada em um ou mais modos de vibração, conforme um material flui através do conduto, e o movimento do conduto é medido em pontos espaçados ao longo do conduto.

Os modos de vibração dos sistemas cheios com material são definidos, em parte, pela massa combinada dos tub.os de fluxo e um material dentro dos tubos de fluxo. Material flui para dento do fluxômetro através de um tubo conectado

no lado de entrada do fluxômetro. O material é, então, direcionado através do(s) tubo(s) de fluxo, e sai do fluxômetro através de um tubo conectado no lado de saída.

Um acionador aplica uma força ao tubo de fluxo. A força faz com que o tubo de fluxo oscile. Quando não houver nenhum material fluindo através do fluxômetro, todos os pontos ao longo de um tubo de fluxo oscilam com uma fase idêntica. Quando um material começa a fluir através do tubo de fluxo, acelerações de Coriolis fazem com que cada ponto ao longo do tubo de fluxo tenha uma fase distinta com relação a outros pontos ao longo do tubo de fluxo. A fase no lado de entrada do tubo de fluxo atrasa o acionador, enquanto que a fase no lado de saída avança o acionador. Sensores são colocados em diferentes pontos do tubo de fluxo, para produzir sinais senoidais representativos do movimento do tubo de fluxo nos diferentes pontos. A diferença de fase entre os dois sinais de sensor é proporcional à vazão de massa do material fluindo através do(s) tubo(s) de fluxo. Em um método da técnica anterior, uma Transformada Discreta de Eourier (DFT) ou uma Transformada Rápida de Fourier (FFT) é usada para determinar a diferença de fase entre os sinais de sensor. A diferença de fase e uma resposta de freqüência vibracional da unidade do tubo de fluxo são usadas para obter a vazão de massa.

Em um método da técnica anterior, um sinal de referência independente é usado para determinar uma freqüência do sinal de captação, tal como através do uso da freqüência transmitida ao sistema do acionador vibracional. Em outro método da técnica anterior, a freqüência de resposta vibracional gerada por um sensor de captação pode ser determinada pela centragem dessa freqüência em um filtro de entalhe, onde o fluxômetro da técnica anterior tenta manter o entalhe do filtro de entalhe na freqüência do sensor de captação. Essa técnica anterior opera bastante bem sob condições favoráveis, onde o material de fluxo no fluxômetro é uniforme e onde a freqüência do sinal de capitação resultante é relativamente estável. Porém, a medição de fase da técnica anterior sofre, quando o material de fluxo não é uniforme, tal como em fluxos de duas fases, onde o material de fluxo compreende um liquido e um sólido, e onde existem bolhas de ar no material de fluxo liquido. Nestas situações, a freqüência determinada pela técnica anterior pode flutuar com rapidez. Durante condições de transições de freqüência rápidas e grandes, é possível que os sinais de capitação se movam para fora da largura de faixa do filtro, produzindo medições incorretas de fase e freqüência. Este também é um problema na dosificação de vazio/ cheio/ vazio, onde o fluxômetro é repetidas vezes operado em condições alternadas de vazio e cheio. Alem disso, se a freqüência do sensor se mover rapidamente, um processo de demodulação não será capaz de conservar a freqüência real ou medida, causando a demodulação em uma freqüência incorreta. Deve ficar claro que, se a freqüência determinada for incorreta ou imprecisa, então valores subsequentemente derivados de densidade, vazão de volume etc., serão também incorretos e imprecisos. Além disso, o erro pode ser combinado em subseqüentes determinações das características de fluxo.

Na técnica anterior, sinais de captação podem ser digitalizados e digitalmente manipulados, a fim de implementar o filtro de entalhe. O filtro de entalhe aceita somente uma estreita banda de frequências. Assim, quando a freqüência alvo estiver mudando, o filtro de entalhe pode não ser capaz de rastrear o sinal alvo durante um período de tempo. De modo característico, a implementação do filtro de entalhe digital dura de 1 a 2 segundos para rastrear o sinal alvo flutuante. Devido ao tempo demandado pela técnica anterior para determinar a freqüência, o resultado não é apenas que as determinações de freqüência e fase contenham erros, mas também que a medição de erro envolva um intervalo de tempo, que excede um intervalo de tempo, durante o qual o erro e/ou fluxo de duas fases realmente ocorrem. Isto é devido à lentidão relativa da resposta de uma implementação do filtro de entalhe.

O resultado é que o fluxômetro da técnica anterior não pode rastrear ou determinar de modo preciso, rápido, ou satisfatório uma freqüência do sensor de captação durante o fluxo de duas fases do material de fluxo no fluxômetro. Em decorrência disso, a determinação de fase é igualmente lenta e sujeita a erros, já que a técnica anterior deriva a diferença de fase, usando a freqüência de captação determinada. Assim, qualquer erro na determinação da freqüência é combinado na determinação de fase. O resultado é um erro elevado na determinação da freqüência e na determinação da fase, levando ao erro elevado na determinação da vazão de massa. Além disso, devido ao fato do valor da freqüência determinado ser usado para determinar um valor de densidade (densidade é aproximadamente igual a um sobre freqüência ao quadrado), um erro na determinação da freqüência é repetido e combinado na determinação da densidade. Isso também vale para uma determinação da vazão de volume, onde a vazão de volume é igual à vazão de massa dividido pela densidade.

Em muitas aplicações de fluxo, é possível ter anomalias incorporadas ao material de fluxo. Um fluxo multifásico inclui tipicamente materiais múltiplos em um fluxo. Os materiais múltiplos podem ser desejáveis ou indesejáveis, incluindo materiais ou porções indesejadas (isto é, anomalias) no material de fluxo. É vantajoso, se anomalias desejáveis e/ou indesejáveis puderem ser detectadas e quantificadas no material de fluxo. A detecção da anomalia possibilita a remoção ou prevenção eficaz dessas anomalias, ou pode tornar possível um nível de anomalias desejado.

Uma anomalia pode compreender bolhas de gás ou bolhas de ar entranhadas no material de fluxo. Exemplos são bolhas de ar na água ou bolhas de gás natural em uma saída de poço de petróleo. Uma anomalia pode compreender um liquido estranho no material de fluxo. Por exemplo, água pode emanar de petróleo cru em uma saída de poço de petróleo. Uma anomalia pode compreender um sólido no material de fluxo. Por exemplo, o material de fluxo pode incluir pedaços de metal, que foram quebrados ou descascados de tubos, bombas, válvulas etc., em uma instalação processadora de fluido. Deve ficar claro que anomalias no material de fluxo podem inβ cluir combinações das anomalias de gás, liquido, e sólido acima descritas.

As anomalias podem provocar vazões de massa incorretas em um fluxômetro, dentre outras coisas. É altamente desejável que um fluxômetro meça com precisão uma vazão de massa do fluxo liquido, mesmo na presença de anomalias no fluxo liquido.

Sumário da Invenção

Os problemas acima e outros mais são resolvidos e um avanço na técnica é alcançado através da provisão de componente eletrônico de medição e métodos para detectar uma anomalia de fluxo em um material de fluxo.

Componente eletrônico de medição para detectar uma anomalia de fluxo em um material de fluxo fluindo através de um fluxômetro é fornecido, de acordo com uma modalidade da invenção. O componente eletrônico de medição compreende uma interface para receber uma resposta vibracional do material de fluxo, com a resposta vibracional incluindo pelo menos um primeiro sinal de sensor e um segundo sinal de sensor, e um sistema de processamento em comunicação com a interface. O sistema de processamento é configurado para receber a resposta vibracional da interface e gerar um deslocamento de fase de noventa graus a partir do primeiro sinal de sensor, e gerar pelo menos uma característica de fluxo usando pelo menos o primeiro sinal de sensor e o deslocamento de fase de noventa graus. O sistema de processamento é ainda configurado para comparar pelo menos uma característica de fluxo com pelo menos um perfil de anomalia, detectar um deslocamento na resposta vibracional, se pelo menos uma característica de fluxo incidir no perfil de anomalia, e indicar uma condição de anomalia, como conseqüência da detecção.

Um método para detectar uma anomalia de fluxo em um material de fluxo fluindo através de um fluxômetro é apresentado, de acordo com uma modalidade da invenção. O método compreende a recepção de uma resposta vibracional do fluxômetro. A resposta vibracional inclui pelo menos um primeiro sinal de sensor e um segundo sinal de sensor. O método ainda compreende a geração de um deslocamento de fase de noventa graus a partir do primeiro sinal de sensor, e geração de pelo menos uma característica de fluxo usando pelo menos o primeiro sinal de sensor e o deslocamento de fase de noventa graus. O método ainda compreende a comparação de pelo menos uma característica de fluxo com pelo menos um perfil de anomalia, detecção de um deslocamento na resposta vibracional, se pelo menos uma característica de fluxo incidir no perfil de anomalia, e indicação de uma condição de anomalia, como conseqüência da detecção.

Um método para detectar uma anomalia de fluxo em um material de fluxo fluindo através de um fluxômetro é apresentado, de acordo com uma modalidade da invenção. O método compreende a recepção de uma resposta vibracional do fluxômetro. A resposta vibracional inclui pelo menos um primeiro sinal de sensor e um segundo sinal de sensor. O método ainda compreende a geração de um deslocamento de fase de noventa graus a partir do primeiro sinal de sensor, e geração de pelo menos uma característica de fluxo usando pelo menos o primeiro sinal de sensor e o deslocamento de fase de noventa graus. O método ainda compreende a comparação de pelo menos uma característica de fluxo com pelo menos um perfil de anomalia de gás, detecção de um deslocamento na resposta vibracional, se pelo menos uma característica de fluxo incidir no perfil de anomalia de gás, e incremento de uma contagem de bolhas, como consequência da detecção.

Aspectos da Invenção

Em um aspecto do componente eletrônico de medição, a interface inclui um digitalizador configurado para digitalizar o sinal do sensor.

Em outro aspecto do componente eletrônico de medição, o sistema de processamento é ainda configurado para executar, iterativamente, a recepção, geração, comparação, detecção, e indicação.

Em outro aspecto ainda do componente eletrônico de medição, o fluxômetro compreende um fluxômetro Coriolis.

Em outro aspecto ainda do componente eletrônico de medição, o fluxômetro compreende um densitômetro vibratório.

Em outro aspecto ainda do componente eletrônico de medição, pelo menos uma característica de fluxo compreende uma resposta de freqüência.

Em outro aspecto ainda do componente eletrônico de medição, pelo menos uma característica de fluxo compreende uma resposta com diferença de fase, e onde o sistema de processamento é ainda configurado para computar a resposta com diferença de fase, usando o deslocamento de fase de noventa graus, o primeiro sinal de sensor, e o segundo sinal de sensor.

Em outro aspecto ainda do componente eletrônico de medição, pelo menos uma característica de fluxo compreende uma resposta com diferença de fase, e onde o sistema de processamento é ainda configurado para gerar um segundo deslocamento de fase de noventa graus a partir do segundo sinal de sensor, e computar a resposta com diferença de fase, usando o deslocamento de fase de noventa graus, o segundo deslocamento de fase de noventa graus, o primeiro sinal de sensor, e o segundo sinal de sensor.

