BRPI0614823B1 - Eletrônica de medição e métodos para processamento de sinais de sensores para um material de fluxo multifases em um medidor de fluxo - Google Patents

Abstract

eletrônica de medição e métodos para processamento de sinais de sensores para um material de fluxo multifases em um medidor de fluxo. eletrônica de medição (20) para processar sinais de sensores para um material de fluxo multifases em um medidor de fluxo (5) é fornecida de acordo com uma modalidade da invenção. a eletrônica de medição (20) inclui uma interface (201) para receber primeiro e segundo sinal de sensor (210 e 211) para um material de fluxo multifases e um sistema de processamento (203) . o sistema de processamento (203) é configurado para receber o primeiro sinal de sensor (210) e o segundo sinal de sensor (211), gerar um primeiro deslocamento de fase de noventa graus (213) do primeiro sinal de sensor (210) e gerar um segundo deslocamento de fase de noventa graus (214) do segundo sinal de sensor (211), computar uma frequência (221) usando um dentre o primeiro deslocamento de fase de noventa graus (213) e o segundo deslocamento de fase de noventa graus (214), computar uma diferença de fase (220) usando um ou mais dentre o primeiro deslocamento de fase de noventa graus (213) e o segundo deslocamento de fase de noventa graus (214), e computar um ou mais dentre uma taxa de fluxo de massa (223), uma densidade (224), ou uma taxa de fluxo de volume (225) para um material de fluxo multifases.

Description

(54) Título: ELETRÔNICA DE MEDIÇÃO E MÉTODOS PARA PROCESSAMENTO DE SINAIS DE SENSORES PARA UM MATERIAL DE FLUXO MULTIFASES EM UM MEDIDOR DE FLUXO (51) Int.CI.: G01F 1/84 (30) Prioridade Unionista: 18/08/2005 US 60/709.271 (73) Titular(es): MICRO MOTION, INC (72) Inventor(es): MARK JAMES BELL; CRAIG B. MCANALLY

Λ

ELETRÔNICA DE MEDIÇÃO E MÉTODOS PARA PROCESSAMENTO DE SINAIS DE SENSORES PARA UM MATERIAL DE

FLUXO MULTIFASES EM UM MEDIDOR DE FLUXO

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se à eletrônica de medição e métodos para processamento de sinais de sensores para um material de fluxo multifases em um medidor de fluxo.

Fundamentos da Invenção

É conhecido o uso de medidores de fluxo de massa 10 Coriolis para medir fluxo de massa, densidade, e fluxo de volume e outra informação de materiais fluindo através de uma tubulação como descrito na Patente Norte-Americana No. 4.491.025, emitida para J. E. Smith, e outros de 1 de Janeiro de 1985 e Re. 31.450 para J. E. Smith de 11 de Fevereiro de 1982. Esses medidores de fluxo têm 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, modos de simples curvatura, torsional, radial e acoplados. Em uma aplicação de medição de fluxo de massa Coriolis típica, uma configuração de conduto é excitada em um ou mais modos de vibração à medida que um material flui através do conduto, e movimento do conduto é medido em pontos espaçados ao longo do conduto.

Os modos vibracionais dos sistemas preenchidos com material são definidos em parte pela massa combinada dos tubos de fluxo e o material nos tubos de fluxo. O material flui no medidor de fluxo a partir de uma tubulação conectada na lateral de entrada do medidor de fluxo. 0 material é en-

tão direcionado através do tubo de fluxo ou tubos de fluxo e sai do medidor de fluxo para uma tubulação conectada na lateral de saída.

Um acionador aplica uma força ao tubo de fluxo. A 5 força leva o tubo de fluxo a oscilar. Quando não há material fluindo através do medidor de fluxo, todos os pontos ao longo de um tubo de fluxo oscilam com uma fase idêntica. À medida que um material começa a fluir através do tubo de fluxo, acelerações Coriolís levam cada ponto ao longo do tubo de fluxo a ter uma fase diferente com relação a outros pontos ao longo do tubo de fluxo. A fase na lateral de entrada do tubo de fluxo retarda o acionador, enquanto a fase na la-4 teral de saída comanda o acionador. Os sensores são localizados em pontos diferentes no tubo de fluxo para produzirem sinais senoidais representativos do movimento do tubo de fluxo nos pontos diferentes. A diferença de fase entre os dois sinais de sensores é proporcional à taxa de fluxo de massa do material fluindo através do tubo de fluxo ou tubos de fluxo. Em uma aproximação já conhecida ou uma Transforma20 da de Fourier Discreta (DFT) ou uma Transformada de Fourier Rápida (FFT) é usada para determinar a diferença de fase entre os sinais de sensores. A diferença de fase e uma resposta de frequência vibracional do conjunto de tubo de fluxo são usadas para obter a taxa de fluxo de massa.

Em uma aproximação já conhecida, um sinal de referência independente é usado para determinar uma frequência de sinal de referência, tal como se usando a frequência enviada ao sistema acionador vibracional. Em uma outra aproxi3 mação, um .laço travado por fase (PLL) é asado para travar a freqüência do sinal de referência ou pickoff na freqüência de acionamento. Em uma outra aproximação j á conhecida, a freqüência de resposta vibracional gerada por um sensor de referência pode ser determinada centrando-se essa freqüência em um filtro de entalhe, onde o medidor de fluxo já conhecido tenta manter o entalhe do filtro de entalhe na freqüência de sensor de referência. Essas técnicas já conhecidas funcionam bastante bem sob condições quiescentes, onde o mate10 rial de fluxo no medidor de fluxo é uniforme e onde a freqüência de sinal de referência resultante é relativamente estável. Entretanto, a medição de fase da técnica anterior sofre quando o material de fluxo não é uniforme, tal como nos fluxos de duas fases onde o material de fluxo compreende um liquido e um sólido ou onde há bolhas de ar no material de fluxo líquido. Em tais situações, a freqüência determinada já conhecida pode flutuar rapidamente. Durante condições de transições de freqüência rápidas e grandes, é possível que os sinais de referência se movam fora da largura de ban20 da do filtro, resultando em medições de fase e freqüência incorretas. Isso também é um problema em lotes vazio-cheiovazio, onde o medidor de fluxo é repetidamente operado em condições alternadas vazio e cheio. Também, se a freqüência do sensor se move rapidamente, um processo de demodulação não será capaz de prosseguir com a freqüência atual ou medida, causando demodulação em uma freqüência incorreta. Deveria ser entendido que se a freqüência determinada é incorreta ou imprecisa, então valores subseqüentemente derivados de densidade, taxa de fluxo de volume, etc., também serão incorretos e imprecisos. Além disso, o erro pode ser computado em subseqüentes determinações de característica de fluxo.

Na técnica anterior, os sinais de referência podem 5 ser digitalizados e digitaimente manipulados de modo a implementar c filtro de entalhe, que aceita somente uma banda estreita de frequências. Portanto, quando a freqüência alvo está mudando, o filtro de entalhe não pode ser capaz de rastrear o sinal alvo por um período de tempo. Tipicamente, a implementação de filtro de entalhe leva 1-2 segundos para rastrear o sinal alvo flutuante. Devido ao tempo exigido pela técnica anterior para determinar a freqüência, o resultado não é somente que as determinações de freqüência e fase contêm erros, mas também que a medição de erro abrange um intervalo de tempo que excede o intervalo de tempo durante o qual o erro e/ou o fluxo de duas fases realmente ocorre. Isso ocorre devido à lentidão relativa de resposta de uma implementação de filtro de entalhe.

O resultado é que o medidor de fluxo da técnica anterior, precisa, rápida ou satisfatoriamente rastreia ou determina uma freqüência de sensor de referência durante o fluxo de duas fases do material· de fluxo no medidor de fluxo . Consequentemente, a determinação de fase é igualmente lenta e passivel de erro, à medida que a técnica anterior deriva a diferença de fase usando a freqüência de referência determinada. Portanto, qualquer erro na determinação de freqüência é composto na determinação de fase. O resultado é erro aumentado na determinação de freqüência e na determinaζ cão dp fase, levando a erre aumentado na determinação da taxa de fluxo de massa. Em adição, como o valor de frequência é usado para determinar um valor de densidade (densidade é aproximadamente igual a um sobre a frequência ao quadrado), um erro na determinação da f reqíiênci a e repetido ou composto na determinação da densidade.

Em um típico poço de óleo, a saída do poço usualmente inclui não somente óleo, mas somente pode incluir quantidades variáveis de água e gás natural no fluxo de saída do poço. A saída do poço de óleo, portanto, tipicamente compreende um fluxo de fluido multifases. Como um resultado, o fluxo de poço é usualmente abastecido em um dispositivo separador. 0 dispositivo separador extrai um ou mais componentes do fluxo de poço. O dispositivo separador pode compreender um separador de duas fases ou pode compreender um separador de três fases. Um separador de duas fases tipicamente extrai gás entranhado de um fluido multifases. A saída do separador de duas fases pode compreender uma saída de gás e um fluido de duas fases sem gás entranhado. Por exemplo, onde o fluxo do poço compreende óleo, água, e gás natural, então a saída de liquido separador de duas fases pode compreender um fluxo de água e óleo de duas fases. Um separador de três fases pode separar o gás entranhado e pode também separar a água do óleo.

Entretanto, os separadores não separam completamente os componentes do fluxo. Por exemplo, o gás extraído pode incluir uma pequena quantidade de líquido residual. Esse é usualmente chamado arraste ou líquido de arraste, à me6 d?da que a saída de gás de um separador é tipicamente posicionado fisicamente mais alta do que uma saída de líquido. Em adição, a saída de óleo de um separador de três fases (ou a saída de óleo e água de um separador de duas fases) pode ainda incluir uma pequena quantidade de gás entranhado. Esse é chamado deslizamento ou gás de deslizamento através cia saída de líquido, à medida que a saída de líquido/água de um separador é tipicamente posicionada fisicamente mais baixa do que uma saída de gás.

A medição da saída do separador de acordo com a técnica anterior compreende medir cada fluxo de saída separador com um medidor de fluxo de algum tipo. A medição assume que há um líquido de arraste desprezível na saída de gás do separador e assume que há um gás de deslizamento desprezível na saída de óleo/água. Essa hipótese é feita porque na técnica anterior o gás entranhado e/ou o líquido não pode ser substancialmente instantaneamente determinado e, portanto, não pode ser precisamente determinado. Entretanto, o arraste e o deslizamento estão tipicamente presentes, resultando em uma imprecisão significativa nas medições de produção de poço da técnica anterior. A imprecisão é composta combinando-se as medições de gás e líquido da técnica anterior.

Sumário da Invenção

Os problemas acima e outros são resolvidos e um avanço na técnica é alcançado através do fornecimento de eletrônica de medição e métodos para processamento de sinais ^r-.v

de sensores pare um material de fluxo multifases em mn medidor de fluxo.

Eletrônica de medição para processar sinais de sensores para um material de fluxo multifases em um medidor de fluxo é fornecida de acordo com. uma moda 1 idade da invenção. Ά eletrônica de medição compreende uma interface para receber um primeiro sinal de sensor e um segundo sinal de sensor para o material de fluxo multifases e um sistema de processamento em comunicação com a interface. 0 sistema de processamento é configurado para receber o primeiro sinal de sensor e o segundo sinal de sensor a partir da interface, gerar um primeiro deslocamento de fase de noventa graus do primeiro sinal de sensor e gerar um segundo deslocamento de fase de noventa graus do segundo sinal de sensor, computar uma freqüência usando um dentre o primeiro deslocamento de fase de noventa graus e o segundo deslocamento de fase de noventa graus, computar uma diferença de fase usando um ou mais dentre o primeiro deslocamento de fase de noventa graus e o segundo deslocamento de fase de noventa graus, e compu20 tar um ou mais dentre uma taxa de fluxo de massa, uma densidade, ou uma taxa de fluxo de volume para um material de fluxo multifases.

Um método para processar sinais de sensores para um material de fluxo multifases em um medidor de fluxo é fornecido de acordo com uma modalidade da invenção. O método compreende receber um primeiro sinal de sensor e um segundo sinal de sensor para o material de fluxo multifases e gerar um primeiro deslocamento de fase de noventa graus do primei# ί Μ rc sinal de sensor e gerar um segundo ucslucâmentú de luse de noventa graus do segundo sinal de sensor. 0 método adiei ona lmente compreende computar uma frequência usando um dentre o primeiro deslocamento de fase de noventa graus e o segundo deslocamento de fase de noventa graus. 0 método adiei ona lmente compreende computar uma diferença de fase usando um ou mais dentre o primeiro deslocamento de fase de noventa graus e o segundo deslocamento de fase de noventa graus, além de computar um ou mais dentre uma taxa de fluxo de mas10 sa, uma densidade, ou uma taxa de fluxo de volume para um material· de fluxo multifases.

Um método para processar sinais de sensores para um material de fluxo multifases em um medidor de fluxo é fornecido de acordo com uma modalidade da invenção. O método 15 compreende receber um primeiro sinal de sensor e um segundo sinal de sensor para o material de fluxo multifases e gerar um primeiro deslocamento de fase de noventa graus do primeiro sinal de sensor e gerar um segundo deslocamento de fase de noventa graus do segundo sinal de sensor. O método adi20 cionalmente compreende computar uma freqüência usando um dentre o primeiro deslocamento de fase de noventa graus e o segundo deslocamento de fase de noventa graus. O método adicionalmente compreende computar uma diferença de fase usando um ou mais dentre o primeiro deslocamento de fase de noventa graus e o segundo deslocamento de fase de noventa graus, além de computar um ou mais dentre uma taxa de fluxo de massa, uma densidade, ou uma taxa de fluxo de volume para um material de fluxo multifases e computar um ou mais dentre um

2. ί συ ί η- a ε arraste ou um gas da des ir Lamenta na ma ter . α ± Ctc fluxo muitifases.

Aspectos da Invenção

Em um aspecto da eletrônica de medição, a interfa5 ce inclui um digitalizador configurado para digitalizar o sinal de sensor.

Em um outro aspecto da eletrônica de medição, o sistema de processamento é adícionalmente configurado para determinar um ou mais de um gás de deslizamento ou um líqui10 do de arraste no material de fluxo multifases.

Em ainda um outro aspecto da eletrônica de medição, a geração compreende o uso de uma transformada de Hilbert para gerar o primeiro deslocamento de fase de noventa graus e o segundo deslocamento de fase de noventa graus.

Em ainda um outro aspecto da eletrônica de medição, a computação da freqüência compreende computar a freqüência do primeiro sinal de sensor e do primeiro deslocamento de fase de noventa graus.

