DE102005024079A1

DE102005024079A1 - Durchflussmessgerät-Zuteiltechniken

Info

Publication number: DE102005024079A1
Application number: DE102005024079A
Authority: DE
Inventors: Manus P. Henry; Feibiao Headington Zhou
Original assignee: Invensys Systems Inc
Current assignee: Schneider Electric Systems USA Inc
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2006-01-19
Also published as: US20050274200A1

Abstract

In einem Füllsystem wird eine Flußgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate eines Materials, das abgegeben wird, bestimmt, während das Material abgegeben wird, und verwendet, um eine Ablaufmenge des Materials, das abgegeben wird, abzuschätzen. Die abgeschätzte Ablaufmenge wird dann verwendet, um einen Ventilverschlußzeitpunkt zum Verschließen eines Ventils zu bestimmen, welches den Materialfluß steuert bzw. regelt.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Durchflußmeßgeräten in Füllsystemen.
Hintergrund
Durchflußmeßgeräte stellen Information über Materialien zur Verfügung, welche durch eine Leitung transferiert werden. Beispielsweise stellen Massen-Durchflußmeßgeräte eine Messung der Masse des Materials zur Verfügung, das durch eine Leitung transferiert wurde. In gleicher Weise stellen Dichte-Durchflußmeßgeräte oder Densitometer eine Messung der Dichte eines Materials zur Verfügung, das durch eine Leitung fließt. Massen-Durchflußmeßgeräte können auch eine Messung der Materialdichte zur Verfügung stellen.

Beispielsweise basieren Coriolis-Typ-Massen-Durchflußmeßgeräte auf dem Coriolis-Effekt, in welchen das Material, das durch eine rotierende Leitung fließt, durch eine Coriolis-Kraft beeinflußt ist bzw. wird und daher einer Beschleunigung unterliegt. Zahlreiche Coriolis-Typ-Massen-Durchflußmeßgeräte induzieren eine Coriolis-Kraft durch ein sinusartiges Oszillieren einer Leitung um eine Schwenkachse orthogonal zur Länge der Leitung. In derartigen Massen-Durchflußmeßgeräten wird die Coriolis-Reaktionskraft, die durch die sich bewegende Fluidmasse erfahren wird, auf die Leitung selbst übertragen und als eine Ablenkung oder Versetzung der Leitung in der Richtung des Coriolis-Kraft-Vektors in der Rotationsebene manifestiert.

Zusammenfassung

In einem allgemeinen Aspekt umfaßt bzw. beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben eines Füllsystems ein Öffnen eines Ventils, um einen Materialfluß durch eine Leitung zu starten. Während das Material durch die Leitung fließt, werden eine Gesamtmaterialmenge, welche durch die Leitung geflossen bzw. geströmt ist, und eine Flußgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate des Materials bestimmt, welches durch die Leitung fließt. Eine Ablaufmenge des Materials, das durch die Leitung fließt, wird basierend auf der Flußgeschwindigkeit abgeschätzt. In Antwort auf ein Bestimmen, daß die Gesamtmenge des Materials, welches durch die Leitung geflossen ist, plus der Ablaufmenge größer als oder gleich einer Zielmenge ist, wird ein Verschließen des Ventils initiiert bzw. eingeleitet, um den Materialfluß durch die Leitung zu stoppen.

Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Beispielsweise kann die Gesamtmenge eine Gesamtmasse oder ein Gesamtvolumen sein, die Flußgeschwindigkeit kann eine Massenflußgeschwindigkeit oder eine volumetrische Flußgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate sein, und die Zielmenge kann ein Zielvolumen sein.

Die Gesamtmenge des Materials, welches durch die Leitung geflossen ist, kann durch ein Berechnen von TOT_t = TOT_t–1 + M_tΔt bestimmt werden, wo TOT_t die Gesamtmenge des Materials ist, welches durch das Flußrohr bis zum gegebenen Zeitpunkt t geflossen ist, TOT_t–1 die Gesamtmenge des Materials ist, welches durch das Flußrohr bis zum Zeitpunkt bzw. zur Zeit t–1 geflossen ist, M_t die Flußgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate zum Zeitpunkt t ist, und Δt das Intervall zwischen t und t–1 ist. Alternativ oder zusätzlich kann ein Bestimmen der Gesamtmenge des Materials, welches durch die Leitung geflossen ist, ein Zählen von Pulsen beinhalten, die durch ein Coriolis-Durchflußmeßgerät ausgegeben sind bzw. werden, wobei jeder Puls, der durch das Coriolis-Durchflußmeßgerät ausgegeben wird, eine Einheitsmenge an Material darstellt bzw. repräsentiert.

Ein Bestimmen der Flußgeschwindigkeit des Materials, das durch die Leitung fließt, kann ein Oszillieren der Leitung; ein Abtasten bzw. Erfassen einer Eigenschaft der Oszillation der Leitung; und ein Kalkulieren bzw. Berechnen der Flußgeschwindigkeit basierend auf der abgetasteten Eigenschaft beinhalten. Alternativ oder zusätzlich kann ein Bestimmen der Flußgeschwindigkeit des Materials, das durch die Leitung fließt, ein Lesen eines Signals von einem Coriolis-Durchflußmeßgerät beinhalten, wobei das Signal die Flußgeschwindigkeit anzeigt.

Ein Abschätzen der Ablaufmenge kann ein Berechnen von R = X + M_t·Y beinhalten, wo R die abgeschätzte Ablaufmenge ist, X eine konstante Menge ist, M_t eine Flußgeschwindigkeit zum gegenwärtigen Zeitpunkt t ist, und Y eine Ablaufzeit-Charakteristik ist. Das Verschließen des Ventils kann weniger als etwa 5 Sekunden nach einem Öffnen des Ventils initiiert werden.

In einem anderen allgemeinen Aspekt beinhaltet ein Durchflußmeßgerät-Transmitter ein Parameterbestimmungssystem und ein Chargen- bzw. Zuteil-Steuer- bzw. -Regelsystem. Das Parameterbestimmungssystem ist konfiguriert, um eine Flußgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate eines Materials zu bestimmen, das durch das Flußrohr strömt bzw. fließt. Das Chargen- bzw. Zuteilungs-Steuer- bzw. -Regelsystem ist konfiguriert, um eine Ablaufmenge des Materials basierend auf der Flußgeschwindigkeit abzuschätzen und einen Ventilverschlußzeitpunkt für ein Ventil, das mit dem Strömungs- bzw. Flußrohr assoziiert ist, basierend auf der abgeschätzten Ablaufmenge zu bestimmen.

Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Beispielsweise kann der Durchflußmeßgerät-Transmitter ein digitaler Coriolis-Durchflußmeßgerät-Transmitter sein.

Das Parameterbestimmungssystem kann konfiguriert sein, um eine Gesamtmenge an Material zu bestimmen, welches sich durch das Flußrohr bewegt hat, und das Chargen-Steuer- bzw. -Regelsystem kann konfiguriert sein, um den Ventilverschlußzeitpunkt, basierend auf der abgeschätzten Ablaufmenge und der Gesamtmenge an Material zu bestimmen, welche bzw. welches sich durch das Flußrohr bewegt hat. Die Gesamtmenge kann eine Gesamtmasse oder ein Gesamtvolumen sein, die Flußgeschwindigkeit kann eine Massenflußgeschwindigkeit oder eine volumetrische Flußgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate sein, und die Zielmenge kann ein Zielvolumen sein.

In jedem Fall kann das Parameterbestimmungssystem konfiguriert sein, um die Gesamtmenge an Material zu bestimmen, welches sich durch das Flußrohr bewegt hat durch Ausführen der folgenden Berechnung: TOT_t = TOT_t–1 + M_tΔt ausgeführt wird, wo TOT_t die Gesamtmenge des Materials ist, welches sich durch das Flußrohr bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt t bewegt hat, TOT_t–1 die Gesamtmenge des Materials ist, welches sich durch das Flußrohr bis zum Zeitpunkt bzw. zur Zeit t–1 bewegt hat, M_t die Flußgeschwindigkeit zum Zeitpunkt t ist, und Δt das Intervall zwischen t und t–1 ist.

Das Chargen-Steuer- bzw. -Regelsystem kann konfiguriert sein, um den Ventilverschlußzeitpunkt zu bestimmen, indem bestimmt wird, ob TOT_t + R >= Ziel 2, wo TOT_t die Gesamtmenge an Material ist, welches sich durch das Flußrohr bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt t bewegt hat, R die abgeschätzte Ablaufmenge ist und Ziel2 eine Zielmenge ist. Das Chargen-Steuer- bzw. -Regelsystem kann konfiguriert sein, um die Ablaufmenge durch Berechnen von R = X + M_t·Y abzuschätzen, wo R die abgeschätzte Ablaufmenge ist, X eine konstante Menge ist, M_t die Flußgeschwindigkeit zum gegenwärtigen Zeitpunkt t ist, und Y eine Ablaufzeit-Charakteristik ist. Das Chargen-Steuer- bzw. -Regelsystem kann konfiguriert sein, um ein Verschließen des Ventils zu initiieren bzw. einzuleiten, wenn die Ventilverschlußzeit eintritt.

In einem anderen allgemeinen Aspekt beinhaltet ein Füllsystem eine Leitung, um einen Materialfluß zu erhalten, und ein Ventil, um den Materialfluß durch die Leitung zu starten und zu stoppen. Das Füllsystem umfaßt bzw. beinhaltet weiters wenigstens einen Sensor, der mit der Leitung verbunden ist und eine oder mehrere Bearbeitungsvorrichtung(en), um ein Sensorsignal von dem Sensor zu erhalten bzw. zu empfangen, und ist bzw. sind konfiguriert, um eine Flußgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate des Materialflusses basierend auf dem Sensorsignal zu bestimmen, um eine Ablaufmenge des Materialflusses, basierend auf der Flußgeschwindigkeit abzuschätzen und um einen Ventilverschlußzeitpunkt basierend auf der abgeschätzten Ablaufmenge zu bestimmen.

Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Beispielsweise kann die Gesamtmenge eine Gesamtmasse oder ein Gesamtvolumen sein, die Flußgeschwindigkeit kann eine Massenflußgeschwindigkeit und eine volumetrische Flußgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate sein, und die Zielmenge kann ein Zielvolumen sein.

Die eine oder die mehreren Verarbeitungsvorrichtung(en) kann bzw. können konfiguriert sein, um eine Gesamtmenge an Material zu bestimmen, welches durch die Lei tung geflossen ist, und um den Ventilverschlußzeitpunkt basierend auf der abgeschätzten Ablaufmenge und der Gesamtmenge an Material zu bestimmen, welches durch die Leitung geflossen ist. Die eine oder die mehreren Verarbeitungsvorrichtung(en) kann bzw. können konfiguriert sein, um die Gesamtmenge an Material, welches durch die Leitung geflossen ist, durch ein Ausführen der folgenden Berechnung zu bestimmen: TOT_t = TOT_t–1 + M_tΔt, wo TOT_t die Gesamtmenge des Materials ist, das durch die Leitung bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt t geflossen ist, TOT_t–1 die Gesamtmenge des Materials ist, welches) durch die Leitung bis zum Zeitpunkt t–1 geflossen ist, M_t die Flußgeschwindigkeit zum Zeitpunkt t ist, und Δt das Intervall zwischen dem Zeitpunkt t und t–1 ist.

