CN1199033C - 直管科里奥利流量计 - Google Patents

Abstract

为单直测流管科里奥利流量计的测流管提供质量流率和密度补偿的方法和装置。热应力补偿是利用在流量计的不同部分上的多个传感器来提供的。第一传感器与测流管耦合并且提供关于测流管温度的信息。多个附加传感器相连而构成具有两个输出导线的网络。附加传感器把综合信号经网络的两条输出导线加至仪表电子装置。网络信号代表当测流管与一些流量计元件的温度之间存在温差时、可能导致测流管上的热应力的这些多个元件的综合温度。附加元件包括平衡杆和流量计外壳。利用新的算法来提供敏感性补偿。在用不同密度的两种材料校准的单管流量计中，利用具有代表仪表校准与线性之间偏差的非线性分量的密度公式来测量密度。

Description

直管科里奥利流量计

技术领域

本发明涉及用来在直管科里奥利流量计中提供质量流量和密度补偿、以及密度确定的方法和装置。

背景技术

所有的科里奥利流量计都需要补偿，以便校正引起振动测流管位移的科里奥利力产生的信号。这些信号表示间隔开的测流管拾取装置之间的相位差，而且反映出通过流量计的物质流量。弯管和直管流量计都需要对测流管的弹性模量随温度而产生的变化进行补偿。随着测流管温度升高，模量减小而流量计变得更加灵敏。利用测流管上的温度传感器和仪表电子装置中适当的补偿算法，容易实现对弹性模量变化的补偿。

直管流量计另外存在这样的问题，即由于流量计的不同元件的热膨胀或收缩的量不等，测流管可能处于拉伸状态或压缩状态。测流管上的张力使其对科里奥利力更不敏感，而压力使其更敏感。已经尝试利用两个温度传感器进行典型的热应力补偿；一只在测流管上而另一只在外壳或平衡杆上。利用两个温度传感器的问题在于，至少有三个主要元件可能对测流管的热应力有影响。如果第二个传感器在外壳上，则未考虑平衡杆的温度的影响。同样地，如果第二个传感器在平衡杆上，则未考虑到外壳温度。

三个独立的温度传感器的使用是对两个温度传感器的改进。但是，三个独立的温度传感器会需要三对从传感器到仪表电子装置的导线。如果仪表电子装置远离传感器，则添加的导线可能是昂贵的。此外，由于外壳温度对流量灵敏度不具有与平衡杆温度同样的影响，因此补偿算法需要对不同的温度加上适当的加权因子。

授予Flecken等人的美国专利4768384公开了直管科里奥利流量计，其中利用测量测流管温度和外壳温度的传感器来提供热应力补偿。校正电路接收拾取信号，并且产生消除了应力与温度对测量结果的影响的校正后的输出信号。Flecken等人的流量计能很好地工作而提供对测流管的弹性模量变化的补偿。因为，这种补偿需要的只是确定测流管温度，以及根据温度、弹性模量和仪表灵敏度之间的已知关系来进行适当校正。

Flecken流量计还可确定测流管与外壳之间的温度差并且做出应力校正。但是，Flecken必须作出关于平衡杆的温度的假定。在热稳定状态的情况下，假定流动物质的温度和环境温度长期以来一直恒定。在此情况下，平衡杆和测流管基本上达到与流动物质同样的温度。在热瞬变情况下，流动物质的温度突然变化，比如流动最初开始时。在此情况下，起初，平衡杆与外壳极可能具有与环境同样的温度。测流管具有与流动物质同样的温度。一般，流量计要经过热瞬变和稳定状态两种情况。平衡杆温度最初为环境温度，然后缓慢变化为流体的温度。

Flecken流量计的补偿算法必须做出关于平衡杆温度的假定，因为其两个温度传感器在测流管和外壳上。因此，它不能区分平衡杆温度的稳定状态与瞬变情况。由于两种情况在测流管中产生不同的应力和不同的流量计灵敏度，这就产生了问题。在瞬变情况下，其中平衡杆最终变成外壳温度，外壳和平衡杆都对测流管施加了力。在其中平衡杆温度近似等于测流管温度的稳定状态的情况下，平衡杆帮助测流管克服外壳施加的力。因此，测流管在热瞬变情况下比在热稳定状态情况下受到更大的应力。Flecken补偿可以做的最好是假定平衡杆温度在测流管与外壳温度之间，而且在或者瞬变或者稳定状态的极端情况下会有误差。

在授予Hussain等人的美国专利5476013中参见尝试为科里奥利流量计提供热应力补偿的另一先有技术。它利用具有同样膨胀系数的各部分来提供某些热应力补偿。这消除了所有元件都在同一温度时的热应力，但是它并不针对不同元件具有不同温度的普通情况。授予Van der Pol的美国专利5381697公开了一种提供了热应力补偿的科里奥利流量计，在第一实施例中，使用两个温度传感器来测量测流管的温度。第二实施例使用测流管上的温度传感器连同测流管上的长度变化传感器。这在理论上能够提供精确的热应力补偿。但是，有一个问题，即测量测流管的长度变化的装置没有温度传感器那么简单或可靠。

除流量测量之外，直管流量计的密度测量也由于热应力而降低水准。已知科里奥利流量计是提供准确的流体密度测量的。密度是根据测流管振动的共振频率来确定的。在弯管流量计中，由于管的弹性模量随温度而变化，必须校正共振频率。而且，必须对共振频率随质量流率的略微减小进行校正，如美国专利5295084所示。直管流量计另外还需要对测流管的热应力进行补偿。当测流管被拉伸时，测流管共振频率增大，而当其被压缩时，共振频率减小，类似于吉它的弦。如里这些频率变化未被补偿，拉伸状态的测流管会给出偏低的密度读数，而压缩状态的测流管会给出偏高的密度读数。先有技术的流量计在确定测流管中的热应力上的不足导致密度测量的不准确。

单直管流量计具有双管流量计所没有的密度测量上的另一个问题。当双管流量计中物质密度改变时，各个测流管中的流体的质量按同样的量而改变，使得振动的质量仍然保持平衡，而不会涉及填充测流管的物质之外的任何质量。当单直管流量计中物质密度改变时，测流管的质量改变，而平衡杆的质量保持不变。作为这种质量不平衡的结果，振动节点的位置改变。振动节点是测流管与平衡杆之间的固定区域(撑板)，它不随任何部分一起振动。当物质密度减小时，振动节点向平衡杆移动，而当物质密度增大时，振动节点向测流管移动，随着物质密度增加，已随测流管振动过的、节点区附近的流量计元件最终会与平衡杆一起振动。节点区向测流管移动把质量从重的部分转到轻的部分。这是维持流量计平衡的有效方式，但是对密度测量造成了问题。

在双管流量计中，密度校准是通过测量管随空气和随水振动的振动周期(频率的倒数)来实现的。管振动周期的平方与物质密度成比例。因此，管振动周期的平方对密度的曲线为一条直线。该线可以用来对其他测量的(关于温度和应力校正后的)管振动周期内插或外插，从而确定物质的密度。当然，直线与内插都是在仪表电子装置中用数学方法完成的。

对于单管流量计，管振动周期的平方对物质密度的曲线不是直线，因为质量随节点区移动而转移。当物质密度增加时，节点移动把一部分增加的质量转移到平衡杆上，使得管振动周期不会增加得象双管流量计那么多。同样，当物质密度减小时，节点移动把一些质量从平衡杆转移到测流管，使得它不会减小得如同双管流量计那么多。这种质量转移的结果是，使用通过空气和水的密度确定的直线来校准的方法导致该流量计的密度输出的误差。利用密度为0.8到1.2gm/cc的物质的三点密度校准给出准确的曲线，根据该曲线来内插密度，但是使用三种不同密度的物质的花费和困难是相当大的。

因此，可以看出，如果对直管流量计的补偿安排不是基于涉及流量计的所有主要元件的精确的热信息，它就不能提供准确的流量和密度信息。如果它不考虑密度对管振动周期平方的关系的非线性，它也不能提供准确的密度信息。

发明内容

通过本发明的方法和装置解决上述问题并取得本领域的改进，本发明为直管科里奥利流量计提供热应力补偿。本发明利用如先有技术的流量计中一样、在测流管上的单个温度传感器和在流量计的其他部分上的温度传感器网络来克服这些问题。测流管传感器起两个作用。一个作用是提供用来补偿测流管刚度(弹性模量)随温度而产生的变化的温度。另一个作用是为计算热应力提供参考温度，以便补偿热应力对流量灵敏度和密度的影响。

本发明的热应力补偿与安在流量计测流管上的速度传感器(拾取装置)相结合而起作用。测流管在物质流动的条件下在其共振频率下振动。这引起测流管的科氏偏转，该偏转被拾取装置检测到。两个拾取装置的信号输出之间的相位差与物质的质量流率成比例。共振频率与物质密度的平方根成反比。拾取装置相位延迟与共振频率加在仪表电子电路上，后者处理所接收的信号而产生质量流率和密度信息。但是，仪表电子装置必须补偿流量计关于流率和密度的比例常数、从而提供对流量计的热状态、物质密度以及流率的校正。

本发明的方法和装置使科里奥利流量计的各部分之间的温度差异导致的问题最小化。本发明提供对流量计的振动系统的弹性模量的变化的热补偿。它还提供对流量计的各元件之间的温度差异的热应力补偿。这些元件主要包括测流管、平衡杆以及外壳。

本发明的方法和装置通过在流量计的各部分上设置多个传感器来实现对输出数据的热应力补偿，所述传感器检测测流管、平衡杆以及流量计外壳之间在稳定状态和瞬变时的温度差异。本发明在测流管上设置至少一个温度传感器，并且还在外壳上设置至少一个传感器，以及在平衡杆上设置多个传感器。在本发明的另一实施例中，其他传感器可设置在包括在外壳搭接片和/或在流量计的外壳端部元件的其他流量计部分上。