Em ainda um outro aspecto da eletrônica de medi20 ção, a computação da diferença de fase compreende computar a diferença de fase do primeiro sinal de sensor, o primeiro deslocamento de fase de noventa graus, e do segundo sinal de sensor.

Em ainda um outro aspecto da eletrônica de medí25 ção, a computação da diferença de fase compreende computar a diferença de fase do primeiro sinal de sensor, do primeiro deslocamento de fase de noventa graus, do segundo sinal de sensor, e do segundo deslocamento de fase de noventa graus.

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de medi ção, o sistema de processamento é adicionalmente configurado para dividir a freqüência em peio menos um componente de freqüência de gás e um componente de freqüência de líquido, determinar um ou mais dentre uma fração de vácuo de qás ou

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dentre o componente de freqüência de gás e o componente de freqüência de líquido, determinar um ou mais dentre uma densidade de fase líquida de um componente de fluxo líquido do material de fluxo multifases ou uma densidade de fase gasosa de um componente de fluxo de gás usando a fração de vácuo de gás, e determinar um ou mais de um gás de deslizamento do material de fluxo multifases ou um líquido de arraste usando um ou mais da fração de vácuo de gás ou a fração de líquido.

Em ainda um outro aspecto da eletrônica de medição, a divisão compreende processar a resposta de freqüência com um ou mais filtros que substancialmente rejeitam um do componente de freqüência de gás e do componente de freqüência de fluido.

Em ainda um outro aspecto da eletrônica de medição, a divisão compreende filtrar a resposta de freqüência com um primeiro filtro que substancialmente rejeita o componente de freqüência de gás e substancialmente passa o componente de freqüência de fluido e filtra a resposta de freqüência com um segundo filtro que substancialmente rejeita o componente de freqüência de fluido e substancialmente passa o componente de freqüência de gás, onde o primeiro filtro endte o componente de freqüência de fluido e o segundo ixltro emite o componente de freqüência de gás.

Em ainda um outro aspecto da eletrônica de medição, a determinação de uma ou mais de uma fração de vácuo de gás ou uma fração de líquido compreende calcular uma densidade total da resposta de freqüência, calcular uma densidade de componente de fluido a partir do componente de freqüência de fluido, calcular uma densidade de componente de gás a partir do componente de freqüência de gás, e calcular uma fração de vácuo de gás como uma razão da densidade de componente de fluido menos a densidade total dividida pela densidade de componente de fluido menos a densidade de componente de gás.

Em ainda um outro aspecto da eletrônica de medi15 ção, o sistema de processamento é adicionalmente configurado para dividir a resposta de freqüência em pelo menos um componente de freqüência de gás e um componente de freqüência de fluido, determinar uma densidade total da resposta de freqüência, determinar uma densidade de gás a partir do com20 ponente de freqüência de gás, determinar uma fração de vácuo de gás a partir da resposta de freqüência e um ou mais do componente de freqüência de gás e do componente de freqüência de fluido, e determinar uma fração de massa a partir da fração de vácuo de gás multiplicado pela razão da densidade de gás dividida pela densidade total.

Em ainda um outro aspecto da eletrônica de medição, o sistema de processamento é adicionalmente configurado para determinar uma taxa de fluxo de massa do material de

->Α-, fluxo 3 partir da resposta do frequência e determinai peio menos um de uma primeira massa de componente de fluxo e uma segunda massa de componente de fluxo usando a fração de massa e a taxa de fluxo de massa.

Em ainda um outro aspecto da eletrônica de medição, o sistema de processamento é adicionaimente configurado para elevar ao quadrado a resposta de freqüência para gerar uma resposta de freqüência quadrada, inverter a resposta de freqüência quadrada para gerar uma densidade de fluxo substanoialmente instantânea, comparar a densidade de fluxo substancialmente instantânea com pelo menos um de uma densidade de gás pré-determinada que é representativa de uma fração de fluxo de gás do material de fluxo de gás e uma densidade de líquido pré-determinada que é representativa de uma fração de fluxo de líquido, e determinar uma ou mais de uma fração de fluxo de líquido ou uma fração de fluxo de gás a partir da comparação.

Em um aspecto do método, este adicionalmente compreende determinar um ou mais de um gás de deslizamento ou um líquido de arraste no material de fluxo muitifases.

Em um aspecto do método, a geração compreende uma transformada de Hilbert para gerar o primeiro deslocamento de fase de noventa graus e o segundo deslocamento de fase de noventa graus.

Em ainda um aspecto do método, computar a freqüência compreende computar a freqüência do primeiro sinal de sensor e do primeiro deslocamento de fase de noventa graus.

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El?. amda UI?: OSpCCtO do método, Cuí?LpUtUI d difèieiJ — ça de fase compreende computar a diferença de fase do primeiro sinal de sensor, do primeiro deslocamento de fase de noventa graus, e do segundo sinal de sensor.

Em ainda um aspecto do método, computar a diferença de fase compreende computar a diferença de fase do primeiro sinal de sensor, do primeiro deslocamento de fase de noventa graus, do segundo sinal de sensor, e do segundo deslocamento de fase de noventa graus.

Em ainda um aspecto do método, este adicionalmente compreende dividir a freqüência em pelo menos um componente de freqüência de gás e um componente de freqüência de fluido, determinar um ou mais dentre uma fração de vácuo de gás ou uma fração de líquido da resposta de freqüência e um ou mais dentre o componente de freqüência de gás e o componente de freqüência de fluido, determinar um ou mais dentre uma densidade de fase líquida de um componente de fluxo líquido do material· de fluxo multifases ou uma densidade de fase gasosa de um componente de fluxo de gás usando a fração de vá20 cuo de gás, e determinar um ou mais de um gás de deslizamento do material de fluxo multifases ou um líquido de arraste usando um ou mais da fração de vácuo de gás ou a fração de líquido.

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

Ehl ainda um outro aspecto cio método, a divisão compreende filtrar a resposta de frequência com um primeiro filtro que substancialmente rejeita o componente de frequência de gás e substancialmente passa o componente de freqüên5 cia de fluido e filtra a resposta de freqüência com um segunde filtro que substancialmente rejeita o componente de freqüência de fluido e substancialmente passa o componente de freqüência de gás, onde o primeiro filtro emite o componente de freqüência de fluido e o segundo filtro emite o componente de freqüência de gás.

Em ainda um outro aspecto do método, a determinação de uma ou mais de uma fração de vácuo de gás ou uma fração de líquido compreende calcular uma densidade total da resposta de freqüência, calcular uma densidade de componente de fluido a partir do componente de freqüência de fluido, calcular uma densidade de componente de gás a partir do componente de freqüência de gás, e calcular uma fração de vácuo de gás como uma razão da densidade de componente de fluido menos a densidade total dividida pela densidade de componen20 te de fluido menos a densidade de componente de gás.

Em ainda um outro aspecto do método, este adicionalmente compreende dividir a resposta de freqüência em pelo menos um componente de freqüência de gás e um componente de freqüência de fluido, determinar uma densidade total a par25 tir da resposta de freqüência, determinar uma densidade de gás a partir do componente de freqüência de gás, determinar uma fração de vácuo do gás a partir da resposta de freqüência e um ou mais do componente de freqüência de gás e do componente de frequência dc fluido, e determinai uma fiàçdu de massa a partir da fração de vácuo de qás multiplicado por uma razão da densidade de gás dividida pela densidade total.

Em ainda um outro aspecto do método, este adicio5 nalmente compreende determinar uma taxa de fluxo de massa do material de fluxo a partir da resposta de frequência e determinar pelo menos um de uma primeira massa de componente de fluxo e uma segunda massa de componente de fluxo usando a fração de massa e a taxa de fluxo de massa.

Em ainda um outro aspecto do método, este adicionalmente compreende elevar ao quadrado a resposta de frequência para gerar uma resposta de frequência quadrada, inverter a resposta de frequência quadrada para gerar uma densidade de fluxo substancialmente instantânea, comparar a densidade de fluxo substancialmente instantânea com pelo menos um de uma densidade de gás pré-determinada que é representativa de uma fração de fluxo de gás do material de fluxo de gás e uma densidade de líquido pré-determinada que é representativa de uma fração de fluxo de líquido, e determinar uma ou mais de uma fração de fluxo de líquido ou uma fração de fluxo de gás a partir da comparação.

Breve Descrição dos Desenhos

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

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

A FIG. 2 mostra eletrônica de medição de acordo com uma modalidade da invenção.

A FIG. 3 é um f iuxograma de uit método de piucessai um sinal de sensor em um medidor de fluxo de acordo com uma modalidade da invenção.

A FIG. 4 mostra a eletrônica de medição de acordo com uma modalidade da invenção.

A FIG. 5 é um fluxograma de um método de processar o primeiro e o segundo sinal de sensor em um medidor de fluxo de acordo com uma modalidade da invenção.

A FIG. 6 é um diagrama de bloco de uma parte do sistema de processamento de acordo com uma modalidade da invenção .

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

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

A FIG. 10 é um gráfico de densidade de espectro de energia de um sinal de sensor de referência de um medidor de fluxo sob condições normais.

A FIG. 11 mostra um bloco de transformada de Hilbert de acordo com a modalidade de único deslocamento de fase .

A FIG. 12 mostra o bloco de análise para a modalidade de único deslocamento de fase.

A FIG. 13 mostra o processamento do sensor da invenção se comparado à técnica anterior, onde um valor de diferença de tempo (At) de cada um é comparado.

A FIG. 14 mostra a eletrônica de medição de acorao com uma outra modalidade da invenção.

A FIG. 15 é um gráfico de respostas de freqüência de medidor de fluxo para ar, para um fluido, e para uma mis5 tura combinada de ar/fluido (isto é, para um fluidc incluindo ar entranhadc).

A FIG. 16 é um fluxograma de um método para determinar uma fração de vácuo de gás em um material de fluxo fluindo através de um medidor de fluxo de acordo com uma rao10 dalidade da invenção.

A FIG. 17 é um fluxograma de um método para determinar uma fração de vácuo de gás em um material de fluxo fluindo através de um medidor de fluxo de acordo com uma modalidade da invenção.

A FIG. 18 é um gráfico de freqüência que mostra respostas de filtro passa-baixa e passa-alta que podem ser usados para dividir o componente de freqüência de fluido e o componente de freqüência de gás de acordo com uma modalidade da invenção.

A FIG. 19 é um fluxograma de um método para determinar uma fração de vácuo de gás em um material de fluxo fluindo através de um medidor de fluxo de acordo com uma modalidade da invenção.

A FIG. 20 é um gráfico de uma resposta de freqüên25 cia de filtro de entalhe.

A FIG. 21 é um fluxograma de um método para determinar uma fração de massa de componentes de fluxo em um ma18 rerial de fluxo fluindo através de am medidor de fluxo de acordo com uma modalidade da invenção.

A FIG, 22 é um fluxograma de um método para determinar uma fração de massa de componentes de fluxo em um ma5 terial de fluxo fluindo através de um medidor de fluxo de acordo com uma modalidade da invenção.

A FIG. 23 é um fluxograma de um método para determinar uma fração de massa de componentes de fluxo em um material de fluxo fluindo através de um medidor de fluxo de acordo com uma modalidade da invenção.

A FIG. 24 é um fluxograma de um método para determinar uma fração de fluxo de liquido em um material de fluxo de gás fluindo através de um medidor de fluxo de acordo com uma modalidade da invenção.

A FIG. 25 é um gráfico de densidade de gás natural versus porcentagem de glicol (isto é, fração de fluxo de líquido) .

A FIG. 26 é um fluxograma de um método para determinar uma fração de fluxo de líquido em um material de fluxo de gás fluindo através de um medidor de fluxo de acordo com uma modalidade da invenção.

A FIG. 27 é um fluxograma de um método de processar sinais de sensores em um medidor de fluxo de acordo com uma modalidade da invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

As FIGs. 1-27 e a seguinte descrição representam exemplos específicos para ensinar aqueles versados na técnica como fazer e usar o melhor modo da invenção. Com o propó19 s¹ to de ensinar princípios inventivos, alguns aspectos convencionais foram simplificados ou omitidos. Aqueles versados na técnica apreciarão variações desses exemplos que caem no escopo da invenção. Aqueles versados na técnica apreciarão que as características descritas abaixo podem ser combinadas de várias formas para formar múltiplas variações da invenção . Como um resultado, a invenção não está limitada aos exemplos específicos descritos abaixo, mas somente pelas reivindicações e seus equivalentes.

A FIG. 1 mostra um medidor de fluxo Coriolis 5 que compreende um conjunto de medição 10 e uma eletrônica de medição 20. O conjunto de medição 10 responde à taxa de fluxo de massa e densidade de um material de processo. A eletrônica de medição 20 é conectada ao conjunto de medição 10 via fios 100 para fornecer densidade, taxa de fluxo de massa, e informação de temperatura sobre o caminho 26, bem como outra informação não relevante à presente invenção. Uma estrutura de medidor de fluxo Coriolis é descrita embora esteja aparente àqueles versados na técnica que a presente invenção poderia ser praticada como um densítômetro de tubo vibratório sem a capacidade de medição adicional fornecida por um medidor de fluxo de massa Coriolis.

O conj unto de medição 10 inclui um par de tubos de distribuição 150 e 150', flanges 103 e 103' tendo gargalos de flange 110 e 110', um par de tubos de fluxo paralelos 130 e 130', mecanismo de acionamento 180, sensor de temperatura 190, e um par de sensores de velocidade 1.70L e 170R. Os tubos de fluxo 130 e 130' têm duas pernas de entrada essenci20 almente retas 121 e 131' £ pernas de saída 134 e 134' que convergem em direção uma a outra nos blocos de montagem de tubo de fluxo 120 e 120' . Os tubos de fluxo 130 e 130' se curvam em duas localizações simétricas ao iongo de seu com5 primento e são essencialmente paralelas por todo o seu comprime nt o, As barras de braçadeira 140 e 140' servem para definir o eixo W e W' em torno do qual cada tubo de fluxo oscila .

As pernas laterais 131, 131' e 134, 134' de tubos de fluxo 130 e 130' são conectadas de forma fixa aos blocos de montagem de tubo de fluxo 120 e 120' e esses blocos, por sua vez, são conectados de forma fixa aos tubos de distribuição 150 e 150'. Isso fornece um caminho de material fechado contínuo através do conjunto de medição Coriolis 10.