Die eine oder die mehreren Verarbeitungsvorrichtung(en) ist bzw. sind konfiguriert, um den Ventilverschlußzeitpunkt zu bestimmen, indem bestimmt wird, ob TOT_t + R >= Ziel2, wo TOT_t die Gesamtmenge an Material ist, welches durch die Leitung bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt t geflossen ist, R die abgeschätzte Ablaufmenge, ist und Ziel2 eine Zielmenge ist. Auch ist bzw. sind die eine oder die mehreren Verarbeitungsvorrichtung(en) konfiguriert, um die Ablaufmenge durch ein Berechnen von R = X + M_t·Y abzuschätzen, wo R die abgeschätzte Ablaufmenge ist, X eine konstante Menge ist, M_t die Flußgeschwindigkeit zum gegenwärtigen Zeitpunkt t ist, und Y eine Ablaufzeit-Charakteristik ist.

Die eine oder die mehreren Verarbeitungsvorrichtung(en) kann bzw. können einen digitalen Coriolis-Transmitter-Prozessor beinhalten, der konfiguriert ist, um die Flußgeschwindigkeit des Materialflusses basierend auf dem Sensorsignal zu bestimmen, die Ablaufmenge des Materialflusses basierend auf der Flußgeschwindigkeit abzuschätzen, und den Ventilverschlußzeitpunkt basierend auf der abgeschätzten Ablaufmenge zu bestimmen. Alternativ kann bzw. können die eine oder die mehreren Verarbeitungsvorrichtung(en) einen digitalen Coriolis-Transmitter-Prozessor, der konfiguriert ist, um die Flußgeschwindigkeit des Materialflusses basierend auf dem Sensorsignal zu bestimmen, und einen programmierbaren bzw. logischen Logikcontroller beinhalten, der konfiguriert ist, um die Ablaufmenge des Materialflusses basierend auf der Flußgeschwindigkeit abzuschätzen, und den Ventilverschlußzeitpunkt basierend auf der abgeschätzten Ablaufmenge zu bestimmen.

Die Details von einer oder mehreren Implementierung(en) sind in den beiliegenden Zeichnungen und der Beschreibung unten dargestellt bzw. ausgeführt. Andere Merkmale werden aus der Beschreibung und der Zeichnung und aus den Ansprüchen ersichtlich bzw. offensichtlich werden.

