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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Durchflussmesser, und genauer betrifft sie Systeme und Verfahren für die Messgerät-Überprüfung eines Durchflussmessers.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es gibt verschiedene Durchflussmesser zum Messen des Durchflusses eines Fluids durch das Messgerät. Vortex-Durchflussmesser, magnetische Durchflussmesser, Coriolis-Durchflussmesser und andere sind nur einige Beispiele dafür.
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Ein Coriolis-Durchflussmesser ist ein Durchflussmessertyp, den man verwendet, um den Massedurchsatz und die Dichte eines Fluids zu messen. Bei einem herkömmlichen Coriolis-Durchflussmesser strömt ein Fluid durch ein oder mehrere Leitungsrohre (ganz allgemein, ein Strömungsrohr), während ein oder mehrere Erreger die Leitungsrohre in Schwingungen versetzt bzw. versetzen. Zwei oder mehr als zwei Sensoren nehmen die Bewegung des Strömungsrohres an verschiedenen Stellen am Strömungsrohr entlang wahr. Mit der Beschleunigung des durch das schwingende Strömungsrohr strömenden Fluids zusammenhängende Kräfte erzeugen eine Phasendifferenz in den Signalen von dem Sensor. Diese Phasendifferenz steht in Beziehung zu dem Massedurchsatz des Fluids durch das Strömungsrohr. Somit kann eine Messung des Massedurchsatzes aus der Phasendifferenz in den Sensoren erhalten werden. Die Resonanzfrequenz des Strömungsrohres ändert sich mit der Dichte des Fluids in dem Strömungsrohr. Somit kann ein Coriolis-Messgerät auch ein Maß für die Dichte durch Verfolgen der Resonanzfrequenz des Strömungsrohres liefern. Obwohl diese Grundprinzipien des Betriebs ziemlich einfach sind, können viele komplizierte kontroll- und messtechnische Verfahren eingesetzt werden, um die grundlegenden messtechnischen Verfahren zu verbessern, um verschiedene Faktoren, wie Temperaturänderungen, Druckänderungen, die Auswirkungen einer Mehrphasenströmung und viele andere Variablen, die den Betrieb des Coriolis-Messgerätes beeinflussen, zu kompensieren. Zum Beispiel erläutern die
U.S.-Patente Nr. 6 311 136 ;
6 505 519 ;
6 950 760 ;
7 059 199 ;
7 614 312 ;
7 660 681 ;
7 617 055 und
8 751 171 , deren jeweiliger Inhalt durch Verweis hier mit eingeschlossen ist, einige der weiter fortentwickelten technischen Verfahren, die für eine Verbesserung der Messung und des Betriebs eines Coriolis-Messgerätes bekannt sind.
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Die Messgenauigkeit von Coriolis-Durchflussmessern hängt zum Teil davon ab, ob das Messgerät richtig kalibriert ist. Typischerweise werden Kalibrierdaten dazu verwendet, Roh-Sensorsignale in Massedurchsatz- und Dichtemesswerte umzuwandeln. Diese Kalibrierdaten können zum Beispiel die physikalischen Eigenschaften des Strömungsrohres (z. B. Steifigkeit usw.) berücksichtigen. Bei manchen Anwendungen ist das durch den Coriolis-Durchflussmesser strömende Fluid korrosiv, abrasiv, kaustisch usw.. Solche Fluids und/oder andere Umgebungsbedingungen können bewirken, dass ein Strömungsrohr durch Abnutzung oder einen anderweitigen Bruch beschädigt werden kann. Wenn sich aber die physikalischen Eigenschaften des Strömungsrohres verändern, werden die Kalibrierdaten inaktuell, und das Messsystem kann ungenaue Messungen erzeugen. Somit kann die normale Abnutzung des Coriolis-Messgerätes eine Leistungsverschlechterung verursachen. Schließlich kann der Schaden durch Abnutzung so ernst werden, dass der Durchflussmesser katastrophal versagt. Das katastrophale Versagen eines Coriolis-Durchflussmessers kann der Prozessanlage, in der er verwendet wird, erheblichen und kostspieligen Schaden zufügen, besonders wenn es zur Freisetzung von Materialien kommt, die korrosiv, kaustisch, schädlich für die Umwelt oder sonst wie schwierig zum Entfernen sind.