Quando os flanges 103 e 103', tendo furos 102 e

102' , são conectados, via a extremidade de entrada 104 e a extremidade de saída 104' em uma linha de processo (não mostrada ) que carrega o material de processo que está sendo medido, o material que entra na extremidade 104 do medidor a20 través de um furo 101 no flange 103 é conduzido através do tubo de distribuição 150 para o bloco de montagem de tubo de fluxo 120 tendo uma superfície 121. Dentro do tubo de distribuição 150, o material é dividido e dirigido através dos tubos de fluxo 130 e 130' . Mediante os tubos de fluxo exis25 tentes 130 e 130', o material de processo é re-combinado em um único fluxo dentro do tubo de distribuição 150' e é, portanto, direcionado à extremidade de saída 104' conectada pe21 lo flange 103' tendo furos de parafuso 102' à linha de processo (não mostrada) .

Os tubos de fluxo 130 e 130' sâo selecionados e apropriadamente montados aos blocos de montagem de tubo de 5 fluxo 120 e 120' tal como para 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 vão em direção de barras de braçadeira 140 e 140' . Visto que, à medida que o módulo de

Young dos tubos de fluxo muda com a temperatura, e essa mudança afeta o calculo do fluxo e densidade, o detector de temperatura resisti va (RTD) 190 é montado ao tubo de fluxo 130' , para continuamente medir a temperatura do tubo de fluxo. A temperatura do tubo de fluxo e, portanto, a voltagem aparecendo através do RTD para uma dada corrente passando através de todo ele é governada pela temperatura do material passando através do tubo de fluxo. A temperatura dependente da voltagem aparecendo através do RTD é usada e um método bem conhecido pela eletrônica de medição 20 para compensar a mudança no módulo elástico de tubos de fluxo 130 e 130'devido a quaisquer mudanças na temperatura do tubo de fluxo. O RTD é conectado à eletrônica de medição 120 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 no que é chamado o primeiro modo de curvatura fora de fase do medidor de fluxo.

Esse mecanismo de acionamento 180 pode compreender qualquer um dos muitos arranjos bem conhecidos, LaI como um imã montado no tubo de fluxo 130' e uma bobina oposta montada ao tubo de fluxo 130 e através do qual uma corrente alternada é passada para vibrar ambos os tubos de fluxo. Um sinal de a5 cionamento adequado é aplicado pela eletrônica de medição 20, via o fio 185, ac· mecanismo de acionamento 180.

A eletrônica de medição 20 recebe o sinal de temperatura RTD no fio 195, e os sinais de velocidade esquerdo e direito aparecendo nos fios 165L e 165R, respectivamente.

A eletrônica de medição 20 produz o sinal de acionamento aparecendo no fio 185 para o elemento de acionamento 180 e os tubos vibratórios 130 e 130'. A eletrônica de medição 20 processa os sinais de velocidade esquerdo e direito e o sinal RTD para computar a taxa de fluxo de massa e a densidade do material passando através do conjunto de medição 10. Essa informação, junto com outra informação, é aplicada pela eletrônica de medição 20 pelo caminho 26 a dispositivos de utilização 29.

A EIG. 2 mostra eletrônica de medição 20 de acordo com uma modalidade da invenção. A eletrônica de medição 20 pode incluir uma interface 201 e um sistema de processamento 203. A eletrônica de medição 20 recebe o primeiro e o segundo sinal de sensor a partir do conjunto de medição 10, tal como sinais de sensor de velocidade/referência. A eletrônica de medição 20 pode operar como um medidor de fluxo de massa ou pode operar como um densitômetro, incluindo operar como um medidor de fluxo Coriolis. A eletrônica de medição 20 processa o primeiro e o segundo sinal de sensor de modo a obter características de fluxo do material de íluxu fluindo através do conjunto de medição 10. Por exemplo, a eletrônica de medição 20 pode determinar um ou mais de uma diferença de fase, uma frequência, uma diferença de tempo (At), uma den5 sidade, uma taxa de fluxo de massa, e uma taxa de fluxo de volume a partir dos sinais de sensores, por exemplo. Em aaição, outras características de fluxo podem ser determinadas de acordo com a invenção. As determinações são discutidas abaixo.

A determinação da diferença de fase e a determinação de frequência são muito mais rápidas e mais precisas e confiáveis do que tais determinações na técnica anterior. Em uma modalidade, a determinação de diferença de fase e a determinação de frequência são diretamente derivadas de um deslocamento de fase de somente um sinal de sensor, sem a necessidade por qualquer sinal de referência de frequência. Isso vantajosamente reduz o tempo de processamento exigido de modo a computar as características de fluxo. Em uma outra modalidade, a diferença de fase é derivada dos deslocamentos de fase de ambos os sinais de sensores, enquanto a frequência é derivada de somente um sinal de deslocamento de fase.

Isso aumenta a precisão de ambas as características de fluxo, e ambas podem ser determinadas muito mais rápido do que na técnica anterior.

Os métodos de determinação de frequência da técnica anterior tipicamente levam 1-2 segundos para executar. Em contraste, a determinação de frequência de acordo com a invenção pode ser executada em apenas 50 milisegundos (ms) .

Quanto mais rápida a determinação de freqüência e oòseivaaa. Dependendo do tipo e configuração do sistema de processamento, a taxa de amostragem da resposta vibracional, os tamanhos de filtro, as taxas de decimação, etc. Na taxa de de5 terminação de freqüência de 50ms, a eletrônica de medição 2G de acordo com a invenção pode ser aproximadamente 40 vezes mais rápida do que a técnica anterior.

A interface 201 recebe o sinal de sensor de um dos sensores de velocidade 170L e 170R via os fios 100 da FIG.

1. A interface 201 pode executar qualquer condicionamento de sinal necessário ou desejado, tal como qualquer maneira de formatar, amplificar, armazenar, etc. Alternativamente, algum ou todo do condicionamento de sinal pode ser executado no sistema de processamento 203.

Em adição, a interface 201 pode habilitar comunicações entre a eletrônica de medição 20 e os dispositivos externos. A interface 201 pode ser capaz de qualquer maneira de comunicação eletrônica, óptica, ou em fio.

A interface 201 em uma modalidade é acoplada com 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 também executar qualquer decimação necessária, onde o sinal de sensor digi25 tal é decimado de modo a reduzir a quantidade de processamento de sinal necessária e para reduzir o tempo de processamento. A decimação será discutida em mais detalhes abaixo.

sistema de processamento 203 conduz operações da eletrônica de medição 20 e processa medições de fluxo do conjunto de medidor de fluxo 10. O si stema de processamento 203 executa uma ou mais rotinas de processamento e desse mo5 do processa as medições de fluxo de modo a produzir uma ou mais características de fluxo.

O sistema de processamento 203 pode compreender um computador de propósito geral, um sistema de microprocessarnento, um circuito lógico, ou algum outro dispositivo de processamento de propósito geral ou personalizado. O sistema de processamento 203 pode ser distribuído entre múltiplos dispositivos de processamento. 0 sistema de processamento

203 pode incluir qualquer maneira de meio de armazenamento eletrônico independente ou integrado, tal como o sistema de armazenamento 204.

O sistema de processamento 203 processa o sinal de sensor 210 de modo a 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 freqüên20 cia, uma diferença de tempo (At), uma taxa de fluxo 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 único deslocamento de fase de sinal de sensor 213. O sistema de processamento 203 pode determinar pelo menos a diferença de fase e a freqüência dos dois sinais de sensores 210 e 211 e o único deslocamento de fase

213. Come uir. resultado, ou um primeiro uu um segundo sinai de sensor com fase deslocada (tal como um dos sinais de referência de fluxo de subida ou de descida) pode ser processado pelo sistema de processamento 203 de acordo com a in5 venção de modo a determinar uma diferença de fase, uma frequência, uma diferença de tempo (At), e/ou uma taxa de fluxo de massa para o material de fluxo.

O sistema de armazenamento 204 pode armazenar parâmetros de medidor de fluxo e dados, rotinas de software, valores constantes, e valores variáveis. Em uma modalidade, o sistema de armazenamento 204 inclui rotinas que são executadas pelo sistema de processamento 203. Em uma modalidade, o sistema de armazenamento 204 armazena uma rotina de deslocamento de fase 212, uma rotina de deslocamento de fase 215, uma rotina de frequência 216, uma rotina de diferença de tempo (At) 217, e uma rotina de característica de fluxo 218.

Em uma modalidade, o sistema de armazenamento 204 armazena variáveis usadas para operar um medidor de fluxo, tal como o medidor de fluxo Corioiis 5. O sistema de armaze20 namento 204 em uma modalidade armazena, tal como o primeiro sinal de sensor 210 e o segundo sinal de sensor 211, que são recebidos a partir dos sensores de velocidade/referência 170L e 170R. Em adição, o sistema de armazenamento 2Q4 pode armazenar um deslocamento de fase de 90 graus 213 que é ge25 rado de modo a determinar as características de fluxo.

Em uma modalidade, o sistema de armazenamento 204 armazena uma ou mais características de fluxo obtidas a partir das medições de fluxo. O sistema de armazenamento 204 em uma modalidade armazena as características da fluxo tal como uma diferença de fase 220, uma frequência 221, uma diferença de tempo (At) 222, uma taxa de fluxo de massa 223, uma densidade 224, e uma taxa de fluxo de volume 225, todas deter5 minadas a partir do sinal de sensor 210.

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

Hilbert (discutica abaixo).

A rotina de diferença de fase 215 determina uma diferença de fase usando o único deslocamento de fase de 90 graus 213. Informação adicional pode ser também usada de modo a computar a diferença de fase. A diferença de fase em uma modalidade é computada a partir 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 a partir do deslocamento de fase de 90 graus 213, pode ser calculada e obtida muito mais rápido do que na técnica anterior. Isso pode fornecer uma diferença crucial em aplicações de medidor de fluxo tendo altas taxas de fluxo ou onde fluxos multifases ocorrem. Em adição, a diferença de fase pode ser determinada independente da frequência de qualquer sinal de sensor 210 ou 211. Além disso, como a diferença de fase é determinada independentemente da frequência, um componente de erro na diferença de fase não inclui um componente de eri i suo é, na o há erro comrc da determzndçao do fztquenoza, posto na medição de diferença de fase. Conseqüentemente, erro de diferença de fase é reduzido sobre uma diferença fase da técnica anterior.

o de

A rotina de freqüência 216 determina uma freqüência (tal como aquela exibida por qualquer um do primeiro sinal de sensor 210 e do segundo sinal de sensor 211) do deslocamento de fase de 90 graus 213. A freqüência determinada pode ser armazenada na freqüência 221 do sistema de armaze10 namento 204. A freqüência, quando determinada a partir do único deslocamento de fase de 90 graus 213, pode ser calculada e obtida muito mais rápido do que na técnica anterior. Isso pode fornecer uma diferença crucial em aplicações de medidor de fluxo tendo altas taxas de fluxo ou onde fluxos multifases ocorrem.

A rotina de 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 dividida pela freqüência determinada, e é, portanto, usada para determinar a taxa de fluxo de massa.

A rotina de características de fluxo 218 pode de25 termina uma ou mais características de fluxo. A rotina de características de fluxo 218 pode usar a diferença de fase determinada 220 e a freqüência determinada 221, por exemplo, de modo a executar essas características de fluxo adicio'Μ nais. Deveria ser entendido que informação adicional pode ser exigida para essas determinações, tal como a taxa de fluxo de massa ou densidade, por exemplo. A rotina de características de fluxo 218 pode determinar uma taxa de fluxo de massa a partir da diferença de tempo <'At) 222, e, portanto, a partir da diferença de fase 220 e da freqüência 221. A fórmula para determinar a taxa de fluxo de massa é dada na Patente Norte-Americana No. 5.027.662 para Titlow e outros, e é incorporada aqui como referência. A taxa de fluxo de massa está relacionada ao fluxo de massa do material de fluxo no conjunto de medição 10. Igualmente, a rotina de características de fluxo 218 pode determinar a densidade 224 e/ou a taxa de fluxo de volume 225. A taxa de fluxo de massa, densidade, e taxa de fluxo de volume podem ser armazenadas na taxa de fluxo de massa 223, na densidade 224, no volume do sistema de armazenamento 204, respectivamente. Em adição, as características de fluxo podem ser transmitidas a dispositivos externos pela eletrônica de medição 20.

A FIG. 3 é um fluxograma 300 de um método de pro20 cessar sinais de sensor em um medidor de fluxo de acordo com uma modalidade da invenção. Na etapa 301, o primeiro e o segundo sinal de sensor são recebidos. O primeiro sinal de sensor pode compreender ou um sinal de sensor de referência de fluxo de subida ou de fluxo de descida.

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 passa30 banda centrada em torne da íreqüêncici fundamentai esperada do medidor de fluxo. Em adição, outras operações de condicionamento podem ser executadas, tal como amplificação, armazenamento temporário, etc. Se os sinais de sensor compre5 endem sinais analógicos, a etapa pode adicicnalmente compreender qualquer maneira de amostragem, digitalização, e decimação que são executadas de modo a produzir sinais de sensor digital.

Na etapa 303, um único deslocamento de fase de 90 10 graus é gerado, o qual compreende um deslocamento de fase de 90 graus do sinal de sensor. O deslocamento de fase de 90 graus pode ser executado por qualquer maneira de mecanismo de deslocamento de fase ou operação. Em uma modalidade, o deslocamento de fase de 90 graus é executado usando uma transformada de Hilbert, operando em sinais de sensor digital .

Na etapa 304, uma diferença de fase é computada, usando o único deslocamento de fase de 90 graus. Informação adicional pode ser também usada de modo a computar a dife20 rença de fase. Em uma modalidade, a diferença de fase é determinada a partir do primeiro sinal de sensor, do segundo sinal de sensor, e do deslocamento de fase de 90 graus. A diferença de fase compreende uma diferença de fase no sinal de resposta, isto é, em um sensor de referência, que é vista devido ao efeito Coriolis no conjunto de medidor vibratório

10.

A diferença de fase resultante é determinada sem a necessidade por qualquer valor de freqüência no cálculo. A diferença oe faS£ rcaultâiiLc pede sei oor±Qa inuitu niars ia pidamente do que uma diferença de fase calculada usando uma frequência. A diferença de fase resultante tem uma precisão maior do que uma diferença de fase calculada usando uma fre5 qüência.

Na etapa 305, uma frequência é computada. A freqüência, de acordo com a invenção, é vantajosamente computada a partir do deslocamento de fase de 90 graus. A frequência, 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 frequência é uma frequência de resposta vibracional de um do primeiro sinal de sensor e do 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 tubo de fluxo ou tubos de fluxo a uma vibração gerada pelo acionador 180.