Em outro aspecto ainda do componente eletrônico de medição, pelo menos uma característica de fluxo compreende uma resposta de retardo de tempo do sinal· de sensor.

Em outro aspecto ainda do componente eletrônico de medição, pelo menos uma característica de fluxo compreende uma resposta da vazão de massa.

Em outro aspecto ainda do componente eletrônico de medição, pelo menos uma característica de fluxo compreende uma resposta de densidade.

Em outro aspecto ainda do componente eletrônico de medição, a indicação compreende indicar uma anomalia de sólidos .

Em outro aspecto ainda do componente eletrônico de medição, a indicação compreende indicar uma anomalia de líquido estranho.

Em outro aspecto ainda do componente eletrônico de medição, a indicação compreende indicar uma anomalia de gás.

Em outro aspecto ainda do componente eletrônico de medição, a indicação compreende indicar uma anomalia de bolhas de ar.

Em outro aspecto ainda do componente eletrônico de medição, a indicação compreende definir uma condição de alarme por anomalia.

Em outro aspecto ainda do componente eletrônico de medição, a indicação compreende incrementar uma contagem de anomalias.

Em um aspecto do método, o método ainda compreende a execução iterativa da recepção, geração, comparação, detecção e indicação.

Em outro aspecto do método, o fluxômetro compreender um fluxômetro Coriolis.

Em outro aspecto ainda do método, o fluxômetro compreende um densitômetro vibratório.

Em outro aspecto ainda do método, pelo menos uma característica de fluxo ainda compreende uma resposta de freqüência.

Em outro aspecto ainda do método, pelo menos uma característica de fluxo ainda compreende uma resposta com diferença de fase, e a geração de pelo menos uma característica de fluxo ainda compreende a computação da resposta com diferença de fase, usando o deslocamento de fase de noventa graus, o primeiro sinal de sensor, e o segundo sinal de sensor .

Em outro aspecto ainda do método, pelo menos uma característica de fluxo ainda compreende uma resposta com diferença de fase, e a geração de pelo menos uma caracterís11 tica de fluxo ainda compreende gerar um segundo deslocamento de fase de noventa graus a partir do segundo sinal de sensor, e computar a resposta com diferença de fase usando o deslocamento de fase de noventa graus, o segundo deslocamento de fase de noventa graus, o primeiro sinal de sensor, e o segundo sinal de sensor.

Em outro aspecto ainda do método, pelo menos uma característica de fluxo ainda compreende uma resposta de retardo de tempo do sinal de sensor.

Em outro aspecto ainda do método, pelo menos uma característica de fluxo ainda compreende uma resposta da vazão de massa.

Em outro aspecto ainda do método, pelo menos uma característica de fluxo ainda compreende uma resposta de densidade.

Em outro aspecto ainda do método, a indicação compreende indicar de uma anomalia de sólidos.

Em outro aspecto ainda do método, a indicação compreende indicar uma anomalia de líquido estranho.

Em outro aspecto ainda do método, a indicação compreende indicar uma anomalia de gás.

Em outro aspecto ainda do método, a indicação compreende indicar uma anomalia de bolhas de ar.

Em outro aspecto ainda do método, a indicação compreende definir uma condição de alarme por anomalia.

Em outro aspecto ainda do método, a indicação compreende incrementar uma contagem de anomalias.

Descrição dos Desenhos .JU

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

A Fig. 1 ilustra um fluxômetro Curiolis em um exemplo da invenção;

A Fig. 2 mostra o componente eletrônico de medição, de acordo com uma modalidade da invenção;

A Fig. 3 é um fluxograma de um método de processar um sinal de sensor em um fluxômetro Coriolis, de acordo com uma modalidade da invenção;

A Fig. 4 mostra o componente eletrônico de medição, de acordo com uma modalidade da invenção;

A Fig. 5 é um fluxograma de um método de processar primeiro e segundo sinais de sensor em um fluxômetro Coriolis, de acordo com uma modalidade da invenção;

A Fig. 6 é um diagrama de blocos de uma porção do sistema de processamento, acordo com uma modalidade da invenção;

A Fig. 7 mostra detalhes do bloco da transformada de Hilbert, acordo com uma modalidade da invenção;

As Figs. 8 e 9 são diagramas de blocos de dois ramos independentes do bloco de análise, acordo com uma modalidade da invenção;

A Fig. 10 é uma plotagem da densidade do espectro de potência de um sinal do sensor de captação de um fluxômetro sob condições normais;

A Fig. 11 mostra um bloco da transformada de Hilbert, de acordo com a modalidade de deslocamento monofásica;

A Fig. 12 mostra o bloco de análise para a modali13 dade de deslocamento monofásica;

A Fig. 13 mostra o processamento do sensor da invenção, conforme comparado à técnica anterior, onde um valor da diferença de tempo (ãt) de cada é comparado;

A Fig. 14 mostra o componente eletrônico de medição, acordo com outra modalidade da invenção;

A Fig. 15 é um gráfico de uma resposta de freqüência versus tempo, onde os picos superiores na característica do fluxo de freqüência representam anomalias em um material de fluxo, tais como bolha de ar;

A Fig. 16 é um gráfico de retardo de tempo versus tempo, onde os picos inferiores na característica do fluxo de retardo de tempo representam novamente uma anomalia no material de fluxo;

A Fig. 17 mostra a resposta de freqüência versus tempo para uma menor fração de vazios de ar no material de fluxo;

A Fig. 18 é um gráfico da freqüência de acionamento versus Peso Específico (SG) de fluido para água mais ar entranhado;

A Fig. 19 é um gráfico da freqüência de acionamento versus SG para uma faixa SG de 1-7;

A Fig. 20 é um fluxograma de um método para detectar uma anomalia de fluxo em um material de fluxo fluindo através de um fluxômetro, de acordo com uma modalidade da invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

As Figs. 1-20 e a descrição a seguir apresentam

ΔΔ3 exemplos específicos' para ensinar as pessoas versadas na técnica como fazer e usar o melhor modo da invenção. Para fins de ensinar os princípios inventivos, alguns aspectos convencionais foram simplificados ou omitidos. As pessoas versadas na técnica irão apreciar variações desses exemplos, que incidem no escopo da invenção. Essas pessoas versadas na técnica irão apreciar que os recursos abaixo descritos podem ser combinados de várias maneiras para formar variações múltiplas da invenção. Em decorrência disso, a invenção não é limitada aos exemplos específicos abaixo descritos, mas somente pelas reivindicações e seus equivalentes.

A Fig. 1 mostra um fluxômetro Coriolis 5 compreendendo uma unidade medidora 10 e o componente eletrônico de medição 20. A unidade medidora 10 responde à vazão de massa e à densidade de um material de processo. O componente eletrônico de medição 20 é conectado a uma unidade medidora 10 através de fios 100 para fornecer informações sobre densidade, vazão de massa, e temperatura sobre o trajeto 26, bem como outras informações não pertinentes à presente invenção. Uma estrutura de fluxômetro Curiolis é descrita, embora deva ficar claro para as pessoas versadas na técnica que a presente invenção pode ser praticada como um densitômetro de tubo vibratório sem a capacidade de medição adicional proporcionada por um fluxômetro de massa Curiolis.

A unidade medidora 10 inclui um par de coletores

150 e 150', flanges 103 e 103' tendo gargalos de flanges 110 e 110', um par de tubos de fluxo paralelos 130 e 130', mecanismo acionador 180, sensor de temperatura 190, e um par de uc// sensores de velocidade 170L e 170R. Os tubos de fluxo 130 e 130' possuem duas pernas de entrada essencialmente retas 130 e 130' e pernas de saida 134 e 134' que convergem entre si nos blocos de montagem do tubo de fluxo 120 e 120'. Os tubos de fluxo 130 e 130' são curvados em duas posições simétricas ao longo de seu comprimento, e são essencialmente paralelos ao longo de seu comprimento. As barras de contraventamento 140 e 140' servem para definir o eixo W e W', em torno de quais cada tubo de fluxo oscila.

As pernas laterais 131, 131' e 134, 134' dos tubos de fluxo 130 e 130' são fixamente presas aos blocos de montagem do tubo de fluxo 120 e 120', e esses blocos, por sua vez, são fixamente presos aos coletores 150 e 150' . Isto propicia um traj eto de material contínuo fechado através da unidade medidora Curiolis 10.

Quando os flanges 103 e 103', tendo os furos 102 e 102', são conectados através da extremidade de entrada 104 e da extremidade de saída 104' em uma linha de processo (não mostrada) que transporta o material de processo, que está sendo medido, o material penetra na extremidade 104 do medidor através de um orifício 101 no flange 103 e é conduzido através do coletor 150 para o bloco de montagem do tubo de fluxo 120 tendo uma superfície 121. Dentro do coletor 150, o material é dividido e roteado através dos tubos de fluxo 130 e 130'. Após sair dos tubos de fluxo 130 e 130', o material de processo é recombinado em uma única corrente dentro do coletor 150' e é, a seguir, roteado para a extremidade de saída 104' conectada pelo flange 103' tendo furos de parafu16 so 102' para a linha de processo (não mostrada).

Os tubos de fluxo 130 e 130' são selecionados e adequadamente montados nos blocos de montagem do tubo de fluxo 120 e 120', a fim de ter substancialmente a mesma distribuição de massa, momentos de inércia e módulo de Young em torno dos eixos de curvatura W - W e W' - W', respectivamente . Esses eixos de curvatura passam através das barras de contraventamento 140 e 140' . Na medida em que o módulo de Young dos tubos de fluxo se altera com a temperatura, e essa alteração afeta o cálculo do fluxo e da densidade, o detector de temperatura resistiva (RTD) 190 é montado no tubo de fluxo 130', para medir continuamente a temperatura do tubo de fluxo. A temperatura do tubo de fluxo e, assim, a voltagem surgindo através do RTD para uma determinada corrente passando pelo seu interior é controlada pela temperatura do material passando através do tubo de fluxo. A voltagem em função da temperatura existente através do RTD é usada em um método bastante conhecido pelo componente eletrônico de medição 20, para compensar a operação no módulo elástico dos tubos de fluxo 130 e 130', devido a quaisquer alterações na temperatura do tubo de fluxo. O RTD é conectado ao componente eletrônico de medição 20 pelo fio 195.

Ambos os tubos de fluxo 130 e 130' são acionados pelo acionador 180 em direções opostas em torno de seus respectivos eixos de curvatura W e W', e o que é chamado do primeiro modo de curvatura fora de fase do fluxômetro. Este mecanismo acionador 180 pode compreender qualquer um de muitos arranjos bem conhecidos, tal como um imã montado no tubo

de fluxo 130' e uma bobina oposta montada no tubo de fluxo 130 e, através da qual, uma corrente alternada é transmitida para vibrar ambos os tubos de fluxo. Um sinal de acionamento apropriado é aplicado pelo componente eletrônico de medição 20, através do fio 185, ao mecanismo acionador 180.