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Um katastrophales Versagen zu vermeiden und Messungenauigkeiten einzuschränken, sind einige Coriolis-Durchflussmesser mit einem Messgerät-Überprüfungssystem ausgestattet. Diese Systeme überwachen die Kalibriergenauigkeit eines Durchflussmessers, um zu überprüfen, ob er verlässliche Messungen erzeugt. Typischerweise geben sie einen qualitativen Hinweis aus, ob die momentanen Messungen genau sind. Zum Beispiel liefert das
U.S. Patent Nr. 5 926 096 , dessen Inhalt durch Verweis hier mit eingeschlossen ist, weitere Einzelheiten über einen Typ eines Messgerät-Überprüfungssystems, das in einem Coriolis-Messgerät verwendet werden kann. Andere Messgerät-Überprüfungssysteme werden auch in Coriolis-Messgeräten verwendet. Ähnliche Messgerät-Überprüfungssysteme werden in Verbindung mit Vortex-Durchflussmessern, magnetischen Durchflussmessern und anderen Durchflussmessern verwendet.
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Die jetzigen Erfinder haben bestimmte Verbesserungen auf dem Gebiet der Durchflussmesser-Überprüfungssysteme gemacht, die unten näher beschrieben werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Bewerten eines Coriolis-Massedurchsatzmessers, der ein Strömungsrohr, einen Erreger zum Erregen des Strömungsrohres, ein Paar Sensoren zum Fühlen einer Schwingungsantwort des Strömungsrohres an verschiedenen Stellen und Liefern von Signalen, die für die Schwingungsantwort bezeichnend sind, und einen Prozessor hat, der konfiguriert ist, um den Massedurchsatz eines durch das Strömungsrohr strömenden Fluids auf der Grundlage einer Phasendifferenz zwischen den Sensorsignalen zu bestimmen. Das Verfahren beinhaltet das Durchführen einer Diagnoseprüfung zum Feststellen einer physikalischen Veränderung in dem Strömungsrohr, die den Betrieb des Coriolis-Massedurchsatzmessers beeinträchtigen könnte. Ein Ergebnis der Diagnoseprüfung wird ausgegeben. Eine Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung wird unter Verwendung von Informationen über die Prozessbedingungen bewertet. Ein Hinweis für die Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung wird ausgegeben.
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Ein anderer Aspekt der Erfindung ist ein System zum Bewerten einer Massedurchsatzmessung. Das System enthält einen Coriolis-Durchflussmesser mit einem Strömungsrohr, einem Erreger zum Erregen des Strömungsrohres und einem Paar Sensoren zum Fühlen einer Schwingungsantwort des Strömungsrohres an verschiedenen Stellen und Liefern von Sensorsignalen, die für die Schwingung bezeichnend sind. Das System hat ein Diagnosesystem, das konfiguriert ist, um eine Diagnoseprüfung zum Feststellen einer physikalischen Veränderung des Strömungsrohres durchzuführen, die den Betrieb des Coriolis-Massedurchsatzmessers beeinträchtigen könnte, und ein Ergebnis der Diagnoseprüfung auszugeben. Das Diagnosesystem ist auch konfiguriert, um eine Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung unter Verwendung von Informationen über eine Prozessbedingung zu bewerten und einen Hinweis für die Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung auszugeben.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein System zum Bewerten einer Durchflussmessung. Das System enthält einen Durchflussmesser und ein Diagnosesystem. Das Diagnosesystem ist konfiguriert, um eine Diagnoseprüfung zum Feststellen einer physikalischen Veränderung in dem Durchflussmesser durchzuführen, die den Betrieb des Durchflussmessers beeinträchtigen könnte, und ein Ergebnis der Diagnoseprüfung auszugeben. Das Diagnosesystem ist auch konfiguriert, um die Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung unter Verwendung von Informationen über eine Prozessbedingung zu bewerten und einen Hinweis für die Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung auszugeben.
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Andere Ziele und Merkmale werden im Folgenden teilweise ersichtlich und teilweise hervorgehoben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Coriolis-Durchflussmessers;
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2 ist eine schematische Darstellung eines Corlolis-Durchflussmessers in einer Ausführungsform eines verteilten Steuerungssystems;
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3 ist eine schematische Darstellung eines Coriolis-Messgerätes in einer anderen Ausführungsform eines verteilten Steuerungssystems;
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4 ist eine schematische Darstellung eines Coriolis-Messgerätes in einer anderen Ausführungsform eines verteilten Steuerungssystems;
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5 ist ein Fließbild, das den Betrieb einer Ausführungsform eines Messgerät-Überprüfungssystem, das für einen Coriolis-Durchflussmesser geeignet ist, erläutert;
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6 ist ein Fließbild, das eine Ausführungsform einer Diagnoseprüfung durch das Messgerät-Überprüfungssystem erläutert;
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7A ist eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform eines Strömungsrohres eines Coriolis-Durchflussmessers, wobei ein symmetrischer Schwingungsmodus gezeigt ist;
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7B ist eine schematische Draufsicht des Strömungsrohres in 7A, wobei ein antisymmetrischer Schwingungsmodus gezeigt ist;
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8 ist ein Fließbild, das eine andere Ausführungsform einer Diagnoseprüfung durch das Messgerät-Überprüfungssystem erläutert;
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9 ist ein Fließbild, das noch eine andere Ausführungsform einer Diagnoseprüfung durch das Messgerät-Überprüfungssystem erläutert;
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10 ist ein Fließbild, das noch eine andere Ausführungsform einer Diagnoseprüfung durch das Messgerät-Überprüfungssystem erläutert; und
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11 ist ein Fließbild, das eine weitere Ausführungsform einer Diagnoseprüfung durch das Messgerät-Überprüfungssystem erläutert.