按照本发明，测流管上的温度传感器通过一对导线连接到仪表电子装置、从而提供测流管温度信息。其他传感器、包括在平衡杆上和在外壳上的那些传感器连接成网络。该网络还通过一对导线连接到仪表电子装置。测流管上的温度传感器以及网络中的那些传感器可以是RTD(电阻式温度检测器)，它们是电阻值随温度而增加的电阻器。仪表电子装置经由它的两根连接到测流管RTD上的导线之一来加电压。另一导线起到返回线或地线的作用。同样，从仪表电子装置经由其两根导线之一把电压提供给RTD网络；另一条导线是RTD网络的返回线或地线。在流量计中，测流管温度传感器的地线与传感器网络的地线可以合在一起，以便仅需要三条导线把温度信息发送给仪表电子装置。在电子装置中，利用欧姆定律，根据各电路中的电流来确定测流管传感器的电阻和传感器网络的电阻。

在本发明的一个实施例中，一个传感器装在测流管上，与先有技术一样。另外，在外壳壁上装一个传感器，在平衡杆的端部装上另一传感器，在平衡杆的中间又装上一个传感器。这三个传感器(不包括测流管上的一个)串联而形成具有连接到仪表电子装置的两条导线输出端的网络。组成此网络的这三个传感器向仪表电子装置提供代表流量计内可能导致测流管上应力的温度条件的信息。因为它们是串联的，所以它们提供了网络中的传感器温度之和。传感器的串联网络不能向仪表电子装置提供指示传感器所连接或耦合的元件的具体温度的信息。相反，传感器网络表示组合的热信息，后者被仪表电子装置利用以补偿流量和密度输出信息。因为三个传感器是串联的，网络的输出信号不代表平衡杆、外壳或任何具体流量计元件的各自的温度。

温度传感器网络的目的是输出单个温度信号，后者可与测流管温度信号结合使用，从而精确地预测仪表的流量灵敏度的变化。网络中温度传感器的位置和数目是关键的。对测流管中的热应力有很大影响的流量计元件、如平衡杆可能具有几个传感器。诸如法兰之类的元件对测流管中的热应力没有影响，它们没有温度传感器。外壳温度对测流管应力有中等影响，它具有中等数目的传感器。

流量计元件对测流管应力的影响与它可以在测流管上施加多少力成比例。来自平衡杆的力直接借助刚性撑板加在测流管的活动部分上。来自外壳的力加在测流管的不活动部分上，并且被测流管的活动部分和平衡杆分担。因而外壳施加的力比平衡杆施加的力具有较小的影响。为了使传感器网络输出表示热应力的温度信号，必须对平衡杆的重要性加上比外壳更大的权。例如，如果平衡杆温度的影响是外壳温度的影响的两倍，则可以在平衡杆上放两个传感器，而在外壳上放一个。把这些传感器(RTD)串联得出总的温度(电阻)。把总数除以三得出加权平均温度，其中赋予平衡杆温度的重要性是外壳的两倍。在仪表电子装置中，为了管应力补偿，则从管温度中减去加权平均网络温度。

在上述实例中，外壳和平衡杆是在同等温度下还是在不同温度下是没有区别的，因为按照它们对测流管应力的影响对其加权。例如，测流管、平衡杆以及外壳是否都是70度，或者是否测流管为70、平衡杆为75而外壳为60，测流管灵敏度(应力)是相同的。原因是，加权平均(75+75+60)/3等于70。物理意义是，60度外壳的收缩恰好被75度平衡杆的膨胀抵消了，所以测流管不受到轴向载荷。

利用多个串联的RTD的另一好处是，为了准确补偿，必须用元件的平均温度来确定总膨胀和施加的力。没有一个位置可以给出平均温度。在流体温度变化后，接近平衡杆端部的RTD会快速记录温度变化，但是平衡杆中央的温度可能滞后于端部温度数小时。在平衡杆上串联了两个RTD，一个在中央而一个接近端部，这给出平均温度、进而给出平衡杆膨胀的更准确表达。在平衡杆上的四个RTD和外壳上的两个会给出更加准确的表达，而仍然保持二比一的加权。或者，如果平衡杆温度对外壳温度的相对重要性是其他的比率，则可以在各个部件上放置适当数目的RTD。

温度传感器网络的又一个好处是，整个网络加上测流管传感器仅需穿过外壳馈入装置到发射器的三条导线(使用公共地线)。鉴于导线的成本，这是重要的。本发明在RTD网络中做出适当的加权和平均而不是把各个温度发送到电子装置来处理。

本发明把测流管温度和一系列传感器的综合温度与拾取装置和测流管共振频率之间的时延一起应用，从而改进物质流量和密度公式。这些公式会比先有技术的流量计更精确地计算流率和密度。

本发明的一个方面是对科里奥利流量计的输出数据提供补偿的方法和装置，该流量计具有调整得在使用中反相振动的测流管和平衡杆；

所述流量计响应通过所述振动测流管的物质流动而产生所述振动测流管的科氏偏转；

所述方法包括以下步骤：

产生代表所述振动测流管的科氏偏转的第一信号；

操作耦合至所述测流管的传感器，以便产生代表所述测流管温度的第二信号；

所述方法还包括：

操作与除所述测流管以外的多个附加流量计元件耦合的附加传感器，以便产生代表所述流量计的所述多个附加元件的综合温度的第三信号；

所述第三信号是通过连接所述附加传感器的输出端、从而形成具有把所述第三信号连接到所述流量计的仪表电子装置的输出端的网络而产生的。

使用所述第二信号和所述第三信号以导出关于所述多个流量计元件加至所述测流管的热应力的信息；

使用关于加至所述测流管的所述热应力的所述信息以补偿关于流经所述流量计的所述物质的所述输出数据。

另一方面是，产生所述第二信号的步骤包括从耦合到所述测流管的所述传感器获得代表所述测流管温度的信号；以及

其中产生所述第三信号的所述步骤包括以下步骤：

把所述附加传感器的输出端连接以形成网络；

把所述附加传感器的输出端连接而影响所述第三信号幅值，该信号与它们相关联的流量计元件中每一个所给出的应力、与所有所述元件加至所述测流管的总热应力成比例。

响应所述网络对所述附加传感器所提供的所述信号的接收，从所述网络的输出端获得代表所述多个元件的综合温度的所述第三信号；

一种方法和装置，其中所述多个元件包括所述平衡杆和所述外壳；其中耦合所述附加传感器的所述步骤包括以下步骤：

把第一传感器与所述外壳耦合；

把至少一个传感器与所述平衡杆耦合；

连接所述第一传感器和所述至少一个附加传感器的输出端而形成所述网络。

一种方法和装置，其中连接所述附加传感器的输出端的所述步骤包括以下步骤：

以串联方式连接所述附加传感器的各输出端而形成所述网络。

一种方法和装置，包括把所述网络经至少两条导线延伸到仪表电子装置的步骤。

一种方法和装置，其中所述补偿步骤包括产生关于所述物质的质量流率的校正后的输出数据的步骤。

另一方面是，产生校正后的输出数据的所述步骤包括以下步骤：

确定未补偿的科氏偏转信号；

导出模量补偿；

导出热应力补偿；以及

利用所述未补偿的科氏偏转信号和所述模量补偿以及所述热应力补偿来导出校正的质量流率。

一种方法和装置，其特征在于产生所述未校正的流率的所述步骤包括求出以下表达式的步骤：

FCF·(Δt_meas-Δt₀)

其中：

FCF＝流量校准系数

Δt_meas＝拾取信号的时延

Δt₀＝在零物质流量的时延

一种方法和装置，其特征在于，导出所述模量补偿的所述步骤包括求出表达式(k_ft1·T_f)的步骤，其中：

k_ft1＝基于测流管模量随温度而产生的变化的仪表常数

T_f＝测流管温度

一种方法和装置，其特征在于，导出所述热应力补偿的所述步骤包括求出表达式[k_ft2(T_f-T_com)]的步骤，其中：

k_ft2＝基于热应力随温度而产生的变化的仪表常数

T_f＝测流管温度

T_com＝网络传感器的温度

一种方法和装置，其特征在于，导出密度补偿的所述步骤包括求出表达式k_ft3·(τ_ct-k₂)的步骤，其中：

k_ft3＝密度对流量影响的仪表常数

τ_ct＝温度补偿后的管振动周期

k₂＝在流量计的密度校准时确定的管振动周期常数

一种方法和装置，其特征在于，产生校正的输出数据的所述步骤包括通过求出以下表达式导出校正的质量流率的步骤：

$\stackrel{\·}{m}=\mathrm{FCF}\·({\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{meas}}-{\mathrm{\Δt}}_0)\·\[1+(k_{\mathrm{ft}1}\·T_f)\]\·\[1+k_{\mathrm{ft}2}(T_f-T_{\mathrm{com}})\]\·\[1+k_{\mathrm{ft}3}\·({\mathrm{\τ}}_{\mathrm{ct}}-k_2)\]$

其中：

＝质量流率

FCF＝流量校准系数

Δt_meas＝拾取信号的时延

Δt₀＝在零物质流量的情况下的时延

k_ft1＝基于测流管模量随温度而产生的变化的仪表常数

k_ft2＝基于热应力随温度而产生的变化的仪表常数

k_ft3＝密度对流量影响的仪表常数

k₂＝在流量计的密度校准时确定的管振动周期常数

T_f＝测流管温度

T_com＝网络传感器的温度

τ_ct＝温度补偿后的管振动周期

一种方法和装置，其特征在于，产生校正的输出数据的所述步骤包括通过求出以下表达式来导出校正的质量流率的步骤：

$\stackrel{\·}{m}={\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{unc}}\[1+{\mathrm{MOD}}_{\mathrm{comp}}\]\·\[1+{\mathrm{STRESS}}_{\mathrm{COMP}}\]\·\[1+{\mathrm{DENSITY}}_{\mathrm{comp}}\]$

其中：

＝质量流率

${\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{unc}}=\mathrm{FCF}({\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{meas}}-{\mathrm{\Δt}}_0)$

MOD_comp＝k_ft1·T_f

STRESS_comp＝k_ft2·(T_f-T_com)

DENSITY_comp＝k_ft3·(τ_ct-k₂)