O componente eletrônico de medição 20 recebe o sinal de temperatura RTD no fio 195, e os sinais esquerdo e direito de velocidade surgindo respectivamente nos fios 165L e 165R. 0 componente eletrônico de medição 20 produz o sinal de acionamento surgindo no fio 185 para o elemento acionador 180 e vibra os tubos 130 e 130' . O componente eletrônico de medição 20 processa os sinais esquerdo e direito de velocidade e o sinal RTD para computar a vazão de massa e a densidade do material passando pela unidade medidora 10. Estas informações, em conjunto com outras informações, são aplicadas pelo componente eletrônico de medição 20 sobre o trajeto 26 para o meio de utilização 29.

A Fig. 2 mostra o componente eletrônico de medição 20, de acordo com uma modalidade da invenção. 0 componente eletrônico de medição 20 pode incluir uma interface 201 e um sistema de processamento 203. O componente eletrônico de medição 20 recebe os primeiro e segundo sinais de sensor da unidade medidora 10, tal como os sinais do sensor de captação/ velocidade. O componente eletrônico de medição 20 processa os primeiro e segundo sinais de sensor, a fim de obter características de fluxo do material de fluxo fluindo através da unidade medidora 10. Por exemplo, o componente eletrônico de medição 20 pode determinar uma ou mais de uma di18 ferença de fase, uma freqüência, uma diferença de tempo (At) , uma densidade, uma vazão de massa, e uma vazão de volume a partir dos sinais do sensor, por exemplo. Além disso, outras características de fluxo podem ser determinadas, de acordo com a invenção. As determinações são abaixo discutidas .

A determinação da diferença de fase e a determinação da freqüência são muito mais rápidas e mais precisas e confiáveis, do que tais determinações da técnica anterior. Em uma modalidade, a determinação da diferença de fase e a determinação da freqüência são diretamente derivadas de um deslocamento de fase de apenas um sinal do sensor, sem a necessidade de qualquer sinal de referência da freqüência. Isto reduz, com vantagens, o tempo de processamento necessário para computar as características de fluxo. Em outra modalidade, a diferença de fase é derivada dos deslocamentos de fase de ambos os sinais do sensor, enquanto que a freqüência é derivada apenas de um sinal do deslocamento de fase. Isto aumenta a.precisão de ambas as características de fluxo, e ambas podem ser determinadas de maneira muito mais rápida, do que na técnica anterior. Os métodos para determinação de freqüência da técnica anterior demoram tipicamente de 1 a 2 segundos para serem realizados. Em contraste, a determinação da freqüência, de acordo com a invenção, pode ser realizada em apenas 50 milissegundos (ms). A determinação da freqüência ainda mais rápida é contemplada, dependendo do tipo e da configuração do sistema de processamento, da taxa de amostragem da resposta vibracional, dos tamanhos do filtro, das taxas de decimação etc. Na taxa de determinação da freqüência de 50 ms, o componente eletrônico de medição 20, de acordo com a invenção, pode ser cerca de 40 vezes mais rápido, do que a técnica anterior.

A interface 201 recebe o sinal de sensor de um dos sensores de velocidade 170L e 170R através dos fios 100 da Fig. 1. A interface 201 pode realizar qualquer condicionamento de sinal necessário ou desejado, tal como qualquer maneira de formatação, amplificação, armazenagem intermediária etc. De modo alternativo, parte ou todo o condicionamento do sinal pode ser realizado no sistema de processamento 203.

Além disso, a interface 201 pode permitir comunicações entre o componente eletrônico de medição 20 e dispositivos externos. A interface 201 pode ser capaz de realizar qualquer maneira de comunicação eletrônica, ótica, ou sem fio.

A interface 201 em uma modalidade é acoplada a um digitalizador 202, onde o sinal de sensor compreende um sinal de sensor analógico. O digitalizador 202 amostra e digitaliza o sinal de sensor analógico e produz um sinal de sensor digital. O digitalizador 202 pode ainda executar qualquer decimação necessária, onde o sinal de sensor digital é decimado, a fim de reduzir a quantidade do processamento de sinal necessária e reduzir o tempo de processamento. A decimação será abaixo discutida em mais detalhes.

O sistema de processamento 203 conduz operações do componente eletrônico de medição 20 e processa medições de fluxo através da unidade de fluxômetro 10. O sistema de pro-

cessamento 203 executa uma ou mais rotinas de processamento e, assim, processa as medições de fluxo, a fim de produzir uma ou mais características de fluxo.

O sistema de processamento 203 pode compreender um computador para uso geral, um sistema microprocessador, um circuito lógico, ou outro dispositivo de processamento para uso geral customizado. 0 sistema de processamento 203 pode ser distribuído entre diferentes dispositivos de processamento. O sistema de processamento 203 pode incluir qualquer modo de meio de armazenamento eletrônico integral ou independente, tal como o sistema de armazenamento 204.

O sistema de processamento .203 processa o sinal de sensor 210, a fim de determinar uma ou mais características de fluxo do sinal de sensor 210. Uma ou mais características de fluxo podem incluir uma diferença de fase, uma freqüência, uma diferença de tempo (At), uma vazão de massa, e/ou uma densidade para o material de fluxo, por exemplo.

Na modalidade mostrada, o sistema de processamento

203 determina as características de fluxo dos dois sinais de sensor 210 e 211 e o deslocamento monofásico do sinal de sensor 213. O sistema de processamento 203 pode determinar, pelo menos, a diferença de fase e a freqüência dos dois sinais de sensor 210 e 211 e do deslocamento monofásica 213. Em decorrência disto, um primeiro ou segundo sinal de sensor com fase comutada (tal como um dos sinais de captação a montante ou a jusante) pode ser processado pelo sistema de processamento 203, de acordo com a invenção, a fim de determinar uma diferença de fase, uma freqüência, uma diferença de

tempo (At), e/ou uma vazão de massa, para o material de fluxo .

O sistema de armazenamento 204 pode armazenar parâmetros e dados, rotinas de software, valores constantes, e valores variáveis do fluxômetro. 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 do deslocamento de fase 212, uma rotina da diferença de fase 215, uma rotina de freqüência 216, uma rotina da diferença de tempo (At) 217 e uma rotina das características de fluxo 218.

Em uma modalidade, o sistema de armazenamento 204 armazena variáveis usadas para operar o fluxômetro Curiolis

5. O sistema de armazenamento 204 em uma modalidade armazena variáveis, tais como o primeiro sinal de sensor 210 e o segundo sinal de sensor 211, que são recebidos pelos sensores de velocidade/ captação 170L e 170 R. Além disso, o sistema de armazenamento 204 pode armazenar um deslocamento de fase de 90 graus 213, que é gerada, a fim de determinar as características de fluxo.

Em uma modalidade, o sistema de armazenamento 204 armazena uma ou mais características de fluxo obtidas das medições de fluxo. 0 sistema de armazenamento 204 em uma modalidade armazena características de fluxo, tal como uma diferença de fase 220, uma freqüência 221, uma diferença de tempo (At) 222, uma vazão de massa 223, uma densidade 224, e uma vazão de volume 225, todas elas determinadas através do sinal de sensor 210.

A rotina do deslocamento de fase 212 executa um deslocamento de fase de 90 graus em um sinal de entrada, isto é, no sinal de sensor 210. A rotina do deslocamento de fase 212 em uma modalidade implementa uma transformada Hil5 bert (abaixo discutida) .

A rotina da diferença de fase 215 determina uma diferença de fase, usando o deslocamento monofásico de 90° 213. Informações adicionais podem ser também usadas, a fim de computar a diferença de fase. A diferença de fase em uma modalidade é computada através do primeiro sinal de sensor 210, do segundo sinal de 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 atra15 vés do deslocamento de fase de 90 graus 213, pode ser calculada e obtida de maneira muito mais rápida, do que na técnica anterior. Isso pode propiciar uma diferença crítica nas aplicações de fluxômetro tendo altas vazões, ou quando ocorrerem fluxos multifásicos. Além disso, a diferença de fase pode ser determinada de modo independente da freqüência de qualquer um dos sensores de sinal 210 e 211. Além disso, devido ao fato da diferença de fase ser determinada de maneira independente da freqüência, uma componente de erro na diferença de fase não inclui uma concorrente de erro da determi25 nação da freqüência, isto é, não existe erro combinado na medição da diferença de fase. Como resultado, o erro da diferença de fase é reduzido com relação a uma diferença de fase da técnica anterior.

A rotina de freqüência 216 determina uma freqüência (tal como aquela exibida pelo primeiro sinal de sensor 210 ou o segundo sinal de sensor 211) através 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 através do deslocamento monofásico de 90 graus 213, pode ser calculada e obtida de forma muito mais rápida, do que na técnica anterior. Isto pode propiciar uma diferença crítica nas aplicações do fluxômetro tendo altas vazões, ou quando ocorrerem fluxos multifásicos.

A rotina da diferença de tempo (At) 217 determina uma diferença de tempo (At) entre o primeiro sinal de sensor 210 e o segundo sinal de 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, dividido pela freqüência determinada, sendo assim usada para determinar a vazão de massa.

A rotina das características de fluxo 218 pode determinar uma ou mais características de fluxo. A rotina das características de fluxo 218 pode usar a diferença de fase determinada 220 e a freqüência determinada 221, por exemplo, a fim de realizar essas características de fluxo adicionais. Deve ficar claro, que informações adicionais podem ser necessárias para estas determinações, tal como a densidade ou a vazão de massa, por exemplo. A rotina das características de fluxo 218 pode determinar uma vazão de massa a partir da diferença de tempo (At) 222 e, assim, da diferença de fase 220 e da freqüência 221. A fórmula para determinar a vazão de massa é apresentada na Patente U.S. N° 5,027.662 de Titlow e outros, sendo aqui incorporada para fins de referência. A vazão de massa é relacionada ao fluxo de massa do material de fluxo na unidade medidora 10. Da mesma forma, a rotina das características de fluxo 218 também pode determinar a densidade 224 e/ou a vazão de volume 225. A vazão de massa, densidade, e vazão de volume determinadas podem ser armazenadas, respectivamente, na vazão de massa 223, na densidade 224, e no volume 225 do sistema de armazenamento 224. Além disso, as características de fluxo podem ser transmitidas aos dispositivos externos pelo componente eletrônico de medição 20.

A Fig. 3 é um fluxograma 300 de um método de processar sinais de sensor em um fluxômetro Coriolis, de acordo com uma modalidade da invenção. Na etapa 301, os primeiro e segundo sinais de sensor são recebidos. O primeiro sinal de sensor pode compreender um sinal de sensor de captação a montante ou a jusante.

Na etapa 302, os sinais de sensor podem ser condicionados. Em uma modalidade, o condicionamento pode incluir filtragem para remover ruído e sinais indesejados. Em uma modalidade, a filtragem pode compreender filtragem da faixa de passagem centralizada em volta da freqüência fundamental do fluxômetro Coriolis 5. Além disso, outras operações de condicionamento podem ser realizadas, tais como amplificação, armazenamento intermediário etc. Se os sinais de sensor compreenderem sinais analógicos, a etapa pode ainda compreender qualquer forma de amostragem, digitalização, e decimação, que são realizadas a fim de produzir sinais de sensor digitais.