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Sich entsprechende Bezugszeichen weisen auf sich entsprechende Teile in allen Zeichnungen hin.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es wird auf die 1 und 2 Bezug genommen. Eine Ausführungsform eines Coriolis-Durchflussmessers ist global mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. In der dargestellten Ausführungsform enthält der Durchflussmesser 10 ein Strömungsrohr 15, das ein Paar Leitungsrohre 18, 20 umfasst. Das Strömungsrohr 10 ist mit einer Rohrleitung (nicht gezeigt) an stromaufwärts und stromabwärts liegenden Flansche 12 strömungsverbunden. Fluid strömt in einen Einlass des Durchflussmessers 10, durch jedes der Leitungsrohre 18, 20 (der Reihe nach) und aus einem Auslass des Durchflussmessers. Jedes der Leitungsrohre 18, 20 in 1 hat einen geraden Abschnitt 26, der in der gleichen Ebene wie der gerade Abschnitt des anderen Leitungsrohres angeordnet ist. Die Leitungsrohre 18, 20 haben auch eine Schleifenkonfiguration. Andere Konfigurationen der Leitungsrohre (z. B. Konfigurationen mit geradem Rohr, U-förmige Konfigurationen usw.) sind auch möglich.
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Der Durchflussmesser 10 hat ein Paar Erreger 46a, 46b, die angeordnet sind, um Schwingungen des Strömungsrohres 15 anzuregen, wie in 1 dargestellt ist, aber es ist auch möglich, eine Schwingung eines Strömungsrohres unter Verwendung eines einzelnen Erregers im Rahmen der Erfindung anzuregen. Sensoren 48a, 48b sind an verschiedenen Stellen an dem Strömungsrohr angeordnet, um die Bewegung des Strömungsrohres an verschiedenen Stellen wahrzunehmen. Zum Beispiel sind in 1 die Sensoren 48a, 48b an entgegengesetzten Enden der geraden Abschnitte 26 der Schleifen 18, 20 angeordnet. Die Sensoren 48a, 48b sind konfiguriert, um Signale auszugeben, die auf die Bewegung der Leitungsrohre 18, 20 hinweisend sind. In 1 sind die Sensoren 48a, 48b zwischen den Leitungsrohren 18, 20 angeordnet und dafür ausgebildet, die Bewegung von einem Leitungsrohr relativ zu dem anderen an dem Ort des jeweiligen Sensors wahrzunehmen. Wie in 2 dargestellt, enthält der Durchflussmesser 10 auch einen Temperatursensor 52, der angeordnet ist, um die Temperatur des Fluids in dem Strömungsrohr 15 zu messen, und einen weiteren Temperatursensor 53, der angeordnet ist, um die Temperatur des Strömungsrohres zu messen. Der Durchflussmesser 10 in 2 enthält auch einen Drucksensor 56, der angeordnet ist, um den Druck des Fluids innerhalb des Strömungsrohres 15 zu messen. Obwohl 2 die Temperatursensoren 52, 53 und den Drucksensor 56 als Bauteile des Durchflussmessers 10 darstellt, versteht sich, dass die Fluidtemperatur- und Fluiddrucksensoren 52, 56 separate Teile sein können und in der Nähe des Durchflussmessers in einer Fluid zu dem Durchflussmesser hin- und von ihm wegführenden Rohrleitung eingebaut sein können.