Beschreibung der Zeichnungen
1A ist eine Darstellung bzw. Illustration eines Coriolis-Durchflußmeßgeräts unter Verwendung eines gebogenen Flußrohrs.
1B ist eine Illustration eines Coriolis-Durchflußmeßgeräts unter Verwendung eines geraden Strömungs- bzw. Flußrohrs.
2 ist ein Blockdiagramm eines Füllsystems unter Verwendung eines Coriolis-Durchflußmeßgeräts.
3 ist ein Graph, der kurze Chargen unter Verwendung einer Doppeldiaphragmapumpe zeigt.
4 ist ein Blockdiagramm eines Füllsystems unter Verwendung eines Coriolis-Durchflußmeßgeräts und PLC.
5 ist ein Flußdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen eines Ventilverschlußzeitpunkts basierend auf einem abgeschätzten Produktablauf illustriert.
6 ist ein Graph, der eine nominale Schrittantwort einer Vielzahl von Durchflußmeßgeräten zeigt.
7 ist ein Graph, der Ergebnisse eines Schrittantworttests unter Verwendung eines Durchflußmeßgeräts von 2 zeigt.
8A–8D sind Graphen, die eine Antwort von Flußrohren mit 3 mm und 40 mm auf eine Schrittveränderung zeigen.
9A–9D sind Graphen, die rohe und korrigierte Daten für die Konfiguration(en) von 8A–8D mit kleinen Schrittänderungen zeigen.
Detaillierte Beschreibung
Arten von Strömungs- bzw. Flußmetern bzw. Durchflußmeßgeräten beinhalten digitale Durchflußmeßgeräte. Beispielsweise offenbart US-Patent 6,311,136 die Verwendung eines digitalen Durchflußmeßgeräts und entsprechender bzw. zugehöriger Technologie. Derartige digitale Durchflußmeßgeräte können sehr präzise in ihren Messungen sein mit kleinem oder vernachlässigbarem Geräusch bzw. Lärm, und können fähig sein, einen weiten Bereich von positiven und negativen Verstärkungen an der Treiberschaltung für ein Antreiben der Leitung zu ermöglichen. Derartige digitale Durchflußmeßgeräte sind somit vorteilhaft in einer Vielzahl von Umgebungen. Beispielsweise offenbart das ebenfalls übertragene US-Patent 6,505,519 die Verwendung eines weiten Verstärkungsbereichs und/oder die Verwendung einer negativen Verstärkung, um ein Steckenbleiben zu verhindern und noch genauer eine Steuerung bzw. Regelung des Flußrohrs selbst während schwierigen Bedingungen, wie einem Zweiphasenfluß, auszuführen.
Obwohl digitale Durchflußmeßgeräte spezifisch unten unter Bezugnahme auf 1A, 1B, 2 und 4 diskutiert werden, sollte verstanden werden, daß analoge Durchflußmeßgeräte ebenfalls existieren. Obwohl derartige analoge Durchflußmeßgeräte für typische Mängel von Analogschaltungen anfällig sein können, z.B. niedrige Präzision und Messungen bei hohem Rauschen relativ zu digitalen Durchflußmeßgeräten können sie auch mit den verschiedenen Techniken und Implementierungen kompatibel sein, die hier diskutiert sind bzw. werden. So wird in der folgenden Diskussion der Ausdruck "Durchflußmeßgerät" oder "Meßgerät" verwendet, um sich auf jede Art einer Vorrichtung und/oder eines Systems zu beziehen, in welchen verschiedene Steuer- bzw. Regelsysteme und entsprechende Elemente mit einem Strömungs- bzw. Flußrohr oder einer anderen Leitung zusammenwirken, um einen Massenfluß, Dichte und/oder andere Parameter eines Materials bzw. von Materialien zu messen, das bzw. die sich durch das Flußrohr/Leitung bewegen.
1A ist eine Darstellung bzw. Illustration eines digitalen Coriolis-Durchflußmeßgeräts 100. Allgemein kann ein Coriolis-Durchflußmeßgerät, wie ein Durchflußmeßgerät 100, zwei Abschnitte beinhalten: ein Flußrohr 102 und einen Transmitter 104. Das Flußrohr 102 ist eine mechanische Komponente, die das Rohrwerk bzw. die Verrohrung zur Verfügung stellt, durch welche (s) das Material strömt bzw. fließt, beinhaltend einen Meßabschnitt, welcher fähig ist zu oszillieren, gemeinsam mit (üblicherweise) (einem) spulenbasierenden Sensor bzw. Sensoren und einem Antrieb bzw. Antrieben bzw. Treiber(n), um die Flußrohroszillationen zu überwachen und beizubehalten. Der Transmitter 104 ist eine elektronische Vorrichtung mit elektrischen Verbindungen zu den Sensoren und Antrieben des Flußrohrs. Die Aufgaben des Transmitters 104 sind beispielsweise, die Flußrohroszillation zu initiieren bzw. einzuleiten und aufrecht zu erhalten, und eine Massenflußgeschwindigkeit bzw. -strömungsrate, Dichte und möglicherweise andere Daten von den Sensorsignalen zu extrahieren bzw. zu entnehmen.
Kurz gesagt, ist ein grundsätzliches Prinzip eines Coriolis-Durchflußmeßgeräts, z.B. für eine industrielle Strömungs- bzw. Flußmessung jenes, daß das Flußrohr 102 sinusartig zu einem Vibrieren bei einer Resonanzfrequenz durch die Antriebe bzw. Treiber veranlaßt wird, während die Sensoren die Vibration bzw. Schwingung überwachen. Die Flußrohrgeometrie und die Sensoranordnung sind so angeordnet, daß die Oszillationsfrequenz (welche beispielsweise von 50 Hz bis 1000 Hz für unterschiedliche Flußrohrausbildungen bzw. -designs variieren kann) verwendet werden kann, um die Dichte des Bearbeitungsfluids bzw. Prozeßfluids zu berechnen, während die Phasendifferenz zwischen den zwei Sensorsignalen die Massenflußgeschwindigkeit bzw. -strömungsrate zur Verfügung stellt.
In 1A ist das Flußrohr 102 ein gebogenes Flußrohr und der Transmitter 104 ist ein digitaler Transmitter. Eine detaillierte Beschreibung einer Struktur und eines Betriebs (von Betrieben) eines gebogenen Flußrohrs, wie eines gebogenen Flußrohrs 102, ist beispielsweise in dem US-Patent 6,311,136 zur Verfügung gestellt.
Der Transmitter 104 ist "digital" dahingehend, daß die Komponenten des Transmitters 104 außer der elementaren vorderen Endschaltung digitale Vorrichtungen sind. Spezifisch wird die Antriebswellenform, die verwendet wird, um die Flußrohroszillation zu initiieren und aufrecht zu erhalten, digital synthetisiert, und die Meßberechnungen werden digital ausgeführt. Dies erleichtert eine Messung und Steuer- bzw. Regelberechnungen bei hoher Geschwindigkeit und hoher Präzision.
Im allgemeinen tauscht der digitale Transmitter 104 Sensor- und Antriebssignale mit dem gebogenen Flußrohr 102 derart aus, daß beide eine Oszillation des Flußrohrs 102 abtasten bzw. erfassen, und um die Oszillation des gebogenen Flußrohrs 102 anzutreiben, während sich ein Prozeßfluid oder ein anderes Material durch das gebogene Flußrohr 102 bewegt. Indem schnell und genau die Sensor- und Antriebssignale bestimmt werden, kann der digitale Transmitter 104 einen schnellen und genauen Betrieb des gebogenen Flußrohrs 102 zur Verfügung stellen und kann präzise Messungen eines Parameters des sich bewegenden Fluids (z.B. Massenflußgeschwindigkeit und/oder Dichte) zur Verfügung stellen.
Der Transmitter 104 kann unter Verwendung von einem oder mehreren von beispielsweise einem Prozessor, einem Digital Signal Processor (DSP), einem feldprogrammierbaren Gatearray (FPGA), einem ASIC, anderen programmierbaren logischen bzw. Logik- oder Gatearrays oder programmierbarer Logik mit einem Prozessorkern implementiert sein. Es sollte verstanden werden, daß, wie dies im US-Patent Nr. 6,311,136 beschrieben ist, assoziierte Digital-zu-Analog-Wandlern für einen Betrieb der Treiber inkludiert sein können, während Analog-zu-Digital-Wandler verwendet werden können, um Sensorsignale zu den Sensoren zur Verwendung durch den digitalen Transmitter 104 umzuwandeln bzw. zu wandeln.
In dem in 1A gezeigten Beispiel beinhaltet der Transmitter 104 einen Audio-Codec 104a, ein FPGA 104b, einen Prozessor 104c und eine Ausgabeschaltung 104d. Der Audio-Codec 104a beinhaltet einen Digital-zu-Analog-Wandler 104a-1 (z.B. einen Zweikanal-Digital-zu-Analog-Wandler, wenn zwei Treiber verwendet werden), um digitale Antriebssignale vom FPGA 104b in analoge Antriebssignale umzuwan deln, die an die Treiber auszugeben sind, die mit dem Flußrohr 102 assoziiert sind. Zusätzlich umfaßt bzw. beinhaltet der Audio-Codec 104a einen Analog-zu-Digital-Wandler 104a-2 (z.B. einen Zweikanal-Analog-zu-Digital-Wandler, wenn zwei Sensoren verwendet werden), um analoge Sensorsignale von den Sensoren, die mit dem Flußrohr 102 assoziiert sind, in digitale Sensorsignale umzuwandeln, die zu dem FPGA 104b auszugeben sind. Der Analog-zu-Digital-Wandler 104a-2 kann beispielsweise 24-Bit-Daten bei 40 kHz liefern bzw. zur Verfügung stellen.
FPGA 104b wird verwendet für Echtzeit-Aspekte einer Flußrohrsteuerung bzw. -regelung, wie die Antriebswellenform-Synthese, während der Prozessor 104c für andere Berechnungen verwendet wird, wie beispielsweise Messung oder Berechnungen anderer Daten (z.B. Massenstromgeschwindigkeits-Berechnungen, Dichteberechnungen oder andere Berechnungen). Der Prozessor 104c gibt die Messung oder Berechnungen anderer Daten an die Ausgabeschaltung 104d aus, welche die Messung oder Berechnungen anderer Daten in ein Messungs-Steuer- bzw. -Regel-Signal für eine Übertragung zu beispielsweise einer Prozeßüberwachung und/oder einem Steuer- bzw. Regelsystem (nicht gezeigt) konditioniert bzw. bearbeitet. Statt einer Ausgabeschaltung kann FPGA 104b konfiguriert sein, um eine Ausgabe basierend auf der Messung (den Messungen) von dem Prozessor 104c zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise kann, wenn eine Pulsausgabe (die nachfolgend und hierin beschrieben ist) verwendet wird, um den Wert von beispielsweise der Massenstromgeschwindigkeit zu kommunizieren, FPGA 104b verwendet werden, um die Pulse zu erzeugen.
Die Ausgabeschaltung 104d kann beispielsweise die Messung oder Berechnungen anderer Daten in ein industrielles Kommunikationsprotokoll bearbeiten. Gegenwärtig gibt es drei Klassen von üblicherweise verwendeten industriellen Kommunikationsprotokollen. Zuerst gibt es das 4-20 mA, wo die Flußgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate auf ein analoges Stromsignal zwischen 4 und 20 mA aufgezeichnet ist. Zweitens gibt es eine Puls-(Frequenz)-Ausgabe, welche allgemein ein quadratisches Wellensignal beinhaltet, in welchen die Frequenz des Pulsstroms einen Hinweis für die momentane Flußgeschwindigkeit gibt. Drittens können Feldbus-Kommunikationen (beinhaltend beispielsweise HART und Modbus) verwendet werden. Derartige Kommunikationsprotokolle erlauben die Übertragung von Meßdaten im Fließkommaformat ohne Präzisionsverlust.
Für ein gebogenes Flußrohr, wie dem Flußrohr 102, kann die Antriebsfrequenz im Bereich von 50 – 110 Hz liegen, wobei der Prozessor 104c die Messungsaktualisierungen in jedem halben Zyklus, (d.h. bei 100 – 220 Hz) beispielsweise ausführt. Jedoch kann der Transmitter 104 andere Flußrohrdesigns antreiben, beinhaltend gerade Rohrgeometrien (wie sie in bezug auf 1B gezeigt und beschrieben sind) mit Antriebsfrequenzen im Bereich von beispielsweise 300 – 1000 Hz.
1B ist eine Illustration eines digitalen Coriolis-Durchflußmeßgeräts 100 unter Verwendung eines geraden Flußrohrs 106. Spezifischer wirkt in 1B das gerade Flußrohr 106 mit dem digitalen Transmitter 104 zusammen. Ein derartiges gerades Flußrohr arbeitet ähnlich zu dem gebogenen Flußrohr 102 auf einem Konzeptniveau und hat verschiedene Vorteile/Nachteile relativ zu dem gebogenen Flußrohr 102. Beispielsweise kann das gerade Flußrohr 106 leichter (vollständig) befüllt und ausgeleert werden als das gebogene Flußrohr 102, einfach aufgrund der Geometrie seiner Konstruktion.