A freqüência assim, derivada é obtida sem a necessidade por qualquer sinal de referência de freqüência inde20 pendente. A freqüência é obtida a partir do único deslocamento de fase de 90 graus em uma operação que é muito mais rápida do que na técnica anterior. A freqüência resultante tem uma maior precisão do que uma freqüência calculada na técnica anterior.

Na etapa 306, uma taxa de fluxo de massa de material de fluxo é computada. A taxa de fluxo de massa é computada a partir da diferença de fase resultante e da freqüência resultante computada nas etapas 304 e 305. Em adição, a computação de taxa do fluxo de massa pede cüinpuLdi uma diferença de tempo (At) a partir da diferença de fase e da freqüência, com a diferença de tempo (At) sendo por fim usada para computar a taxa de fluxo de massa.

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

Na etapa 308, a taxa de fluxo de volume pode op10 cionalmente ser determinada. A taxa de fluxo de volume pode ser determinada como uma das características de fluxo, e pode ser determinada a partir da taxa de fluxo de massa e da densidade, por exemplo.

A FIG. 4 mostra a eletrônica de medição 20 de a15 cordo com uma modalidade da invenção. Os elementos em comum com a FIG. 2 compartilham os mesmos números de referência.

A eletrônica 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 o primeiro e o segundo sinal de sensor (digital) 210 e 211 de modo a determinar uma ou mais características de fluxo a partir dos sinais. Como previamente discutido, uma ou mais características de fluxo podem incluir uma diferença de fase, uma freqüência, uma diferença de tempo (At), uma taxa de fluxo de massa, uma densidade, e/ou uma taxa de fluxo de volume para o material de fluxo.

Na modalidade mostrada, o sistema de processamento 203 determina as características de fluxo a partir de somen33 te n? dois sinais de sensor 210 e 211, sem a necessidade por qualquer medição de freqüência externa e sem a necessidade por um sinal de referência de freqüência externa. O sistema de processamento 203 pode determinar pelo menos a diferença de fase e a freqüência dos dois sinais de sensor 210 e 211.

Como foi previamente discutido, o sistema de armazenamento 204 armazena uma rotina de deslocamento de fase

212, uma rotina de diferença de fase 215, uma rotina de freqüência 216, uma rotina de diferença de fase (At) 217, e uma rotina de características de fluxo 218. O 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 gerados a partir dos sinais de sensor de modo a determinar as características de fluxo. Como foi previamente discutido, o sistema de armazenamento 204 armazena a diferença de fase 220, a freqüência 221, a diferença de tempo (At) 222, a taxa de fluxo de massa 223, a densidade 224, e a taxa de fluxo de volume 225.

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

A rotina de diferença de fase 215 determina uma diferença de fase usando o primeiro deslocamento de fase de

9D graus 213 e o segundo deslocamento de fase de 93 graus

214. A diferença de fase em uma modalidade é computada a partir do primeiro sinal de sensor 210, do segundo sinal de sensor 211, e do primeiro deslocamento de fase de 90 graus

212, e do segundo deslocamento de fase de 90 graus 213. A diferença de fase determinada pode ser armazenada na diferença de fase 220 do sistema de armazenamento 204, como previamente discutido. A diferença de fazer, quando determinada usando o primeiro e o segundo deslocamento de fase de 90 graus, pode ser calculada e obtida muito mais rápido do que na técnica anterior. Isso pode fornecer uma diferença crucial em aplicações de medidor de fluxo tendo altas taxas de fluxo ou onde fluxos multifases ocorrem. Em adição, a diferença de fase pode ser determinada independente da freqüên15 cia dos sinais de sensor 210 e 211. Além disso, como a diferença de fase é determinada independentemente da freqüência, um componente de erro na diferença de fase não sofre de um componente de erro da determinação de freqüência, isto é, não há erro composto na medição de diferença de fase. Conse20 qüentemente, o erro de diferença de fase é reduzido sobre uma diferença de fase na técnica anterior.

A rotina de freqüência 216 determina uma freqüência (tal como aquela exibida por ou o primeiro sinal de sensor 210 e do segundo sinal de sensor 211) do primeiro deslo25 camento de fase de 90 graus 213 e do segundo deslocamento de fase de 90 graus 214. A freqüência determinada pode ser armazenada na freqüência 221 do sistema de armazenamento 204, como previamente discutido. A freqüência, quando determinada a partir do primeiro e do segundo deslocdiíiermo de fase ae 90 graus, pode ser calculada e obtida muito mais rápido do que na técnica anterior. Isso pode fornecer uma diferença crucial em aplicações de medidor de fluxo tendo altas taxas de fluxo ou onde fluxos multifases ocorrem.

A rotina de diferença de tempo (Acj 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 201, como previamente discutido. A diferença de tempo (At) compreende substancialmente a fase determinada dividida pela freqüência determinada, e é, portanto, usada para determinar a taxa de fluxo de massa.

A rotina de características de fluxo 218 pode de15 terminar uma ou mais da taxa de fluxo de massa, da densidade, e/ou da taxa de fluxo de volume, como previamente discutido.

A FIG. 5 é um fluxograma 500 de um método de processamento do primeiro e do segundo sinal de sensor em um medidor de fluxo 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 ou um sinal de sensor de referência de fluxo de subida ou de fluxo de descida.

Na etapa 502, o segundo sinal de sensor é recebido. Em uma modalidade, o segundo sinal de sensor compreende ou um sinal de sensor de referência de fluxo de descida ou i

de fluxo de subida (isto é, o oposta tt pi irnexí o 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 ades. Em uma modalidade, a filtragem, pode compreender filtragem passabanda, como previamente discutido. Em adição, outras operações de condicionamento podem ser executadas, tal como amplificação, armazenamento, etc. Se os sinais de sensor com10 preendem sinais analógicos, a etapa pode adicionalmente compreender qualquer maneira de amostragem, digitalização, e decimação que são executadas de modo a produzir sinais de sensor digital.

Na etapa 504, o primeiro deslocamento de fase de

90 graus é gerado, o qual compreende um deslocamento de fase de 90 graus do primeiro sinal de sensor. O deslocamento de fase de 90 graus pode ser executado por qualquer maneira de mecanismo ou operação. Em uma modalidade, o deslocamento de fase de 90 graus é executado usando uma transformada de Híl20 bert, operando em sinais de sensor digital.

Na etapa 505, um segundo deslocamento de fase de graus é gerado, o qual 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 executado por qualquer maneira de mecanismo ou operação.

Na etapa 506, uma diferença de fase é computada entre o primeiro sinal de sensor e o segundo sinal de sen37 scr, usando o primeiro deslocamento de fase de 90 graus e o segundo deslocamento de fase de 90 graus. Informação adicional pode ser também usada de modo a computar a diferença de fase. Em uma modalidade, a diferença de fase é determinada a partir 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 referência, que é vista devido ao efeito Coriolis no conjunto de medidor vibratório 10.

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

Na etapa 507, uma freqüência é computada. A freqüência de acordo com a invenção é vantajosamente computada a partir 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 que o deslocamento de fase de 90 graus é derivado. A freqüência é uma fre25 qüência de resposta vibracional de um do primeiro sinal de sensor e do segundo sinal de sensor (as freqüências dos dois sinais de sensor são substancíalmente idênticas em operação) . A freqüência compreende uma resposta de freqüência vi38 hracional dc tubo do fluxo ou tubos de fluxo a uma vibração gerada pelo acionador 180.

A frequência assim derivada é obtida sem a necessidade por qualquer sinal de referência de frequência inde5 pendente. A frequência é obtida a partir des deslocamentos de fase de 90 graus em uma operação que é muito maior do que a técnica anterior. A frequência resultante tem uma precisão maior do que uma frequência calculada na técnica anterior.

Na etapa 508, uma taxa de fluxo de massa de mate10 rial de fluxo é computada. A taxa de fluxo de massa é computada a partir da diferença de fase resultante e a frequência resultante computada nas etapas 506 e 507. Em adição, a computação de taxa de fluxo de massa pode computar uma diferença de tempo (At) a partir da diferença de fase e da freqüên15 cia, com a diferença de tempo (At) sendo no fim usada para computar a taxa de fluxo de massa.

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

Na etapa 510, a taxa de fluxo de volume pode op20 cionalmente ser determinada, como previamente discutido.

A FIG. 6 é um diagrama de bloco 600 de uma parte do sistema de processamento 203 de acordo com uma modalidade da invenção. Na figura, os blocos representam ou circuito de processamento ou ações/rotinas de processamento. O diagrama de bloco 600 inclui um bloco de filtro de estágio 1 601, um bloco de filtro de estágio 2 602, um bloco de transformada de Hilbert 603, e um bloco de análise 604. As entradas LPO e POR compreendem a entrada de sinal de referência esquerda e a entrada de sinal de referência direrta. Ou a LPO ou a RPO pode compreender um primeiro sinal de sensor.

Em uma modalidade, o bloco de filtro de estágio 1

601 e o bloco de filtro de estágio 2 602 compreendem filtros 5 digitais de decimação polífase de Resposta a Impulso Finito (FIR), implementados no sistema de processamento 203. Esses filtros fornecem um método ótimo para filtrar e decimar um ou ambos os sinais de sensores, com a filtragem e a decimação sendo executadas no mesmo tempo cronológico e na mesma taxa de decimação. Alternativamente, o bloco de filtro de estágio 1 601 e o bloco de filtro de estágio 2 602 podem compreender filtros de Resposta a Impulso Infinito (IIR) ou outros filtros digitais adequados ou processos de filtro. Entretanto, deveria ser entendido que outros processos de filtragem e/ou modalidades de filtragem são observados e estão no escopo da descrição e das reivindicações.

A FIG. Ί mostra detalhes do bloco de transformada de Hilbert 603 de acordo com uma modalidade da invenção. Na modalidade mostrada, o bloco de transformada de Hilbert 603 inclui uma ramificação LPO 700 e uma ramificação RPO 710. A ramificação LPO 700 inclui um bloco de retardo LPO 701 em paralelo com um bloco de filtro LPO 702. Igualmente, a ramificação RPO inclui um bloco de retardo RPO 711 em paralelo com um bloco de filtro RPO 712. 0 bloco de retardo LPO 701 e o bloco de retardo RPO 711 introduzem retardos de amostra. O bloco de retardo 701 e o bloco de retardo RPO 711, portanto, selecionam amostras de sinal digital LPO e RPO gue são cronologicamente futuras no tempo do que as amostras de sinal digital LPO g RPO que são filtradas pel^ biucs dc í±±uo LPO

702 e o bloco de filtro RPO 712. O bloco de filtro LPO 702 e o bloco de filtro RPO 712 executam um deslocamento de fase de 90 graus nas amostras de sinal digital inseridas.

O bloco de r. rans formada de Hilbert 603 é uma primeira etapa para fornecer a nieòj-ção rs rase, u moco rs 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 deslocadas de fase de 90 graus dos sinais LPO e RPO, isto é, produz componentes em quadratura (Q) dos componentes de sinal em fase (I) originais. A saida do bloco de transformada de Hilbert 603, portanto, fornece os novos componentes em quadratura (Q) LPO Q e RPO Q, junto com os componentes de sinal em fase (I) originais LPO I e RPO I.

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

LPO = A_lpo cos((Pt) (2 )

RPO- A_rpt) cos((Pt + φ> (3)

Usando a transformada de Hilbert, a saída se torna :

LPO_Mkn=A_lpOsen(e>l) (4)

PPO_Mt„, = A_rposen( at+φ) (5)

Combinando os termos originais com a saída da transformada de Hilbert resulta:

LPO = A_lpo [cos((Pt)+ isen((Pt)] = A_Ípí)e^j(MU ( 6)

RPO = A_rpo[cos( (Pt +($) +isen( (Pt +<p)] — A_rpoe^{j( ωί +ΰ;} (7)

As F1 Gs. S c 3 3ôü Gj_âCjx amas Ge b±uuu cie ciuas x a ~ mificações independentes do bloco de análise 604 de acordo com uma modalidade da invenção. 0 bloco de análise 604 é o estágio final da freqüência, fase diferencial, e medição de delta ΤΑΜΑ . A FTG. 8 é a parte de fase 604a compreendendo uma primeira ramificaçao q^e determina uma dueiença de fase dos componentes em fase (I) e em quadratura (Q). A FIG. 9 é uma parte de freqüência 604b que determina uma freqüência a partir dos componentes em fase (I) e em quadratura (Q) de um único sinal de sensor. 0 único sinal de sensor pode compreender o sinal LPO, como mostrado, ou pode alternativamente compreender o sinal RPO.

Na modalidade da FIG. 8, a parte 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 de ângulo de fase 805.

Os blocos de união 801a e 801b recebem ambos os componentes em fase (I) e em quadratura (Q) de um sinal de sensor e as passam. O bloco conjugado 802 executa um conjugado complexo em um sinal de sensor (aqui o sinal LPO), e forma um negativo do sinal imaginário. 0 bloco de multiplicação complexa 803 multiplica o sinal RPO e o sinal LPO, implementando a equação (8) abaixo. O bloco de filtro 804 implementa um filtro digital, tal como o filtro FIR discutido acima. O bloco de filtro 804 pode compreender um filtro de decimação polifase que é usado para remover conteúdo harmônico dos componentes em fase (I) e em quadratura (Q) do sinal de sensor, bem como para decimar o sinal. Os coeficien/1 bt

1Ο S de fs__tíó podem 36Γ ύ3ύύ±ί'ιιύθΰ pdla luinêCtíí üSCiniâÇàü do sinal inserido, tal como décimação por um fator de 10, por exemplo. O bloco de ângulo de fase 805 determina o ângulo de fase dos componentes em fase (1) e em quadratura (Q) do sinal LPO e do sinal RPO. O bloco· de ângulo de fase 805 implementa a equaçao _l / mostrada abaixo.

A parte de fase 604a mostrada na FIG. 8 implementa a seguinte equação:

LPO ’ RPO =A_lpae ^·> ' =4„ ' J„e'^r' “⁺”^+Φ' onde LPO é o conjugado complexo de LPO. Assume-se ^Arp,· ^=Alf«> ^=A (9) então:

LPO ' RPO — A²e^J(4>) = A²[cos(<$>) +isen(f>)] (10)

O ângulo de fase diferencial resultante é: sin((í) φ = tan

-i _ COS(íO (11)

A FIG. 9 é um diagrama de bloco de uma parte de freqüência 604b do bloco de análise 604 de acordo com a invenção. A parte de freqüência 604b pode operar ou no sinal de referência esquerdo ou direito (LPO ou RPO) . A parte de 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 de ângulo de fase 906, um blo25 co constante 907, e um bloco de divisão 908.