一种方法和装置，其中所述补偿步骤包括导出关于所述物质密度的校正的输出数据的步骤。

一种方法和装置，其中获得关于密度的校正的输出数据的所述步骤包括以下步骤：

配置所述流量计以输入来自存储器的常数；

配置所述流量计以导出常数；

确定未补偿的流率；

确定关于流量校正的补偿管周期；

确定关于流量、模量以及应力校正的管周期；

确定线性密度公式；

确定管周期差等于所述补偿管周期与在所述流量计的密度校准期间确定的流量计常数k₂之差；

把所述线性密度公式乘以1+所述管周期差平方的仪表常数c₃倍+所述管周期差的仪表常数c₄倍之和。

一种方法和装置，其中导出关于所述物质密度的校正的输出数据的所述步骤包括以下步骤：

配置所述流量计以输入来自所述仪表电子装置的存储器的常数a₁、a₂、c₃、c₄和F_d。

一种方法和装置，其中导出关于所述物质密度的校正的输出数据的所述步骤包括以下步骤：

校准所述流量计以确定常数c₁、c₂、t₀、k₂和Δt₀。

一种方法和装置，其中导出关于所述物质密度校正后的输出数据的所述步骤包括以下步骤：

确定 ${\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{unc}}=\mathrm{FCF}({\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{meas}}-{\mathrm{\Δt}}_0)$

其中：

FCF＝流量校准系数

Δt_meas＝拾取信号的时延

Δt₀＝在零流量下的时延

一种方法和装置，其中导出关于所述物质的密度的校正的输出数据的所述步骤包括以下步骤：

计算 ${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{fd}}={\mathrm{\τ}}_m-{\stackrel{\·}{m}}^2\·F_d$

其中：

τ_fd＝对质量流量影响补偿后的管振动周期

τ_m＝原始测量的测流管振动周期

＝质量流率

F_d＝密度流量影响常数

一种方法和装置，其中导出关于所述物质密度校正后的输出数据的所述步骤包括以下步骤：

计算表达式

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{cp}}={\mathrm{\τ}}_{\mathrm{fd}}\·\sqrt{1+a_1\·T_f+a_2\·(T_f-T_{\mathrm{com}})}$

其中：

τ_cp＝关于模量、应力和流量补偿后的管振动周期

τ_fd＝对质量流量影响进行补偿后的管振动周期

a₁和a₂＝管振动周期关于模量和应力的温度校正常数

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{fd}}={\mathrm{\τ}}_m-{\stackrel{\·}{m}}^2\·F_d$ ＝流管振动周期关于质量流量的补偿

τ_m＝原始测量的测流管振动周期

＝质量流率

F_d＝密度流量影响常数

一种方法和装置，其中导出关于所述物质密度校正后的输出数据的步骤包括计算与下列线性密度公式确定的物质密度的偏差的步骤：

ρ_m＝(c₁·τ_cp ²-c₂)

其中c₁和c₂是常数，而τ_cp ²是补偿后的管周期平方

一种方法和装置，其中导出关于所述物质密度的校正的输出数据的所述步骤包括以下步骤：

修正表达式ρ_m＝(c₁·τ_cp ²-c₂)

将其与非线性分量[1+c₃·(τ_cp-k₂)²+c₄·(τ_cp-k₂)]结合

其中：

τ_m＝原始测量的测流管振动周期

τ_cp＝关于模量、应力和流量补偿后的管振动周期

ρ_m＝确定的物质密度

k₂＝在物质密度校准时确定的管振动周期常数

c₁、c₂、c₃、c₄＝单管物质密度校正常数

一种方法和装置，其中导出关于所述物质密度的校正的输出数据的所述步骤包括以下步骤：

从以下表达式计算所述物质的密度

ρ_m＝(c₁·τ_cp ²-c₂)[1+c₃·(τ_cp-k₂)²+c₄·(τ_cp-k₂)]

其中：

ρ_m＝确定的物质密度

k₂＝在物质密度校准时确定的管振动周期常数

c₃和c₄＝单管物质密度校正常数

一种方法和装置，其中通过求出以下表达式来确定值τ_cp：

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{cp}}={\mathrm{\τ}}_{\mathrm{fd}}\·\sqrt{1+a_1\·T_f+a_2\·(T_f-T_{\mathrm{com}})}$

其中：

a₁·T_f＝模量对密度的影响

a₂(T_f-T_com)＝热应力对密度的影响

a₁和a₂＝是关于模量和热应力对密度的影响的流量计常数

一种方法和装置，其中导出关于密度的校正的输出数据的所述步骤包括求出以下表达式的步骤：

ρ_m＝(Density_linear)[1+c₃·(ΔPeriod_comp)²+c₄·(ΔPeriod_comp)]

其中：

Density_linear＝通过线性密度公式确定的密度。

术语(ΔPeriod_comp)是(关于温度、应力和流量)补偿后的管振动周期τ_cp与在流量计的密度校准期间确定的管振动周期常数k₂之差。

一种操作科里奥利流量计(cfm)、确定所述科里奥利流量计中物质流的密度的方法和装置：所述方法包括以下步骤：

配置所述科里奥利流量计，以便确定仪表参数a₁、a₂、c₃和c₄；

用两点线性校准法、就所述流动物质的密度来校准所述科里奥利流量计：

确定校准系数c₁和c₂；

通过把[1+c₃·(τ_cp-k₂)²+c₄·(τ_cp-k₂)]与所述线性校准曲线结合、获得用于所述科里奥利流量计的非线性校准曲线而消除所述科里奥利流量计校准与线性之间的偏差；

测量实际管周期；

用a₁、a₂、T_f和T_comp确定补偿的管周期；以及

用所述非线性校准曲线确定所述物质的密度。

附图说明

结合本发明的以下描述连同附图，最容易理解本发明特征中的上述和其他优点，图中：

图1说明实现本发明的流量计的横剖视图；

图2说明本发明的第一个示例性的实施例的电路；

图3说明本发明的第二种可能的示例性的实施例的电路；

图4是管振动周期平方对密度的曲线图；

图5是密度误差对密度的曲线图；

图6是表示密度误差对管振动周期变化的曲线图；

图7说明关于本发明的确定物质质量流率的方法的流程图；

图8说明关于本发明的确定物质密度的方法的流程图。

具体实施方式

图1公开了科里奥利流量计100和仪表电子元件130。流量计100具有密封测流管101和周围的圆筒形平衡杆102的圆筒形外壳103。测流管101具有左端部101L和右端部101R。测流管101及其端部把流量计的整个长度从测流管101的输入端107延伸到输出端108。平衡杆102通过圆形撑板114将其末端105连接到测流管101。圆形撑板114具有具有用于容纳测流管101的中心开口。平衡杆102的各个端部也通过在105的接合处连接到外壳搭接片110的内端，搭接片是一些薄片。外壳搭接片的外端连接到外壳103的内壁112。各外壳搭接片110包含突出的弯头111。

外壳103具有端部128，端部128从焊接部位121处开始并且具有从那儿沿轴向外延伸到焊接部位122的颈124，焊接部位122又连接到法兰106的颈125。锥体连接件123是圆的并且位于外壳端部128的圆形颈部124的内部内。锥体连接件123具有用于可密封地容纳测流管101的部分101L和101R的中心开口。外壳搭接片110和锥体连接件123通过防止所不希望的平衡杆102以及测流管101相对于外壳壁103移位来使这些元件固定。

法兰106具有沿轴向向外的表面138和包括唇缘件127的内部开口，它可密封地把测流管端部101L和101R连接到法兰106。表面113是法兰106的外部环状面。元件109是法兰106的轴向内表面。元件122和121是焊接部位。元件125是法兰106的颈部。元件105是在平衡杆102的端部的接合处以及外壳搭接片110与平衡杆102的内部径向脚的接合处。

在众所周知的传统方式中，激励器D和左拾取装置LPO和右拾取装置RPO都与测流管101和平衡杆102耦合。激励器D通过通道D(未示出)从仪表电子装置130接收信号，从而使激励器D以物质填充测流管101的谐振频率反相地振动测流管101和平衡杆102。振动的测流管101连同其中的物质流的振动以众所周知的方式引起测流管中的科氏偏转。这些科氏偏转由拾取装置LPO和RPO检测，而这些拾取装置的输出通过导线LPO和RPO(未示出)发送到仪表电子装置130。在众所周知的方式下，这些拾取装置的输出信号之间的相位差表示有关测流管101内的物质流的信息。仪表电子装置130处理这些信号而产生加在导线137上表示物质流的各种参数的输出信息。这些参数可包括密度、质量流率和其他物质流信息。

本发明的热应力补偿方法和装置是通过传感器S1、S2、S3和S4来控制的。传感器S1连接到测流管101并且经导线134和133输出测流管温度信息到仪表电子装置130。传感器S2、S3和S4串联以形成具有输出导线132和134的网络。这个网络向仪表电子装置发送关于测流管101受到的热应力的信息。导线134是测流管传感器S1和网络外壳传感器S4两者的公共地线。因此，测流管传感器S1和传感器S2、S3、S4的两条导线的串联网络都共用导线134。这使必须通过馈通131延伸到仪表电子装置130的导线数目减至最小。仪表电子装置有时可能放置在离流量计100很远的地方。最好把必须从流量计100通过馈通131延伸到位于远处的仪表电子装置元件的导线数目减至最小。

图2的描述

传感器S1、S2、S3和S4的电路示于图2。测流管传感器S1连接在导线133与公共导线134之间。传感器S2、S3和S4以串联方式连接在导线132与公共导线134之间。端子201是导线134与传感器S4和传感器S1的连接点。传感器S1、S2、S3和S4最好是在0℃的标称温度下具有100欧姆的标称电阻的RTD。各个RTD的电阻随着温度变化、按照0.39欧姆对应每1℃的温度变化的因子而改变。

RTD S1装在测流管101上并且随测流管温度变化而改变其电阻。这种电阻信息经导线133和134通过馈通131加在仪表电子装置130上。仪表电子装置130处理这种信息，并且利用仪表电子装置130的存储器中被编成程序的信息将其转化为测流管温度。传感器S2和S3安装在平衡杆102上，传感器S3放置得接近平衡杆的端部，而传感器S2放置得接近平衡杆的中部。传感器S4连接到外壳103的内壁112。测流管101受到的应力主要是由测流管与平衡杆之间的温差决定的。在较小的程度上，测流管应力还受到外壳温度的影响。由于平衡杆温度在确定测流管应力上较为重要，本发明在平衡杆上使用两个传感器而在外壳壁上使用一个传感器。由于这三个传感器串联并且由于这三个传感器中有两个在平衡杆上，所以对导线132和133上的网络输出的加权偏向于平衡杆102。