Na etapa 303, é gerado um deslocamento monofásico de 90 graus. O deslocamento de fase de 90 graus compreende um deslocamento de fase de 90 graus do sinal de sensor. O deslocamento de fase de 90 graus pode ser realizado por qualquer modo de operação ou mecanismo de deslocamento de fase. Em uma modalidade, o deslocamento de fase de 90 graus é realizado, usando-se uma transformada de Hilbert, operando com sinais de sensor digital.

Na etapa 304, uma diferença de fase é computada, usando o deslocamento monofásico de 90 graus. Informações adicionais podem ser também usadas, a fim de computar a diferença de fase. Em uma modalidade, a diferença de fase é determinada através do primeiro sinal de sensor, do segundo sinal de sensor, e do deslocamento de monofásica de 90 graus. A diferença de fase compreende uma diferença de fase no sinal de resposta, isto é, em um sensor de captação, que é observada, devido ao efeito Coriolis na unidade medidora vibratória 10.

A diferença de fase resultante é determinada sem a necessidade de qualquer valor de freqüência no cálculo. A diferença de fase resultante pode ser obtida de forma muito mais rápida, do que uma diferença de fase calculada usando uma freqüência. A diferença de fase resultante possui uma maior precisão, do que uma diferença de fase calculada usan26 do uma freqüência.

Na etapa 305, uma freqüência é computada. A freqüência, de acordo com a invenção, é de preferência computada através do deslocamento de fase de 90 graus. A freqüência em uma modalidade usa o deslocamento de fase de 90 graus e o sinal de sensor correspondente, a partir do qual o deslocamento de fase de 90 graus é derivado. A freqüência é uma freqüência de resposta vibracional de um dentre o primeiro sinal de sensor e o segundo sinal de sensor (as freqüências dos dois sinais de sensor são substancialmente idênticas em operação). A freqüência compreende uma resposta de freqüência vibracional do(s) tubo(s) de fluxo para uma vibração gerada pelo acionador 180.

A freqüência assim derivada é obtida sem a necessidade de qualquer sinal de referência da freqüência independente. A freqüência é obtida através do deslocamento de monofásica de 90 graus em uma operação, que é muito mais rápida, do que na técnica anterior. A freqüência resultante possui uma maior precisão, do que uma freqüência calculada na técnica anterior.

Na etapa 306, uma vazão de massa do material de fluxo é computada. A vazão de massa é computada através da diferença de fase resultante e da freqüência resultante computada nas etapas 304 e 305. Além disso, a computação da vazão de massa pode computar uma diferença de tempo (At) através da diferença de fase e da freqüência, com a diferença de tempo (At) sendo finalmente usada para computar a vazão de massa.

Na etapa 307, a densidade pode ser determinada de maneira ideal. A densidade pode ser determinada como uma das características de fluxo, e pode ser determinada através da freqüência, por exemplo.

Na etapa 308, a vazão de volume pode ser determinada de maneira ideal. A vazão de volume pode ser determinada como uma das características de fluxo, e pode ser determinada através da vazão de massa e da densidade, por exempio.

A Fig. 4 mostra o componente eletrônico de medição 20, de acordo com uma modalidade da invenção. Os elementos em comum com a Fig. 2 compartilham os mesmos números de referência .

O componente eletrônico de medição 20 nessa modalidade inclui o primeiro sinal de sensor 210 e o segundo sinal de sensor 211. O sistema de processamento 203 processa os primeiro e segundo sinais de sensor (digitais) 210 e 211, a fim de determinar uma ou mais características de fluxo a partir dos sinais. Conforme previamente discutido, uma ou mais características de fluxo podem incluir uma diferença de fase, uma freqüência, uma diferença de tempo (At), uma vazão de massa, uma densidade, e/ou uma vazão de volume para o material de fluxo.

Na modalidade mostrada, o sistema de processamento

203 determina as características de fluxo de apenas dois sinais de sensor 210 e 211, sem a necessidade de qualquer medição de freqüência externa e sem a necessidade de um sinal de referência da freqüência externa. O sistema de processa28 mento 203 pode determinar pelo menos a diferença de fase e a freqüência a partir dos dois sinais do sensor 210 e 211.

Conforme previamente discutido, o sistema de armazenamento 204 armazena uma rotina do deslocamento de fase

212, uma rotina da diferença de fase 215, uma rotina de freqüência 216, uma rotina da diferença de tempo (At) 217, e uma rotina das características de fluxo 218. 0 sistema de armazenamento 204 armazena o primeiro sinal de sensor 210 e o segundo sinal de 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 através dos sinais de sensor, a fim de determinar as características de fluxo. Conforme previamente discutido, o sistema de armazenamento 204 armazena a diferença de fase 220, uma freqüência 221, uma diferença de tempo (At) 222, a vazão de massa 223, a densidade 224, e a vazão de volume 225.

A rotina do deslocamento de fase 212 executa um deslocamento de fase de 90 graus em um sinal de entrada, incluindo o primeiro sinal de sensor 210 e o segundo sinal de sensor 211. A rotina do deslocamento de fase 212 em uma modalidade implementa uma transformada de Hilbert (abaixo discutida) .

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

214. Informações adicionais podem ser também usadas, a fim de computar a diferença de fase. A diferença de fase em uma

J3$ modalidade é computada a partir do primeiro sinal de sensor 210, segundo sinal de sensor 211, primeiro deslocamento de fase de 90 graus 212, e 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, conforme previamente discutido. A diferença de fase, quando determinada usando os primeiro e segundo deslocamentos de fase de 90 graus, pode ser calculada e obtida de forma muito mais rápida, do que na técnica anterior. Isto pode propiciar uma diferença crítica nas aplicações do fluxômetro tendo altas vazões, ou quando ocorrerem fluxos multifásicos. Além disso, a diferença de fase pode ser determinada de modo independente da freqüência dos sinais de sensor 210 e 211. Além disso, devido ao fato da diferença de fase ser determinada de modo independente da freqüência, uma componente de erro na diferença de fase não sofre as conseqüências de uma componente de erro da determinação da freqüência, isto é, não existe erro combinado na medição da diferença de fase. Por conseguinte, o erro da diferença de fase é reduzido, com relação a uma diferença de fase da técnica anterior.

A rotina da freqüência 216 determina uma freqüência (tal como aquela exibida pelo primeiro sinal de sensor 210 ou pelo segundo sinal de sensor 211) a partir 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, conforme previamente discutido. A freqüência, quando determinada através dos primeiro e segundo desloca30 .Jõ°>

mentos de fase de 90 graus, pode ser calculada e obtida de forma muito mais rápida, do que na técnica anterior. Isto pode propiciar uma diferença crítica nas aplicações do fluxômetro tendo altas vazões, ou quando ocorrerem fluxos multifásicos.

A rotina da diferença de tempo (At) 217 determina uma diferença de tempo (At) entre o primeiro sinal de sensor 210 e o segundo sinal de sensor 211. A diferença de tempo (At) pode ser armazenada na diferença de tempo (At) 222 do sistema de armazenamento 204, conforme previamente discutido . A diferença de tempo (At) compreende substancialmente a fase determinada, dividido pela freqüência determinada, sendo assim usada para determinar a vazão da massa.

A rotina das características de fluxo 218 pode determinar uma ou mais dentre a vazão da massa, a densidade, e/ou a vazão de volume, como previamente discutido.

A Fig. 5 é um fluxograma 500 de um método de processar primeiro e segundo sinais de sensor em um fluxômetro Curiolis, de acordo com uma modalidade da invenção. Na etapa 501, o primeiro sinal de sensor é recebido. Em uma modalidade, o primeiro sinal de sensor compreende um sinal de sensor de captação a montante ou a jusante.

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

Na etapa 503, os sinais de sensor podem ser condicionados . Em uma modalidade, o condicionamento pode incluir filtragem para remover ruído e sinais indesej ados. Em uma modalidade, a filtragem pode compreender filtragem da faixa de passagem, como previamente discutido. Além disso, outras operações de condicionamento podem ser realizadas, tais como amplificação, armazenamento intermediário etc. Se os sinais de sensor compreenderem sinais analógicos, a etapa pode ainda compreender qualquer forma de amostragem, digitalização, e decimação, que são realizadas, a fim de produzir sinais de sensor digitais.

Na etapa 504, é gerado um primeiro deslocamento de fase de 90 graus. O primeiro deslocamento de fase de 90 graus compreende um deslocamento de fase de 90 graus do primeiro sinal de sensor. O deslocamento de fase de 90 graus pode ser realizado por qualquer modo de operação ou mecanismo. Em uma modalidade, a deslocamento de fase de 90 graus é realizada, usando-se uma transformada de Hilbert, operando com sinais de sensor digital.

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

Na etapa 506, uma diferença de fase é computada entre o primeiro sinal de sensor e o segundo sinal de sensor, usando o primeiro deslocamento de fase de 90 graus e o segundo deslocamento de fase de 90 graus. Informações adicionais podem ser também usadas, a fim de computar a dife32 rença de fase. Em uma modalidade, a diferença de fase é determinada através do primeiro sinal de sensor, do segundo sinal de 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 captação, que é observada, devido ao efeito Coriolis na unidade medidora vibratória 10.

A diferença de fase resultante é determinada, sem a necessidade de qualquer valor de freqüência no cálculo. A diferença de fase resultante pode ser obtida de forma muito mais rápida, do que uma diferença de fase calculada usando uma freqüência. A diferença de fase resultante possui 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 de preferência computada através do primeiro deslocamento de fase de 90 graus e do segundo deslocamento de fase de 90 graus. A freqüência em uma modalidade usa o deslocamento de fase de 90 graus e o sinal de sensor correspondente, a partir do qual o deslocamento de fase de 90 graus é derivado. A freqüência é uma freqüência de resposta vibracional de um dentre o primeiro sinal de sensor e o segundo sinal de sensor (as frequências dos dois sinais de sensor são substancialmente idênticas em operação). A freqüência compreende uma resposta de freqüência vibracional do(s) tubo(s) de fluxo para uma vibração gerada pelo acionador 180.

A freqüência assim derivada é obtida, sem a necessidade de qualquer sinal de referência da freqüência independente. A freqüência é obtida através dos deslocamentos de fase de 90 graus em uma operação, que é muito mais rápida, do que na técnica anterior. A freqüência resultante possui uma maior precisão, do que uma freqüência calculada na técnica anterior.

Na etapa 508, uma vazão de massa do material de fluxo é computada. A vazão de massa é computada através da diferença de fase resultante e da freqüência resultante computada nas etapas 506 e 507. Além disso, a computação da vazão de massa pode computar uma diferença de tempo (At) através da diferença de fase e da freqüência, com a diferença de tempo (At) sendo finalmente usada para computar a vazão de massa.

Na etapa 509, a densidade pode ser opcionalmente determinada, conforme previamente discutido.

Na etapa 510, a vazão de volume pode ser opcionalmente determinada, conforme previamente discutido.