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Bezugnehmend auf 2 hat der Durchflussmesser 10 ein Kontroll- und Messsystem 50, das die Signale von den Sensoren 48a, 48b empfängt. Das Kontroll- und Messsystem 50 enthält zweckmäßigerweise einen Prozessor, der konfiguriert ist, um einen Massedurchsatz des durch das Strömungsrohr 15 strömenden Fluids auf der Grundlage einer Phasendifferenz zwischen den Sensorsignalen 48a, 48b zu ermitteln. Der Prozessor ist zweckmäßigerweise weiter konfiguriert, um die Dichte des Fluids (z. B. unter Verwendung einer Beziehung zu der Resonanzfrequenz des Strömungsrohres 15) zu ermitteln. Wie in 2 dargestellt, empfängt das Kontroll- und Messsystem 50 auch Signale von den Temperatursensoren 52, 53. Der Prozessor kompensiert zweckmäßigerweise die Massedurchsatzmessung und die Dichtemessung unter Verwendung von Temperaturdaten von den Temperatursensoren 52 und 53 und dem Drucksensor 56. Zusätzlich zum Massedurchsatz und zur Fluiddichte ist der Durchflussmesser 10 zweckmäßigerweise konfiguriert, um die von einem oder mehreren der Sensoren 48a, 48b, Temperatursensoren 52 und 53 und dem Drucksensor 56 empfangenen Signale dafür zu verwenden, den Gasanteil und/oder die Viskosität des Fluids in dem Strömungsrohr 15 zu berechnen. Der Durchflussmesser 10 und insbesondere das Kontroll- und Messsystem 50 ist zweckmäßigerweise konfiguriert, um Messwerte (z. B. Messwerte des Massedurchsatzes, der Dichte und/oder des Gasblasenanteils) an ein verteiltes Steuerungssystem 54 zur Verwendung beim Steuern eines Prozesses oder einer Anlage zu schicken, der bzw. die von dem verteilten Steuerungssystem gesteuert wird.
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Das Kontroll- und Messsystem 50 ist zweckmäßigerweise auch konfiguriert, um ein Erregersignal zu erzeugen, das den Erregern 46a, 46b zugeführt wird, um die Schwingung des Strömungsrohres 15 anzuregen. Beispielsweise ermittelt das Kontroll- und Messsystem 50 ein geeignetes Erregersignal auf der Basis der Signale von den Bewegungssensoren 48a, 48b. Außerdem ist der Durchflussmesser 10 konfiguriert, um zwischen einer Vielzahl von Kontrollzuständen zu wandeln, wenn das Strömungsrohr 15 erregt wird. Beispielsweise arbeitet das Kontroll- und Messsystem 50 zweckmäßigerweise in einem ersten Kontrollzustand, wenn die Schwingungen des Strömungsrohres 15 aus dem Ruhezustand heraus beginnen, in einem zweiten Zustand, wenn die Schwingungen des Strömungsrohres 15 aufrechterhalten werden, während ein Einzelphasenfluid das Strömungsrohr durchströmt, und in einem dritten Kontrollzustand, wenn das Kontroll- und Messsystem 50 den Beginn einer Mehrphasenströmung in dem Strömungsrohr 15 wahrnimmt, wie bei der Belüftung eines Flüssigkeitsstromes oder Kondensation in einem Gasstrom. In jedem der oben beschriebenen Kontrollzustände kann das Kontroll- und Messsystem 50 einen anderen Algorithmus verwenden, um das Erregersignal zu erzeugen, und das Erregersignal kann verschiedene Merkmale haben. Andere Kontrollzustände, die zusätzlich zu oder verschieden von den oben aufgeführten sind, können auch verwendet werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Das Kontroll- und Messsystem 50 ist zweckmäßigerweise konfiguriert, um den Erregern 46a, 46b zugeordnete Daten zu empfangen und/oder aufzuzeichnen (z. B. Daten über die den Erregern zugeführte Energie, um die Schwingung des Strömungsrohres 15 in Gang zu halten). Das Kontroll- und Messsystem 50 ist zweckmäßigerweise auch konfiguriert, um Informationen von dem verteilten Steuerungssystem 54 zu empfangen (z. B. Daten über Ereignisse in dem verteilten Steuerungssystem oder in Verbindung mit Geräten, die mit dem verteilten Steuerungssystem verbunden sind). Wie in 2 dargestellt, enthält das Kontroll- und Messsystem 50 ein Diagnosesystem 60, um Diagnoseprüfungen an dem Durchflussmesser durchzuführen. Zusätzlich zu der Durchführung von Diagnoseprüfungen an dem Durchflussmesser bewertet das Diagnosesystem zweckmäßigerweise auch die Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung. Beispielsweise kann die Zuverlässigkeit weniger zuverlässig sein, wenn der Durchflussmesser unter schnell wechselnden Bedingungen arbeitet. Obwohl das Diagnosesystem 60 eine Komponente des Durchflussmesser-Kontroll- und Messsystems 50 in 2 ist, versteht sich, dass Teile oder die Gesamtheit des Diagnosesystems 60 einen Prozessor des verteilten Steuerungssystems 54 (z. B. wie in 3 dargestellt) enthalten können bzw. kann. Ebenso ist es möglich, dass ein Teil des Diagnosesystems 60 in dem Durchflussmesser-Kontroll- und Messsystem 50 enthalten ist, während sich ein anderer Teil des Diagnosesystems in dem verteilten Steuerungssystem befindet, wie in 4 dargestellt ist. Ferner kann das Diagnosesystem eventuell auf einem Prozessor laufen, der außerhalb sowohl des Durchflussmessers 10 als auch des verteilten Steuerungssystems 54 ist (z. B. eine handgeführte Feldeinheit usw.), ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Das Diagnosesystem 60 ist konfiguriert, um ein