流量计可能会遇到这样的情况，即外壳与测流管之间的温差长期存在。流量计还可能会经受这样的温度条件，即当不同温度的物质穿过测流管时，测流管温度突然改变。传感器S1......S4在所有这些条件发生期间起作用，把信息经通道132、133和134送至处理这种信息的仪表电子装置130，后者转换成测流管应力信息并且处理它，从而补偿和校正流量计的输出数据。

图3的描述

图3是温度网络的电路图，其中，所述传感器中两个以互相并联的方式电连接，并且与网络中其他的传感器串联。如果这些并联的传感器是RTD，它们的电阻会近似相等，并且它们的纯电阻会接近正常RTD电阻的一半。因此，可以在对测流管应力有非常小影响的位置、如外壳端部或者外壳搭接片上使用并联的传感器。图3的网络的“平均”温度是通过把网络的总电阻除以2.5而得到的。

质量流量补偿的描述

双弯管流量计，由于其几何结构的原因，所以不受热应力作用和变化的流体比重的影响。它们的流量灵敏度仅随温度对测流管的弹性模量的影响而改变。用于双弯管科里奥利流量计的基本质量流量公式是：

$\stackrel{\·}{m}=\mathrm{FCF}\·({\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{meas}}-{\mathrm{\Δt}}_0)\·(1+k_{\mathrm{ft}1}{T}_f)$

公式1

其中：

FCF＝流量校准系数(常数)

Δt_meas＝拾取信号的时延

Δt₀＝在零流量下的时延

k_ft1＝基于流量灵敏度随测流管模量而改变的常数

T_f＝测流管温度

对于单直管流量计，由于外壳/平衡杆与测流管之间的温度梯度以及由于变化的流体比重，质量流量校准系数也可能改变。为了测量直管科里奥利流量计的元件之间的温度梯度，本发明在流量计上串联设置了三个RTD(两个在平衡杆上而一个在外壳上)，从而获得综合的系统温度。本发明则在质量流量公式中使用这种综合的系统温度以用于热应力补偿。本发明把附加的温度项加在公式1上而得到：

公式2

$\stackrel{\·}{m}=\mathrm{FCF}\·({\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{meas}}-{\mathrm{\Δt}}_0)\·\[1+(k_{\mathrm{ft}1}\·T_f)\]\·\[1+k_{\mathrm{ft}2}\·(T_f-T_{\mathrm{com}})\]$

其中：

k_ft2＝根据流量灵敏度随热应力变化的常数

T_com＝T_series/3，其中T_series是串联的3个RTD之和。

本发明的方法和装置还把又一项加在公式2上而导出对于直管科里奥利流量计校正和补偿后的输出数据。增加的项补偿流体密度对流量计的流量灵敏度的影响。该项所需的说明如下。

单管流量计具有测量测流管与平衡杆之间的速度差异的拾取装置。测流管上的各拾取装置位置伴随流动而受到科里奥利力和在它们的正弦速度之间的时延。平衡杆不受到直接的科里奥利力，因此，在平衡杆的各拾取位置的速度之间的时延最小。由于每个拾取装置输出信号与测流管和平衡杆在拾取位置的速度之间的差异成比例，所以每个拾取信号变成相移的管速度与最小相移的平衡杆速度的向量和。当流体密度改变时，测流管与平衡杆之间的振动幅度之比改变、以便保存动量。这导致测流管与平衡杆的速度向量改变了长度以及其向量和(拾取装置的输出信号)改变了相位或时延。密度补偿项针对的正是随物质密度变化而产生的这种输出信号相位的变化。

得出的质量流量公式为：

公式3

$\stackrel{\·}{m}=\mathrm{FCF}\·({\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{meas}}-{\mathrm{\Δt}}_0)\·\[1+(k_{\mathrm{ft}1}\·T_f)\]\·\[1+k_{\mathrm{ft}2}\·(T_f-T_{\mathrm{com}})\]\·\[1+k_{\mathrm{ft}3}\·({\mathrm{\τ}}_{\mathrm{ct}}-k_2)\]$

其中：

FCF＝流量校准系数

Δt_meas＝拾取信号的时延

Δt₀＝在零流量下的时延

k_ft1＝基于测流管模量随温度变化的常数

k_ft2＝基于热应力随温度变化的常数

k_ft3＝关于密度对流量灵敏度的影响的常数

k₂＝在密度校准时确定的管振动周期常数

T_f＝测流管温度

T_com＝网络传感器的温度

τ_ct＝如公式5中所讨论的温度补偿后的管振动周期。

通过以下组合会更好地理解公式3中的各项。

公式4a

$\stackrel{\·}{m}={\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{unc}}(1+{\mathrm{MOD}}_{\mathrm{comp}})(1+{\mathrm{STRESS}}_{\mathrm{comp}})$

其中：

MOD_comp＝k_ft1·T₁

${\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{unc}}=\mathrm{FCF}({\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{meas}}-{\mathrm{\Δt}}_0)$

STRESS_comp＝k_ft2·(T_f-T_com)

在公式4a中，通过二个补偿项来修正未补偿的质量流率。第一项代表对测流管模量k_ft1随管温度变化而产生的变化的补偿。第二项是热应力项。热应力项与测流管温度和温度传感器网络所产生的综合温度之差成比例。

通过以下组合会更好地理解公式3中的各项。

公式4b

$\stackrel{\·}{m}={\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{unc}}(1+{\mathrm{MOD}}_{\mathrm{comp}})(1+{\mathrm{STRESS}}_{\mathrm{comp}})(1+{\mathrm{DENSITY}}_{\mathrm{comp}})$

其中：

MOD_comp＝k_ft1·T₁

${\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{unc}}=\mathrm{FCF}({\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{meas}}-{\mathrm{\Δt}}_0)$

STRESS_comp＝k_ft2·(T_f-T_com)

DENSITYcomp＝kft3·(τ_ct-k₂)

在公式4b中，通过三个补偿项来修正未补偿的质量流率。前两项是针对温度的补偿。第一项代表对测流管模量k_ft1随管温度变化而产生的变化的补偿。第二项是热应力项。热应力项与测流管温度和温度传感器网络所产生的综合温度之差成比例。公式4b中的第三个补偿项是关于密度对流量灵敏度的影响的补偿。

流量的密度补偿的描述

对于密度对流量的影响的补偿，正如热应力补偿一样，是利用本发明的装置和方法提供的综合温度确定、在先有技术的基础上改进的。密度补偿项、如质量流量公式4的DENSITY_comp项所示，包括两个常数k_ft3和k₂以及温度补偿的测流管振动周期τ_ct。在本发明中，测流管振动周期被用作质量流率补偿中的物质密度的间接测量值。必须同时针对测流管弹性模量和测流管热应力的变化来补偿所测量的测流管振动周期，从而给出物质密度补偿效果的足够准确的指示。流率还对测流管振动周期有小影响，因此在确定物质密度时，必须把流量作用(质量流率)考虑进去。但是，目前，仅确定测流管振动周期以补偿密度对质量流率的影响，而且流率对管振动周期的影响小，因此可以忽略。温度补偿后的管振动周期的公式为：

公式5

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{ct}}={\mathrm{\τ}}_m\·\sqrt{1+a_1\·T_f+a_2\·(T_f-T_{\mathrm{com}})}$

其中：

τ_ct＝用于质量流量补偿的温度补偿后的管振动周期

τ_m＝所测量的测流管振动周期

a₁和a₂＝密度温度校正常数

应当指出，公式5包括根号下的a₁·T_f项和a₂·(T_f-T_com)项，前者针对管的模量随温度而产生的变化，而后者针对由热应力引起的刚度的变化。热应力项还是由测流管温度与综合温度之差来决定。这个公式表明，通过利用流量计的综合温度、确定温度补偿后的测流管振动周期，这在先有技术流量计的基础上改进了。

因此质量流量公式(公式3)中三个补偿项利用流量计的综合温度提高了准确度。直接改进了热模量和应力项，同时密度影响项(第三个补偿项)通过更准确地确定校正的测流管振动周期而提高了准确度。针对密度影响的质量流量补偿、质量流量公式3中的第三补偿项仅需要校正的管振动周期，而不需要流动物质的密度。

补偿的相互影响的讨论

利用以下假定来构造公式2、3和4：就温度、应力和流体密度所作的补偿具有相互影响。这些相互影响是补偿上的补偿，如密度补偿上的模量补偿。在公式4中，加在各补偿上的首先是相互影响项的源。仅仅在一个或一个以上的补偿项与未补偿的流率相比具有大的值的时候，这些相互影响是明显的。例如，如果流体密度极高(如汞)，未补偿的流率会大大低于实际流率，而密度补偿项会很大。如果模量和应力补偿仅加在未补偿的流量上，它们会相当小。考虑到相互作用，模量和应力补偿还要加在通过密度补偿所确定的流量上。

一般来讲，单直管流量计对允许的工作温度和允许的流体密度范围有限制。这些限制使公式4的相互影响不明显，并且可以采用不包含相互影响的公式5.1。

公式5.1

$\stackrel{\·}{m}={\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{unc}}+{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{unc}}\[{\mathrm{MOD}}_{\mathrm{comp}}+{\mathrm{STRESS}}_{\mathrm{comp}}+{\mathrm{DENSITY}}_{\mathrm{comp}}\]$

一般而言，不需要较复杂的公式4，因为温度、应力和密度的极端情况一般在流量计所允许的限度之外。

密度确定的描述

按照本发明用于确定物质密度的公式与双弯管流量计的公式不同。用于双弯管流量计的密度确定公式为：

公式6

ρ_m＝((c₁·τ_m ²)·(1+(a₁·T_f)))-c₂

其中：

$c_1=\frac{{\mathrm{\ρ}}_w-{\mathrm{\ρ}}_2}{{\mathrm{\τ}}_w^2-{\mathrm{\τ}}_a^2}$