A Fig. 6 é um diagrama de blocos 600 de uma porção do sistema de processamento 203, de acordo com uma modalidade da invenção. Na figura, os blocos representam circuitos de processamento ou ações/ rotinas de processamento. O diagrama de blocos 600 inclui um bloco de filtro do estágio 1 601, um bloco de filtro do estágio 2 602, um bloco da transformada de Hilbert 603, e um bloco de análise 604. As entradas LPO e RPO compreendem a entrada esquerda do sinal de captação e a entrada direita do sinal de captação. A LPO ou

J^CN

RPO podem compreender um primeiro sinal de sensor.

Em uma modalidade, o bloco de filtro do estágio 1 601 e o bloco de filtro do estágio 2 602 compreendem filtros de decimação de polifases digitais da Resposta de Impulsos Finitos (FIR), implementados no sistema de processamento 203. Esses filtros proporcionam um método ideal para filtragem e decimação de um ou de ambos os sinais do sensor, com a filtragem e decimação sendo realizada no mesmo tempo cronológico e na mesma taxa de decimação. De modo alternativo, o bloco de filtro do estágio 1 601 e o bloco de filtro do estágio 2 602 podem compreender filtros de Resposta de Impulsos Infinitos (IIR) ou outros processos de filtragem ou filtros digitais adequados. Porém, deve ficar claro, que outros processos de filtragem e/ou modalidades de filtragem são contempladas e estão dentro do escopo da descrição e das reivindicações.

A Fig. 7 mostra detalhes do bloco da transforma de Hilbert 603, de acordo com uma modalidade da invenção. Na modalidade mostrada, o bloco da transformada de Hilbert 603 inclui um ramal LPO 700 e um ramal RPO 710. 0 ramal LPO 700 inclui um bloco de retardo LPO 701 em paralelo com um bloco de filtro LPO 702. Da mesma forma, o ramal RPO inclui um bloco de retardo RPO 711 em paralelo com um bloco de filtro RPO 712. 0 bloco de retardo LPO 701 e o bloco de retardo RPO 711 introduzem retardos de amostragem. 0 bloco de retardo LPO 701 e o bloco de retardo RPO 711 selecionam, assim, amostras de sinal digital LPO e RPO, que possuem um tempo cronologicamente mais tarde, do que as amostra do sinal di35 gital LPO e RPO, que são filtradas pelo bloco de filtro LPO 702 e o bloco de filtro RPO 702. O bloco de filtro LPO 702 e o bloco de filtro RPO 712 realizam um deslocamento de fase de 90 graus nas amostras de sinal digitais inseridas.

O bloco da transformada de Hilbert 603 é uma primeira etapa para fornecer a medição da fase. O bloco da transformada de Hilbert 603 recebe os sinais LPO e RPO filtrados e decimados, e executa uma transformada de Hilbert. A transformada de Hilbert produz versões de fase comutada a 90 graus dos sinais LPO e RPO, isto é, ela produz componentes de quadratura (Q) dos componentes do sinal original em fase (I). A saída do bloco da transformada de Hilbert 603 fornece, assim, os novos componentes de quadratura (Q) LPO Q e RPO Q, juntamente com os componentes de sinal original em fase ¢1) LPO I e RPO I.

As entradas para o bloco da transformada de Hilbert 603 podem ser representadas como:

IPO = 4_ecos(í»f) ® ^?(? = .4_<racos(«í + (í) U)

Usando a transformada de Hilbert, a saída se torna:

FPQjifíbcrt ⁼ Ájpe SÍn(ü)í)

ΛΡΟ,.,,κ- =4„sin(®í+^)] (4) (5)

Combinando as expressões originais com a saída da transformada de Hilbert resulta:

LPO = 4_ρο[οο3(ί0ί) + zsin(toí)]» A_lfae^JÍM) (6)

RPO = yí_rpo(cos(íüf + + i sinÇcu/ + - A_vee^Jl‘^U4'^fí

JA6

As Figs. 8 e 9 são diagramas de bloco de dois ramais independentes do bloco de análise 604, de acordo com uma modalidade da invenção. O bloco de análise 604 é o estágio final da medição da freqüência, fase diferencial, e delta T (At). A Fig. 8 é a porção de fase 604a, compreendendo um primeiro ramal que determina uma diferença de fase a partir dos componentes em fase (I) e quadratura (Q). A Fig. 9 é uma porção de freqüência 604b, que determina uma freqüência a partir dos componentes em fase (I) e quadratura (Q) de um único sinal de sensor. O único sinal de sensor pode compreender o sinal LPO, conforme mostrado, ou pode compreender, de modo alternativo, o sinal RPO.

Na modalidade da Fig. 8, a porção de fase 604a do bloco de análise 604 inclui blocos de união 801a e 801b, um bloco conjugado 802, um bloco de multiplicação complexa 803, um bloco de filtro 804, e um bloco do ângulo de fase 805.

Os blocos de união 801a e 801b recebem ambos os componentes em fase (I) e quadratura (Q) de um sinal de sensor e os passam adiante. O bloco conjugado 802 executa um conjugado complexo em um sinal de sensor (aqui o sinal LPO) , e forma um negativo do sinal imaginário. O 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 acima discutido. O bloco de filtro 804 pode compreender um filtro de decimação polifásica, que é usado para remover conteúdo harmônico dos componentes em fase (I) e quadratura (Q) do sinal de sensor, bem como para decimar o sinal. Os coefici37 entes de filtro podem ser escolhidos para fornecer decimação do sinal inserido, tal como decimação por um fator de 10, por exemplo. 0 bloco do ângulo de fase 805 determina o ângulo de fase dos componentes em fase (I) e quadratura (Q) do sinal LPO e do sinal RPO. O bloco do ângulo de fase 805 implementa a equação (11) abaixo mostrada.

A porção de fase 604a mostrada na Fig. 8 implementa a equação a seguir:

RPO - Á^e~^jW x - 4^ ^x Αρο^{β/< Λ} onde &POq o conjugado complexo de LPO. Presumin10 do que:

(9) então:

ÀPOx RPO = » Λ¹ [cos$) »( [ sin(p)] _t (1 0)

O ângulo de fase diferencial resultante é:

sinWl (_U) ^ = tan cosi$).

A Fig. 9 é um diagrama de blocos de uma porção de freqüência 604b do bloco de análise 604, de acordo com a in15 vençao. A porção da freqüência 604b pode operar no sinal de captação esquerdo ou direito (LPO ou RPO). A porção da freqüência 604b na modalidade mostrada inclui 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 do ângulo de fase 906, um bloco constante 907, e um bloco de divisão 908.

Conforme previamente discutido, o bloco de união 901 recebe ambos os componentes em fase (I) e de quadratura38 (Q) de um sinal de sensor e as passa para frente. O bloco conjugado 902 executa um conjugado complexo em um sinal de sensor, aqui o sinal LPO, e forma um negativo do sinal imaginário. O bloco de retardo 903 introduz um retardo de amostragem na porção de freqüência 604b e, assim, seleciona uma amostra de sinal digital, cujo tempo é cronologicamente mais antigo. Essa amostra do sinal digital mais antigo é multiplicada pelo sinal digital atual no bloco de multiplicação complexa 904. O bloco de multiplicação complexa 904 multiplica o sinal RPO e o sinal conjugado LPO, implementando a equação (12) abaixo. 0 bloco de filtro 905 implementa um filtro digital, tal como o filtro FIR acima discutido. O bloco de filtro 905 pode compreender um filtro de decimação polifásica, que é usado para remover conteúdo harmônico dos componentes em fase (I) e de quadratura (Q) do sinal de sensor, bem como para decimar o sinal. Os coeficientes de filtro podem ser escolhidos para fornecer decimação do sinal inserido, tal como decimação por um fator de 10, por exemplo. O bloco do ângulo de fase 905 determina o ângulo de fase dos componentes em fase (I) e de quadratura (Q) do sinal LPO. O bloco do ângulo de fase 906 implementa uma porção da equação (13) abaixo. O bloco constante 907 fornece um fator compreendendo uma taxa de amostra F dividido por dois pi, conforme mostrado na equação (14). 0 bloco de divisão 908 executa a operação de divisão da equação (14).

A porção da freqüência 604b implementa a equação a seguir:

(12) ângulo entre duas amostras consecutivas é, portanto:

íaf-íyhj ™ttm' (13) que é a freqüência em radianos da captação esquerda. Convertendo para Hz:

2π flpa onde Fs é a taxa do bloco da transformada de

Hilbert 603. No exemplo previamente discutido, Fs corresponde a cerca de 2 kHz.

A Fig. 10 é uma plotagem da densidade do espectro de potência de um sinal de sensor de captação de um fluxôme10 tro sob condições normais. A freqüência fundamental do fluxômetro é o pico mais alto do gráfico e está localizado a cerca de 135 Hz. A figura também mostra diversos outros picos grandes no espectro de freqüência (o primeiro modo não fundamental é o modo de torção a uma freqüência cerca de 1,5 vezes superior à freqüência do modo fundamental). Esses picos compreendem freqüências harmônicas do fluxômetro, e também compreendem outros modos de sensor indesejáveis (isto é, um modo de torção, um segundo modo de curvatura etc).

A Fig. 11 mostra um bloco alternativo da transfor20 mada de Hilbert 603', de acordo com uma modalidade de deslocamento monofásica. 0 bloco da transformada de Hilbert 603' nessa modalidade inclui um ramal LPO 1100 e um ramal RPO

1110. O ramal LPO 1100 inclui um bloco de retardo 701 em paralelo com um bloco de filtro 702. O ramal RPO 1110 nessa modalidade inclui somente um bloco de retardo 701. Conforme acima, os blocos de retardo 701 introduzem retardos de amostragem. Conforme acima, o bloco de filtro 702 realiza um deslocamento de fase de 90 graus na amostra do sinal digital inserido. Deve ficar claro que, de modo alternativo, o bloco da transformada de Hilbert 603' pode comutar a fase apenas do sinal RPO.

Essa modalidade de processamento usa o deslocamento de fase/ transformada de Hilbert de apenas um sinal de sensor, a fim de derivar a diferença de fase e a freqüência {ver as Figs. 2 - 3). Isto reduz, de forma significativa, o número de computações necessárias para realizar uma medição de fase, e reduz de forma significativa o número de computações necessárias para obter a vazão de massa.

Nessa modalidade, a saída do bloco da transformada de Hilbert 603' irá fornecer o componente de quadratura (Q) de um dos sinais de sensor esquerdo ou direito, mas não de ambos. No exemplo abaixo, o sinal LPO tem sua fase comutada. LPO= (²⁶)

JIPO “ Λ_ηχι aas(®C + ¢) (²²)

Usando a transformada de Hilbert, a saída se transforma em:

<^2S)

Jü»0-4^oDs(a«+(») W

Combinando a expressão original de LPO com a saída da transformada de Hilbert (isto é, com o deslocamento de fase de 90 graus), obtém-se:

LPO - ^[cos(útf) + i sin(cuf)] enquanto que o RPO permanece o mesmo:

_{+ Ê}-/í^>

(31)

A Fig. 12 mostra o bloco de análise 604a' para a modalidade do deslocamento monofásica. O bloco de análise

604a' nessa modalidade inclui um bloco de união 801, o bloco de multiplicação complexa 803, bloco de filtro passa-baixo 1201 e um bloco do ângulo de fase 805. O bloco de análise 604a' nessa modalidade implementa a seguinte equação:

¹ (32)

O bloco do filtro passa-baixo 1201 compreende um filtro passa-baixo, que remove uma componente de alta freqüência produzida pelo bloco de multiplicação complexa 803.