Como previamente discutido, o bloco de união 901 recebe ambos os componentes em fase (I) e em quadratura (Q) ?Χ

c.

de um sinal dc sensor os passa. 0 o±uoo coiij aguao exe cuLa um conjugado complexo em um sinal de sensor, aqui o sinal LPO, e forma um negativo do sinal imaginário. 0 bloco de retardo 903 introduz um retardo de amostragem na parte de frequência 6C6, e, portanto, seleciona uma amostra de sinal digita^, que e cronologicamente ma rs aiitxga no cemoo. issa amostra de sinal digital mais antiga é multiplicada pelo sinal digital atual no bloco de multiplicação complexa 904. O bloco de multiplicação complexa 904 multiplica o sinal LPO e o sinal conjugado LPO, implementando a equação (12) abaixo. O bloco de filtro 905 implementa um filtro digital, tal como o filtro FIR previamente discutido. O bloco de filtro 905 pode compreender um filtro de decimação polifase que é usado para remover conteúdo harmônico dos componentes em fase (I) e em 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 de ângulo de fase 906 determina um ângulo de fase dos componentes em fase (I) e em quadratura (Q) do sinal LPO. O bloco de ângulo de fase 906 implementa uma parte da equação (13) abaixo. O bloco constante 907 fornecer um fator compreendendo uma taxa de amostra F_s dividida por dois pi, como mostrado na equação (14). O bloco de divisão 908 executa a operação de divisão da equação (14).

A parte de frequência 604b implementa a seguinte equação:

j(Íúf- ωί. 1 j

LPO,.. „ ' LPO_ln) = A_lpoe ·' ' A_lpoe“' = A²lp,,e (12)

O ângulo entre ss ou as amostras L^orisèi—utxvas o, portanto:

<*-*«„ .tan-f^ —(13) [cOSÍ/üZ-íZtfl^J que é a freqüência radiana da referência esquerda. Convertendo para Hz:

(14) onde F_s é a taxa do bloco de transformada de

Hilbert 603. No exemplo previamente discutido, F_s é aproximadamente 2 kHz.

A FIG. 10 é um gráfico de densidade de espectro de energia de um sinal de sensor de referência de um medidor de fluxo sob condições normais. A freqüência fundamental do medidor de fluxo é o pico mais alto do gráfico e está localizada em aproximadamente 135 Hz. A figura também mostra vários outros picos grandes no espectro de freqüência (o primeiro modo não fundamental é o modo torção em uma freqüência de aproximadamente 1,5 vezes a freqüência do modo fundamental) . Esses picos compreendem frequências harmônicas do medidor de fluxo e também compreendem outros modos de sensor indesejáveis (isto é, um modo torção, um segundo modo de curvatura, etc.).

A FIG. 11 mostra um bloco de transformada de Hilbert alternativo 603' de acordo com uma única modalidade de deslocamento de fase. O bloco de transformada de Hilbert

603' nessa modalidade inclui uma ramificação LPO 1100 e uma ramificação RPO 1110. A ramificação LPO 1100 inclui um bloco de retardo 701 em paralelo com um bloco de filtro 702. A ra45 mificação RFC 1110 nessa modalidade inclui somente um bloco de retardo 701. Como antes, os blocos de retardo 701 introduzem retardos de amostragem. Como antes, o bloco de filtro 702 executa um deslocamento de fase de 90 graus na amostra de sina.l digital inserida. Deveria ser entendido que alternativamente o bloco de transformada de niibert 603' podería deslocar a fase somente do sinal RPO.

Essa modalidade de processamento usa uma transformada de Hilbert/deslocamento de fase de somente um sinal de sensor de modo a derivar ambas a freqüência e a diferença de fase (ver FIGs. 2-3). Isso significativamente reduz o número de computações necessárias para executar uma medição de fase e significativamente reduz o número de computações necessárias para obter a taxa de fluxo de massa.

Nessa modalidade, a saida do bloco de transformada de Hilbert 603' fornecerá o componente de quadratura (Q) ou do sinal de sensor esquerdo ou direito, mas não ambos. No exemplo abaixo, o sinal LPO é deslocado em fase.

LPO = A_lpo cos((üt) (26)

0 RPO = A_rpo cos(G>t +φ J (27)

Usando a transformada de Hilbert, a saída se torna :

=kpo^Sen(^mt) <²⁸>

RPO = A_rposen( ω/ + φ) (29)

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

LPO = A_lp0[cos( at) + isen( ioí)J = A_lpoe^jl“'’ (30) t 46 (31) enquanto o RFC permanece o lutjsmo ^RPO = A,._J,_acos(ÍSí-i-fl) = A_vl,

A FIG. 12 mostra o bloco de análise 604a para a modalidade de único deslocamento de fase. O bloco de análise

604a' nessa modalidade inclui um blccc de união SCI, c bloco de multiplicação complexa 803, um bloco de filtro passabaixa 1201, e um bloco de ângulo de fase 805. O bloco de análise 604a' nessa modalidade implementa a seguinte equação:

LPOs. RPO = A^_e-^J^xA^ _{+ β}-7ίω'+Λ

Lj(-úif+üff+fí) (32)

O bloco de filtro passa-baixa 1201 compreende um filtro passa baixa que remove um componente de alta freqüência produzido pelo bloco de multiplicação complexa 803. O bloco de filtro passa-baixa 1201 pode implementar qualquer maneira de operação de filtragem passa-baixa. 0 resultado da operação de multiplicação produz dois termos. O termo (- (Pt + (Pt +(p) combina e simplifica para um termo somente de fase φ (um resultado DC) , desde que os termos f- (Pt) e ((Pt) cancelem um ao outro. O termo /ω/+ω/+φ/ simplifica para um termo (2(Pt +<p), em duas vezes a freqüência. Como o resultado é a soma de 2 termos, o termo de alta freqüência (2(Pt +φ) pode ser removido. O único sinal de interesse aqui é o termo DC. O termo de alta freqüência (2(pt + φ/ pode ser filtrado do resultado usando um filtro passa-baixa. O corte do filtro passa-baixa pode ser localizado em qualquer lugar entre zero _ο g? χ ί _Λ._ _ __τ

- - ί- - - - - -L- -L. CÀ^ ^±U

LPO' RPO=A-eⁱ' =—

Portanto, ο ângulo f lc3uj.Lã'JL· c + isen <</>4 de fase diferencial (33) ^ = tan ¹ sin(^) cos(^) (34)

Obtendo a transformada de Hilbert de um sinal de referência ao invés de dois, a carga computacional necessária para executar estimativa de fase e freqüência em medidores de fluxo de massa Coriolis é vantajosamente reduzida. A fase e freqüência podem, portanto, ser determinadas usando dois sinais de sensores, usando somente um deslocamento de fase de 90 graus.

A FIG. 13 mostra o processamento de sensor da invenção se comparado à técnica anterior, onde o valor de diferença de tempo (At) de cada um é comparado. O gráfico mostra um material de fluxo incluindo um fluxo de gás (isto é, bolhas de gás, por exemplo) . Sob essa condição, o ruido de fluxo é substancialmente reduzido no novo algoritmo por causa do cálculo de taxa de fase e freqüência. Pode ser visto a partir do gráfico que o resultado derivado pela invenção não exibe os grandes picos e vales que são refletidos nas medições da técnica anterior (At).

A FIG. 14 mostra a eletrônica de medição 20 de acordo com uma outra modalidade da invenção. A eletrônica de medição 20 dessa modalidade pode incluir a interface 201, o digitalizador 202, o sistema de processamento 203, e o sistema de armazenamento 204, como previamente discutido. Os componentes e/ou rotinas em comum com outras modalidades

8 emp·cír 11_lnam .lumeios ae itièiciiCid comuns . Deveria ser entendido que a eletrônica de medição 20 dessa figura pode incluir vários outros componentes e rotinas, tal como aqueles previamente discutidos.

Em operação, a eletrônica de medição 20 recebe e processa o prime_i_io sinal ue sensor 21u e o segunao smai de sensor 211 do conjunto de medição 10 de modo a determinar uma fração de massa de componentes de fluxo em um material de fluxo fluindo através do medidor de fluxo 5. A fração de massa é uma razão de fluxo de massa entre um primeiro componente de fluxo e um segundo componente de fluxo em um fluxo de duas fases. A fração de massa pode ser usada para determinar as massas dos vários componentes de fluxo. Por exemplo, o fluxo pode compreender um componente de fluido e um componente de gás. A taxa de fluxo de massa total do material de fluxo pode ser multiplicada pela fração de massa de modo a derivar um ou mais de uma taxa de fluxo de massa de componente de fluido e uma taxa de fluxo de massa de componente de gás. O fluido pode compreender qualquer maneira de fluido e o gás pode compreender qualquer maneira de gás. O gás pode compreender ar, por exemplo. A discussão abaixo foca em ar em um fluido, mas deveria ser entendido que a invenção se aplica a qualquer gás.

A eletrônica de medição 20 recebe e processa o primeiro sinal de sensor 210 e o segundo sinal de sensor 211. Uma ação de processamento é a geração da resposta de freqüência 1410 de um ou ambos dos sinais de sensor, como previamente discutido. A resposta de freqüência 1410 compre49 er.de uma frequência de conjunto de medo o 10 em resposta a uma vibração de acionamento fornecida. A eletrônica de medição 20 divide a resposta de freqüência 1410 no componente de freqüência de gás 1412 e no componente de freqüência de fluido 1416. A eletrônica de medição 20 determina uma densidade total (pnusr^ra) 1420 da resposta de freqüência 1410. 1gualmente, uma densidade de componente de gás (p_gás) 1421 é determinada a partir do componente de freqüência de gás 1412. A eletrônica de medição 20 usa a resposta de freqüên10 cia 1410 e um ou mais do componente de freqüência de gás 1412 e do componente de freqüência de fluido 1416 para determinar a fração de vácuo de gás 1418. A eletrônica de medição 20 adicionalmente usa a fração de vácuo 1418, a densidade total 1420, e a densidade de gás 1421 para determinar a fração de massa 1419. A fração de massa (mf) é definida como :

mf = —— (35) m_} + m₂

Em uma modalidade, a fração de massa compreende uma fração de massa de gás (mfg_ás) · A fração de massa de gás compreende:

^mf_gás = ^mêá, (36)

Entretanto, deveria ser entendido que alternativamente a invenção pode determinar uma fração de massa de fluido (mffiuido) no material de fluxo, ou qualquer outra fração de massa. A fração de massa de fluido (mf_fluido) compreende o complemento da fração de massa de gás:

fluido (37)

Entretanto, <.ssu discussão no iiuxu do rnassa de gás (mfgas) para propósitos de simplicidade.

sistema de processamento 203 pode ser adicionaimente configurado para determinar uma densidade total 1420 do material de fluxo de gás usando o primeiro sinal de sensor 210 e c segundo sinal· de sensor 211, compara a aensioade total 1420 a pelo menos um de uma densidade de gás 1421 que é representativa de uma fração de fluxo de gás do material de fluxo de gás ou a uma densidade de fluido 1422 que é re10 presentativa de uma fração de fluxo de liquido, e determinar uma fração de liquido 1427 da densidade total 1420 e pelo menos uma da densidade de gás 1421 e da densidade de fluido 1422. Em algumas modalidades, a densidade total 1420 é comparada a ambas a densidade de gás 1421 e a densidade de fluido 1422. Em adição, o sistema de processamento 203 pode ser configurado para determinar a densidade total 1420 do material de fluxo de gás usando a resposta de freqüência 1410, e determina a fração de liquido 1427 e/ou a fração de gás 1428 da densidade total 1420.

0 0 material de fluxo de gás pode compreender qualquer gás ou mistura de gás. Um tipo de material de fluxo de gás compreende um gás derivado de um poço de óleo. Por exemplo, o material de fluxo de gás pode compreender gás natural. Entretanto, outros gases ou misturas de gases são ob25 servados e estão no escopo da descrição e reivindicações.

A fração de fluxo de liquido pode incluir qualquer líquido entranhado no material de fluxo de gás. Uma fração de fluxo de líquido pode compreender um fluxo de líquido, um vapor líquido, ou gotas do líquido. Foi exemplo, o líquido pode compreender água em um fluxo de gás natural. Alternativamente, o líquido pode compreender glicol em um fluxo de gás natural, tal como um glicol de arraste a partir de um processo de secagem. Em uma outra alternativa, o líquido pode compreender óleo no material de fluxo de gás, caí como óleo introduzido no material de fluxo de gás por bombas, reguladores, ou outros mecanismos de manipulação de fluxo. Entretanto, outros líquidos ou combinações de líquidos são ob10 servados e estão no escopo da descrição e reivindicações.

A freqüência do conjunto de medição Í0 mudará quando uma fração de fluxo de líquido passa através do conjunto de medição 10. A freqüência diminuirá à medida que a fração de fluxo de liquido aumenta, em contraste a um fluxo de gás puro. Isso é devido à densidade aumentada quando uma fração de fluxo de líquido está presente. Portanto, a densidade de fluxo pode ser usada para determinar a fração de fluxo de líquido.

O primeiro sinal de sensor 210 e o segundo sinal de sensor 211 compreendem sinais eletrônicos variáveis no tempo que são substanciaimente continuamente recebidos e processados pela eletrônica de medição 20, tal como sinais dos sensores de referência 170L e 170R. A resposta de freqüência 1410 pode ser determinada usando os blocos de pro25 cessamento previamente discutidos (ver FIGs. 6-7 e 9). Vantajosamente, quando usando a determinação de freqüência de alta velocidade previamente discutida, a invenção pode rápide, precise e coifj-SvclrricnLC detexiíi-Lnax a fiãçau cie vácuu ce gás 1418.

sistema de processamento 203 nessa modalidade pode incluir uma rotina de fração de vácuo 1401, uma rotina de filtro de entalhe 140/, uma rotina de fração de massa 1405, uma retina ue gas de dêSiiZânenLu xlGo, uma xoeina de líquido de arraste 1407, uma rotina de densidade 1408, e uma rotina de fração de fluxo de líquido 1409. O sistema de processamento 203 pode adicionalmente incluir um ou mais fil10 tros ou rotinas de filtro, tal como uma rotina de filtro passa-baixa 1403 e uma rotina de filtro passa-alta 1404. Alternativamente, um ou mais filtros ou rotinas de filtro podem incluir uma configuração de filtro de entalhe ou outra configuração de filtro que rejeita uma banda estreita de freqüências. O sistema de processamento 203 pode adicionalmente incluir uma reposta de freqüência 1410, uma fração de vácuo 1418, e uma fração de massa 1419 que pode armazenar medições de resposta de freqüência, determinações de fração de vácuo, e determinações de fração de massa, respectivamen20 te. O sistema de processamento 203 pode adicionalmente incluir um componente de freqüência de fluido 1416 e um componente de freqüência de gás 1412 que armazenam valores de freqüência de trabalho para determinações de fração de vácuo e de fração de massa. O sistema de processamento 203 pode adicionalmente incluir uma densidade total 1420, uma densidade de componente de gás 1421, e uma densidade de componente de fluido 1422 que armazena valores de densidade de trabalho para as determinações de fração de vácuo e de fração áè dá_l C j. Oi lá a. lhe íi v. fe

Β¹ incluir um gás de deslizamento 1425 e um liquido de arraste 14 2 6 que armazenam respectivas quantidades de des 1i zamento/arraste. 0 sistema de processamento 203 pode adicionalmente inclui .r uma fração de 1 í qu i do 14 2 7 que armazena uma r.te de e una rraçao óe gas ±42tí que a rma zena uma quantidade de componente de gás.