ρ_w＝水的密度

ρ_a＝空气的密度

τ_w＝流体为水时，管的振动周期

τ_a＝流体为空气时，管的振动周期

τ_m＝工作期间管的振动周期

$c_2=\frac{{\mathrm{\τ}}_a^2\·({\mathrm{\ρ}}_w-{\mathrm{\ρ}}_a)}{{\mathrm{\τ}}_w^2-{\mathrm{\τ}}_a^2}-{\mathrm{\ρ}}_a$

a₁＝基于测流管模量随温度而产生的变化的常数

T_f＝测流管温度

密度公式6用于双弯测流管。第一项是根据振动弹簧质量系统的共振频率公式导出的。公式6具有两个相加的项，圆括号中的第二项是惯用的与测流管弹性模量随温度而产生的变化相关的项。最后添加的项是常数c₂，该项是需要的，因为当密度变为零时(当测流管是空的)、测流管振动周期不会变成零。振动周期不会变为零是因为测流管即使是空的也有质量。通过就空气和水的密度对流量计进行校准来确定常数c₁和c₂。利用已知的空气和水的密度以及所测量的管振动周期，为上述公式计算出常数c₁和c₂。

公式6表明弯管流量计具有关于测流管模量随温度而产生的偏移的项，但没有关于热应力的项。弯管几何结构使热应力不明显。公式6还表明，密度直接与测量的测流管振动周期的平方成比例，同时由于空测流管也有质量的事实，所以有偏移量c₂。

在单直管流量计中确定流体密度比上述公式6中描述的双弯管流量计更为复杂。对于单直管流量计，必须考虑到几点不同。首先，除模量随温度产生的变化之外，必须关于热应力来补偿测流管的振动周期。热应力补偿是需要的，因为测流管的拉伸或收缩可能减小或增大管振动周期而与密度无关。因为密度与管振动周期平方成比例，关于应力和模量变化的惯用的补偿的平方根被用来补偿管振动周期。

其次，必须针对质量流量影响来补偿测流管振动周期。美国专利5295804说明了振动测流管的周期随高的流率而略有增加。必须对质量流量的影响作出补偿，否则在高流率时的密度读数会偏高。还可以用这种补偿来提高双弯管流量计的精度。改进后的、本发明的确定补偿的测流管振动周期的公式为：

公式7

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{cp}}={\mathrm{\τ}}_{\mathrm{fd}}\·\sqrt{1+a_1\·T_f+a_2\·(T_f-T_{\mathrm{com}})}$

其中：

τ_cp＝关于模量、应力和流量进行补偿后的测流管振动周期

τ_fd＝关于质量流量影响进行补偿后的管振动周期

a₁和a₂＝管振动周期关于模量和应力的温度校正常数 ${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{fd}}={\mathrm{\τ}}_m-{\stackrel{\·}{m}}^2\·F_d$ ＝关于质量流量的流管振动周期补偿

τ_m＝原始测量的测流管振动周期

＝质量流率(可以通过Δt_meas-Δt₀来估算)

F_d＝密度流量影响常数

密度校准通常是在流量校准之前完成的，因为密度校准可以在无流量的情况下进行，这种情况导致公式7中的流量补偿项τ_fd等于原始测量的管振动周期。常数a₁和a₂以及F_d是仪表常数，对于给定规格的所有仪表，这些常数是相同的。通过大量的测试来确定它们，并且在配置仪表时把它们输入仪表电子装置。

密度公式需要用到公式7的补偿的管振动周期τ_cp。单管流量计与双管流量计的密度确定的不同之处在于，对于单管流量计，密度不是正好与补偿后的管振动周期的平方成比例。因为变化的流体密度导致定义测流管和平衡杆的端部的节点移动，所以对于单管流量计，密度不与管振动周期的平方成比例。这些节点的移动导致测流管与平衡杆之间的有效质量转移。质量转移使流体密度对管振动周期平方的曲线为一条与双管流量计的直线不同的曲线。

因此，用于确定流体密度的公式必须有(公式6的那些项之外的)附加项。补偿后的管振动周期与物质密度之间的关系由下式表示：

公式8

ρ_m＝(c₁·τ_cp ²-c₂)·(1+c₃·(τ_cp-k₂)²+c₄·(τ_cp-k₂))

其中：

ρ_m＝流体密度

c₁和c₂＝由两点密度校准确定的常数

k₂＝在密度校准时确定的管振动周期常数

c₃和c₄＝直管密度校正常数

公式8中圆括号内的第一项是公式6的线性密度项。常数c₁和c₂是通过关于公式6的空气和水校准而确定的。公式8中添加的各项提供了关于模量、应力和流量变化的密度补偿。添加项还提供了测流管与平衡杆随密度变化而产生的有效质量转移。这些项中所用的常数c₃和c₄确定了与双管流量计的线性关系之间的偏差。它们是关于给定的仪表规格的常数，并且通过大量的测试来确定。c₃和c₄不需要对每个仪表进行校准。

图4的描述

图4是关于单直管仪表和双弯管仪表的管振动周期平方对物质密度的曲线图。代表双管流量计的线是直的。这种线性关系使得能针对两种物质、空气和水的密度来校准双管流量计，因为两点确定一条直线。代表单直管流量计的曲线偏离了该直线。它偏离是因为以上所讨论的节点区的位置变化。对于单直管流量计，采用如对双管流量计所做的、通过空气和水校准得到的直线，会低估重于水的物质的密度而高估轻于水的物质的密度。图4中代表单直管流量计的非线性校准曲线可通过利用两种以上不同密度的物质执行校准来确定。

但是，使用除空气和水之外的物质上的校准点来用于流量计校准将会耗时并且花费高。

图5的描述

图5表示在单管流量计上使用图4的标准(双管)线性密度公式产生的密度误差的曲线图。可以看出，在空气密度“0”点和水密度“1”点，密度误差都为零。对于较低密度的物质，密度误差是正的，而对于较高密度的物质，密度误差是负的。此曲线还可以看作是单直管流量计的密度输出曲线与利用两点校准得出的直线间的偏差。

图6的描述

图6是表示图5的密度误差(偏差)数据的另一种方式。图6的这条曲线表示密度误差(或与线性校准线之间的偏差)对(均关于流量和温度校正过的)测量的管振动周期与水填充的管振动周期之间的差异。密度偏差是实际的物质密度与利用由图4的空气-水密度校准产生的直线预测的密度之差。表示偏差数据的这种方法把曲线原点(0，0)放在水密度校准点上。它还允许数据点的曲线的相对简单的公式。以单直管流量计来利用线性两点校准产生的密度偏差的公式示于图6。

本发明包括用于在单直管流量计中确定密度的新校准方法，它具有三点校准的精确度，而仅利用空气和水密度校准。利用这种新方法，进行两点校准而得出通常的直线。这种线对于各个仪表有所不同，即使对于同样规格的仪表也是如此。该线的斜率和充有水时的管振动周期都不同。但是，本发明的方法利用给定规格的所有仪表与两点校准线之间具有同样偏差的(类似图6中所示)这个事实。该曲线包含实际密度点与直线间的偏差。偏差曲线上的0，0点位于两点校准的直线上的水校准点处。

在本发明中，空气-水斜率和关于水的管振动周期是通过空气水校准(c₁和c₂)来确定的。对于每种流量计规格，与此直线间的偏差的公式存储在仪表电子装置的存储器中。与此线间的偏差的公式常数为密度公式8中的c₃和c₄。它们是通过大量测试来确定的。对于每种流量计规格，c₃和c₄的值不同。仪表电子装置知道正在使用的是什么规格的仪表，因为在仪表的初始化设置期间就已输入这些规格。仪表电子装置通过从两点校准的直线中减去偏差来确定真实的物质密度。减去的偏差是由存储在仪表电子装置的存储器中的偏差公式来确定的。

因此，在本发明中，仪表电子装置通过以下方法来确定密度：就模量随温度产生的变化进行校正；利用确定综合温度的改进方法来就热应力进行校正；就质量流率进行校正；以及利用改进的补偿方法，其中就密度对管振动周期平方的曲线的非线性进行补偿。

图7的描述

图7是描述本发明执行其质量流率的补偿功能的方式的框图。图7以及图8的框图公开了多个处理或程序步骤，每一个均代表存储在仪表电子装置130的存储器中的一条或多条程序指令。这些指令是由仪表电子装置的CPU来执行的，其结果存储在存储器中或者经通道137输出给用户。

在步骤701中配置并校准流量计，步骤701包括两个步骤701A和701B。步骤701A输入来自仪表电子装置130的存储器的常数k_ft1、k_ft2、k_ft3、a₁、a₂和F_d。步骤701B校准流量计并确定FCF、k₂和Δt₀各项。步骤701A和701B的输出信息经通道702加至步骤706。步骤703表示仪表的正弦拾取信号。它们经通道704发送到步骤706。步骤706求出流动产生的时延Δt_meas和测流管的振动周期τ_m。步骤708表示测流管RTD和RTD网络的电阻值。把电阻值经通道709发送到仪表电子装置的步骤711，在该步骤中将它们转换成管温度和综合温度。

来自步骤706的测流管原始振动周期和来自步骤711的温度通过通道714和712发送到步骤715，后者计算关于温度校正的测流管振动周期τ_m。校正的管振动周期τ_ct经通道716发送到步骤717。步骤717还从步骤706经通道707接收在零流量下的时延Δt₀和流动产生的时延Δt_meas，以及从步骤711经通道713接收测流管温度和综合温度。

在步骤717中，补偿的质量流量公式作为来自步骤706、715和711的输入来应用。补偿的质量流率

则经通道718输出到用户应用装置(未示出)中。同样未在图7中示出的是从存储常数的仪表电子装置(步骤701)的存储器到使用所述常数的步骤之间的通道。

图8的描述

图8是描述本发明的程序指令执行其物质密度输出的补偿功能的方式的框图。在步骤801中配置和校准仪表，步骤801包括801A和801B。在步骤801A中，从仪表电子装置130的存储器输入常数c₃、c₄、a₁、a₂和F_d。步骤801B通过仪表校准产生符号c₁、c₂、Δt₀和k₂。步骤801的输出经通道802加至步骤806。步骤803表示正弦拾取信号。这些拾取信号经通道804输入到步骤806的仪表电子装置。在步骤806中，确定由流动导致的时延Δt_meas和测流管的原始振动周期τ_m。同时，经通道817发送步骤816的RTD信号到步骤818，在该步骤中将它们转换成温度。步骤808从步骤801接收在零流量下的时延Δt₀(未示出通道)、流动导致的时延Δt_meas、以及经通道807从步骤806接收原始测流管振动周期τ_m。步骤808还从步骤818经通道819接收物质温度和综合温度T_com。在步骤808中，按照图7中所描述的来计算质量流率 把质量流率