Indem auf 2 bezug genommen wird, kann ein Coriolis-Durchflußmeßgerät gemäß 1A oder 1B in einem Füllsystem 200 verwendet werden, welches Chargen- bzw. Zuteiltechniken bzw. -vorgänge, d.h. Arbeiten bzw. Vorgänge ausführt, in welchen mehrere Behälter jeweils mit einer speziellen Menge eines Materials ge- bzw. befüllt werden. Ein Beispiel eines Zuteilverfahrens bzw. -prozesses beinhaltet das Abgeben bzw. Ausgeben von Chargen von Farbe oder anderem industriellem Material in (einen) Behälter mit (einem) bestimmten Volumen (Volumina).
Das digitale Coriolis-Durchflußmeßgerät beinhaltet den digitalen Transmitter 104, einen oder mehrere Bewegungssensoren 205, einen oder mehrere Treiber oder Antrieb(e) 210 und ein Flußrohr 215 (welches auch als eine Leitung bezeichnet werden kann und welches entweder das gebogene Flußrohr 102, das gerade Flußrohr 106 oder jede andere Art von Flußrohr repräsentieren kann). Wie oben beschrieben, steuert bzw. regelt der digitale Transmitter 104 die Treiber 210, um Oszillationen in dem Flußrohr 215 zu induzieren, und die Oszillation des Flußrohrs 215 werden durch die Bewegungssensoren 205 abgetastet bzw. erfaßt, welche beispielsweise an einer rechten und linken Seite des Flußrohrs 215 positioniert sein können.
Eine Ventil-Steuer- bzw. -Regeleinrichtung bzw. ein Ventil-Controller 220 ist mit dem Transmitter 104 verbunden und arbeitet, um ein Ventil 225 (welches Teil des Flußrohrs 215 sein kann oder nicht) zu öffnen und zu schließen. Typischerweise kann ein Mechanismus (nicht gezeigt), wie eine Doppeldiaphragmapumpe oder ein gravimetrischer Trichter bzw. eine gravimetrische Schurre den Fluidstrom durch das Flußrohr 215 und in einen Behälter (nicht gezeigt) treiben. Das Ventil 225 wird geöffnet und geschlossen, um den Fluß des Fluids durch das Flußrohr 225 und in den Behälter zu starten und zu stoppen.
Allgemein verwendet der digitale Transmitter 104 die Sensorsignale, um einen oder mehrere Parameter des Materials zu messen, das durch das Flußrohr 215 fließt, und verwendet die Parameter, um das Schließen des Ventils 225 derart zu steuern bzw. regeln, daß eine Zielmenge des Materials in den Behälter ausgegeben bzw. abgegeben wird. Beispielsweise kann, wenn die Materialmenge, die auszugeben ist, in Masse gemessen wird, dann die Massenflußgeschwindigkeit bzw. -strömungsrate gemessen werden, um zu bestimmen, wann das Ventil 225 geschlossen werden sollte, um eine Zielmasse an Material zu erreichen.
Zu diesem Zweck beinhaltet der digitale Transmitter 104 ein Parameterbestimmungssystem 255 und ein Zuteil- bzw. Chargen-Steuer- bzw. -Regelsystem 230. Das Parameterbestimmungssystem 255 bestimmt einen oder mehrere Parameter des Materials, das durch das Flußrohr 215 fließt, und die Parameter werden durch das Chargen-Steuer- bzw. -Regelsystem 230 verwendet, um eine Ventilverschlußzeit (VCT) zu bestimmen, welche in einer Zielmenge an Material, wie beispielsweise Farbe resultiert, die in den Behälter auszugeben ist. Wenn die VCT auftritt, instruiert der digitale Transmitter 104 die Ventil-Steuer- bzw. -Regeleinrichtung 220, das Ventil 225 zu schließen.
Aufgrund der mechanischen Ansprech- bzw. Antwortzeit des Ventils 225 kann ein Produktablauf bestehen, während das Ventil 220 geschlossen wird. Mit anderen Worten kann das Material immer noch in dem Behälter ausgegeben werden, während das Ventil 225 schließt.
In einigen Systemen kann der Ablauf negierbar sein. Beispielsweise ist in einigen Systemen die Chargenzeit bzw. Zuteilzeit (d.h. die Zeit, die das Material für eine ein zelne Charge fließt) lang genug, daß die Zeit, die für ein Schließen des Ventils 225 erforderlich ist, und der resultierende Überlauf bzw. Ablauf negierbar bzw. vernachlässigbar sein. In derartigen Systemen kann der Ablauf ignoriert werden. Jedoch kann in anderen Systemen der Ablauf nicht negierbar sein. Beispielsweise in kurzen Chargiertätigkeiten bzw. -vorgängen (z.B. wo die Füllzeit weniger als etwa 5s beträgt), können die Ventilverschlußzeit und der resultierende Ablauf bzw. Überlauf nicht negierbar sein, da sie in einer nicht-akzeptablen Änderung zwischen der tatsächlichen ausgegebenen Menge und der Zielmenge resultieren können.
Wenn der Ablauf nicht negierbar ist, kann das Chargen-Steuer- bzw. -Regelsystem 230 einen derartigen Ablauf in Betracht ziehen, wenn die VCT bestimmt wird. In einigen Systemen kann die Ablaufmenge als eine festgelegte Menge angenommen werden. Für derartige Systeme kann die Bestimmung der VCT durch die Strömungs- bzw. Flußintegration unter Verwendung einer Regel bestimmt werden, wie beispielsweise: TOTt = TOTt–1 + MtΔt; wenn TOTt >= Ziel1, VCT = t und das Ventil geschlossen ist bzw. wird (Gleichung 1)
In Gleichung 1 ist TOT_t die Gesamtmasse, welche bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt t ausgegeben bzw. abgegeben wurde, TOT_t–1 ist die Gesamtmasse, welche bis zum Zeitpunkt t–1 ausgegeben wurde, M_t ist die momentane Massenstromgeschwindigkeit bzw. -flußrate zum Zeitpunkt bzw. zur Zeit t und Δt ist das Intervall zwischen Messungsaktualisierungen der Massenstromgeschwindigkeit (des Intervalls zwischen Berechnungen eines neuen Werts für die Massenstromgeschwindigkeit, basierend auf Signalen von Sensoren 205).
Da der Ablauf als eine festgelegte Menge angenommen wird, wird er durch Festlegen von Ziel1 (target1) gleich der Zielmenge minus dem festgelegten Ablauf in Betracht ge zogen bzw. berücksichtigt. Die Ablaufmenge kann als festgelegt, beispielsweise für Systeme angenommen werden, in welchen die Massenstromrate für eine Charge, sobald einmal eingerichtet bzw. eingestellt, im wesentlichen stabil bzw. gleichmäßig bleibt, oder für Systeme, in welchen die Massenstromrate nahe dem Ende von jeder Chargentätigkeit bzw. jedem Beladevorgang dieselbe ist. In derartigen Systemen kann die Ablaufmenge im wesentlichen konstant für jede Charge bleiben, da die Massenstromrate bzw. -flußgeschwindigkeit am Ende von jeder Charge im wesentlichen dieselbe ist, und jegliche Änderungen der Massenstromgeschwindigkeit, welche auftreten, in Variation in der Füllmenge resultieren, welche innerhalb akzeptabler Limits bzw. Grenzen sind. Dementsprechend kann, um den Ablauf zu korrigieren, die mittlere Menge des Ablaufs experimentell bestimmt werden und in Betracht gezogen werden, indem Ziel1 gleich der Zielmenge minus der mittleren bzw. durchschnittlichen Menge gemacht wird.
Jedoch kann in einigen Systemen die Änderung der Massenstromgeschwindigkeit nahe dem Ende von jeder Belade- bzw. Chargentätigkeit ausreichend bzw. wesentlich bzw. beträchtlich sein, daß Änderungen in Füllmengen aufgrund von Änderungen bzw. Variationen in Überlauf- bzw. Ablaufmengen außerhalb des tolerierbaren Bereichs für das System liegen. Beispielsweise kann, wenn eine Doppeldiaphragmapumpe verwendet wird, um den Massenstrom anzutreiben, die Massenstromgeschwindigkeit über den Pumpenzyklus, beispielsweise um etwa 30 % variieren. Da hier allgemein keine Garantie besteht, daß der Start einer neuen Charge mit demselben Punkt in dem Diaphragmapumpenzyklus übereinstimmt, werden aufeinander folgende Chargen unterschiedliche Strömungs- bzw. Flußprofile auftreten, und dementsprechend kann die Flußgeschwindigkeit zum Ventilverschlußzeitpunkt unter schiedlich bei aufeinanderfolgenden Chargen sein, was möglicherweise in unterschiedlichen Ablaufmengen resultiert.
Indem kurzfristig auf 3 bezug genommen wird, illustriert ein Graph 300 unterschiedliche Massenstromgeschwindigkeiten am Ende von kurzen bzw. kleinen Chargen, wenn eine Doppeldiaphragmapumpe verwendet wird. Der Graph 300 zeigt zwei aufeinanderfolgende Zuteil- bzw. Chargenläufe, in welchen Behälter mit Farbe ge- bzw. befüllt werden, welche Gesamtmengen von 375g in 1,11s und 356g in 1,14s generieren bzw. erzeugen. Die Flußgeschwindigkeit am Ende von jeder Charge ist ziemlich unterschiedlich. Wie dies gesehen werden kann, ist die Flußgeschwindigkeit am Ende der ersten Charge 302 etwa 1 kg/s, während am Ende der zweiten Charge 304 die Massenstromgeschwindigkeit etwa 0,9 kg/s ist. Diese Änderung in der Massenstromgeschwindigkeit ist aufgrund der Wirkung der Doppeldiaphragmapumpe, und führt zu einer variablen Menge an Produktablauf bzw. -überlauf, sobald das Ventil zu verschließen beginnt.
Dementsprechend kann, indem neuerlich auf 2 bezug genommen wird, in derartigen Situationen das Chargen-Steuer- bzw. -Regelsystem 230 dynamisch den Ablauf während eines Chargenvorgangs basierend auf der momentanen Massenstromgeschwindigkeit abschätzen, und die Abschätzung des Ablaufs verwenden, wenn die VCT bestimmt wird.
Um dies auszuführen, kann der Ablauf des Füllsystems angenähert werden durch: R = X + M·Y (Gleichung 2)wo X eine konstante Masse ist, M die momentane Massenstromgeschwindigkeit bei VCT ist, und Y die Ablaufzeit-Charakteristik des Füllsystems ist. Die Werte von X und Y können durch ein Experiment bestimmt werden, indem beispiels weise die Werte von R für unterschiedliche Werte von M beobachtet werden. Die Regel zum Bestimmen von VCT ist dann: TOTt = TOTt–1 + MtΔt; wenn TOTt + X + Mt·Y >= Ziel2, VCT = t und das Ventil geschlossen wird (Gleichung 3)wo Ziel2 gleich der Zielmenge ist. Somit kann beispielsweise bei jeder Meßaktualisierung der Massenstromgeschwindigkeit (welche bei Intervallen von Δt auftritt) diese Regel evaluiert werden, um zu bestimmen, ob das Ventil 225 geschlossen werden sollte.
Um eine derartige Regel zu implementieren, beinhaltet Parameterbestimmungssystem 255 ein Bestimmungssystem 260 der momentanen Massenstromgeschwindigkeit zum Bestimmen des Werts des Parameters M_t, als auch ein Bestimmungssystem der gesamten Masse 265 zum Bestimmen von TOT_t. Die Chargensteuerung bzw. -regelung 230 beinhaltet eine Ventilverschlußzeit-Berechnungseinrichtung, welche Gleichung 3 basierend auf TOT_t, die von dem Bestimmungssystems der gesamten Massenstromgeschwindigkeit 265 erhalten ist, M_t von dem Bestimmungssystem 260 der momentanen Massenstromgeschwindigkeit, und den gespeicherten Werten einer konstanten Masse X 245 und der Ablaufzeit-Charakteristik Y 250 evaluiert. Wenn die Ventilverschlußzeit-Berechnungseinrichtung 235 bestimmt, daß TOT_t + X + M_t·Y >= Ziel2, dann signalisiert die Ventilverschluß-Berechnungseinrichtung 235 dem Ventilsteuer- bzw. -regelsystem 240, daß es Zeit zum Schließen des Ventils 225 ist. Das Ventilsteuer- bzw. -regelsystem instruiert somit die Ventilsteuer- bzw. -regeleinrichtung 220, das Ventil 225 zu schließen.