A resposta de freqüência 1410 compreende uma freqüência da mistura (fmistura), onde a resposta de freqüência 10 1410 pode incluir um componente de freqüência de gás (fgás)

1412 e um componente de freqüência de fluido (ffiuido) 1416. A fração de vácuo e a fração de massa podem ser determinadas depois desses componentes de freqüência serem divididos da freqüência mistura (fmistura) ^e determinados. A qualquer hora, 15 a resposta de freqüência 1410 pode incluir qualquer quantidade de um componente de freqüência de gás (fgás) 1412, isto é, um componente de freqüência devido a gás entranhado.

A FIG. 15 é um gráfico de respostas de freqüência de medidor de fluxo para ar, para um liquido, e para uma 20 mistura combinada de ar/fluido (isto é, para um fluido incluindo ar entranhado) . A densidade de um gás é distinguida da densidade de um fluido no material de fluxo fluindo através do medidor de fluxo. Como a densidade pode ser derivada de uma freqüência medida, a freqüência associada com ar é também distinguida da freqüência do fluido. Isso é também verdadeiro para outros gases ou misturas de gases.

Uma equação para calcular freqüência é:

ωί an d sinfúrf - tyf,) -- lan -— (38) onde ω é a freqüência radiana do medidor de fluxo Coriolis. O termo ω. , representa uma amostra de freqüência radiana de um período de amostra anterior ou prévio. Convertendo-se a freqüência radiana ω em uma freqüência f em Hertz (Hz), obtém-se:

((Pt- ωί. F_s ffluido

2tt

Essa equação assume que somente uma freqüência está presente. Se duas frequências estão presentes, como no caso de ar entranhado (a freqüência de ar e a freqüência do fluido de material de fluxo), a nova equação se torna:

f =Ax tan sm(©_AWí - iW-i) + tr sm(ffl_OÍrí - ffl_oírí.,) ) + A_m cos(a>„_írt - üj_alrt_,)_ (40) onde fmistura é a resposta de freqüência do material de fluxo inteiro, incluindo um componente de freqüência de gás (fga_S) e um componente de freqüência de fluido (ffiuido) Com relação novamente à FIG. 14, a rotina de filtro passa-baixa 1403 implementa um filtro passa-baixa. Um filtro passa-baixa passa baixas frequências substancialmente abaixo de uma freqüência de corte passa-baixa. Um filtro passa-baixa, portanto, pode ser usado para remover altas frequências.

A rotina de filtro passa-alta 1404 implementa um filtro passa-alta. Um filtro passa-alta passa altas frequências substancialmente acima de uma freqüência de corte pas25 sa-alta. Um filtro passa-alta, portanto, pode ser usado para remover baixas frequências.

ΑΝ,

A lótind dt liitiú uc entalhe 140z. impiemenra um filtro de entalhes, que rejeita uma faixa estreita de frequências que são centradas em um entalhe na resposta de frequência do filtro de entalhe. Somente as frequências no entalhe são rejeitadas pelo filtro de entalhe. Portanto, o filtro de entalhe é muito útil para remover frequências indesejada s conhecidas da resposta de frequência 1410.

A rotina de fração de vácuo 1401 determina uma fração de vácuo (tipicamente de gás) no material de fluxo. A fração de vácuo pode ser determinada a partir das densidades dos componentes de fluxo, onde a densidade total (p_mistura) compreende a soma da densidade de componente de gás (pgás) θ da densidade de componente de fluido (pfiuido) ·

A densidade (p) substancialmente compreende: í 1 V (41) onde f ê a medição de freqüência do componente de frequência de liquido 1416 (isto é, fmistura) « A densidade de componente de fluido (pfiuido) 1422 pode ser calculada usando o componente de freqüência de fluido 1416. Em uma modalida20 de, o componente de freqüência de fluido 1416 compreende uma freqüência de mistura média. A densidade de componente de gás (pgás) 1421 pode ser calculada usando o componente de freqüência de gás 1412. Conseqüentemente, a fração de vácuo de gás 1418 é calculada como uma razão da densidade de com25 ponente de fluido (pfiuido) 1422 menos a densidade total (pmistura) 1420 dividida pela densidade de componente de fluido (p-1422 menos a densidade de comporen u de gás (p_gas j

1421. A computação de fração de vácuo tem a forma:

Fração Vácuo = (42)

P ftuidíi P gd.í

A fração de vácuo resultante de gás 1418 reflete uma razão de gás para fluido no material de fluxo.

A rotina de fração de massa 1405 determina a fração de massa 1419 da resposta de frequência 1410. Em uma modalidade, a rotina de fração de massa 1405 usa a fração de vácuo determinada (VF) 1418, junto com os valores de densidade derivados, de modo as calcular a fração de massa 1419.

A massa (m) e o volume (V) estão relacionados pela densidade (p) . Portanto, a densidade compreende:

(43)

Como um resultado, a fração de massa (mf) pode ser simplificada para:

mf = (44 h +m2 m, +m, rn_m p_m,„„_ra. _mMra

Porque a fração de vácuo (VF) compreende a razão de volume:

então, a fração de massa (mf) compreende:

Como um resultado, a fração de massa pode ser determinada a partir da fração de vácuo (VF), da densidade de componente de gás (pgás) 1421, e da densidade total (pmistura) 1422. A densidade de componente de gás (p_gás) 1421 e a densidade total (pmistura) 1422 podem ser determinadas a partir do componente ci t; irequênora 1^4 4.2 θ gó icspostd cie ijcequênciâ 1410, respectivamente.

Deveria ser entendido que somente um do componente de frequência de gás 1412 e do componente de frequência de fluido 1416 pode ser' necessário se ou o gás ou o fluido é conhecido. Por exemplo, se o gás compreende ar, então uma resposta de frequência de ar padrão (e densidade) pode ser assumida. Como um resultado, a freqüência de gás ou fluido conhecida pode ser filtrada, e somente uma etapa de filtra10 gem é necessária.

A rotina de gás de deslizamento 1406 determina uma quantidade de gás de deslizamento em um material de fluxo multifases. A rotina de gás de deslizamento 1406 em uma modalidade determina a quantidade de gás de deslizamento de15 terminando-se uma fração de vácuo de gás (VF) . O valor VF compreende uma porcentagem de volume do volume de material de fluxo total. 0 VF pode, portanto, compreender a quantidade de gás de deslizamento, ou pode ser adicionalmente manipulado para determinar uma taxa de fluxo de massa de gás mf20 gás no material de fluxo multifases. A taxa de fluxo de massa do componente de gás é calculada. A quantidade de gás de deslizamento determinada pode ser armazenada no gás de deslizamento 1425.

A rotina de liquido de arraste 1407 determina uma quantidade de liquido de arraste em um material de fluxo multifases. A rotina de liquido de arraste 1407 determina a quantidade de liquido de arraste determinando-se uma fração de liquido e usa a fração de liquido para determinar uma ou

33z_ s dc- uma dcnsrduce de corupoiie n z e de r icjux de, uma l et xa de fluxo de massa de liquido, etc., no material de fluxo multifases. A quantidade de líquido de arraste determinada pode ser armazenada no líquido de arraste 1426.

A rotina de densidade 1408 determina a densidade total 1420 do primeiro sinal de sensor 210 e do segundo sinal de sensor 211. Em uma modalidade, a rotina de densidade 1408 usa a resposta de freqüência 1410 na determinação de densidade de fluxo. A densidade total 1420 está relacionada à densidade do material de fluxo de gás, e varia de acordo com a fração de fluxo de líquido no material de fluxo de gás.

A rotina de fração de fluxo de líquido 14 09 usa a densidade total 1420 para produzir a fração de líquido 1427. A fração de líquido 1427 está relacionada à quantidade (ou porcentagem) de líquido no material de fluxo de gás. A determinação é discutida abaixo em conjunto com a FIG. 15. Em adição, a rotina de fração de fluxo de líquido 1409 pode também produzir a fração de gás 1428, onde a fração de gás 1428 está relacionada à quantidade/porcentagem de gás no material de fluxo de gás.

A eletrônica de medição 20 pode adicionalmente determinar outras características de fluxo, tal como taxa de fluxo de massa total, fluxos de massa de componente, volumes de componente, etc. A eletrônica de medição 20 pode estar em comunicação com o conjunto de medição 10, onde este pode compreender qualquer maneira de medidor de fluxo que gera uma resposta de freqüência. Em uma modalidade, o conjunto de

i.iS d ça o 10 compreende em medcooi. de fiu/o <,úi io± _l s . ινπ unid outra modalidade, o conjunto de medição 10 compreende um densítômetro vibratório.

A FIG. 16 é um fluxograma 1600 de um método para 5 determinar uma fração de vácuo de gás em nm material de fluxo fluindo através de nm medidor de fluxo de acordo com uma modalidade da invenção. Na etapa 1601, a resposta de freqüência é recebida. A resposta de freqüência pode ser recebida na eletrônica de medição 20, por exemplo. Ela também compreende uma resposta de freqüência a um conjunto de medição vibratório 10 que inclui o material de fluxo. O material de fluxo pode incluir gás entranhado.

Em uma modalidade, a resposta de freqüência pode compreender um primeiro sinal de sensor e um segundo sinal de sensor. Estes podem ser recebidos a partir de sensores de referência 170L e 170R do conjunto de medição 10, por exemplo. Um deslocamento de fase de 90 graus pode ser gerado a partir de qualquer sinal de sensor. O deslocamento de fase de 90 graus e primeiro e o segundo sinal de sensor podem ser usados para computar a resposta de freqüência, onde a resposta de freqüência varia pelo tempo de acordo com ambas a taxa de fluxo de massa do material de fluxo e de acordo com a presença e quantidade de gás entranhado.

Na etapa 1602, a resposta de freqüência é dividida em um componente de freqüência de gás 1412 e um componente de freqüência de fluido 1416. Isso é possível porque a resposta de freqüência 1410 compreende um componente de freqüência de gás que está relacionado a uma taxa de fluxo de g3S tt tâtCXl^l UG Z^UXG £ um G CiCU óuc; i L £ üfc; xXSCjuêílClâ Q£ fluido que está relacionado à taxa de fluxo de fluido. O fluido pode compreender qualquer maneira de fluido. A divisão pode ser executada por um primeiro filtro e um segundo filtro, como previamente discutido. Em adição, a divisão pode ser executada por um filtro passa-baixa e um filtro passa-alta, como previamente discutido.

Na etapa 1603, como previamente discutido, a fração de vácuo de gás 1418 é determinada usando a resposta de freqüência 1410, o componente de freqüência de gás 1412, e o componente de freqüência de gás 1416. A determinação pode incluir determinar valores de densidade da resposta de freqüência 1410, o componente de freqüência de gás 1412, e o componente de freqüência de fluido 1416, como previamente discutido. A fração de vácuo de gás resultante 1418 pode ser expressa como uma razão, uma porcentagem, ou outra medição.

A FIG. 17 é um fluxograma 1700 de um método para determinar uma fração de vácuo de gás em um material de fluxo fluindo através de um medidor de fluxo de acordo com uma modalidade da invenção. Na etapa 1701, a resposta de freqüência é recebida, como previamente discutido.

Na etapa 1702, a resposta de freqüência é processada com um primeiro filtro. O primeiro filtro substancialmente rejeita o componente de freqüência de gás e substancialmente passa o componente de freqüência de fluido (ver FIG. 18). Em uma modalidade, o primeiro filtro compreende um filtro passa-baixa, onde uma freqüência de corte passa-baixa do filtro passa-baixa está substancialmente acima do componente de frequência de fluido. Como um icoulLdlo, u fiiuxo passabaixa substancialmente passa o componente de freqüência de fluido e substancialmente rejeita o componente de freqüência de gás.

Ne etapa 1703, a resposta de freqüência é processada com um segundo filtro. O segundo filtro subsnanciaimente rejeita o componente de freqüência de fluido e substancialmente passa o componente de freqüência de gás. Em uma modalidade, o segundo filtro compreende um filtro passa-alta, onde uma freqüência de corte passa-alta do filtro passa-alta está substancialmente abaixo do componente de freqüência de gás {mas acima do componente de freqüência de líquido). Como um resultado, o filtro passa-alta substancialmente passa o componente de freqüência de gás e substancialmente rejeita o componente de freqüência de fluido.

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

A FIG. 18 é um gráfico de freqüência que mostra respostas de filtro passa-baixa e passa-alta que podem ser usadas para dividir o componente de freqüência de fluido e o componente de freqüência de gás de acordo com uma modalidade da invenção. A linha inferior do gráfico representa uma res25 posta de freqüência de medidor de fluxo incluindo um lóbulo de componente de freqüência de fluido e um lóbulo de componente de freqüência de gás. O lóbulo de componente de freqüência de fluido é menor em freqüência do que o lóbulo de componente te frequência Jc gas. As ±±nhdS supeiioies compreendem uma resposta de filtro passa-baixa e uma resposta de filtro passa-alta, junto com uma freqüência de corte. Aqui, a freqüência de corte para ambos os filtros passa-baixa e passa-alta é substancíalmente centrada entre os dois lóbulos. Cs filtros passa-baixa e passa-a±ta podem ier uma freqüência de corte comum ou podem ter diferentes freqüências de corte, dependendo dos componentes de freqüência de fluido e de gás. Pode ser visto que o filtro passa-baixa emitirá o componente de freqüência de gás. Portanto, os dois filtros podem dividir a resposta de freqüência 1410 no componente de freqüência de gás 1412 e no componente de freqüência de fluido 1416.