经通道809加至步骤811，在步骤811中，用质量流率 连同原始管振动周期来计算关于质量流率补偿后的管振动周期τ_fd。然后经通道812将其加至步骤813，在步骤813中，使用管振动周期τ_fd以及经通道820从步骤818发来的温度，计算关于模量连同温度及热应力进一步补偿的管振动周期τ_cp。现在，对于解出步骤813中所示的线性密度公式，所有参数都是已知的。

然后，把全面补偿后的管振动周期τ_cp经通道814发送到步骤821。这修改了来自步骤806的线性补偿公式c₁·τ_cp ²-c₂，将其与非线性补偿项(1+c₃·(τ_cp-k₂)²+c₄·(τ_cp-k₂))合并。该非线性项与步骤806的线性公式结合而形成完整的密度公式，将该公式经通道822发送到步骤823。步骤823接收此信息，并且计算物质密度ρ_m。物质密度ρ_m经通道822发送到输出应用装置(未示出)。图8中还未示出的有从存储常数的存储器(步骤801)到使用这些常数的步骤的通道。

显然应当明白，本发明不限于最佳实施例的描述，而是包含本发明原理的范围和精神之内的其他修改和变型。例如，尽管已公开本发明包括单直管科里奥利流量计的一部分，但是应当明白，本发明不受此限制，而是可以供其他类型的科里奥利流量计、包括不规则或弯曲结构的单管流量计以及具有多个测流管的科里奥利流量计使用。

因此，术语“物质”的使用应当理解成包括流体、气体、等离子体以及任何所有能流经用于确定和测量关于所述物质的信息的流量计的物质。而且，尽管已经联系本发明描述了具体的关系和公式，但是应当明白，本发明包括所公开的公式和关系的修改形式并且可能采用这些修改形式来实现。

Claims (75)

1.一种对科里奥利流量计的输出数据提供补偿的方法，所述流量计具有调整得在使用中反相振动的测流管(101)和平衡杆(102)；

所述流量计响应通过所述振动测流管的物质流而产生所述振动测流管的科氏偏转；

所述方法包括以下步骤：

产生代表所述振动测流管的科氏偏转的第一信号(LPO、RPO)；

产生代表所述测流管的温度的第二信号；

所述方法还包括：

产生代表除所述测流管以外的所述流量计的多个元件(102、103)的热态的第三信号；

将一个加权因子应用到所述第三信号上，以便补偿所述多个元件之间的温差；

使用所述第二信号和所述加权的第三信号以产生关于所述测流管和所述多个流量计元件的热态的信息；

使用关于所述热态的所述信息以补偿关于流经所述流量计的所述物质的所述输出数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，产生所述第二信号的步骤包括从一个耦合到所述测流管的传感器(S1)获得代表所述测流管温度的信号的步骤；以及

产生所述代表所述多个元件的热态的第三信号的所述步骤包括以下步骤：

将多个附加传感器(S2，S3，S4)连接到所述多个流量计元件；

连接所述多个附加传感器的输出端而构成一个网络(132，133)；

响应所述网络对所述附加传感器所提供的所述信号的接收，从所述网络的输出端获得代表所述多个元件的热态的所述第三信号。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多个元件包括所述平衡杆和所述外壳；以及耦合所述附加传感器的所述步骤包括以下步骤：

把第一传感器(S4)与所述外壳耦合；

把至少一个传感器(S2、S3)与所述平衡杆耦合；

连接所述第一传感器和所述附加传感器的各个输出端而形成所述网络。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，连接所述附加传感器的输出端的所述步骤包括以下步骤：

把所述附加传感器的输出端以串联方式连接而形成所述网络。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于包括把所述网络经至少两条导线(132、134)延伸到所述仪表电子装置的步骤。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补偿步骤包括产生关于所述物质的质量流率的校正后的输出数据的步骤。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于产生校正后的输出数据的所述步骤包括以下步骤：

确定未补偿的质量流率；

导出模量补偿；

导出热应力补偿；以及

利用所述未补偿的质量流率和所述模量补偿以及所述热应力补偿来导出校正的质量流率。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述校正的质量流率是通过求出以下表达式的步骤获得的：

$\stackrel{\·}{m}={\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{unc}}[1+{\mathrm{MOD}}_{\mathrm{comp}}]\·[1+{\mathrm{STRESS}}_{\mathrm{comp}}]$

其中

＝质量流率

＝未补偿的质量流率

MOD_comp＝模量补偿

STRESS_comp＝热应力补偿

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，产生校正的输出数据的所述步骤还包括以下步骤：

导出密度补偿；以及

求出如下表达式：

$\stackrel{\·}{m}={\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{unc}}[1+{\mathrm{MOD}}_{\mathrm{comp}}]\·[1+{\mathrm{STRESS}}_{\mathrm{comp}}]\·[1+{\mathrm{DENSITY}}_{\mathrm{comp}}]$

其中：

＝质量流率

＝未补偿的质量流率

MOD_comp＝模量补偿

STRESS_comp＝热应力补偿

DENSITY_comp＝密度补偿

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，产生所述未校正的流率的所述步骤包括求出表达式FCF·(Δt_meas-Δt₀)的步骤，其中：

FCF＝流量校准系数

Δt_meas＝拾取信号的时延

Δt₀＝在零物质流量的情况下的时延。

11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，导出所述模量补偿的所述步骤包括求出表达式(k_ft1·T_f)的步骤，

其中：

k_ft1＝基于测流管模量随温度而产生的变化的仪表常数

T_f＝测流管温度。

12.如权利要求7所述的方法，其特征在于，导出所述热应力补偿的所述步骤包括求出表达式(k_ft2(T_f-T_com))的步骤，

其中：

k_ft2＝基于热应力随温度而产生的变化的仪表常数

T_f＝测流管温度

T_com＝网络传感器的温度

13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，导出所述密度补偿的所述步骤包括求出表达式k_ft3·(τ_ct-k₂)的步骤，

其中：

k_ft3＝关于密度对流量影响的仪表常数

τ_d＝经温度补偿后的管振动周期

k₂＝在流量计的密度校准时确定的管振动周期常数。

14.如权利要求6所述的方法，其特征在于，产生校正的输出数据的所述步骤包括通过求出以下表达式导出校正的质量流率的步骤：

$\stackrel{\·}{m}=\mathrm{FCF}\·({\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{meas}}-{\mathrm{\Δt}}_0)\·[1+(k_{f_{t1}}\·T_f)]\·[1+k_{\mathrm{ft}2}(T_f-T_{\mathrm{com}})]\·[1+k_{\mathrm{ft}3}\·({\mathrm{\τ}}_{\mathrm{ct}}-k_2)]$

其中：

＝质量流率

FCF＝流量校准系数

Δt_meas＝拾取信号的时延

Δt₀＝在零物质流量下的时延

k_ft1＝基于测流管模量随温度而产生的变化的仪表常数

k_ft2＝基于热应力随温度而产生的变化的仪表常数

k_ft3＝关于密度对流量影响的仪表常数

k₂＝在流量计的密度校准时确定的管振动周期常数

T_f＝测流管温度

T_com＝网络传感器的温度

T_ct＝温度补偿后的管振动周期。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补偿步骤包括导出关于所述物质密度的校正的输出数据的步骤。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，获得关于密度的校正的输出数据的所述步骤包括以下步骤：

配置所述流量计而输入来自存储器的常数；

校准所述流量计而导出常数；

确定未补偿的流率；

确定关于流量校正的补偿的管周期；

确定关于流量、模量以及应力校正的管周期；

确定线性密度公式；

确定等于所述补偿的管周期与在所述流量计的密度校准期间确定的流量计常数k₂之差的管周期差；

把所述线性密度公式乘以以下表达式：

1+c₃·(τ_cp-k₂)²+c₄·(τ_cp-k₂)其中：

τ_cp-K₂＝管周期差。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，导出关于所述物质密度的校正的输出数据的所述步骤包括以下步骤：

配置所述流量计而输入来自所述仪表电子装置的存储器的常数a₁、a₂、c₃、c₄和F_d。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，导出关于所述物质密度的校正的输出数据的所述步骤包括以下步骤：

校准所述流量计以确定常数c₁、c₂、k₂和Δt₀。

19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，导出关于所述物质的密度的校正的输出数据的所述步骤包括以下步骤：

确定 ${\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{unc}}=\mathrm{FCF}({\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{meas}}-{\mathrm{\Δt}}_0)$

其中：

FCF＝流量校准系数

Δt_meas＝拾取信号的时延

Δt₀＝在零流量下的时延。

20.如权利要求16所述的方法，其特征在于，导出关于所述物质的密度的校正的输出数据的所述步骤包括以下步骤：

     计算 ${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{fd}}={\mathrm{\τ}}_m-{\stackrel{\·}{m}}^2\·F_d$

其中：

τ_fd＝关于质量流量的影响补偿后的管振动周期

τ_m＝原始测量的测流管振动周期

＝质量流率

F_d＝密度流量影响常数。

21.如权利要求16所述的方法，其特征在于，导出关于所述物质的密度的校正的输出数据的所述步骤包括以下步骤：

计算表达式

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{cp}}={\mathrm{\τ}}_{\mathrm{fd}}\·\sqrt{1+a_1\·T_f+a_2\·(T_f-T_{\mathrm{com}})}$

其中：

τ_cp＝关于模量、应力和流量补偿后的管振动周期

τ_fd＝对质量流量影响补偿后的管振动周期

a₁和a₂＝管振动周期关于模量和应力的温度校正常数

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{fd}}={\mathrm{\τ}}_m-{\stackrel{\·}{m}}^2\·F_d$ ＝流管振动周期关于质量流量的补偿

＝质量流率

τ_m＝原始测量的测流管振动周期

F_d＝密度流量影响常数。

22.如权利要求16所述的方法，其特征在于，导出关于所述物质的密度的校正的输出数据的步骤包括计算与通过下列线性密度公式确定的物质密度的偏差的步骤：

ρ_m＝(c₁·τ_cp ²-c₂)

其中c₁和c₂是常数，而τ_cp ²是补偿后的管周期平方。

23.如权利要求16所述的方法，其特征在于，导出关于所述物质密度的校正的输出数据的所述步骤包括以下步骤：

修正表达式ρ_m＝(c₁·τ_cp ²-c₂)