O bloco do filtro passa-baixo 1201 pode implementar qualquer maneira de operação de filtragem passa-baixo. O resultado da operação de multiplicação produz duas expressões. A expressão (-cot + cot + 0) é combinada e simplificada para uma expressão 0 monofásica (um resultado CC) , visto que as ex¹ 15 pressões (-cot) e (cot) se anulam. A expressão (cot + cot + 0) é simplificada para (2 cot + 0) com o dobro da freqüência. Visto que o resultado é a soma de 2 expressões, a expressão de alta freqüência (2 cot + 0) pode ser removida. O único sinal aqui de interesse é a expressão de CC. A expressão de alta freqüência (2 cot + 0) pode ser removida por filtragem do resultado, usando um filtro passa-baixo. A supressão do filtro passa-baixo pode ser localizada em qualquer lugar entre zero e 2ω.

Após a filtragem, o resultado é:

Ρ

Ζ,ΡΟχ lLPO<=A'e^A^ =—[cos(fí)+isiii<(í5)]

ΑAssim, ο ângulo de fase diferencial é sin($) (33) (34) {Ρ^ΐ&η ,cos(^)_

Ao empregar a transformada de Hilbert de um sinal de captação ao invés de dois, a carga computacional necessária para realizar a estimativa de fase e de freqüência nos fluxômetros de massa Coriolis é com vantagens reduzidas. Assim, a fase e a freqüência podem ser determinadas, usando-se dois sinais de sensor, mas usando somente um deslocamento de fase de 90 graus.

A Fig. 13 mostra o processamento do sensor da in10 venção, quando comparado à técnica anterior, onde um valor da diferença de tempo (At) de cada um deles é comparado. A tabela mostra um material de fluxo incluindo um fluxo de gás (isto é, bolha de gás, por exemplo) . Sob esta condição, o ruído de fluxo é substancialmente reduzido no novo algorit15 mo, por causa do cálculo da taxa de fase e de freqüência. Pode ser visto através do gráfico, que o resultado derivado pela invenção não exibe os grandes picos e vales, que são refletidos nas medições do (At) da técnica anterior.

A Fig. 14 mostra o componente eletrônico de medi20 ção 20, de acordo com outra modalidade da invenção. O componente eletrônico de medição dessa modalidade pode incluir a interface 201, o digitalizador 202, o sistema de processamento 203, e o sistema de armazenamento 204, como previamente discutido. A interface 201 recebe uma resposta vibracio25 nal do material de fluxo, com a resposta vibracional inclu43 indo pelo menos um primeiro sinal de sensor e um segundo sinal de sensor, conforme previamente discutido. 0 sistema de processamento 203 nessa modalidade é configurado para receber a resposta vibracional através da interface 201, gerar um deslocamento de fase de 90 graus a partir do primeiro sinal de sensor, e gerar pelo menos uma característica de fluxo, usando pelo menos o primeiro sinal de sensor e o deslocamento de fase de 90 graus. O primeiro sinal de sensor pode compreender qualquer sinal de sensor de captação a partir da unidade medidora 10, conforme previamente discutido. O sistema de processamento 203 é ainda configurado para comparar pelo menos uma característica de fluxo com pelo menos um perfil de anomalia, detectar um deslocamento na resposta vibracional, se pelo menos uma característica de fluxo incidir no perfil de anomalia, e indicar uma condição de anomalia em decorrência da detecção.

Deve ficar claro que o componente eletrônico de medição 20 dessa figura pode incluir vários outros componentes e/ou rotinas acima discutidas. Os componentes e/ou rotina em comum com outras modalidades compartilham números de referência em comum.

O componente eletrônico de medição -20 pode estar em comunicação com a unidade medidora 10, onde a unidade medidora 10 pode compreender qualquer modo de fluxômetro, que gere pelo menos uma resposta de freqüência. Em uma modalidade, a unidade medidora 10 compreende um fluxômetro Coriolis. Em outra modalidade, a unidade medidora 10 compreende um densitômetro vibratório.

>63

O componente eletrônico de medição 20 dessa modalidade pode armazenar e executar rotinas de processamento. As rotinas de processamento em uma modalidade incluem uma rotina de processamento da resposta vibracional 1401, uma rotina para detectar anomalias 1402, uma rotina para indicar anomalias 1403, e uma rotina de alarme por anomalia 1404. Deve ficar claro, que o sistema de processamento 203 pode incluir outras rotinas, tais como as rotinas que foram previamente discutidas.

O componente eletrônico de medição 20 pode incluir variáveis e valores operacionais. O componente eletrônico de medição 20 dessa modalidade incluí uma resposta vibracional 1410, um ou mais perfis de anomalia 1411, uma condição de anomalia 1412, um alarme de anomalia 1413, e um contador de anomalias 1414. Deve ficar claro que o sistema de processamento 203 pode incluir outras variáveis, tais como as variáveis que foram previamente discutidas.

Em operação, o componente eletrônico de medição 20 processa uma resposta vibracional, que é recebida da unidade medidora 10 (ver Fig. 1) . A resposta vibracional pode compreender um sinal(s) eletrônico(s) com tempo variável, que é(são) substancial e continuamente recebido(s) e processado (s) pelo componente eletrônico de medição 20. A resposta vibracional pode incluir primeiro e segundo sinais de sensor, tais como sinais dos sensores de captação 170L e 170R. O componente eletrônico de medição 20 pode processar a resposta vibracional, a fim de obter uma ou mais características de fluxo. Uma ou mais características de fluxo podem in45 cluir, por exemplo, uma resposta de freqüência, uma diferença de fase entre os sinais de sensor, uma densidade, uma vazão de massa, uma vazão de volume etc. Outras características de fluxo são contempladas e estão dentro do escopo da descrição e das reivindicações. A resposta vibracional incluindo quaisquer características de fluxo determinadas, e adicionalmente um ganho de acionamento, pode ser usada pelo componente eletrônico de medição 20, a fim de detectar uma anomalia no material de fluxo fluindo através do fluxômetro.

As características de fluxo, quando determinadas usando os deslocamentos mono ou bifásicas acima descritas, podem ser obtidas com rapidez, ao contrário da técnica anterior. Além disso, as características de fluxo podem ser determinadas substancialmente de modo instantâneo. Outras características de fluxo podem ser determinadas, usando a freqüência e a diferença de fase. As determinações da característica de fluxo podem fornecer características de fluxo estimadas . A(s) determinação(Ões) da característica de fluxo praticamente instantânea são de preferência disponíveis para uso em outras determinações, tais como na detecção das anomalias, de acordo com a invenção. Devido ao fato das características de fluxo poderem ser substancialmente determinadas de modo instantâneo, as anomalias no material de fluxo podem ser detectadas de maneira rápida e precisa.

A anomalia pode incluir bolhas de gás e/ou de ar entranhadas no material de fluxo. A anomalia pode incluir um líquido estranho no material de fluxo. A anomalia pode incluir um sólido no material de fluxo. A anomalia pode inclu<555 ir material de fluxo bifásico ou multifásico.

As características de fluxo serão alteradas, quando uma anomalia passar através da unidade medidora 10. Quando uma anomalia significativa se mover através do fluxômetro, o medidor irá experimentar um deslocamento instantâneo na freqüência e um deslocamento instantâneo correspondente no fluxo de massa, se a densidade/ peso específico da anomalia diferir daquela do material de fluxo. A freqüência da unidade medidora 10 pode aumentar com uma menor densidade do material de fluxo (tal como quando ar entranhado estiver presente, por exemplo). Ao contrário, a freqüência da unidade medidora 10 pode diminuir, quando altas densidades estiverem presentes (tal como quando pedaços de metal ou outros sólidos passarem pelo seu interior, por exemplo). Da mesma forma, uma densidade do material de fluxo pode ser usada para detectar anomalias, tal como bolhas de ar, quando a densidade diminuir de modo característico. Para as bolhas de ar, a freqüência do fluxômetro aumenta com a menor densidade do fluido, e o fluxo de massa diminui, devido à baixa massa de uma bolha de ar. Além disso, a diferença de fase e/ou retardo de tempo podem ser usados para detectar tais anomalias .

A Fig. 15 é um gráfico de uma resposta de freqüência versus tempo, onde os picos ascendentes na característica de fluxo da freqüência representam a anomalias em um material de fluxo, tais como bolhas de ar. O material de fluxo neste exemplo é água. A unidade medidora 10, quando cheia com água como material de fluxo, exibe uma freqüência ressoM5Ç nante de cerca de 132 Hz. A unidade medidora 10 cheia com ar exibe uma freqüência ressonante de cerca de 158 Hz. Pode ser observado através desse gráfico, que a unidade medidora 10 é cheia basicamente com água. Porém, conforme indicado pelos picos de freqüência, quinze bolhas de ar passam através da unidade medidora 10 durante o período de tempo do gráfico. A largura de cada pico é de cerca de 100 ms, onde 100 ms é o tempo que leva para uma bolha de ar passar pela unidade medidora 10. A freqüência média é relacionada à densidade média da corrente de fluido. Assim, as variações na freqüência podem ser relacionadas à densidade instantânea da corrente do material de fluxo multifásico.

A Fig. 16 é um gráfico do retardo de tempo versus tempo, onde os picos descendentes na característica de fluxo do retardo de tempo novamente representam uma anomalia no material de fluxo. O retardo de tempo médio corresponde ao fluxo de massa médio da corrente de fluido. Observe as variações no retardo de tempo (isto é, uma redução no retardo de tempo entre os dois sensores}, quando uma bolha de ar passa através da unidade medidora 10. As variações no retardo de tempo podem ser relacionadas ao fluxo de massa instantâneo da corrente de fluxo multifásica, e podem ser usadas para detectar uma anomalia no material de fluxo.

A Fig. 17 mostra a resposta de freqüência versus tempo para uma menor fração de vazios de ar no material de fluxo. Muito embora a fração de vazios seja inferior do que na Fig. 15, a vazão é a mesma e ela ainda leva cerca de 100 ms para uma bolha de ar passar através da unidade medidora

10. Através do gráfico, pode ser observado que seis bolhas de ar passaram através da unidade medidora 10.

A Fig. 18 é um gráfico da freqüência de acionamento versus Peso Específico (SG) do fluido para água mais ar entranhado. No gráfico, o valor do SG para o ar é zero, enquanto que a água possui um valor SG igual a um. Pode ser observado através dessa figura, que o Peso Específico pode ser usado para diferenciar entre o material de fluxo e as anomalias no material de fluxo.