Verfahren zum Bewerten des Coriolis-Durchflussmessers 10 durchzuführen. Eine Ausführungsform eines solchen Verfahrens ist in 5 dargestellt und global mit 500 bezeichnet. Im Schritt 502 führt das Diagnosesystem 60 eine Diagnoseprüfung durch, um eine physikalische Veränderung im Strömungsrohr 15 aufzuspüren, die den Betrieb des Coriolis-Massedurchsatzmessers 10 beeinträchtigen könnte. Wie unten näher beschrieben, können verschiedene Diagnoseprüfungen verwendet werden, um Veränderungen aufzuspüren, durch die eine Verschlechterung des Betriebs des Durchflussmessers 10 riskiert wird. Beispielsweise kann die Diagnoseprüfung dafür ausgelegt sein, Abnutzung oder andere physikalische Wirkungen, die von den durch das Strömungsrohr 15 strömenden Fluiden verursacht werden, aufzuspüren. Zum Beispiel wenn ein abrasives Prozessfluid durch ein Strömungsrohr strömt, kann es Erosion an der inneren Oberfläche des Strömungsrohres hervorrufen. Erosion schwächt das Strömungsrohr und vermindert seine Steifigkeit. Veränderungen in der Steifigkeit des Strömungsrohres 15 verringern die Messgenauigkeit des Durchflussmessers 10 (z. B. durch Ändern der Schwingungscharakteristik des Strömungsrohres gegenüber derjenigen, für die der Durchflussmesser kalibriert ist), und ein Schwächen der Strömungsrohrstruktur stellt ein Risiko eines katastrophalen Ausfalls dar. Bei anderen Anwendungen enthalten durch ein Strömungsrohr strömende Fluide Paraffine oder andere Zusammensetzungen, die sich an den inneren Oberflächen des Strömungsrohres 15 niederschlagen können. Wenn sich Material an dem Strömungsrohr 15 niederschlägt, können sich seine Schwingungseigenschaften ändern und kann somit die Messgenauigkeit verringert werden. Ein weiteres Problem, das entstehen kann, ist die Bildung von mikroskopischen Rissen in dem Strömungsrohr 15 (z. B. infolge Ermüdung). Demzufolge ist das Diagnosesystem 60 zweckmäßigerweise konfiguriert, um eine Diagnoseprüfung durchzuführen, die in der Lage ist aufzudecken, ob das Strömungsrohr 15 eine oder mehrere Änderungen dieser Art erfahren hat. Mehrere geeignete Verfahren zum Aufspüren solcher Probleme sind unten genauer beschrieben, aber es versteht sich, dass jede Diagnoseprüfung zum Aufspüren einer physikalischen Änderung in dem Strömungsrohr 15 verwendet werden kann, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Im Schritt 504 gibt das Diagnosesystem 60 ein Ergebnis der in Schritt 502 durchgeführten Diagnoseprüfung aus. Die Form des im Schritt 504 ausgegebenen Ergebnisses kann variieren. Beispielsweise wird das Ergebnis in geeigneter Weise auf einer lokalen Anzeige des Coriolis-Durchflussmessers 10 ausgegeben. Als Alternative dazu oder zusätzlich kann das Ergebnis an das verteilte Steuerungssystem 54 ausgegeben werden. Es können noch andere Anzeigegeräte und -systeme zum Ausgeben des Ergebnisses verwendet werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem kann der Inhalt des im Schritt 504 ausgegebenen Ergebnisses variieren. Beispielsweise ist das Ergebnis zweckmäßigerweise ein qualitativer Hinweis darüber, ob sich das Strömungsrohr 10 derart physikalisch verändert hat, dass der Betrieb des Durchflussmessers 10 beeinträchtigt ist, und/oder ein quantitativer Bericht über gemessene Parameter, die in der Diagnoseprüfung des Schrittes 502 verwendet werden. Ein Fachmann wird verstehen, dass das im Schritt 504 ausgegebene Ergebnis einen weiteren oder anderen Inhalt haben kann, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Im Schritt 506 bewertet das Diagnosesystem 60 die Zuverlässigkeit der im Schritt 502 durchgeführten Diagnoseprüfung. Wie unten genauer beschrieben, ist das Diagnosesystem 60 zweckmäßigerweise konfiguriert, um die Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung unter Verwendung von Informationen über Prozessbedingungen, die den Betrieb des Durchflussmessers 10 beeinträchtigen können, zu bewerten. Bestimmte Prozessbedingungen beeinträchtigen die Zuverlässigkeit der im Schritt 502 durchgeführten Diagnoseprüfungen. Wie in den 2 bis 4 gezeigt, empfängt das Diagnosesystem 60 Daten, die Informationen über Prozessbedingungen von einem oder mehreren der folgenden Teile enthalten: Erreger 46a, 46b, Sensoren 48a, 48b, Temperatursensoren 52 und 53, Drucksensor 56 und verteiltes Steuerungssystem 54. Daten, die Informationen über Prozessbedingungen von zusätzlichen und/oder anderen Quellen enthalten, können auch an das Diagnosesystem 60 geliefert werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Somit wird die Zuverlässigkeit der im Schritt 502 durchgeführten Diagnoseprüfung im Schritt 506 unter Verwendung von Informationen bewertet, die dem Diagnosesystem über die Prozessbedingungen zur Verfügung stehen. Im Schritt 508 gibt das Diagnosesystem eine Anzeige der Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung aus, die die Ergebnisse der im Schritt 506 durchgeführten Bewertung darstellt. Ein Benutzer kann die Ausgabe der Bewertung verwenden, um festzustellen, ob eine korrigierende Maßnahme durchgeführt werden muss.