Bezugnehmend auf 4 kann in einer anderen Implementierung ein Coriolis-Durchflußmeßgerät gemäß 1A oder 1B mit einem programmierbaren Logik-Controller (PLC) 402 in einem Füllsystem 400 verwendet werden, welches Zu teil- bzw. Chargenvorgänge ausführt. Die Implementierung 400 ist ähnlich zu der Implementierung, die in 2 gezeigt ist, mit der Ausnahme, daß der PLC 402 die Gesamtmasse TOT_t und VCT basierend auf einer oder mehreren Ausgabe(n) 404 von dem digitalen Transmitter 104 bestimmt, welcher die Massenstromgeschwindigkeit reflektiert. Zu diesem Zweck wird das Parameterbestimmungssystem 255, beinhaltend das Bestimmungssystem 260 der momentanen Massenstromgeschwindigkeit durch den digitalen Transmitter 104 implementiert, während das Gesamtmassen-Bestimmungssystem 265, das Ventilverschlußzeit-Berechnungssystem 235, das Ventilsteuer- bzw. -regelsystem 240, die konstante Masse 245 und die Ablaufzeit-Charakteristika durch den PLC 402 implementiert sind bzw. werden.
In einer Implementierung unter Verwendung des PLC 402 überträgt der digitale Transmitter 104 die Massenstromgeschwindigkeit zum PLC 402 unter Verwendung sowohl einer Pulsausgabe als auch 4 – 20 mA. Die Pulsausgabendarstellung wird dann verwendet, um die Flußintegration (Bestimmung von TOT_t) durch ein Pulszählen auszuführen, während die 4 – 20 mA-Darstellung verwendet wird, um den Ablauf basierend auf der momentanen Massenstromgeschwindigkeit abzuschätzen.
Beispielsweise kann ein PLC-Programm auf dem PLC 402 jede Millisekunde laufen, um die Flußintegration auszuführen, den Ablauf abzuschätzen und zu bestimmen, ob das Ventil 225 zu schließen ist. Um die Flußintegration auszuführen, werden die Pulse, die durch den Transmitter 104 ausgegeben sind, derart skaliert, daß ein Puls einer Einheitsmenge an Material entspricht. So ist die Gesamtmenge, die zum Zeitpunkt t ausgegeben ist, (TOT_t), gleich der Anzahl von Pulsen, die aufgetreten sind. Beispielsweise repräsentiert, wenn die Massenstromgeschwindigkeit von 0 kg/s bis 1 kg/s reicht, und diese Werte mit 0 Hz bis 1000 Hz katalogi siert sind, dann jeder Puls 1 g an ausgegebenem Material. Das Gesamtmassen-Bestimmungssystem 265 kann dann Pulse zählen, wenn bzw. wie sie auftreten. Das PLC-Programm kann dann auf TOT_t zugreifen, indem auf die Anzahl von Pulsen zugegriffen wird, die aufgetreten sind.
Um den Ablauf zu bestimmen, wird das 4 – 20 mA-Signal verwendet, um die momentane Massenstromgeschwindigkeit M_t zu bestimmen, welche dann verwendet wird, um den Ablauf zu evaluieren. Beispielsweise kann die Ventilverschlußzeit-Berechnungseinrichtung 235 einen Analog-zu-Digital-Wandler beinhalten, welcher das 4 – 20 mA-Signal digitalisiert. Die Ventilverschlußzeit-Berechnungseinrichtung 235 verwendet dann den digitalisierten Wert des 4 – 20 mA-Signals gemeinsam mit der Ablaufzeit-Charakteristik 250 und der konstanten Masse 245, um den Ablauf abzuschätzen und zu evaluieren bzw. zu beurteilen, ob TOT_t + X + M_t·Y >= Ziel2. Wenn die Ventilverschlußzeit-Berechnungseinrichtung 235 bestimmt, daß TOT_t + X + M_t·Y >= Ziel2, dann signalisiert die Ventilverschluß-Berechnungseinrichtung 235 dem Ventilsteuer- bzw. -regelsystem 240, daß es Zeit ist, das Ventil 225 zu schließen. Das Ventilsteuer- bzw. -regelsystem instruiert darauffolgend bzw. dementsprechend die Ventilsteuer- bzw. -regeleinrichtung 220, das Ventil 225 zu schließen.
Andere Implementierungen, die den PLC 402 verwenden, können eine einzige Darstellung der Massenflußgeschwindigkeit verwenden (z.B. 4 – 20 mA, Pulsausgabe oder eine andere Art einer Darstellung), oder können andere Kombinationen von einer oder mehreren Darstellung(en) verwenden, und eine geeignete Bearbeitung kann implementiert sein bzw. werden, um TOT_t zu bestimmen, den Ablauf abzuschätzen und VCT zu bestimmen.
Bezugnehmend auf 5 können der digitale Transmitter 104 oder der PLC 402 allgemein ein Verfahren 500 aus führen, um dynamisch den Ablauf während eines Chargenbetriebs basierend auf der Massenstromgeschwindigkeit abzuschätzen, und die Abschätzung des Ablaufs zur Bestimmung der VCT verwenden. Das Verfahren 500 kann periodisch (oder aperiodisch) während dem Chargenbetrieb bzw. Zuteilvorgang ausgeführt werden. Beispielsweise kann das Verfahren 500 jedesmal, wenn eine Meßaktualisierung auftritt, oder an irgendeinem anderen Intervall ausgeführt werden.
Das Verfahren 500 beinhaltet ein Bestimmen der Gesamtmenge an Material, welche (s) durch sich das Flußrohr 215 (502) bewegt hat. Der digitale Transmitter 104 kann die gesamte bzw. Gesamtmenge durch ein Implementieren von Software oder Hardware bestimmen, welche die Berechnung TOT_t = TOT_t–1 + M_tΔt ausführt, wo TOT_t die Gesamtmenge ist, die sich durch das Flußrohr 215 bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt bewegt hat, TOT_t–1 die Gesamtmasse ist, die sich durch das Flußrohr 215 bis zum Zeitpunkt t–1 bewegt hat (die Zeit, bei welcher das Verfahren 500 das letzte Mal ausgeführt wurde), M_t die momentane Massenstromgeschwindigkeit zum Zeitpunkt t ist, und Δt das Intervall zwischen dem letzten Mal, wo das Verfahren 500 ausgeführt wurde, und der gegenwärtigen Zeit t ist (Δt kann das Intervall zwischen Meßaktualisierungen oder ein anderes Intervall sein). Der PLC 402 kann die Gesamtmenge durch ein Implementieren von Software oder Hardware bestimmen, welche Pulszählungen, wie oben beschrieben, ausführt oder welche die Berechnung TOT_t = TOT_t–1 + M_tΔt ausführt (wo Δt dasselbe wie oder unterschiedlich von Δt sein kann, das durch den digitalen Transmitter 104 verwendet wird).
Das Verfahren bzw. der Prozeß 500 beinhaltet auch in Bestimmen der Massenstromgeschwindigkeit des Materials, das sich durch das Flußrohr 215 (504) bewegt, und das Bestimmen einer Abschätzung des Ablaufs basierend auf der Massen stromgeschwindigkeit (506). Der digitale Transmitter 104 kann die Massenstromgeschwindigkeit unter Verwendung der Signale von Sensoren 205 bestimmen, wie dies oben beschrieben ist. PLC 402 kann die Massenstromgeschwindigkeit durch ein Lesen der Ausgabe(n) 404 von dem digitalen Transmitter 104 bestimmen. Der digitale Transmitter 104 und der PLC 402 können die Abschätzung des Ablaufs durch ein Ausführen der Berechnung R = X + M·Y durchführen, wo X eine konstante Masse ist, M die Massenstromgeschwindigkeit ist, und Y die Ablaufzeit-Charakteristik des Füllsystems ist.
Das Verfahren 500 beinhaltet auch ein Evaluieren, ob die gesamte Menge TOT_t plus dem abgeschätzten Ablauf R größer oder gleich als die Zielchargenmenge (Ziel2) ist (508). Wenn nicht, dann endet das Verfahren 500 (512). Wenn ja, dann beinhaltet das Verfahren 500 ein Initiieren bzw. Einleiten des Verschließens des Ventils 225 (510), welches durch den digitalen Transmitter 104 oder PLC 402 durchgeführt werden kann, indem ein Ventilverschlußsignal zu der Ventilsteuer- bzw. -regeleinrichtung bzw. dem Ventilcontroller 220 ausgesandt wird.
Während die Dynamik zum Abschätzen des Ablaufs in bezug auf variierende Massenstromgeschwindigkeiten beschrieben wurde, kann, selbst wenn die Massenstromgeschwindigkeit im wesentlichen dieselbe am Ende von jeder Charge bzw. Zuteilung ist, der Ablauf während einem Chargenbetrieb dynamisch basierend auf der momentanen Massenstromgeschwindigkeit abgeschätzt werden und verwendet werden, um den Ablauf abzuschätzen, wenn die VCT bestimmt wird. Beispielsweise können derartige Techniken angewandt bzw. eingesetzt werden, um die Genauigkeit von Systemen zu verbessern, in welchen die Massenstromgeschwindigkeit im wesentlichen stabil bzw. gleichmäßig am Ende von jeder Charge ist. Weiters können derartige Techniken in Systemen verwendet werden, wel che mit unterschiedlichen Materialien arbeiten, selbst wenn die Massenstromgeschwindigkeit im wesentlichen dieselbe am Ende von jeder Charge für ein gegebenes Material ist. Wenn mit einem unterschiedlichen Material ge- bzw. befüllt wird, kann die Ablaufmenge unterschiedlich sein aufgrund eines Unterschieds in den Massenstromgeschwindigkeiten bzw. -raten aufgrund von Unterschieden in Eigenschaften der Materialien (z.B. unterschiedliche Viskositäten). Folglich muß, wenn ein festgelegter Ablauf verwendet wird, der Wert des festgelegten Ablaufs verändert werden, wenn das Füllmaterial verändert wird. Andererseits müssen, wenn der Ablauf dynamisch abgeschätzt wird, die Festlegungen bzw. Einstellungen des Systems nicht verändert werden.
Zusätzlich können, während Systeme 200 und 400 unter Verwendung eines digitalen Coriolis-Durchflußmeßgeräts beschrieben wurden, andere Durchflußmeßgeräte verwendet werden. Jedoch kann in Abhängigkeit von der Chargenzeit die dynamische Antwort des Durchflußmeßgeräts ein Problem bzw. strittiger Punkt sein. Allgemein zeigt die dynamische Antwort an, wie rasch ein Meßsystem fähig ist, Änderungen in der Flußgeschwindigkeit zu verfolgen. Ein Indikator der dynamischen Antwort ist die Zeit, die für eine Änderung in der Massenstromgeschwindigkeit benötigt wird, um in der Ausgabe des Durchflußmeßgeräts reflektiert zu werden.
Allgemein kann ein digitales Coriolis-Durchflußmeßgerät, wie jene, die in 1A und 1B beschrieben sind, eine wünschenswertere dynamische Antwort als andere Durchflußmeßgeräte besitzen. Beispielsweise wurde ein digitaler Coriolis-Transmitter, der mit der Architektur, die in 1A gezeigt ist, und gemäß den Lehren des U.S. Patents US Patent Nr. 6,311,136 implementiert ist, durch die Oxford University (UK) entwickelt (hierin und in den beiliegenden Figuren als der "Oxford" Coriolis-Transmitter bezeichnet, und wenn mit einem Flußrohr gekoppelt, als das "Oxford"-Coriolis-Durchflußmeßgerät). Dieser Coriolis-Transmitter hat eine dynamische Antwort (in bezug auf die Zeit, die für eine stufenweise Änderung in der Massenstromgeschwindigkeit erforderlich ist, um sie auf dem Transmitterausgang zu reflektieren) in dem Bereich von 20 – 50 ms. Eine kommerzielle Version des Oxford Coriolis-Transmitters ist von Invensys Systems, Inc., Foxboro, MA unter dem Modellnamen CFT50 erhältlich und hat eine ähnliche dynamische Antwort bzw. ein ähnliches dynamisches Ansprechverhalten.
Bezugnehmend auf 6 ist die nominale Schrittantwort einer Vielzahl von Durchflußmeßgeräten gezeigt. Insbesondere illustriert 6 die dynamische Antwort von zahlreichen Durchflußmeßgerät-Technologien, beinhaltend Differentialdruck (DP) mit Lochplatte 602, elektromagnetisch 604, Wirbel 606 und Coriolis 608. 6 zeigt für das schnellste Meßgerät in jeder Klasse die Antwort auf eine momentane Einheitsschrittänderung in der echten Massenstromgeschwindigkeit basierend auf gewählten Parameterwerten.
Wie dies aus 6 erkannt bzw. geschätzt werden kann, gibt es wenigstens zwei Aspekte für die dynamische Antwort – eine anfängliche "Totzeit", wo keine Änderung in der Ausgabe besteht und dann eine Antwort erster oder zweiter Ordnung zu einem neuen Wert eines stabilen Gleichgewichtszustands. In 6 ist für DP/Lochplatte 602 gezeigt, daß sie die schnellste Antwort besitzen, während Coriolis die langsamste 608 besitzt. Jedoch ist die schnellste Antwortkurve 610 in 6 die Leistung des Oxford Durchflußmeßgeräts. Wie dies gezeigt ist, ist die Totzeit 10 – 16 ms und der neue Wert eines stabilen Zustands wird innerhalb weiterer 20 – 30 ms erreicht.