Um outro método de dividir os componentes de fre15 qüência de fluido e de gás compreende filtrar um único componente de freqüência conhecido e usando o componente de freqüência passado pela operação de filtro de modo a determinar as densidades de componente de fluido e de gás. Por exemplo, quando gás no material de fluxo é ar, então a ope20 ração de filtragem pode ser configurada para filtrar uma banda de freqüência relativamente estreita centrada em uma resposta de freqüência de ar típica. Subseqüentemente, a densidade total derivada da resposta de freqüência e do componente de densidade de fluido derivado do componente de freqüência de fluido restante pode ser usada para determinar um termo de densidade de ar. Por exemplo, como o gás é conhecido como sendo ar atmosférico, um filtro (tal como um filtro de entalhe, por exemplo) pode ser usado para substanΛ cialmente rejeitar um componente de frequêmid de ar dd resposta de freqüência. Como um resultado, a densidade total (Pmistura) 1420 pode ser calculada a partir da resposta de freqüência 1410 e uma densidade de componente de fluido Ípíi-idc; 1422 pode ser calculada a partir dc· componente de freqüência de fluido 1416. Portanto, a densidade de componente de ar (p_gás) 1421 compreende:

= P flu.d, <1 - VF) + Pgú, (47)

Essa equação pode ser reescrita como:

$ mt atura ~~ Pfluidc$ fluido P^új^Pgás· (48)

Alternativamente, deveria ser entendido que o componente de freqüência de fluido pode ser removido/filtrado, e a fração de vácuo pode ser determinada usando o componente de freqüência de gás. Como antes, essa única remoção de freqüência pode ser executada onde o fluido processa uma resposta de freqüência e densidade características conhecidas. Portanto, o único método de remoção de freqüência pode remover ou o componente de freqüência de fluido ou o componente de freqüência de gás.

Em uma modalidade, um único componente de freqüência pode ser removido por um ou mais filtros enquanto o outro componente de freqüência é passado pela operação de filtragem. Um ou mais filtros em uma modalidade compreendem um filtro de entalhe. Um filtro de entalhe passa todas as frequências exceto frequências em uma banda estreita (isto é, um entalhe na resposta de freqüência) . Alternativamente, um ou mais filtros podem compreender qualquer filtro satisfatório ou combinação de filtros.

A FIG. _ι_ 3 c. um xluxcgrama ue ciii para determinar uma fração de vácuo de gás em um material de fluxo fluindo através de um medidor de fluxo de acordo com uma modalidade da invenção. Na etapa 1901, a resposta de frequência 1440 é recebida, como previamente discutido.

Na etapa 1902, a resposta de íreqüêncxa é processada com um filtro de entalhe. 0 filtro de entalhe passa as freqüências acima e abaixo de um entalhe, tal como acima e abaixo da resposta de freqüência de gás nessa modalidade. Portanto, o filtro de entalhe substancialmente rejeita o componente de freqüência de gás 1412. O filtro de entalhe substancialmente passa o componente de freqüência de fluido

1416.

A FIG. 20 é um gráfico de uma resposta de freqüência de filtro de entalhe. No exemplo mostrado, o entalhe é centrado em uma freqüência de gás. O filtro de entalhe passa substancialmente todas as freqüências acima e abaixo do entalhe e somente a freqüência de gás é substancialmente rejeitada pelo filtro de entalhe.

Com relação novamente à FIG. 19, na etapa 1903, a fração de vácuo de gás 1418 é determinada usando a resposta de freqüência, o componente de freqüência de gás 1412, e o componente de freqüência de fluido 1416, como previamente discutido.

A FIG. 21 é um fluxograma 2100 de um método para determinar uma fração de massa de componentes de fluxo em um material de fluxo fluindo através de um medidor de fluxo de acordo com uma modalidade da invenção. Na etapa 2101, uma ·λ~ resposta de frequcn_ta e ruícbiclü, como prevlamente o_lScuüx do.

Na etapa 2102, a resposta de frequência é dividida em um componente de freqüência de gás 1412 e um componente de freqüência de fluidc 1416, como previamente discutido.

Na etapa z±uj, ama oeiiSj-oade totau. (pmistura J θ determinada a partir da resposta de freqüência. A densidade total (pmístura) reflete a densidade dos componentes de fluido e de gás combinados. Como previamente discutido, a densidade total (Pmístura) compreende substancialmente o quadrado de um dividido pela resposta de freqüência (isto é, a resposta de freqüência invertida).

Na etapa 2104, uma densidade de componente de gás (pgás) é determinada a partir do componente de freqüência de gás (fgás) - A densidade de componente de gás (pgás) reflete a densidade de somente o componente de fluxo de gás.

Na etapa 2105, como previamente discutido, a fração de vácuo (VF) de gás 1418 é determinada usando a resposta de freqüência 1410, o componente de freqüência 1412, e o componente de freqüência de fluido 1416. A fração de vácuo de gás resultante 1418 pode ser expressa como uma razão, uma porcentagem, ou outra medição.

Na etapa 2106, a fração de massa é determinada a partir da fração de vácuo (VF) 1418 e uma razão da densidade de gás (pgás) para a densidade total (pmístura) _t como mostrado na equação 46.

A FIG. 22 é um fluxograma 2200 de um método para determinar uma fração de massa de componentes de fluxo em um material de fluxo fluindo através de uiu medidor de fluxo ae acordo com uma modalidade da invenção. Um método de dividir os componentes de freqüência de fluido e de gás da resposta de freqüência compreende executar duas operações de filtra5 gem. Uma operação de filtragem compreende filtrar a resposta de freqüência com am primeiiu fiiero que suostancíaimente rejeita o componente de freqüência de gás e substancialmente passa o componente de freqüência de fluido. A segunda operação de filtragem compreende filtrar a resposta de freqüência com um segundo filtro que substancialmente rejeita o componente de freqüência de fluido e substancialmente passa o componente de freqüência de gás. Como um resultado, o primeiro filtro emite o componente de freqüência de fluido enquanto o segundo filtro emite o componente de freqüência de gás.

Na etapa 2201, uma resposta de freqüência é recebida, como previamente discutido.

Na etapa 2202, a resposta de freqüência é filtrada com um primeiro filtro, como previamente discutido.

Na etapa 2203, a resposta de freqüência é filtrada com um segundo filtro, como previamente discutido.

Na etapa 2204, a densidade total (pmistura) θ determinada, como previamente discutido.

Na etapa 2205, a densidade de gás (p_gás) θ determi25 nada, como previamente discutido.

Na etapa 2206, como previamente discutido, a fração de vácuo de gás 1418 é determinada usando a resposta de freqüência 1410, o componente de freqüênoxa 1412, e o componente de freqüência de fluido 1416.

Na etapa 2207, a fração de massa 1419 é determinada , como prevíamente discutido.

A FIG. 23 é um fluxograma 2300 de um método· para determinar uma fração de massa de componentes de fluxo em um material de fluxo fluindo através de um medidor de fluxo de acordo com uma modalidade da invenção. Na etapa 1901, a resposta de freqüência 1410 é recebida, como previamente discu10 tido.

Na etapa 2302, a resposta de freqüência é processada com um filtro de entalhe, como previamente discutido.

Na etapa 2303, a densidade total (pmistura) é determinada, como previamente discutido.

Na etapa 2304, a densidade de gás (pgás) θ determinada, como previamente discutido.

Na etapa 2305, a fração de vácuo de gás 1418 é determinada, como previamente discutido.

Na etapa 2306, a fração de massa 1419 é determina20 da, como previamente discutido.

A FIG. 24 é um fluxograma 2400 de um método para determinar uma fração de fluxo de liquido em um material de fluxo de gás fluindo através de um medidor de fluxo de acordo com uma modalidade da invenção. Na etapa 2401, o primeiro e o segundo sinal de sensor são recebidos a partir do conjunto de medição 10, como previamente discutido.

Na etapa 2402, os sinais de sensor podem ser condicionados , como previamente discutido.

Na etapa z 4 3 2, uma ZcuSiuàOc ae i ± úxu o jTLa l e x a a ± de fluxo de gás é determinada. A densidade de fluxo é determinada asando o primeiro sinal de sensor e o segundo sinal de sensor. Outras características de fluxo, variáveis, e/ou constantes podem ser também usadas para fazer a determinação, se necessário.

Na etapa 2404, a densidade de fluxo é comparada com uma densidade de gás e com uma densidade de líquido. A densidade de gás é representativa de uma fração de fluxo de gás do fluxo de gás e da densidade de líquido da fração de fluxo de líquido. Em uma modalidade, ambas as densidades são conhecidas e usadas. Em uma outra modalidade, somente uma das duas densidades é conhecida e usada.

A FIG. 25 é um gráfico de densidade de gás natural versus porcentagem de glicol (isto é, fração de fluxo de líquido) . A tabela representa um conjunto de dados que é usado para a comparação. Entretanto, qualquer tipo de estrutura de dados pode ser usado, e os dados não têm que estar em forma de tabela. A linha de gráfico diagonal representa uma densi20 dade de material de fluxo de gás para várias frações de gás versus glicol. Pode ser visto a partir do gráfico que a densidade de material de fluxo de gás é proporcional à fração de fluxo liquido. Portanto, usando pelo menos a densidade de material de fluxo de gás medido (isto é, total) e uma densi25 dade de gás conhecida, a fração de fluxo de líquido pode ser determinada. Deveria ser entendido que a procura de dados pode incluir outros fatores, tal como pressão e temperatura, por exemplo. Deveria ser entendido que embora o gráfico seja para gas nutura-. outros ga^es e xiquiáus podem sei usados e determinados.

Com relação novamente à FIG. 24, na etapa 2405, a fração de fluxo de líquido é determinada. A fração de fluxo de líquido compreende a quanti dade ou porcentagem de liquide no materrUj. ue t±uxo ue gas . n tnoçao ue f±uxo ue ±rquido pode ser subsequentemente usada para executar outras computações, tal como uma taxa de fluxo de massa de gás e/ou uma taxa de fluxo de massa de líquido, por exemplo. A fração de fluxo de líquido pode ser determinada a partir da comparação da densidade de fluxo com pelo menos a densidade de gás conhecida. Alternativamente, a comparação pode compreender uma comparação da densidade de fluxo com ambas a densidade de gás conhecida e a densidade de líquido conhecida.

Comparando-se a densidade de fluxo com a densidade de gás conhecida e a densidade de líquido conhecida, uma razão pode ser formada que pode ser usada para a determinação de fração de fluxo de líquido. A razão compreende:

Dmedxdo = X(D_g) /D_l (49)

Onde D_medld₀ é a densidade de fluxo como determinada a partir dos sinais de sensor, D_G é a densidade de gás conhecida, D_L é a densidade de líquido conhecida, e X é a fração de fluxo de líquido. Consequentemente, a fração de fluxo de líquido X pode ser determinada como:

X = D_medido ( Dl)/D_g (50)

A FIG. 2 6 é um fluxograma 2 60 0 de um método para determinar uma fração de fluxo de líquido em um material de fluxo de gás fluindo através de um medidor de fluxo de acor70

d.0 ·~θτη ΟΓΓίΟ jTlO óã 7 j_ ό ά de da ili i/tíljçaü . do Ètcipd ó(jüi, O ρΐΙΠίΘΙΙΟ e o segundo sinal de sensor são recebidos a partir do conjunto de medição 10, como previamente discutido.

Na etapa 2602, os sinais de sensor podem ser con5 dicionados, como previamente discutido.

Na etapa 2603, um deslocamento de fase ae 90 graus é gerado a partir do primeiro sinal de sensor. 0 deslocamento de fase de 90 graus pode ser gerado como previamente discutido . Embora o primeiro sinal de sensor seja deslocado em fase como um exemplo, deveria ser entendido que qualquer sinal de sensor pode ser usado.

Na etapa 2604, uma resposta de freqüência do conjunto de medição 10 é computada. A resposta de freqüência pode ser computada usando o deslocamento de fase de 90 graus e o primeiro sinal de sensor, como previamente discutido.

Na etapa 2605, uma densidade de fluxo do material de fluxo de gás é determinada usando a resposta de freqüência. Em uma modalidade, a densidade de fluxo é determinada elevando ao quadrado a resposta de freqüência e invertendo a resposta de freqüência ao quadrado (como densidade » 1/f₂) Deveria ser entendido que outras características de fluxo, variáveis e/ou constantes podem também ser usadas para fazer a determinação, se necessário.

Na etapa 2606, a fração de fluxo de líquido é de25 terminada. A fração de fluxo de líquido pode ser determinada a partir da comparação da densidade de fluxo com a densidade de gás conhecida, como previamente discutido.

A .A FIG. 27 é um fluxograma 2700 de um método de processar sinais de sensor em um medidor de fluxo de acordo com uma modalidade da invenção. Na etapa 2701, um primeiro sinal de sensor e um segundo sinal de sensor são recebidos a partir do- medidor de fluxo, o primeiro sinal de sensor e o segunde sinal de sensor são para um material de fluxo multrfases fluindo no medidor de fluxo.

Na etapa 2702, um ou ambos o primeiro sinal de sensor e o segundo sinal de sensor são deslocados em fase. O deslocamento de fase compreende deslocar os sinais de sensor em substancialmente noventa graus. O resultado é um primeiro deslocamento de fase de noventa graus e um segundo deslocamento de fase de noventa graus.

Na etapa 2703, uma freqüência (ou resposta de fre15 qüência) do medidor de fluxo é computada. Em uma modalidade, a freqüência é gerada a partir do primeiro sinal de sensor e do primeiro deslocamento de fase de noventa graus, como previamente discutido.

Na etapa 2704, uma diferença de fase entre os si20 nais de sensor é computada. Em uma modalidade, a diferença de fase é computada a partir do primeiro sinal de sensor, o primeiro deslocamento de fase de noventa graus, do segundo sinal de sensor, e do segundo deslocamento de fase de noventa graus (ver FIG. 8 e a discussão em anexo). Em uma outra modalidade, a diferença de fase é computada a partir do primeiro sinal de sensor, do primeiro deslocamento de fase de noventa graus, e do segundo sinal de sensor (ver FIG. 12 e a discussão em anexo).

ma s s a,

Νa etapa 2^05, uma os zôís os uiua ίαλα ue iijxu de uma densidade, ou uma taxa de fluxo de volume são calculadas. A taxa de fluxo de massa, a densidade, e/ou a taxa de fluxo de volume são precisamente calculadas para o material de fluxo multifases usando as determinações de freqüência rápidas e/ou de fase rápidas, como prevramente descrito .