从而包含非线性分量(1+c₃·(τ_cp-k₂)²+c₄·(τ_cp-k₂))

其中：

τ_m＝原始测量的测流管振动周期

τ_cp＝关于模量、应力和流量补偿后的测流管振动周期

ρ_m＝确定的物质密度

k₂＝在物质密度校准时确定的管振动周期常数

c₁、c₂、c₃、c₄＝单管物质密度校正常数。

24.如权利要求16所述的方法，其特征在于，导出关于所述物质密度的校正的输出数据的所述步骤包括以下步骤：

从以下表达式计算所述物质的密度

ρ_m＝(c₁·τ_cp ²-c₂)·(1+c₃·(τ_cp-k₂)²+c₄·(τ_cp-k₂))

其中：

ρ_m＝确定的物质密度

k₂＝在物质密度校准时确定的管振动周期常数

c₃和c₄＝单管物质密度校正常数。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，τ_cp值是通过求出以下表达式来确定的：

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{cp}}={\mathrm{\τ}}_{\mathrm{fd}}\·\sqrt{1+a_1\·T_f+a_2\·(T_f-T_{\mathrm{com}})}$

其中：

a₁·T_f＝模量对密度的影响

a₂(T_f-T_com)＝热应力对密度的影响

a₁和a₂是关于模量和热应力对密度的影响的流量计常数。

26.如权利要求16所述的方法，其特征在于，导出关于密度的校正的输出数据的所述步骤包括求出以下表达式的步骤：

ρ_m＝(Density_linear)[1+c₃·ΔPeriod_comp ²+c₄·ΔPeriod comp]

其中：

项Period_comp是关于温度、应力以及流量的补偿的管振动周期τ_cp与在流量计的密度校准期间确定的管振动周期常数k₂之差。

27.如权利要求15所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：

根据存储在所述科里奥利流量计的存储器中的信息来配置所述科里奥利流量计，从而确定配置的仪表参数；

采用两种不同密度的不同物质、用两点线性校准法、就所述流动物质的密度来校准所述科里奥利流量计、从而导出关于线性密度公式的校准参数；

根据与所述科里奥利流量计的所述测流管耦合的拾取传感器接收的信号确定测量的测流管振动周期；

测量所述科里奥利流量计的工作参数；

利用所述测量的测流管振动周期和所述工作参数以及所述配置的仪表参数来确定补偿的测流管振动周期；

利用所述补偿的测流管振动周期和所述配置的仪表参数和所述校准参数确定非线性分量；

通过把所述线性密度公式与所述非线性分量结合而得出单测流管密度公式来获得用于所述科里奥利流量计的非线性密度公式，它指明了所述科里奥利校准与线性之间的偏差；以及

用所述单测流管密度公式和所述补偿的管周期确定所述物质的密度。

28.如权利要求27所述的方法，其特征在于：配置所述科里奥利流量计的所述步骤包括确定参数a₁、a₂、c₃、c₄和F_d的步骤。

29.如权利要求27所述的方法，其特征在于：所述校准步骤包括使用包括空气和水的两种流体的步骤。

30.如权利要求27所述的方法，其特征在于：所述测量步骤包括测量测流管振动周期、在零流量的情况下的时延、有流体的情况下的时延、测流管温度以及流量计的综合温度的步骤，而所述科里奥利流量计包括未知密度的所述流体。

31.如权利要求27所述的方法，其特征在于，确定关于质量流量补偿后的测流管振动周期的所述步骤包括求出以下公式的步骤：

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{fd}}={\mathrm{\τ}}_m-{\stackrel{\·}{m}}^2{\·F}_d$

32.如权利要求27所述的方法，其特征在于，确定补偿的测流管周期振动的所述步骤包括用以下公式确定关于流量、模量和应力补偿后的所述测流管振动周期的步骤：

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{cp}}={\mathrm{\τ}}_{\mathrm{fd}}\·\sqrt{1+a_1\·T_f+a_2\·(T_f-T_{\mathrm{com}})}$

其中：

a₁·T_f＝模量对密度的影响

a₂(T_f-T_com)＝热应力对密度的影响

33.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述校准步骤包括以下步骤：

测量管振动周期；以及导出线性密度公式ρ_m＝(c₁·τ_cp ²-c₂)的常数c₁和c₂。

34.如权利要求27所述的方法，其特征在于，导出关于所述物质密度的校正的输出数据的所述步骤包括以下步骤：

修改表达式ρ_m＝(c₁·τ_cp ²-c₂)从而包括非线性分量

(1+c₃·(τ_cp-k₂)²+c₄·(τ_cp-k₂))

其中：

τ_m＝原始测量的测流管振动周期

τ_cp＝关于模量、应力和流量补偿后的测流管振动周期

ρ_m＝确定的物质密度

k₂＝在物质密度校准时确定的管振动周期常数

c₁、c₂、c₃、c₄＝单管物质密度校正常数。

35.如权利要求27所述的方法，其特征在于，导出关于所述物质密度的校正的输出数据的所述步骤包括以下步骤：

根据以下表达式计算所述物质的密度

ρ_m＝(c₁·τ_cp ²-c₂)·(1+c₃·(τ_cp-k₂)²+c₄·(τ_cp-k₂))

其中：

ρ_m＝确定的物质密度

k₂＝在物质密度校准时确定的管振动周期常数

c₃和c₄＝单管物质密度校正常数。

36.如权利要求27所述的方法，其特征在于，导出关于密度的校正的输出数据的所述步骤包括求出以下表达式的步骤：

ρ_m＝(Density_linear)[1+c₃·ΔPeriod_comp ²+c₄·ΔPeriod_comp]

其中：

项Period_comp是关于温度、应力以及流量的补偿的管振动周期τ_cp与流量计的密度校准期间确定的管振动周期常数k₂之差。

37.一种对科里奥利流量计的输出数据提供热应力补偿的装置，所述流量计具有调整得在使用时在激励面内反相振动的测流管和平衡杆；所述流量计响应通过所述振动测流管的物质流而产生所述振动测流管的科氏偏转；

所述装置包括：

产生代表所述振动测流管的科氏偏转的第一信号的装置；

产生代表所述测流管温度的第二信号的装置；

产生代表除所述测流管以外的所述流量计的多个元件的热态的第三信号的装置；

将一个加权因子应用到所述第三信号上，以便补偿所述多个元件之间的温差的装置；

仪表电子装置，接收所述第二和加权的第三信号并且产生关于所述多个流量计元件的热态的信息；以及

所述仪表电子装置使用所述热态信息来补偿所述流量计关于所述流动物质的输出数据。

38.如权利要求37所述的装置，其特征在于，产生所述第二信号的所述装置包括：

耦合到所述测流管的第一传感器；

从所述第一传感器把指示所述测流管的温度的信号送至所述仪表电子装置的电路；

产生所述第三信号的所述装置包括：

多个附加传感器，该多个附加传感器连接到除所述测流管以外的所述说个流量计元件，

一个网络，该网络将所述多个附加传感器的表示所述流量计的所述多个元件的综合温度的输出传递给所述仪表电子装置；以及

所述仪表电子装置确定所述测流管温度与所述综合温度之差，从而确定所述多个元件加在所述测流管上的热应力。

39.如权利要求38所述的装置，其特征在于，所述多个元件包括所述平衡杆和所述外壳，并且所述附加传感器中第一个耦合至所述外壳，而所述附加传感器中至少一个耦合至所述平衡杆。

40.如权利要求39所述的装置，其特征在于还包括用于把所述附加传感器串联以形成所述网络的电路。

41.如权利要求40所述的装置，其特征在于还包括把所述网络的输出端经至少两条导线连接到所述仪表电子装置的电路。

42.如权利要求41所述的科里奥利流量计，其特征在于，所述附加传感器包括：

分别耦合至所述平衡杆的不同位置的第二附加传感器和第三附加传感器；

耦合至所述外壳的第四附加传感器；

包括所述第二和第三和第四附加传感器的信号输出端的串联连接的第一电路；

所述网络把所述第二和第三和第四附加传感器的输出端的所述串联连接延伸到所述仪表电子装置，从而提供关于所述第二和第三和第四附加传感器所耦合的所述外壳和所述平衡杆的部分的所述综合温度的信息。

43.如权利要求42所述的科里奥利流量计，其特征在于，所述第二附加传感器接近所述平衡杆的端部。

44.如权利要求43所述的科里奥利流量计，其特征在于，所述第三附加传感器耦合到所述平衡杆的、相对于所述第二附加传感器所耦合的所述平衡杆的所述部分沿轴向向里的部分。

45.如权利要求44所述的科里奥利流量计，其特征在于：

所述第四附加传感器连接到所述外壳的内壁。

46.如权利要求42所述的科里奥利流量计，其特征在于：

所述附加传感器均具有第一和第二输出端；

所述第二和第三和第四附加传感器的所述输出端的所述串联连接把串联的所述第二和第三和第四附加传感器的所述第一和第二输出端连接到所述第一电路，使得加到所述网络的信号代表所述第二和第三和第四附加传感器的信号输出的综合。

47.如权利要求46所述的科里奥利流量计，其特征在于，所述网络包括第一电路，后者包括延伸在所述第二和第三和第四附加传感器的所述输出端的所述串联连接与所述仪表电子装置之间的两条导线。