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Eine Ausführungsform eines geeigneten Diagnoseprüfverfahrens 600 ist in 6 dargestellt. Diese Diagnoseprüfung 600 basiert auf der Überwachung von Änderungen im Verhältnis von zwei Resonanzfrequenzen des Strömungsrohres 15. Die Diagnoseprüfung 600 beginnt mit Schritt 602, in dem das Diagnosesystem 60 das Strömungsrohr 15 in einem ersten Schwingungsmodus erregt. Im Schritt 604 nimmt das Diagnosesystem 60 eine erste Schwingungsantwort des Strömungsrohres 15 auf den ersten Schwingungsmodus wahr. Im Schritt 606 erregt das Diagnosesystem 60 das Strömungsrohr 15 in einem zweiten Schwingungsmodus, der von dem ersten Schwingungsmodus des Schrittes 602 verschieden ist. Im Schritt 608 nimmt das Diagnosesystem 60 eine zweite Schwingungsantwort des Strömungsrohres 15 auf den zweiten Schwingungsmodus wahr. Das Diagnosesystem 60 ermittelt eine Resonanzfrequenz für den ersten und den zweiten Schwingungsmodus aus den Frequenzantworten, die in den Schritten 604 bzw. 608 wahrgenommen wurden. Obwohl dies als einzelner Schritt 610 in 6. dargestellt ist, versteht es sich, dass die Resonanzfrequenzen in zwei getrennten Schritten und in verschiedenen anderen Reihenfolgen gemacht werden könnten. Das Diagnosesystem 60 berechnet dann das Verhältnis der Resonanzfrequenz der ersten Schwingungsantwort zu der Resonanzfrequenz der zweiten Schwingungsantwort. Wenn sich das Verhältnis der Resonanzfrequenzen erheblich geändert hat (z. B. seit der letzten Diagnoseprüfung oder seit einer anfänglichen Beurteilung), kann dies auf ein Problem hinweisen.
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Die speziellen Schwingungsmodi, in denen das Strömungsrohr 15 in den Schritten 602 und 606 erregt wird, können zwei beliebige verschiedene Schwingungsmodi einschließen, die ein Strömungsrohr anregen, mit verschiedenen Resonanzfrequenzen zu schwingen. Zum Beispiel, wie in den 7A und 7B gezeigt, kann der erste Schwingungsmodus zweckmäßigerweise ein symmetrischer Schwingungsmodus des Strömungsohre 15 sein, und der zweite Schwingungsmodus ist zweckmäßigerweise ein anti-symmetrischer Schwingungsmodus des Strömungsrohres. Das Kontroll- und Messsystem 50 sendet zweckmäßigerweise Signale an die Erreger 46a, 46b, die in Phase miteinander sind, um das Strömungsrohr 15 im symmetrischen Modus zu erregen, und sendet den Erregern Signale, die zueinander phasenverschoben sind, um das Strömungsrohr in dem anti-symmetrischen Modus zu erregen. Im symmetrischen Modus bewegen sich die geraden Abschnitte 26 der Schleifen 18, 20 an den entgegengesetzten Enden gleichzeitig aufeinander zu und dann weg voneinander, wie in 7A dargestellt ist. Wie in 7B dargestellt ist, wird im anti-symmetrischen Schwingungsmodus der gerade Abschnitt einer jeden Schleife 18, 20 des Strömungsrohres erregt, um sich um seine Mittelsenkrechte P zu drehen. Wenn die geraden Abschnitte 26 einer jeden Schleife 18, 20 im antisymmetrischen Schwingungsmodus erregt werden, überstreichen sie die Form einer Fliege. Es ist zu beachten, dass bei der in 1 dargestellten Ausführungsform der antisymmetrische Modus derjenige Modus ist, der während des Betriebs des Durchflussmessers 10 für Messzwecke benutzt wird. Somit erfordert die Diagnoseprüfung 600 nur eine kurze Unterbrechung im Normalbetrieb des Durchflussmessers 10, um das Strömungsrohr 15 im symmetrischen Modus für den Schritt 606 der Prüfung 600 zu erregen. Daher können alle anderen Schritte 602, 604, 608, 610 und 612 während des Normalbetriebs des Durchflussmessers 10 im Hintergrund laufen.