A Fig. 19 é um gráfico da freqüência de acionamento versus SG para uma faixa SG de 1-7. Sólidos possuem pesos específicos superiores ao SG da água (isto é, eles possuem valores SG superiores a 1). Por exemplo, aço possui um SG em torno de 7, a freqüência de acionamento de um fluido com SG - 7 é tipicamente em torno de 83 Hz. Assim, quando um sólido com uma densidade distinta do material de fluxo passar através do medidor, uma variação de freqüência irá ocorrer, a qual pode ser detectada pelo componente eletrônico de medição 20. No caso de água como material de fluxo e aço como material de anomalia, o medidor irá operar a 132 Hz na ausência de uma anomalia. A característica de fluxo da freqüência irá se deslocar para baixo na direção de 8 3 Hz, quando um sólido de aço passar através da unidade medidora

10.

O componente eletrônico de medição 20 pode determinar, a seguir, a condição da anomalia 1412, que indica a ocorrência da anomalia. O componente eletrônico de medição pode definir, a seguir, o alarme da anomalia 1413, que pode executar ou iniciar certo modo de notificação, processo, ou rotina de manipulação da anomalia. O componente eletrônico de medição 20 pode, a seguir, incrementar o contador de anomalias 1414, que conta as condições da anomalia detectada. A detecção, indicação, alarmes, e contagem das anomalias são abaixo discutidas em mais detalhes, em conjunto com o fluxograma 2000 da Fig. 20.

Deve ficar claro que o componente eletrônico de medição 20 pode receber e processar a resposta vibracional de modo iterativo. Como resultado, o componente eletrônico de medição 20 pode detectar anomalias durante a operação do material de fluxo associado. O componente eletrônico de medição 20 pode executar de forma substancial e continua a indicação, alarme, e processos de contagem das anomalias ao longo do tempo, conforme várias anomalias passem através do fluxômetro.

A rotina de processamento da resposta vibracional 1401 recebe a resposta vibracional. Conforme previamente discutido, a resposta vibracional pode incluir primeiro e segundo sinais de sensor, que refletem a resposta de um ou mais condutos de fluxo para uma vibração acionadora imposta ao fluxômetro. A rotina de processamento da resposta vibracional 1401 em algumas modalidades processa a resposta vibracional, a fim de obter uma ou mais características de fluxo do material de fluxo. Uma ou mais características de fluxo podem incluir uma resposta de freqüência, uma diferença de fase entre os primeiro e segundo sinais de sensor, uma densidade, uma vazão de massa, uma vazão de volume etc. A resposta de freqüência é relacionada, de forma inerente, ao fluxo do material de fluxo através do fluxômetro (como são todas as características de fluxo derivadas). Assim, a freqüência varia com a vazão de massa no fluxômetro. A freqüência também varia com a densidade do material de fluxo. Por exemplo, quando o material de fluxo compreender um líquido, gás entranhado passando através do material de fluxo irá fazer com que a freqüência suba momentaneamente para um maior valor de freqüência, quando a massa no fluxômetro cair e quando a resposta vibracional for temporariamente menos atenuada pelo material de fluxo. Assim, através do emprego das determinações rápidas da diferença de fase e da freqüência, o componente eletrônico de medição 20 pode detectar anomalias no fluxo, e pode detectar as anomalias de forma substancial e instantânea. Além disso, o componente eletrônico de medição 20, em algumas modalidades e sob certas condições de fluxo, pode quantificar as anomalias.

A rotina para detectar anomalias 1402 em uma modalidade compara a resposta vibracional com pelo menos um perfil de anomalia 1411 (abaixo discutido). Se a resposta vibracional incidir no perfil de anomalia 1411, então a rotina para detectar anomalias 1402 determina que uma anomalia está ocorrendo.

A rotina para indicar anomalias 1403 em uma modalidade define uma condição de anomalia 1412 (abaixo discutida) . A rotina para indicar anomalias 1403, assim, indica a ocorrência da anomalia. Em uma modalidade, a rotina para indicar anomalias 1403 incrementa o contador de anomalias

JGO

1414.

A rotina de alarme por anomalia 1404 em uma modalidade define um alarme de anomalia 1413. 0 alarme de anomalia 1413 pode realizar ou iniciar qualquer modo de notificação, processo ou rotina para manipulação de anomalias.

A resposta vibracional 1410 armazena uma resposta vibracional recebida da unidade medidora 10. A resposta vibracional 1410 pode compreender qualquer maneira de armazenamento de dados, tal como uma fila circular, por exemplo. A resposta vibracional 1410 pode compreender representações digitais de um sinal elétrico analógico recebido da unidade medidora 10. A resposta vibracional 1410 pode compreender porções amostradas do sinal elétrico. A resposta vibracional 1410 pode incluir primeiro e segundo sinais de sensor, e pode ainda incluir características de fluxo derivadas dos primeiro e segundo sinais de sensor. Por exemplo, a resposta vibracional 1410 pode incluir um valor de freqüência (isto é, uma aproximação ou estimativa de freqüência) que é derivado dos primeiro e segundo sinais de sensor.

O perfil de anomalia 1411 armazena um ou mais perfis que são usados, a fim de detectar anomalias no material de fluxo. Perfis de múltiplas anomalias podem ser incluídos, caso se deseje detectar tipos múltiplos de anomalias. Um perfil de anomalia armazenado pode incluir quaisquer informações, que permitam a determinação de uma anomalia.

Em uma modalidade, o perfil de anomalia pode incluir qualquer perfil de freqüência da anomalia, o perfil de freqüência da anomalia pode compreender um valor limite de freqüência, que está acima ou abaixo de uma característica de freqüência prevista para o material de fluxo. Quando a resposta vibracional exceder o valor limite de freqüência da anomalia, então a ocorrência de uma anomalia é determinada como existente. De modo alternativo, em outra modalidade, o perfil de freqüência da anomalia pode compreender uma faixa de freqüências. A faixa de freqüências da anomalia pode compreender uma faixa de freqüências, que está acima ou abaixo da característica de fluxo associada. Quando a resposta vibracional estiver dentro da faixa de freqüências da anomalia, então a ocorrência de uma anomalia é determinada como existente. A faixa de freqüências da anomalia pode ser específica para a fase e composição do material anômalo. Por exemplo, a resposta de freqüência pode ser específica a um gás particular, tal como gás natural em uma corrente de fluxo de óleo cru e, assim, o componente eletrônico de medição 20 pode detectar bolhas de gás natural do óleo cru.

Em uma modalidade, o perfil de anomalia pode incluir um perfil de amplitude da anomalia. O perfil de amplitude da anomalia pode incluir um valor limite de amplitude da anomalia ou uma faixa de amplitudes da anomalia. O valor limite/ faixa de amplitudes da anomalia pode compreender uma densidade, vazão de massa, ou valor da amplitude de retardo de fase ou de tempo, por exemplo. Porém, o valor limite/ faixa de amplitudes da anomalia pode incluir outras características de fluxo. O valor limite/ faixa de amplitudes da anomalia pode ser superior ou inferior a uma característica de fluxo prevista para o material de fluxo. Quando a respos53 ta vibracional exceder ou incidir no valor de limite/ faixa de amplitudes da anomalia, então a ocorrência de uma anomalia é determinada como existente.

Em uma modalidade, o perfil de anomalia pode incluir um perfil de duração de tempo. O perfil de duração de tempo pode compreender uma duração de tempo de um desvio da característica prevista para o material de fluxo. Por exemplo, uma bolha de ar típica na água irá transitar através da unidade medidora 10 em cerca de 100 milissegundos (ms) . Se uma resposta de freqüência incluir um pico de freqüência, que possui uma duração de cerca de 100 ms, o perfil da duração de tempo em separado pode ser usado, a fim de fazer uma determinação de anomalia de bolhas de ar. Como resultado, quando uma característica de fluxo associada se desviar da característica de fluxo prevista para o material de fluxo durante um período de tempo que incidir no perfil da duração de tempo, então a ocorrência de uma anomalia é determinada como existente.

Em uma modalidade, o perfil de anomalia pode incluir um ou mais dos valores limite/ faixas de freqüência, amplitude, e duração de tempo acima. Por exemplo, para detecção de bolhas de ar, o perfil de anomalia 1411 pode compreender um valor limite/ faixa de freqüências e um perfil de duração de tempo da anomalia. Outras combinações podem ser usadas, dependendo do(s) material(is) anômalo(s) a ser(em) detectado(s). A detecção em uma modalidade emprega reconhecimento padrão.

A condição de anomalia 1412 pode compreender uma

JOS variável de estado, que indica se uma anomalia está ocorrendo no momento. Por exemplo, devido ao fato do componente eletrônico de medição 20 poder determinar, de forma rápida ou substancialmente instantânea, características de fluxo, a condição de anomalia 14 e 12 pode indicar uma anomalia em tempo substancialmente real. Em um exemplo, a condição de anomalia 1412 pode ser estabelecida, como sendo um valor VERDADEIRO ou ON, enquanto uma bolha de ar estiver passando pela unidade medidora 10, e pode ser estabelecida de outra forma como FALSO.

O alarme por anomalia 1413 pode compreender uma variável de estado, que indique uma condição de alarme. O alarme por anomalia 1413 pode ser definido como VERDADEIRO, quando a ocorrência de uma anomalia for determinada. O alarme por anomalia 1413 pode ser usado para iniciar certa forma de rotina, processamento, ou notificação a ser executada durante a anomalia. Por exemplo, se um sólido for detectado no material de fluxo, o alarme por anomalia 1413 pode iniciar uma exibição de anomalia para um operador, pode iniciar uma mensagem de anomalia para outro dispositivo etc.

A contagem de anomalias 1414 pode ser usada para contar ocorrências de anomalia. A contagem de anomalias 1414 pode contar bolhas de gás ou de ar, bolsoes de líquidos estranhos, ou sólidos no material de fluxo. A contagem de anomalias 1414 pode ser incrementada a cada detecção de uma anomalia. A contagem de anomalias 1414 pode ser incrementada, quando uma condição de anomalia 1412 for definida como um estado VERDADEIRO, por exemplo.

Ά Fig. 20 é um fluxograma 2000 de um método para detectar uma anomalia de fluxo em um material de fluxo fluido através de um fluxômetro, de acordo com uma modalidade da invenção. Na etapa 2001, uma resposta vibracional é processada. A resposta vibracional pode ser processada, a fim de determinar uma ou mais características de fluxo. A resposta vibracional pode compreender primeiro e segundo sinais de sensor, por. exemplo. Uma ou mais características de fluxo podem incluir uma freqüência da resposta vibracional, uma diferença de fase entre os primeiro e segundo sinais de sensor compreendendo a resposta vibracional, uma densidade, uma vazão de massa, uma vazão de volume, um retardo de tempo etc.

Na etapa 2002, a resposta vibracional é comparada com um perfil de anomalia. Conforme previamente discutido, o perfil de anomalia pode fornecer informações que permitam a detecção de uma anomalia de muitos tipos distintos. O perfil de anomalia pode especificar uma anomalia de gás a ser detectada . 0 perfil de anomalia pode especificar uma anomalia de liquido estranho a ser detectada. O perfil de anomalia pode especificar uma anomalia de sólido a ser detectada.