Um die Schritt bzw. Stufenantwort 610 des Oxford Coriolis-Durchflußmeßgeräts zu bestimmen, das in 6 gezeigt ist, wurde eine Abschätzung der Totzeit des Oxford Coriolis-Transmitters bestimmt und die Totzeit und die Gesamtantwort wurden experimentell bestätigt. Eine Abschätzung der Totzeit ist wie folgt. Obwohl der Codec bei 40 kHz abtastet, gibt es eine "Gruppenverzögerung" von 61 Proben bzw. Abtastungen zwischen Eingabe und Ausgabe, gleich einer Totzeit von 1,5 ms. Ein Filtern in FPGA benötigt 1 ms. Für eine typische Antriebsfrequenz von 80 Hz gibt es eine Verzögerung von etwa 6 ms (pro Halbzyklus) für den Datenerhalt. Der Prozessor erfordert weitere 1,5 ms, um die Meßberechnung auszuführen. Die Ausgabe wird aktualisiert, unmittelbar nachdem jede Meßberechnung vervollständigt bzw. abgeschlossen wurde, und es gibt nur negierbare bzw. vernachlässigbare Verzögerungen (< 1 ms) beim Fortschreiben bzw. Weiterleiten einer Schrittänderung in der Flußgeschwindigkeit durch die Ausgabe, selbst für niedrige Flußgeschwindigkeiten bzw. -raten.
Die hohe Präzision der Meßberechnung und Frequenzgenerierung des Oxford Transmitters bedeutet, daß kein Mitteln oder Filtern erforderlich ist, um eine glatte Meßausgabe zu erhalten, was in einer stark verbesserten dynamischen Antwort resultiert. Insgesamt suggeriert die Analyse eine Gesamttotzeit von 10 – 16 ms von einer Sensorsignaleingabe bis zur Ausgabe in Abhängigkeit davon, wo in dem Halbzyklus eine Stufenänderung auftritt. Diese Abschätzung ist ähnlich zu dem theoretischen Limit für eine Antriebsfrequenz von 80 Hz und wurde durch experimentelle Resultate bestätigt, wie dies in bezug auf 7 beschrieben ist.
Bezugnehmend auf 7 sind die Ergebnisse einer Schrittantwort Test unter Verwendung des Oxford Coriolis-Durchflußmeßgeräts gezeigt. In 7 wurde eine experimen telle Wasserstromtest-Ausrüstung verwendet. Das Gerät bzw. die Ausrüstung war fähig, schnelle Schritte bzw. Stufen im Fluß bzw. der Strömung, z.B. 0,6 bis 0,1 kg/s innerhalb von 3 ms auszuführen. Ein elektromagnetisches Durchflußmeßgerät mit kontinuierlicher Gleichstrom-Erregung stellte eine dynamische antwortende Anzeige des Zeitverlaufs des Schritts zur Verfügung.
Die Coriolis-Pulsausgabe und das elektromagnetische Durchflußmeßgerät wurden gleichzeitig aufgezeichnet, und 7 zeigt die erhaltene Pulsausgabe nach einer schnellen (3 ms) Stufenänderung in der Massenstromgeschwindigkeit. Das elektromagnetische Durchflußmeßgerät ist durch Linie 702 angedeutet und das Coriolis-Durchflußmeßgerät ist durch Linie 704 angedeutet. Die Pulsausgabe 704 hat eine Stiegen- bzw. Stufenform, da Aktualisierungen zwei Mal pro Antriebszyklus, d.h. alle 6 ms, zur Verfügung gestellt werden. Das Signal 702 des elektromagnetische Durchflußmeßgeräts stellt die Bezugszeitgeschichte für den Massenstromschritt zur Verfügung, welche bei Zeit t = 0 ms auftritt. Die Transmitterausgabe 704 antwortet bei t = 12 ms und der Schritt wird 23 ms später vervollständigt.
Die folgende Diskussion beschreibt allgemein Quellen einer Verzögerung in einem Coriolis-Massenstrom-Durchflußmeßgerät. In der nachfolgenden Diskussion wird der Ausdruck "Verzögerung" verwendet, um sowohl eine Totzeit als auch Stufenantwortelemente der dynamischen Antwort des Meßgeräts zu bezeichnen.
Allgemein ist bzw. wird eine mechanische Antwort eines Flußrohrs auf eine Schrittänderung in der Flußgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate nicht über einen Zeitraum von weniger als einen kompletten Zyklus der Antriebsbewegung beobachtet. So kann beispielsweise ein Flußrohr, das bei 100 Hz oszilliert, nicht schneller als in 10 ms antworten, während ein 1 kHz Flußrohr in einer ms antworten könnte.
Das Flußrohrdesign kann einen Einfluß auf die dynamische Antwort besitzen. Beispielsweise haben kürzliche oder neuere Trends eine ansteigende Annahme von "geraden" im Gegensatz zu "gebogenen" Flußrohrgeometrien gesehen. Beanspruchte bzw. behauptete Vorteile beinhalten eine leichtere Installation und Reinigung, reduzierte Kosten und einen niedrigeren Druckabfall. Die Designbeschränkungen für eine gerade Geometrie führen zu einer hohen Frequenz, niedrigen Amplitudenoszillationen, welche gemischte Vorteilen aus einer Perspektive einer dynamischen Antwort bereitstellen. Während eine hohe Frequenz (beispielsweise 800 Hz gegenüber 80 Hz) wünschenswert ist, können die niedrigere Sensorsignalamplitude (beispielsweise 30 mV gegen 300 mV) und der niedrigere Phasendifferenzbereich (beispielsweise 0,4 Grad gegen 4,0 Grad) in einem niedrigeren Signal-zu-Rausch-Verhältnis resultieren. Wie unten diskutiert, kann dies ein Meßwertfiltern erfordern, welches einer der signifikantesten Gründe einer durch einen Transmitter induzierten Verzögerung sein können.
Für einen digitalen Coriolis-Transmitter kann das Bearbeiten innerhalb des Transmitters ebenfalls die dynamische Antwort beeinflussen. Innerhalb des Coriolis-Transmitters kann eine Datenverarbeitung in mehreren Stufen auftreten. Die Sensorsignale von dem Flußrohr sind üblicher Weise über Analog-zu-Digital-Wandler in dem Transmitter abgetastet bzw. erfaßt. In einigen Fällen kann ein zusätzliches Filtern angewandt werden. Jeder Schritt bringt eine bestimmte Verzögerung ein. In dem Transmitter-Prozessor können Meßberechnungen nicht kontinuierlich ausgeführt werden, sondern typischerweise einmal nach einem oder mehreren Antriebszyklus (-zyklen).
Es ist möglich, zwei Stufen innerhalb dieser Verzögerung zu identifizieren. Zuerst müssen ausreichend Meßdaten gesammelt sein (z.B. ein kompletter Antriebszyklus), dann findet die Berechnung selbst statt. Für eine intensive Berechnung ist es aus computertechnischer Sicht optimal für derartige Berechnungen, die Datensammelperiode so lange wie möglich zu nehmen und die zwei Tätigkeiten parallel auszuführen. Somit kann ein Antriebszyklus erforderlich sein, um Daten zu sammeln, und dann ein weiterer Antriebszyklus, um sie zu bearbeiten, was zu einer Gesamtverzögerung von zwei Antriebszyklen zwischen dem ersten Auftreten einer Schrittänderung, die durch die Analog-zu-Digital-Wandler gelesen wird, und der entsprechenden Änderung führt, die in den Meßdaten aufscheint, die durch den Prozessor berechnet sind.
In zahlreichen industriellen Anwendungen ist ein bedeutender Meilenstein einer dynamischen Antwort die Zeit, die für eine Änderung in dem Fluß erforderlich ist, bis sie über die Transmitterausgaben kommuniziert wird (z.B. 4 – 20 mA, Puls oder Feldbus). Eine Aktualisierung zu der Transmitterausgabeschaltung wird nicht notwendigerweise jedesmal zur Verfügung gestellt, wenn ein neuer Meßwert berechnet wird. Indem die konventionellen Abtastraten von industriellen Steuer- bzw. Regelsystemen gegeben sind bzw. herausgegeben werden, ist es typischer für Aktualisierungen, daß sie mit einer Rate von 10 Hz oder langsamer zur Verfügung gestellt werden. Die genaueste Darstellung der Meßdaten über die letzten, z.B. 100 ms, würde ihre Mittelung über die Meßaktualisierungsperiode sein. Dies führt im Mittel bzw. durchschnittlich beispielsweise eine Verzögerung von 50 ms in der Antwort des Durchflußmeßgeräts ein. Weiters ist es üblich, ein zusätzliches Filtern an dieser Stufe einzuführen, um den berichteten Meßwert zu glätten. Mit Zeitkonstanten von typischerweise 40 – 1000 ms kann ein derartiges Filtern der signifikanteste Einfluß in der dynamischen Antwort von kommerziellen Meßgeräten sein. Das Filterproblem wird nachfolgend diskutiert.
Ein Transmitterdesignzugang mit Implikationen bzw. Auswirkungen für eine dynamische Antwort ist, was eine "geteilte Architektur" genannt werden kann, wo einige Elektronik und Ver- bzw. Bearbeiten an dem Flußrohr liegen, während sich der Rest in einem konventionellen Gehäuse in einem größeren Abstand befindet. Diese Architektur bietet zahlreiche Vorteile, wie ein Reduzieren des Abstands und somit einer Rauschaufnahme zwischen den Sensoren und der Vorderend-Elektronik, und reduzierte Verdrahtungskosten zwischen dem Flußrohr und dem Transmittergehäuse, da typischerweise nur 4 Drähte für Leistung und Kommunikation bzw. Übertragungen erforderlich sind. Diese Architektur kann insbesondere für Signale niedrigen Niveaus aus einem geraden Rohr effektiv sein. Für die intrinsische bzw. innere Sicherheit teilen die Elektronik am Rohr und die Flußrohrtreiber dieselbe begrenzte Leistungszufuhr, was die Bearbeitungsleistung beschränken kann, welche an dem Flußrohr angewandt werden kann, beinhaltend ihre Kommunikationsbandbreite; in gleicher Weise beschränkt dies auch die elektrische Leistung, die für den Flußrohrtreiber verfügbar ist (z.B. in Zwei-Phasen-Flußsituationen). Eine geteilte Architektur bringt eine zusätzliche Kommunikationsstufe zwischen den zwei Hälften des Transmitters und somit eine zusätzliche Verzögerung mit sich.
Andere potentielle Quellen der Verzögerung beinhalten eine Kommunikation zwischen dem Coriolis-Meßgerät und einem Steuer- bzw. Regel/Überwachungssystem. Wie oben beschrieben, gibt es gegenwärtig drei Klassen von üblicherweise bzw. allgemein verwendeten industriellen Kommunikationspro tokollen. Zuerst gibt es 4 – 20 mA, wo die Flußgeschwindigkeit auf ein analoges Stromsignal zwischen 4 und 20 mA aufgezeichnet wird. Es gibt keine Verzögerung beim Fortschreiten bzw. Weiterleiten des Signals zu dem Überwachungssystem, jedoch eine Verzögerung in der Analogstromschaltung existieren. Weiters wird in dem Überwachungssystem das Signal abgetastet bzw. erfaßt, indem ein Analog-zu-Digital-Wandler verwendet wird, welcher in der Verfahrenssteuer- bzw. -regelindustrie typischerweise bei 10 Hz oder langsamer arbeitet, was zu weiteren 50 ms oder mehr mittlerer Verzögerung führt, bevor die Messung durch den Monitorprozessor empfangen bzw. erhalten wird.
Zweitens gibt es die Puls-(Frequenz)-Ausgabe, welche allgemein ein Quadratwellensignal enthält, in welchem die Frequenz des Pulsstroms einen Hinweis auf die momentane Strömungsrate bzw. Flußgeschwindigkeit gibt. Dies hat einige der Vorteile von 4 – 20 mA, ist einfach, eindirektional und kontinuierlich, während die diskreten Signalkanten einige Vorteile einer digitalen Übertragung, beinhaltend eine höhere Präzision, bieten. Es gibt jedoch Verzögerungen, die dieser Technik inhärent sind. Typischerweise ist der obere Grenzwert der Ausgabe etwa 10 kHz. Auch wird ein Null-Strom häufig bei Null Hz aufgezeichnet, so daß bei niedrigen Flußgeschwindigkeiten es nicht triviale Verzögerungen beim Fortschreiten bzw. Weiterleiten aufgrund des Zeitpunkts zwischen den Kanten geben kann – beispielsweise bei 200 Hz gibt es eine 5 ms Periode zwischen aufsteigenden bzw. Anstiegskanten. Wenn die Pulsausgabefrequenz nur aktualisiert wird, z.B. nach jeder ansteigenden Kante, dann kann dies zu mehreren Millisekunden Verzögerung beim Weiterleiten einer Schrittänderung von einem niedrigen zu einem hohen Flußwert führen.