48.如权利要求47所述的科里奥利流量计，其特征在于，所述网络还包括第二电路，后者包括从耦合到所述测流管的所述第一传感器延伸至所述仪表电子装置的两条导线。

49.如权利要求48所述的科里奥利流量计，其特征在于，所述第二电路包括两条导线，其中一条导线是所述第一电路的所述两条导线之一，而另一条导线是所述第二电路特有的。

50.如权利要求49所述的科里奥利流量计，其特征在于，每一个所述电路都具有接地端，它们被共同连接成所述电路的彼此的接地端；以及

单个导线把每个所述传感器的公共接地端与所述仪表电子装置连接。

51.如权利要求50所述的科里奥利流量计，其特征在于，三条导线把所述电路的所述输出端与所述仪表电子装置连接；

所述三条导线中第一条是所述第一电路特有的；

所述三条导线中第二条是所述第二电路特有的；

所述三条导线中第三条是所述第一电路和所述第二电路共用的。

52.如权利要求37所述的装置，其特征在于，所述仪表电子装置还导出关于所述物质的流量的校正的输出数据。

53.如权利要求37所述的装置，其特征在于，用指令将所述仪表电子装置编程，这些指令指示所述仪表电子装置中的处理器通过以下处理产生补偿的输出数据：

确定未补偿的质量流率；

导出模量补偿；

导出热应力补偿；以及

利用所述未补偿的质量流率、所述模量补偿和所述热应力补偿来导出校正的质量流率；

所述仪表电子装置具有所述处理器可读的存储所述指令的存储器。

54.如权利要求53所述的装置，其特征在于：所述校正的质量流率是通过求出下列表达式的指令得出的：

$\stackrel{\·}{m}={\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{unc}}[1+{\mathrm{MOD}}_{\mathrm{comp}}]\·[1+{\mathrm{STRESS}}_{\mathrm{comp}}]$

其中

＝质量流率

＝未补偿的质量流率

MOD_comp＝模量补偿

STRESS_comp＝热应力补偿。

55.如权利要求54所述的装置，其特征在于，所述校正的质量流率是进一步通过所述指令而得出的：

导出密度补偿；以及

求出如下表达式：

$\stackrel{\·}{m}={\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{unc}}[1+{\mathrm{MOD}}_{\mathrm{comp}}]\·[1+{\mathrm{STRESS}}_{\mathrm{comp}}]\·[1+{\mathrm{DENSITY}}_{\mathrm{comp}}]$

其中：

＝质量流率

＝未补偿的质量流率

MOD_comp＝模量补偿

STRESS_comp＝热应力补偿

DENSITY_comp＝密度补偿。

56.如权利要求53所述的装置，其特征在于，所述指令通过求出表达式FCF·(Δt_meas-Δt₀)而产生未补偿的流率，

其中：

FCF＝流量校准系数

Δt_meas＝拾取信号的时延

Δt₀＝在零物质流量的情况下的时延。

57.如权利要求53所述的装置，其特征在于，导出所述模量补偿的所述指令求出表达式(k_ft1·T_f)，

其中：

k_ft1＝基于测流管模量随温度而产生的变化的仪表常数

T_f＝测流管温度

58.如权利要求53所述的装置，其特征在于，导出所述热应力补偿的所述指令求出表达式(k_ft2(T_f-T_com))，

其中：

k_ft2＝基于热应力随温度而产生的变化的仪表常数

T_f＝测流管温度

T_com＝网络传感器的综合温度。

59.如权利要求53所述的装置，其特征在于，导出所述密度补偿的所述指令求出表达式k_ft3·(τ_ct-k₂)，

其中：

k_ft3＝关于密度对物质流量影响的常数

τ_ct＝经温度和应力补偿后的管振动周期

k₂＝在流量计的密度校正时确定的管振动周期常数。

60.如权利要求53所述的装置，其特征在于，产生校正的输出数据的所述指令通过求出以下表达式导出校正的质量流率：

$\stackrel{\·}{m}=\mathrm{FCF}\·({\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{meas}}-{\mathrm{\Δt}}_0)\·[1+(k_{f_{t1}}\·T_f)]\·[1+k_{\mathrm{ft}2}(T_f-T_{\mathrm{com}})]\·[1+k_{\mathrm{ft}3}\·({\mathrm{\τ}}_{\mathrm{ct}}-k_2)]$

其中：

＝质量流率

FCF＝流量校准系数

Δt_meas＝拾取信号的时延

Δt₀＝在零物质流量的情况下的时延

k_ft1＝基于测流管模量随温度而产生的变化的仪表常数

k_ft2＝基于热应力随温度而产生的变化的仪表常数

k_ft3＝关于密度对物质流量的影响的仪表常数

k₂＝在流量计的密度校准时确定的管振动周期常数

T_f＝测流管温度

T_com＝网络传感器的温度

τ_ct＝温度和应力补偿后的测流管振动周期。

61.如权利要求37所述的装置，其特征在于，所述仪表电子装置被用指令编程，所述指令用于指示所述仪表电子装置中的处理器产生关于所述物质密度的校正的输出数据；

所述仪表电子装置具有所述处理器可读的用于存储所述指令的存储器。

62.如权利要求61所述的装置，其特征在于，所述指令通过如下处理获得关于密度校正的输出数据：

配置所述流量计而输入来自存储器的常数；

校准所述流量计而导出常数；

确定未补偿的流率；

确定关于流量校正的补偿后的管周期；

确定关于流量、模量以及应力校正的管周期；

确定线性密度公式；

确定等于所述补偿管周期与在所述流量计的密度校准期间确定的流量计常数k₂之差的管周期差；

把所述线性密度公式乘以1+所述管周期差的平方的仪表常数c₃倍+所述管周期差的仪表常数c₄倍之和。

63.如权利要求61所述的装置，其特征在于，所述指令通过以下处理导出关于所述物质密度的校正的输出数据：

配置所述流量计而输入来自所述仪表电子装置的存储器的常数a₁、a₂、c₃、c₄和F_d。

64.如权利要求61所述的装置，其特征在于，所述指令通过校准所述流量计以确定常数c₁、c₂、t₀、k₂和Δt₀，导出关于所述物质密度的校正的输出数据。

65.如权利要求61所述的装置，其特征在于，所述指令通过执行以下步骤导出关于所述物质的密度的校正的输出数据：

测量Δt_meas、Δt₀和τ_m

其中：

Δt_meas＝拾取信号的时延

Δt₀＝在零流量下的时延

τ_m＝原始测量的测流管振动周期。

66.如权利要求61所述的装置，其特征在于，所述指令通过求出以下公式而导出关于所述物质的密度校正的输出数据：

${\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{unc}}=\mathrm{FCF}({\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{meas}}-{\mathrm{\Δt}}_0)$

其中：

FCF＝流量校准系数

Δt_meas＝拾取信号的时延

Δt₀＝在零流量下的时延。

67.如权利要求61所述的装置，其特征在于，所述指令通过计算

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{fd}}={\mathrm{\τ}}_m-{\stackrel{\·}{m}}^2\·F_d$ 导出关于所述物质的密度的校正的输出数据，

其中：

τ_fd＝关于质量流量的影响补偿后的管振动周期

τ_m＝原始测量的测流管振动周期

＝质量流率

F_d＝密度流量影响常数。

68.如权利要求61所述的装置，其特征在于，所述指令导出关于所述物质密度的校正的输出数据是通过

              计算表达式

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{cp}}={\mathrm{\τ}}_{\mathrm{fd}}\·\sqrt{1+a_1\·T_f+a_2\·(T_f-T_{\mathrm{com}})}$

其中：

τ_cp＝关于模量、应力和流量补偿后的测流管振动周期

τ_fd＝对质量流量影响补偿后的管振动周期

a₁和a₂＝管振动周期关于模量和应力的温度校正常数

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{fd}}={\mathrm{\τ}}_m-{\stackrel{\·}{m}}^2\·F_d$ ＝流管振动周期关于质量流量的补偿

＝质量流率

τ_m＝原始测量的测流管振动周期

F_d＝密度流量影响常数。

69.如权利要求61所述的装置，其特征在于，所述指令通过计算与通过线性密度公式ρ_m＝(c₁·τ_cp ²-c₂)确定的值之间的物质密度偏差来导出关于所述物质的密度的校正的输出数据，

其中c₁和c₂是常数，而τ_cp ²是补偿后的周期平方。

70.如权利要求69所述的装置，其特征在于，导出关于所述物质密度的校正的输出数据的所述步骤包括以下步骤：

把代表线性分量的表达式ρ_m＝(c₁·τ_cp ²-c₂)乘以代表非线性分量的表达式(1+c₃·(τ_cp-k₂)²+c₄·(τ_cp-k₂))，

其中：

ρ_m＝所确定的物质密度

k₂＝在物质密度校准时确定的管振动周期常数

c₃和c₄＝单管物质密度校正常数。

71.如权利要求61所述的装置，其特征在于，所述指令通过根据以下表达式计算所述物质密度来导出关于所述物质密度的校正的输出数据

ρ_m＝(c₁·τ_cp ²-c₂)·(1+c₃·(τ_cp-k₂)²+c₄·(τ_cp-k₂))

其中：

ρ_m＝确定的物质密度

k₂＝在物质密度校准时确定的管振动周期常数

c₃和c₄＝单管物质密度校正常数。

72.如权利要求70所述的装置，其特征在于，τ_cp值是通过求出以下表达式来确定的：

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{cp}}={\mathrm{\τ}}_{\mathrm{fd}}\·\sqrt{1+a_1\·T_f+a_2\·(T_f-T_{\mathrm{com}})}$

其中：

a₁·T_f＝模量对密度的影响

a₂·(T_f-T_com)＝热应力对密度的影响

a₁和a₂是关于密度的流量计常数。

73.如权利要求61所述的装置，其特征在于，所述指令通过求出以下表达式来导出关于所述密度的校正的输出数据：

ρ_m＝(Density_linear)[1+c₃·ΔPeriod_comp ²+c₄·ΔPeriod_comp]

其中：

Density_linear＝ρ_m＝c₁·τ_cp ²-C₂

术语ΔPeriod_comp是关于温度、应力以及流量的补偿的管周期τ_cp与密度校准期间确定的管周期常数k₂之差。

74.如权利要求61所述的装置，其特征在于，获得关于密度的校正的输出数据的所述指令包括用于以下处理的指令：

确定补偿的管周期；

确定线性密度公式；

确定等于所述补偿的管周期与在所述流量计的密度校准期间确定的流量计常数k₂之差的管周期差；

把所述线性密度公式乘以如下表达式：

1+c₃·(τ_cp-k₂)²+c₄·(τ_cp-k₂)

其中：

τ_cp-K₂＝管周期差。

75.如权利要求74所述的装置，其特征在于，所述指令通过求出以下表达式来确定τ_cp值：

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{cp}}={\mathrm{\τ}}_{\mathrm{fd}}\·\sqrt{1+a_1\·T_f+a_2\·(T_f-T_{\mathrm{com}})}$

其中：

a₁·T_f＝模量热密度影响

T_f-T_com＝热应力对密度的影响

a₁和a₂是关于密度的流量计常数。

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