O perfil de anomalia pode incluir um perfil de amplitude, tal como um valor limite de anomalia, por amplitude ou uma faixa de anomalias por amplitude. O perfil de amplitude pode compreender um perfil de uma característica de fluxo da vazão de massa, densidade, ou freqüência.

O perfil de anomalia pode incluir um perfil de freqüência, tal como um valor limite de anomalia de freqüên56 cia ou uma faixa de anomalias de freqüência, que pode ser usado para determinar uma anomalia no material de fluxo.

O perfil de anomalia pode incluir um perfil de duração de tempo. O perfil de duração de tempo pode indicar uma anomalia, se a resposta vibracional se afastar de uma resposta prevista, de acordo com o perfil da duração de tempo.

O perfil de anomalia pode compreender um perfil de bolhas, incluindo um perfil de bolhas de ar. O perfil de bolhas pode especificar qualquer combinação de valores de amplitude, freqüência, e/ou tempo, que indiquem uma anomalia no material de fluxo. Por exemplo, o perfil de bolhas em uma modalidade pode incluir um valor limite de freqüências acima de 135 Hz e uma duração de tempo de cerca de 100 ms, onde o material de fluxo é água e as bolhas compreendem bolhas de ar. Porém, outros valores limite de freqüência e durações de tempo são contemplados, e estão dentro do escopo da descrição e das reivindicações.

Deve ficar claro que o perfil de anomalia pode incluir um ou mais dos fatores acima. 0 perfil de anomalia pode ser selecionado ou criado para um determinado material de fluxo ou para um ou mais tipos de anomalia predeterminados, que são previstos no material de fluxo.

Na etapa 2003, se a resposta vibracional estiver dentro do perfil de anomalia, então o método avança para a etapa 2004; de outra forma, o método é bifurcado nas etapas

2004 e 2005.

Na etapa 2004, devido ao fato da resposta vibra57 cional incidir no perfil de anomalia, então um deslocamento na resposta vibracional é detectado.

Na etapa 2005, devido ao fato do deslocamento ter ocorrido, uma anomalia é indicada. Conforme previamente discutido, a indicação pode incluir ações múltiplas. Em uma modalidade, a condição de anomalia 1412 pode ser definida em um estado VERDADEIRO, desde que a anomalia seja detectada. Para uma bolha de ar em um material de fluxo de água, uma bolha de ar levará tipicamente cerca de 100 ms para passar pelo fluxômetro. Em uma modalidade, o alarme por anomalia 1413 pode ser definido como VERDADEIRO, em que o estado de alarme pode executar ou iniciar alguma forma de rotina, processo ou notificação para manipulação da anomalia. Em uma modalidade, uma contagem de anomalias 1414 pode ser incrementada , onde a contagem de anomalias 1414 conta ocorrências de anomalias na condição de fluxo. Por exemplo, uma contagem de anomalias 1414 pode contar ocorrências de bolhas de gás, bolhas de ar, ou sólidos no material de fluxo.

Deve ficar claro que as etapas do método acima podem ser iterativamente realizadas. Como a resposta vibracional é continuamente recebida, ela pode ser iterativamente processada e comparada, e anomalias do material de fluxo podem ser detectadas e indicadas de modo substancialmente continuo. Quaisquer anomalias podem ser detectadas e indicadas substancialmente em tempo real. Assim, o fluxograma retorna à etapa 2001.

O componente eletrônico de medição e método, de acordo com a invenção, podem ser empregados, de acordo com qualquer uma das modalidades, a fim de proporcionar diversas vantagens, se desejado. De preferência, através do emprego das determinações rápidas de freqüência e fase, o componente eletrônico de medição pode detectar anomalias no fluxo. A invenção pode detectar, de forma rápida e precisa, uma anomalia de fluxo. A invenção pode detectar anomalias de forma substancialmente instantânea. A invenção, em algumas modalidades e sob algumas condições de fluxo, pode quantificar as anomalias.

A invenção pode detectar uma bolha de gás no material de fluxo. A invenção pode detectar uma bolha de ar no material de fluxo. A invenção pode contar bolhas de ar no material de fluxo. A. invenção pode determinar limites de bolhas no material de fluxo. A invenção pode detectar líquidos estranhos no material de fluxo. A invenção pode detectar sólidos no material de fluxo. A invenção pode contar sólidos no material de fluxo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Componente eletrônico de medição (20) para detectar uma anomalia de fluxo em um material de fluxo fluindo através de um fluxômetro (5) , o componente eletrônico de medição (20) compreendendo:

uma interface (201) para receber uma resposta vibracional do material de fluxo, com a resposta vibracional incluindo pelo menos um primeiro sinal de sensor e um segundo sinal de sensor; e um sistema de processamento (203) em comunicação com a interface (201) e configurado para receber a resposta vibracional a partir da interface (201), gerar um deslocamento de fase de noventa graus a partir do primeiro sinal de sensor, e gerar pelo menos uma característica de fluxo usando pelo menos o primeiro sinal de sensor e o deslocamento de fase de noventa graus, o componente eletrônico de medição (20) CARACTERIZADO pelo fato de o sistema de processamento (203) ser adicionalmente configurado para:

detectar um deslocamento na resposta vibracional, se a pelo menos uma característica de fluxo incidir no perfil de anomalia, e indicar uma condição de anomalia, como uma conseqüência da detecção.

2. Componente eletrônico de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da interface (201) incluir um digitalizador configurado para digitalizar o sinal de sensor.

3. Componente eletrônico de medição (20), de acorde 04/10/2017, pág. 8/14 do com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do sistema de processamento (203) ser adicionalmente configurado para executar, iterativamente, a recepção, geração, comparação, detecção, e indicação.

4. Componente eletrônico de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do fluxômetro (5) compreender um fluxômetro Coriolis.

5. Componente eletrônico de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do fluxômetro (5) compreender um densitômetro vibratório.

6. Componente eletrônico de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da pelo menos uma característica de fluxo compreender uma resposta de freqüência.

7. Componente eletrônico de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da pelo menos uma característica de fluxo compreender uma resposta com diferença de fase, e em que o sistema de processamento (203) é adicionalmente configurado para computar a resposta com diferença de fase, usando o deslocamento de fase de noventa graus, o primeiro sinal de sensor, e o segundo sinal de sensor.

8. Componente eletrônico de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da pelo menos uma característica de fluxo compreender uma resposta com diferença de fase, e em que o sistema de processamento (203) é adicionalmente configurado para gerar um segundo deslocamento de fase de noventa graus a partir do segundo de 04/10/2017, pág. 9/14 sinal de sensor e computar a resposta com diferença de fase, usando o deslocamento de fase de noventa graus, o segundo deslocamento de fase de noventa graus, o primeiro sinal de sensor, e o segundo sinal de sensor.

9. Componente eletrônico de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da pelo menos uma característica de fluxo compreender uma resposta de retardo de tempo do sinal de sensor.

10. Componente eletrônico de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da pelo menos uma característica de fluxo compreender uma resposta da vazão de massa.

11. Componente eletrônico de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da pelo menos uma característica de fluxo compreender uma resposta de densidade.

12. Componente eletrônico de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da indicação compreender indicar uma anomalia de sólidos.

13. Componente eletrônico de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da indicação compreender indicar uma anomalia de líquido estranho .

14. Componente eletrônico de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da indicação compreender indicar uma anomalia de gás.

15. Componente eletrônico de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da inde 04/10/2017, pág. 10/14 dicação compreender indicar uma anomalia de bolhas de ar.

16. Componente eletrônico de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da indicação compreender definir uma condição de alarme por anomalia .

17. Componente eletrônico de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da indicação compreender incrementar uma contagem de anomalias.

18. Método para detectar uma anomalia de fluxo em um material de fluxo fluindo através de um fluxômetro, o método compreendendo as etapas de:

receber uma resposta vibracional do material de fluxo, com a resposta vibracional incluindo pelo menos um primeiro sinal de sensor e um segundo sinal de sensor;

gerar um deslocamento de fase de noventa graus a partir do primeiro sinal de sensor e gerar pelo menos uma característica de fluxo usando pelo menos o primeiro sinal de sensor e o deslocamento de fase de noventa graus;

o método sendo CARACTERIZADO pelo fato de compreender as etapas de:

comparar a pelo menos uma característica de fluxo com pelo menos um perfil de anomalia;

detectar um deslocamento na resposta vibracional se a pelo menos uma característica de fluxo incidir no perfil de anomalia, e indicar uma condição de anomalia como conseqüência da detecção.

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, de 04/10/2017, pág. 11/14

CARACTERIZADO pelo fato de adicionalmente compreender a execução iterativa da recepção, geração, comparação, detecção e indicação.

20. Método, de acordo com a reivindicação 18, 5 CARACTERIZADO pelo fato do fluxômetro compreender um fluxô- metro Coriolis • 21. Método, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato do fluxômetro compreender um densi- tômetro vibratório. 10 22 . Método, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato da pelo menos uma característica de

fluxo adicionalmente compreender uma resposta de freqüência.

23. Método, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato da pelo menos uma característica de

15 fluxo adicionalmente compreender uma resposta com diferença de fase, e a geração da pelo menos uma característica de fluxo adicionalmente compreender a computação da resposta com diferença de fase usando o deslocamento de fase de noventa graus, o primeiro sinal de sensor, e o segundo sinal

20 de sensor.

24. Método, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato da pelo menos uma característica de fluxo adicionalmente compreender uma resposta com diferença de fase, e a geração da pelo menos uma característica de

25 fluxo adicionalmente compreender:

gerar um segundo deslocamento de fase de noventa graus a partir do segundo sinal de sensor; e computar a resposta com diferença de fase usando o

Petição 870170075233, de 04/10/2017, pág. 12/14 deslocamento de fase de noventa graus, o segundo deslocamento de fase de noventa graus, o primeiro sinal de sensor, e o segundo sinal de sensor.

25. Método, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato da pelo menos uma característica de fluxo adicionalmente compreender uma resposta de retardo de tempo do sinal de sensor.

26. Método, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato da pelo menos uma característica de fluxo adicionalmente compreender uma resposta da vazão de massa.

27. Método, de acordo com a reivindicação 18,

CARACTERIZADO pelo fato da pelo menos uma característica de fluxo adicionalmente compreender uma resposta de densidade.

28. Método, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato anomalia de sólidos. da indicação compreender indicar uma 29. Método, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato da indicação compreender indicar uma anomalia de líquido estranho. 30. Método, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato anomalia de gás. da indicação compreender indicar uma 31. Método, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato da anomalia de bolhas de ar. indicação compreender indicar uma 32. Método, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato da indicação compreender definir uma

de 04/10/2017, pág. 13/14 condição de alarme por anomalia.

33. Método, de acordo com a reivindicação 18,

CARACTERIZADO pelo fato da indicação compreender incrementar uma contagem de anomalias.

5 34. Método, de acordo com a reivindicação 18,

CARACTERIZADO pelo fato de compreender:

incrementar uma contagem de bolhas como conseqüência da detecção.

Petição 870170075233, de 04/10/2017, pág. 14/14