Na etapa 2706, um ou ambos de um liquido de arraste ou um gás de deslizamento são computados. 0 líquido de arraste e/ou o gás de deslizamento são precisamente calculados para o material de fluxo multifases usando as determinações de freqüência rápida e/ou de fase rápida, como previamente descrito. O gás de deslizamento e/ou o líquido de arraste podem ser determinados usando o método de fração de vácuo discutido anteriormente, por exemplo (ver FIGs. 16, 17, e 19 e a discussão em anexo). Alternativamente, o gás de deslizamento e/ou o líquido de arraste podem ser determinados usando o método de fração de massa anteriormente discutido, por exemplo (ver FIGs. 21-23 e a discussão em anexo).

Em ainda uma outra alternativa, o gás de deslizamento e/ou o líquido de arraste podem ser determinados usando a fração de fluxo de líquido anteriormente discutida, por exemplo (ver FIGs. 24 e 26 e a discussão em anexo). Além disso, os métodos podem ser usados em combinação. As porcentagens de gás e líquido (isto é, a fração de vácuo de gás e a fração de líquido) podem ser então usadas para precisa e completamente quantificar todos os componentes do material de fluxo multifases .

X Λ 'ΐ

A eletrônica de medição e método de acuido com a invenção podem ser implementados de acordo com qualquer uma das modalidades de modo a obter várias vantagens, se desejado. A invenção pode computar uma ou mais de uma taxa de flu5 xc de massa, uma densidade, ou uma taxa de fluxo de vcíumc de um. material de fluxo multifases. A invenção pode rapidamente computar características de fluxo para um material de fluxo multifases. A invenção pode fornecer computações das caracter!sticas de fluxo tendo uma maior precisão e confia10 bilidade. A invenção pode fornecer computações das características de fluxo mais rápido do que na técnica anterior e enquanto consumindo menos tempo de processamento.

Claims (5)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Eletrônica de medição (20) para processar sinais de sensores para um material de fluxo multifases em um medidor de fluxo (5) para realizar o método conforme definido na reivindicação 15, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende:

   uma interface (201) para receber um primeiro sinal de sensor (210) e um segundo sinal de sensor (211) para o material de fluxo multifases; e um sistema de processamento (203) em comunicação com a interface (201) e configurado para receber o primeiro sinal de sensor (210) e o segundo sinal de sensor (211) a partir da interface (201), gerar um primeiro deslocamento de fase de noventa graus (213) a partir do primeiro sinal de sensor (210) e gerar um segundo deslocamento de fase de noventa graus (214) a partir do segundo sinal de sensor (211), computar uma freqüência (221) usando um do primeiro desloca-

   mento de fase de noventa graus (213) ou do segundo desloca- mento de fase de noventa graus (214), computar uma diferença de fase (220) usando um ou mais do primeiro deslocamento de fase de noventa graus (213) ou do segundo deslocamento de fase de noventa graus (214), e computar um ou mais de uma taxa de fluxo de massa (223), uma densidade (224), ou uma taxa de fluxo de volume (225) para o material de fluxo mul- tifases. 2. Eletrônica de medição (20), de acordo com a

   reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a interface de 30/10/2017, pág. 14/24 inclui um digitalizador (202) configurado para digitalizar o sinal de sensor.
2. 3. Eletrônica de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o sistema de processamento (203) é adicionalmente configurado para determinar um ou mais de um gás de deslizamento (1425) ou um líquido de arraste (1426) no material de fluxo multifases.
3. 4. Eletrônica de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a geração compreende uma transformada de Hilbert para gerar o desloca-

   mento de fase de noventa graus (213) e o segundo deslocamen- to de fase de noventa graus (214). 5. Eletrônica de medição (20) , de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que computar a

   freqüência (221) compreende computar a freqüência (221) do primeiro sinal de sensor (210) e do primeiro deslocamento de fase de noventa graus (213).

   6. Eletrônica de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que computar a diferença de fase (220) compreende computar a diferença de fase (220) do primeiro sinal de sensor (210), do primeiro deslocamento de fase de noventa graus (213), e do segundo sinal de sensor (211).

   7. Eletrônica de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que computar a diferença de fase (220) compreende computar a diferença de fase (220) do primeiro sinal de sensor (210), do primeiro deslocamento de fase de noventa graus (213), do segundo side 30/10/2017, pág. 15/24

   nal de sensor : (211), e do segundo deslocamento de fase de noventa graus (214). 8. Eletrônica de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o sistema de

   processamento (203) é adicionalmente configurado para dividir a freqüência (221) em pelo menos um componente de freqüência de gás (1412) e um componente de freqüência de fluido (1416), determinar um ou mais de uma fração de vácuo de

   gás (1418) ou uma fração de líquido (1427) a partir da res- posta de freqüência (1410) e um ou mais do componente de freqüência de gás (1412) e do componente de freqüência de

   fluido (1416), determinar um ou mais de uma densidade de fase líquida (1422) de um componente de fluxo de líquido do material de fluxo multifases ou uma densidade de fase gasosa (1421) de um componente de fluxo de gás usando a fração de vácuo de gás (1418), e determinar um ou mais de um gás de deslizamento (1425) do material de fluxo multifases ou um líquido de arraste (1426) usando uma ou mais da fração de vácuo de gás (1428) ou da fração de líquido (1427) .

   9. Eletrônica de medição (20), de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que a divisão compreende processar a resposta de freqüência (1410) com um ou mais filtros que substancialmente rejeitam um do componente de freqüência de gás (1412) e do componente de freqüência de fluido (1416).

   10. Eletrônica de medição (20), de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que a divisão compreende filtrar a resposta de freqüência (1410) com um de 30/10/2017, pág. 16/24 primeiro filtro que substancialmente rejeita o componente de freqüência de gás (1412) e substancialmente passa o componente de freqüência de fluido (1416) e filtrar a resposta de freqüência (1410) com um segundo filtro que substancialmente rejeita o componente de freqüência de fluido (1416) e substancialmente passa o componente de freqüência de gás (1412), onde o primeiro filtro emite o componente de freqüência de fluido (1416) e o segundo filtro emite o componente de freqüência de gás (1412).

   11. Eletrônica de medição (20), de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que determinar um ou mais de uma fração de vácuo de gás (1418) ou uma fração de líquido (1427) compreende calcular uma densidade total (1420) da resposta de freqüência (1410), calcular uma densidade de componente de fluido (1422) a partir do componente de freqüência de fluido (1416), calcular uma densidade de componente de gás (1421) a partir do componente de freqüência de gás (1412), e calcular uma fração de vácuo de gás (1418) como uma razão da densidade de componente de fluido (1422) menos a densidade total (1420) dividido pela densidade de componente de fluido (1422) menos a densidade de componente de gás (1421).

   12. Eletrônica de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o sistema de processamento (203) é adicionalmente configurado para dividir a resposta de freqüência (1410) em pelo menos um componente de freqüência de gás (1412) e um componente de freqüência de fluido (1416), determinar uma densidade total de 30/10/2017, pág. 17/24 (1420) a partir da resposta de freqüência (1410), determinar uma densidade de gás (1421) a partir do componente de freqüência de gás (1412), determinar uma fração de vácuo de gás (1418) a partir da resposta de freqüência (1410) e um ou mais do componente de freqüência de gás (1412) e do componente de freqüência de fluido (1416), e determinar uma fração de massa (1419) da fração de vácuo de gás (1418) multiplicada por uma razão da densidade de gás (1421) dividido pela densidade total (1420).

   13. Eletrônica de medição (20), de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADA pelo fato de que o sistema de processamento (203) é adicionalmente configurado para determinar uma taxa de fluxo de massa (223) do material de fluxo a partir da resposta de freqüência (1410) e determinar pelo menos um de uma primeira massa de componente de fluxo e uma segunda massa de componente de fluxo usando a fração de massa (1419) e a taxa de fluxo de massa (223).

   14. Eletrônica de medição (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o sistema de processamento (203) é adicionalmente configurado para elevar ao quadrado a resposta de freqüência (1410) para gerar uma reposta de freqüência ao quadrado, inverter a resposta de freqüência ao quadrado para gerar uma densidade de fluxo substancialmente instantânea, comparar a densidade de fluxo substancialmente instantânea com pelo menos uma de uma densidade de gás pré-determinada (1421) que é representativa de uma fração de fluxo de gás (1428) do material de fluxo de gás e uma densidade de líquido pré-determinada (1422) que é de 30/10/2017, pág. 18/24 representativa de uma fração de fluxo de líquido (1427), e determinar uma ou mais de uma fração de fluxo de líquido (1427) ou uma fração de fluxo de gás (1428) da comparação.

   15. Método para processar sinais de sensor para um material de fluxo multifases em um medidor de fluxo (5),

   CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

   receber o primeiro sinal de sensor (210) e o segundo sinal de sensor (211) para o material de fluxo multifases;

   gerar um primeiro deslocamento de fase de noventa graus (213) do primeiro sinal de sensor (210) e gerar um segundo deslocamento de fase de noventa graus (214) do segundo sinal de sensor (211);

   computar uma freqüência (221) usando um dentre o primeiro deslocamento de fase de noventa graus (213) e o segundo deslocamento de fase de noventa graus (214);

   computar uma diferença de fase (220) usando um ou mais dentre o primeiro deslocamento de fase de noventa graus (213) e o segundo deslocamento de fase de noventa graus (214) ; e computar um ou mais dentre uma taxa de fluxo de massa (223), uma densidade (224), ou uma taxa de fluxo de volume (225) para um material de fluxo multifases.

   16. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que determinar um ou mais de um gás de deslizamento (1425) ou um líquido de arraste (1426) no material de fluxo multifases.

   de 30/10/2017, pág. 19/24

   17. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que gerar compreende usar uma transformada de Hilbert para gerar o primeiro deslocamento de fase de noventa graus (213) e o segundo deslocamento de fase de noventa graus (214) .

   18. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que computar a freqüência (221) compreende computar a freqüência (221) do primeiro sinal de sensor (210) e do primeiro deslocamento de fase de noventa graus (213).

   19. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que computar a diferença de fase (220) compreende computar a diferença de fase (220) do primeiro sinal de sensor (210), do primeiro deslocamento de fase de noventa graus (213), e do segundo sinal de sensor (211).

   20. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que computar a diferença de fase (220) compreende computar a diferença de fase (220) do primeiro sinal de sensor (210), do primeiro deslocamento de fase de noventa graus (213), do segundo sinal de sensor (211), e do segundo deslocamento de fase de noventa graus (214).

   21. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende:

   dividir a freqüência (221) em pelo menos um componente de freqüência de gás (1412) e um componente de freqüência de fluido (1416);

   de 30/10/2017, pág. 20/24 determinar uma ou mais de uma fraçao de vácuo de

   gás (1418) ou uma fração de líquido (1427) a partir da res- posta de freqüência (1410) e um ou mais do componente de freqüência de gás (1412) e do componente de freqüência de

   fluido (1416);

   determinar um ou mais de uma densidade de fase líquida (1422) de um componente de fluxo de líquido do materi-

   al de fluxo multifases ou uma densidade de fase gasosa (1421) de um componente de fluxo de gás usando a fração de vácuo de gás (1418); e determinar um ou mais de um gás de deslizamento (1425) do material de fluxo multifases ou um líquido de ar- raste (1426) usando uma ou mais da fração de vácuo de gás

   (1418) ou da fração de líquido (1427) .

   22. Método, de acordo com a reivindicaçao 21, CARACTERIZADO pelo fato de que dividir compreende processar a resposta de freqüência (1410) com um ou mais filtros que substancialmente rejeitam um do componente de freqüência de gás (1412) e do componente de freqüência de fluido (1416).

   23. Método, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que a divisão compreende:

   filtrar a resposta de freqüência (1410) com um primeiro filtro que substancialmente rejeita o componente de freqüência de gás (1412) e substancialmente passa o componente de freqüência de fluido (1416); e filtrar a resposta de freqüência (1410) com um segundo filtro que substancialmente rejeita o componente de de 30/10/2017, pág. 21/24 freqüência de fluido (1416) e substancialmente passa o componente de freqüência de gás (1412);

   onde o primeiro filtro emite o componente de freqüência de fluido (1416) e o segundo filtro emite o componente de freqüência de gás (1412).

   24. Método, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que a determinação de uma ou mais de uma fração de vácuo de gás (1418) ou uma fração de líquido (1427) compreende:

   calcular uma densidade total (1420) da resposta de freqüência (1410);

   calcular uma densidade de componente de fluido (1422) a partir do componente de freqüência de fluido (1416) ; calcular uma densidade de componente de gás (1421) a partir do componente de freqüência de gás (1412); e calcular uma fração de vácuo de gás (1418) como uma razão da densidade de componente de fluido (1422) menos a densidade total (1420) dividida pela densidade de compo-

   nente de fluido (1422) menos a densidade de componente de gás (1421).

   25. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende:

   dividir a resposta de freqüência (1410) em pelo menos um componente de freqüência de gás (1412) e um componente de freqüência de fluido (1416);

   determinar uma densidade total (1420) da resposta de freqüência (1410);

   de 30/10/2017, pág. 22/24 determinar uma densidade de gás (1421) a partir do componente de freqüência de gás (1412);

   determinar uma fração de vácuo de gás (1418) a partir da resposta de freqüência (1410) e um ou mais do componente de freqüência de gás (1412) e do componente de freqüência de fluido (1416); e determinar uma fração de massa (1419) a partir da fração de vácuo de gás (1418) multiplicada pela razão da densidade de gás (1421) dividida pela densidade total (1420).

   26. Método, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende:

   determinar uma taxa de fluxo de massa (223) do material de fluxo a partir da resposta de freqüência (1410); e determinar pelo menos uma de uma primeira massa de componente de fluxo e uma segunda massa de componente de fluxo usando a fração de massa (1419) e a taxa de fluxo de massa (223).

   27. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende:

   elevar ao quadrado a resposta de freqüência (1410) para gerar uma resposta de freqüência ao quadrado;

   inverter a resposta de freqüência ao quadrado para gerar uma densidade de fluxo substancialmente instantânea;

   comparar a densidade de fluxo substancialmente instantânea com pelo menos um de uma densidade de gás prédeterminada (1421) que é representativa de uma fração de fluxo de gás (1428) do material de fluxo de gás e uma denside 30/10/2017, pág. 23/24 dade de líquido pré-determinada (1422) que é representativa de uma fração de fluxo de líquido (1427); e determinar uma ou mais de uma fração de fluxo de líquido (1427) ou uma fração de fluxo de gás (1428) a partir
4. 5 da comparação.

   28. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende:

   computar um ou mais de um líquido de arraste (1426) ou um gás de deslizamento (1425) no material de fluxo
5. 10 multifases.

   Petição 870170083360, de 30/10/2017, pág. 24/24

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