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Das Strömungsrohr hat verschiedene Resonanzfrequenzen im symmetrischen und antisymmetrischen Schwingungsmodus. Eine Veränderung im Verhältnis der Resonanzfrequenzen zwischen dem antisymmetrischen und symmetrischen Schwingungsmodus kann anzeigen, dass sich eine physikalische Eigenschaft des Strömungsrohres 15 geändert hat. Ebenso kann eine Veränderung im Verhältnis der Resonanzfrequenzen zwischen irgendwelchen ersten und zweiten Schwingungsmodi unter bestimmten Umständen anzeigen, dass sich eine physikalische Eigenschaft des Strömungsrohres 15 geändert hat. Das in 1 dargestellte Coriolis-Messgerät verwendet den anti-symmetrischen Schwingungsmodus während des Normalbetriebs des Durchflussmessers, um Messwerte zu erhalten, es ist aber zu beachten, dass andere Coriolis-Messgeräte den symmetrischen Schwingungsmodus während des Normalbetriebs des Durchflussmessers verwenden, um Messwerte zu erhalten. Die in 6 dargestellte Diagnoseprüfung ist im Großen und Ganzen nützlich, aber die Ergebnisse können unzuverlässig sein, besonders unter bestimmten Bedingungen.
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Es wird auf 8 Bezug genommen. Eine andere geeignete Diagnoseprüfung 800 zum Überwachen von Veränderungen einer physikalischen Eigenschaft des Strömungsrohres 15 überwacht das Frequenzspektrum des von Sensoren kommenden Signals. Im Schritt 802 empfängt das Diagnosesystem 60 ein Sensorsignal von den Sensoren 48a, 48b. Der Schritt 802 kann das Empfangen von einem der Signale oder beiden Signalen von den Sensoren 48a, 48b enthalten. Außerdem kann der Schritt 802 das Empfangen eines Signals direkt von den Sensoren 48 oder eines Signals, das auf irgendeine Weise vorbearbeitet wurde (wie z. B. vereinigt, gefiltert von einem Anti-Alias-Filter usw.), enthalten. Im Schritt 804 wird mindestens ein Signal von einem der Sensoren 48a, 48b einem Bandpassfilter zugeführt, der Signalkomponenten herausfiltert, deren Frequenzen unter der Frequenz des Erregersignals sind, das den Erregern 46 zugeführt wird. Der höhere Frequenzrauschanteil des Signals wird zu einem Rauschpegeldetektor geleitet, wo im Schritt 806 eine Energiemenge in dem Rauschanteil eines Frequenzspektrums der Signale ermittelt wird. Zweckmäßigerweise führt das Diagnosesystem 60 die Schritte 802–806 aus, während das Strömungsrohr 15 fortwährend in einem normalen Schwingungsmodus erregt wird, um Messwerte zu erhalten. Im Schritt 808 überwacht das Diagnosesystem 60 Änderungen in der Energiemenge in dem Rauschanteil des Frequenzspektrums über die Zeit. Zum Beispiel vergleicht in einer Ausführungsform das Diagnosesystem 60 die gemessene Energie im Rauschanteil des Frequenzspektrums mit einem vorbestimmten Schwellenwert. Wenn die Energiemenge in dem Rauschanteil des Frequenzspektrums den Schwellenwert übersteigt, gibt das Diagnosesystem 60 zweckmäßigerweise einen Hinweis aus, dass sich eine physikalische Eigenschaft des Strömungsrohres geändert hat. Als Alternative dazu oder zusätzlich vergleicht bei diesem Verfahren 800 das Diagnosesystem 60 die gemessene Energie mit früher gemessenen Energiemengen. Wenn sich die Energiemenge in dem Rauschanteil des Frequenzspektrums um mehr als den Schwellenbetrag ändert, ist das Diagnosesystem 60 konfiguriert, um einen Hinweis auszugeben, dass sich eine physikalische Eigenschaft des Strömungsrohres 15 geändert hat.