Drittens können Feldbus-Kommunikationen (beinhaltend beispielsweise HART und Modbus) verwendet werden. Verschiedene digitale Kommunikationsprotokolle erlauben die Übertragung von Meßdaten in einem Fließkommaformat ohne Verlust von Präzision. Neuerlich werden typischerweise in der Verfahrensindustrie Meßdaten nicht häufiger als alle 100 ms übertragen, was einen unteren Grenzwert für die gesamte dynamische Antwort der Meßgeräte ergibt. Eine Option, die durch wenigstens einen Verkäufer eines Transmitters einer gesplitteten bzw. geteilten Architektur angeboten ist, ist eine direkte Kommunikation mit dem Prozessor lokal zu dem Transducer bzw. Wandler zu richten, wodurch eine Kommunikationsverzögerung reduziert wird.
Eine Annahme von standardisierten Hochgeschwindigkeits- (z.B. 1000 Aktualisierungen/s unterstützend), digitalen Kommunikationen kann bei Anwendungen günstig sein, wo eine dynamische Antwort wichtig ist. Beispielsweise industrielles Ethernet, und insbesondere der IEEE 1451 Standard können zwischen Hälften eines Transmitters einer geteilten Architektur verwendet werden. Jedoch kann, wenn derartige Standards nicht verfügbar sind, eine präzise Puls/Frequenz-Ausgabe, die mit einem schnellen PLC gekoppelt ist (wobei Systementscheidungen bei bis zu 1 ms genommen werden) als eine Alternative verwendet werden (oder kann zusätzlich zu derartigen Standards verwendet werden).
In bezug auf ein Filtern sind Automationsprofis allgemein mit einem Anwenden eines Filterns auf die Ausgaben von Feldinstrumenten vertraut. Ein derartiges Filtern wird nun normalerweise digital in dem Instrument implementiert, was dem Benutzer einen weiten Bereich von Filterzeitkonstanten zur Verfügung stellt. Es wird aus wenigstens zwei Gründen verwendet: um unerwünschtes Verfahrensrauschen zu unterdrücken (beispielsweise um ein Stören einer Steuer- bzw.
Regelschlaufe zu vermeiden) und/oder um Meßrauschen zu unterdrücken, das durch das Instrument selbst eingebracht wird.
In Anwendungen kurzer Chargen mit schnell ändernden Flüssen ist es die Absicht, so viel wie möglich der Prozeßdynamik zu konservieren, so daß kein Erfordernis besteht, die Prozeßvariable zu filtern. Jedoch wird ein Meßfiltern (welches typischerweise für die größte Verzögerung in der dynamischen Antwortanalyse verantwortlich ist) allgemein nur verwendet, wenn es erforderlich ist, um ein Instrumentenrauschen zu unterdrücken. Somit ist die Präzision des Durchflußmeßgeräts (wie sie durch derartige Faktoren, wie das Signal-zu-Rausch-Verhältnis auf den Sensorsignalen und die Leistung und Ausgereiftheit der Signalverfahrenstechnik bestimmt ist) eine andere indirekte Determinante für ihre dynamische Antwort, da sie bestimmt, wie viel Filtern, falls überhaupt, erforderlich ist.
Auch die Verwendung eines Null-Wegschneidens ist genaugenommen eine Form eines "Filterns". Dies setzt einen minimalen Schwellwert fest, unter welchem der berichtete Fluß als Null gegeben ist. Während dies verwendbar sein kann (z.B. mit einem Zwei-Phasen-Fluß), kann es auch verwendet werden, um auch ein unvorteilhaftes Meßrauschen in Abwesenheit eines echten Verfahrensflusses zu verstecken. In den Beispielen, welche folgen, ist die Fluß-Null-Option ausgeschaltet.
8A–8D sind Graphen, die eine Antwort von Flußrohren mit 3 mm und 40 mm auf eine Stufenänderung zeigen. In 8A–8D ist eine Wechselwirkung zwischen Meßpräzision und Filtern illustriert, was Daten von zwei Oxford Transmittern zeigt, wobei einer ein 3 mm Flußrohr (Nenn- bzw. Nominalkapazität 60 g/s) und der andere ein 40 mm Flußrohr (Nennkapazität 6000 g/s) antreibt. Die Flußrohre wurden in Serie angeordnet und beide wurden einer Serie von kurzen Stößen eines Gasstroms von 5 g/s mit Nullfluß zwischen den Pulsen unterworfen. Daten von dem 3 mm Meßgerät wurden zu dem 40 mm Meßgerät über einen Pulsausgabekanal so zugesandt, daß die zwei Flußgeschwindigkeiten bzw. Strömungsraten mehr oder weniger gleichzeitig verglichen werden können.
8A zeigt die Messung von dem 3 mm Meßgerät ohne Filtern – es kann gesehen werden, daß es nur sehr wenig Rauschen gibt, und die dynamische Antwort auf jede Stufenänderung ist schnell, so daß kein Filtern hier erforderlich ist. Es ist auch festzuhalten, daß dies der Fall ist, trotzdem es in der Form einer Pulswellenform übertragen und empfangen wird.
8B zeigt die nicht gefilterten Daten von dem 40 mm Flußrohr. Obwohl die Stufenänderung gesehen werden kann und die dynamische Antwort ähnlich zu jener des 3 mm Rohrs ist, ist die Präzision der Messung bedeutend schlechter und hier gibt es einen hohen Grad an Rauschen. Dies kann von der Tatsache stammen, daß die Gasstromgeschwindigkeit von 5 g/s weniger als ein Tausendstel der Nennkapazität des 40 mm Flußrohrs ist; d.h., das Meßgerät ist sehr schlecht für diese Last dimensioniert. Jedoch kann diese Leistung auch betrachtet werden, ein besser dimensioniertes, jedoch weniger präzises Meßgerät darzustellen, in welchem Fall ein gewisses Filtern erforderlich sein kann.
8C zeigt dieselben Daten, wobei ein relativ schweres Filter angewandt ist, das eine Zeitkonstante von 0,8 s besitzt. Die Daten sind nun glatt, sind jedoch eine sehr schlechte Darstellung des echten Gasstroms, und die Schrittantwort wurde beträchtlich verlangsamt. In 8D stellt eine Filterzeitkonstante von 0,1 s einen sinnvollen bzw. vernünftigen Ausgleich zwischen Rauschunterdrückung und Verlust an dynamischer Antwort zur Verfügung.
Zusammenfassend kann, wo eine schnelle dynamische Antwort erforderlich ist, ein Filtern mit Vorsicht, wo erforderlich, verwendet werden, jedoch sollte idealer Weise das Meßgerät ausreichend präzise sein, daß ein Filtern unnotwendig sein sollte.
Ein weiterer interessierender Bereich beim Studieren von dynamischen Antworten von Durchflußmeßgeräten betrifft die Rauschquellen in dem Coriolis-Meßsignal. Während hier ein "Boden" bzw. "Untergrund" eines Hintergrundrauschens wie bei jedem anderen Instrument existiert, gibt es signifikante Beiträge von anderen Arten bzw. Moden einer Vibration des Flußrohrs. Beispielsweise haben Coriolis-Flußrohre, wie andere mechanische Strukturen, zahlreiche Vibrationsmoden; üblicherweise ist der Antriebsmodus der Modus niedrigster Frequenz. Der Modus über (und wo er existiert, der Modus unter) dem Antriebsmodus hat eine spezielle Signifikanz und wird der "Coriolis-Modus" genannt, da die Coriolis-Kraft (-Kräfte), die verwendet wird (werden), um den Massenstrom zu detektieren, in diesem Modus einer Vibration wirkt (wirken).
Grob gesprochen, je näher die Frequenzen dieser zwei Moden liegen, umso größer ist die Empfindlichkeit (in bezug auf die Phasendifferenz pro kg/s) des Flußrohrs. Das relative Anordnen dieser Moden ist eine Frage in dem Flußrohrdesign. Jedoch aus einem Standpunkt einer Signalverarbeitung bringt die Nähe von anderen Moden einer Vibration Probleme mit sich. Während die Amplitude eine Vibration in der Antriebsmode aktiv durch den Transmitter gesteuert bzw. geregelt wird, sind bzw. werden die anderen Vibrationsmoden schnell bzw. leicht auf Niveaus einer niedrigen Amplitude durch beispielsweise eine externe Vibration oder Flußrauschen erregt.
9A–9D sind Graphen, die rohe und korrigierte Daten für die Konfiguration(en) von 8A–8D mit kleinen Stufenänderungen zeigen. 9A–9D illustrieren, daß schnelle Flußstufen allgemein die Coriolis-Mode(n) einer Vibration erregen werden. Diese Moden haben natürlich lange Abklingzeiten, und so sind die Signale von dem Flußrohr nahezu kontinuierlich mit Amplituden eines zufälligen niedrigen Niveaus von einer oder mehreren Mode(n) einer Vibration kontaminiert. Beispielsweise kann ein B-förmiges Doppelantriebs-Flußrohr die zweite Mode einer Vibration als die Antriebsmode verwenden. Ein 12 mm Rohr, das mit Wasser gefüllt ist, vibriert in dieser Mode bei 82,6 Hz. Die niedrigere Coriolis-Mode schwingt bei 54,9 Hz. Die Anwesenheit von kleinen Niveaus einer Coriolis-Mode in dem Sensorsignal resultiert in einem relativ signifikanten Rauschen in der Phasendifferenzberechnungen bei der Schlagfrequenz zwischen den zweien, d.h. bei 27,7 Hz.
Dies ist in 9A illustriert, welche die Zeitserie eines rohen Massenstroms während einer Serie von Schrittänderungen in dem Fluß zeigt. 9B zeigt das entsprechende Leistungsspektrum. Die Schlagfrequenz bei 28 Hz dominiert das Spektrum und die Flußschritte können nicht in der Zeitserie beobachtet werden.
Es ist somit wünschenswert, den Einfluß der Coriolis-Mode auf das Sensorsignal zu eliminieren. Ein Zugang ist es, ein Niedrig- oder Hochpaß-Filter an den rohren oder groben Sensordaten zu verwenden, welches in einem Kompromiß zwischen Flußrohrempfindlichkeit (was erfordert, daß die Moden nahe beieinander liegen) und einem effektiven Filtern (was erfordert, daß die Moden weit voneinander weg liegen) resultiert. Für das B-Rohr relativ hoher Empfindlichkeit für eine Abtastrate von 40 kHz können die 82 Hz und 55 Hz Moden als zu nahe beieinander liegen, um durch ein Filtern der Sensordaten getrennt zu werden.
Eine weitere Lösung ist es, das Rauschen durch ein Filtern der Flußmessung selbst zu unterdrücken mit allen Implikationen für eine dynamische Antwort, die zuvor diskutiert wurden. Als eine andere Alternative können spezifische Signalverarbeitungstechniken verwendet werden. 9C und 9D zeigen die Wirkung einer Korrekturtechnik, die online angewandt ist, welche den Einfluß der Coriolis-Mode, ohne irgendeine nachteilige Wirkung auf die dynamische Antwort des Flußrohrs unterdrückt. In diesen Figuren wurde die 28 Hz Mode innerhalb des Spektrums unterdrückt, und die entsprechende Zeitserie ist reiner, so daß kleine Stufenänderungen offensichtlich bzw. ersichtlich werden. Zum Vergleich ist die weiße Spur in 9A die korrigierten Daten, die über das rauschendere Rohrdatensignal überlagert sind.
Eine Anzahl von Implementierungen wurde beschrieben. Nichts desto trotz wird es verstanden werden, daß verschiedenen Modifikationen gemacht werden können. Beispielsweise können, während das Vorhergehende ein Abschätzen des Ablaufs unter Verwendung von linearen Beziehungen beschreibt, beliebig komplexe Beziehungen entwickelt und verwendet werden. Zusätzlich können in einigen Implementierungen andere Flußintegrationsberechnungen ausgeführt werden, um die Gesamtmenge an ab- bzw. ausgegebenem Material zu berechnen. Beispielsweise kann, statt TOT_t = TOT_t–1 + M_tΔt zu verwenden, eine Flußintegrationsgleichung, wie TOT_t = TOT_t–1 + Δt((M_t + M_t–1)/2) verwendet werden, die auch als trapezoidale Integration bezeichnet wird.
Weiters können, während das Vorhergehende die abgegebene Materialmenge in bezug auf die Masse beschrieben hat, und der Ablauf unter Verwendung der Massenstromgeschwindigkeit abgeschätzt wurde, andere Arten von Messungen und Flußgeschwindigkeiten bzw. Strömungsraten verwendet werden. Beispielsweise kann die auszugebende Materialmenge als Volumen gemessen werden, und die volumetrische Flußgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate kann gemessen werden, um den Ablauf des Materials abzuschätzen und zu bestimmen, wann das Ventil 225 geschlossen werden sollte, um ein Zielvolumen an Material zu erreichen.
Dementsprechend sind andere Implementierungen innerhalb des Rahmens der folgenden Ansprüche.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Füllsystems, wobei das Verfahren umfaßt: Öffnen eines Ventils, um einen Materialfluß durch eine Leitung zu starten; während das Material durch die Leitung fließt: Bestimmen einer Gesamtmenge des Materials, welche durch die Leitung geflossen ist; Bestimmen einer Flußgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate des Materials, das durch die Leitung fließt; Abschätzen einer Ablaufmenge des Materials, das durch die Leitung fließt, basierend auf der Flußgeschwindigkeit; Bestimmen, daß die Gesamtmenge des Materials, welche durch die Leitung geflossen ist, plus der Ablaufmenge größer als oder gleich einer Zielmenge ist; in Antwort auf ein Bestimmen, daß die Gesamtmenge des Materials, welche durch die Leitung geflossen ist, plus der Ablaufmenge größer als oder gleich einer Zielmenge ist, Initiieren bzw. Einleiten eines Verschließens des Ventils, um den Materialfluß durch die Leitung zu stoppen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Gesamtmenge des Materials, welche durch die Leitung geflossen ist, ein Berechnen von TOT_t = TOT_t–1 + M_tΔt umfaßt, wo TOT_t die Gesamtmenge des Materials ist, welche durch das Flußrohr bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt t geflossen ist, TOT_t–1 die Gesamtmenge des Materials ist, welche durch das Flußrohr bis zum Zeitpunkt t–1 geflossen ist, M_t die Flußgeschwindigkeit zum Zeitpunkt t ist, und Δt das Intervall zwischen t und t–1 ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Gesamtmenge des Materials, welche durch die Leitung geflossen ist, ein Zählen von Pulsen umfaßt, die durch ein Coriolis-Flußmeßgerät ausgegeben werden, wobei jeder Puls, der durch das Coriolis-Flußmeßgerät ausgegeben wird, eine Einheitsmenge von Material darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Flußgeschwindigkeit des Materials, das durch die Leitung fließt, umfaßt: Oszillieren der Leitung; Abtasten bzw. Erfassen einer Eigenschaft der Oszillation der Leitung; und Berechnen der Flußgeschwindigkeit basierend auf der abgetasteten Eigenschaft.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Flußgeschwindigkeit des Materials, das durch die Leitung fließt, ein Lesen eines Signals von einem Coriolis-Durchflußmeßgerät umfaßt, wobei das Signal die Flußgeschwindigkeit anzeigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abschätzen der Ablaufmenge ein Berechnen von R = X + M_t·Y umfaßt, wo R die abgeschätzte Ablaufmenge ist, X eine konstante Menge ist, M_t eine Flußgeschwindigkeit zum gegenwärtigen Zeitpunkt t ist, und Y eine Ablaufzeit-Charakteristik ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Initiieren des Verschließens des Ventils zum Stoppen des Materialflusses durch die Leitung ein Initiieren des Verschließens des Ventils weniger als etwa 5 Sekunden nach dem Öffnen des Ventils umfaßt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gesamtmenge eine Gesamtmasse ist, die Flußgeschwindigkeit eine Massenflußgeschwindigkeit bzw. -rate ist, und die Zielmenge eine Zielmasse ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Gesamtmenge ein Gesamtvolumen ist, die Flußgeschwindigkeit eine volumetrische Flußgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate ist, und die Zielmenge ein Zielvolumen ist.
Durchflußmeßgerät- bzw. Flußmeßgerät -Transmitter umfassend: ein Parameterbestimmungssystem, das konfiguriert ist, um eine Flußgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate eines Materials zu bestimmen, das sich durch ein Flußrohr bewegt; und ein Chargen-Steuer- bzw. -Regelsystem, das konfiguriert ist, um eine Ablaufmenge des Materials basierend auf der Flußgeschwindigkeit zu bestimmen und um eine Ventilverschlußzeit für ein Ventil, das mit dem Flußrohr assoziiert ist, basierend auf der abgeschätzten Ablaufmenge zu bestimmen.
Flußmeßgerät-Transmitter nach Anspruch 10, wobei das Parameterbestimmungssystem konfiguriert ist, um eine Gesamtmenge an Material zu bestimmen, welche sich durch das Flußrohr bewegt hat, und das Chargen-Steuer- bzw. -Regelsystem konfiguriert ist, um den Ventilverschlußzeit basierend auf der abgeschätzten Ablaufmenge und der Gesamtmenge an Material abzuschätzen, welche sich durch das Flußrohr bewegt hat.
Flußmeßgerät-Transmitter nach Anspruch 11, wobei die Gesamtmenge eine Gesamtmasse ist, die Flußgeschwindigkeit eine Massenflußgeschwindigkeit ist und die Zielmenge eine Zielmasse ist.
Flußmeßgerät-Transmitter nach Anspruch 11, wobei die Gesamtmasse ein Gesamtvolumen ist, die Flußgeschwindigkeit eine volumetrische Flußgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate und die Zielmenge ein Zielvolumen ist.
Flußmeßgerät-Transmitter nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Parameterbestimmungssystem konfiguriert ist, um die Gesamtmenge an Material zu bestimmen, welche sich durch das Flußrohr bewegt hat, indem die folgende Berechnung TOT_t = TOT_t–1 + M_tΔt ausgeführt wird, wo TOT_t die Gesamtmenge des Materials ist, welches sich durch das Flußrohr bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt t bewegt hat; TOT_t–1 die Gesamtmenge des Materials ist, welche sich durch das Flußrohr bis zum Zeitpunkt t–1 bewegt hat, M_t die Flußgeschwindigkeit zum Zeitpunkt t ist, und Δt das Intervall zwischen t und t–1 ist.
Flußmeßgerät-Transmitter nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Chargen-Steuer- bzw. -Regelsystem konfiguriert ist, um die Ventilverschlußzeit durch ein Bestimmen bzw. zu bestimmen, ob TOT_t + R >= Ziel2, wo TOT_t die Gesamtmenge an Material ist, welche sich durch das Flußrohr bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt t bewegt hat, R die abgeschätzte Ablaufmenge ist, und Ziel2 eine Zielmenge ist.
Flußmeßgerät-Transmitter nach Anspruch 15, wobei das Chargen-Steuer- bzw. -Regelsystem konfiguriert ist, um die Ablaufmenge durch ein Berechnen von R = X + M_t·Y abzuschätzen, wo R die abgeschätzte Ablaufmenge ist, X eine konstante Menge ist, M_t die Flußgeschwindigkeit zum gegenwärtigen Zeitpunkt T ist und Y eine Ablaufzeit-Charakteristik ist.
Flußmeßgerät-Transmitter nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei das Chargen-Steuer- bzw. -Regelsystem konfiguriert ist, um das Verschließen des Ventils zu initiieren bzw. einzuleiten, wenn die Ventilverschlußzeit eintritt.
Flußmeßgerät-Transmitter nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei der Durchflußmeßgerät-Transmitter ein digitaler Coriolis-Flußmeßgerät-Transmitter ist.
Füllsystem umfassend: eine Leitung, um einen Materialfluß zu erhalten; ein Ventil, um den Materialfluß durch die Leitung zu starten und zu stoppen wenigstens einen Sensor, der mit der Leitung verbunden ist; und eine oder mehrere Verarbeitungsvorrichtung(en), um ein Sensorsignal von dem Sensor zu erhalten, und die konfiguriert ist bzw. wird, um eine Flußgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate des Materialflusses basierend auf dem Sensorsignal zu bestimmen, um eine Ablaufmenge des Materialflusses basierend auf der Flußgeschwindigkeit abzuschätzen und um einen Ventilverschlußzeit basierend auf der abgeschätzten Ablaufmenge zu bestimmen.
Füllsystem nach Anspruch 19, wobei die eine oder die mehreren Verarbeitungsvorrichtung(en) konfiguriert ist bzw. sind, um eine Gesamtmenge an Material zu bestimmen, welches durch die Leitung geflossen ist, und um die Ventilverschlußzeit basierend auf der abgeschätzten Ablaufmenge und der Gesamtmenge an Material zu bestimmen, welche durch die Leitung geflossen ist.
Füllsystem nach Anspruch 20, wobei die Gesamtmenge eine Gesamtmasse ist, die Flußgeschwindigkeit eine Massenflußgeschwindigkeit ist, und die Zielmenge eine Zielmasse ist.
Füllsystem nach Anspruch 20, wobei die Gesamtmenge ein Gesamtvolumen ist, die Flußgeschwindigkeit eine volumetrische Flußgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate ist, und die Zielmenge ein Zielvolumen ist.
Füllsystem nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei die eine oder mehreren Verarbeitungsvorrichtung(en) konfiguriert ist (sind), um die Gesamtmenge des Materials zu bestimmen, welche durch die Leitung geflossen ist, indem die folgende Berechnung ausgeführt wird: TOT_t = TOT_t–1 + M_tΔt, wo TOT_t die Gesamtmenge des Materials ist, die durch die Leitung bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt t geflossen ist, TOT_t–1 die Gesamtmenge des Materials ist, welche durch die Leitung bis zum Zeitpunkt t–1 geflossen ist, M_t die Flußgeschwindigkeit zum Zeitpunkt t ist, und Δt das Intervall zwischen dem Zeitpunkt t und t–1 ist.
Füllsystem nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei die eine oder die mehreren Verarbeitungsvorrichtungen) konfiguriert ist (sind), um die Ventilverschlußzeit durch ein Bestimmen zu bestimmen, ob TOT_t + R >= Ziel2, wo TOT_t die Gesamtmenge an Material ist, die durch die Leitung bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt t geflossen ist, R die abgeschätzte Ablaufmenge ist, und Ziel2 eine Zielmenge ist.
Füllsystem nach Anspruch 24, wobei die eine oder die mehreren Verarbeitungsvorrichtungen) konfiguriert ist bzw. sind, um die abgeschätzte Ablaufmenge durch ein Berechnen von R = X + M_t·Y abzuschätzen, wo R die abgeschätzte Ablaufmenge ist, X eine konstante Menge ist, M_t die Flußgeschwindigkeit zum gegenwärtigen Zeitpunkt t ist, und Y eine Ablaufzeit-Charakteristik ist.
Füllsystem nach einem der Ansprüche 19 bis 25, wobei die eine oder die mehreren Verarbeitungsvorrichtung(en) einen digitalen Coriolis Transmitter-Prozessor umfaßt (umfassen), der konfiguriert ist, um die Flußgeschwindigkeit des Materialflusses basierend auf dem Sensorsignal zu bestimmen, um die Ablaufmenge des Materialflusses basierend auf der Flußgeschwindigkeit abzuschätzen, und um die Ventilverschlußzeit basierend auf der Abschätzung der Ablaufmenge zu bestimmen.
Füllsystem nach einem der Ansprüche 19 bis 26, wobei die eine oder die mehreren Verarbeitungsvorrichtungen umfaßt bzw. umfassen: einen digitalen Coriolis Transmitter-Prozessor, der konfiguriert ist, um die Flußgeschwindigkeit des Materialflusses basierend auf dem Sensorsignal zu bestimmen; und einen programmierbaren Logik-Controller, der konfiguriert ist, um die Ablaufmenge des Materialflusses basierend auf der Flußgeschwindigkeit abzuschätzen, und um die Ventilverschlußzeit basierend auf der abgeschätzten Ablaufmenge zu bestimmen.