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Es wird auf 9 Bezug genommen. Ein weiteres Beispiel für eine geeignete Diagnoseprüfung 900 wir durch Berücksichtigen einer Zerfallscharakteristik des Strömungsrohres 15 durchgeführt. Im Schritt 902 wird das Strömungsrohr 15 in einem Schwingungsmodus erregt, der dessen normaler Schwingungsmodus sein kann (z. B. der Schwingungsmodus, der verwendet wird, um die Schwingung des Strömungsrohres aufrecht zu erhalten, wenn Massedurchsatz- und/oder Dichtemessungen gemacht werden), oder ein sekundärer Schwingungsmodus sein kann, der von dessen normalen Betriebsmodus verschieden ist. In beiden Fällen wird das Strömungsrohr in einer Resonanzfrequenz erregt, bis im Schritt 904 das Erregungssignal unterbrochen wird und der Schwingung des Strömungsrohres gestattet ist zu zerfallen. Im Schritt 906 überwacht das Diagnosesystem 60 den Schwingungszerfall des Strömungsrohres. Auf der Grundlage der Zerfallssignale kann eine Zerfallscharakteristik des Strömungsrohres über die Zeit beobachtet werden. Beispielsweise können die Zerfallssignale zweckmäßigerweise dafür verwendet werden, einen mechanischen Gütefaktor des Strömungsrohres 15 zu messen. Der gemessene mechanische Gütefaktor während einer bestimmten Prüfung 900 kann mit einem vorbestimmten Schwellenwert oder früheren Messungen des mechanischen Gütefaktors verglichen werden, um festzustellen, ob sich eine physikalische Eigenschaft des Strömungsrohres 15 geändert hat.
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Ein weiteres geeignetes Beispiel für eine Diagnoseprüfung 1000 ist in 10 dargestellt. In dieser Prüfung 1000 wird der mechanische Gütefaktor des Strömungsrohres 15 überwacht, ohne das Erregersignal zu unterbrechen. Stattdessen wird ein Strom-Messgerät verwendet, um die den Erregern 46a, 46b während des normalen Betriebs des Durchflussmessers 10 zugeführte Energie zu überwachen. Die Energiemessung des Strom-Messgerätes wird von dem Diagnosesystem 60 verwendet, um festzustellen, ob sich eine physikalische Eigenschaft des Strömungsrohres 15 geändert hat. Unter bestimmten Umständen zeigt eine Zunahme oder eine Verringerung der zum Aufrechterhalten der Schwingung des Strömungsrohres 15 benötigten Energie eine Veränderung eines physikalischen Zustandes des Strömungsrohres 15 an. Somit können durch die Überwachung von Änderungen der den Erregern 46a, 46b zugeführten Energie Veränderungen eines physikalischen Zustandes des Strömungsrohres 15 wahrgenommen werden. Im Schritt 1002 wird das Strömungsrohr 15 in seinem normalen Schwingungsmodus erregt. Im Schritt 1004 misst das Diagnosesystem 60 die einem oder beiden Erregern 46a, 46b zugeführte Energie. Die Energiemenge kann eine momentane Energiemenge oder eine durchschnittliche Energiemenge sein (z. B. ein Durchschnitt von mehreren momentanen Mengen in einer bestimmten Zeitspanne). Diese Energiemenge wird mit einem Energiemengen-Schwellenwert im Schritt 1006 und/oder mit einer oder mehreren früheren Mengen von gemessener Energie verglichen, um zu beurteilen, ob es Veränderungen in dem physikalischen Zustand des Strömungsrohres 15 gegeben hat.
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Es wird auf 11 Bezug genommen. Bei einer anderen Ausführungsform einer Diagnoseprüfung 1100 berechnet das Diagnosesystem 60 eine Steifigkeit des Strömungsrohres 15, um strukturelle Veränderungen in dem Strömungsrohr aufzuspüren, die die Steifigkeit beeinflussen. Beispielsweise wird die Steifigkeit des Strömungsrohres 15 auf geeignete Weise durch Überwachen seiner Reaktion auf mehrere gleichzeitige Schwingungseingaben berechnet (z. B. nicht-resonante Frequenztöne, die einem Resonanzfrequenz-Erregersignal hinzugefügt sind). Jedoch können andere Verfahren zum Berechnen und Überwachen von Änderungen in der Steifigkeit des Strömungsrohres 15 zusätzlich oder stattdessen verwendet werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Wie oben beschrieben, wird ein Strömungsrohr 15 typischerweise in seiner Resonanzfrequenz erregt, um Schwingungen während des normalen Betriebs des Durchflussmessers 10 aufrecht zu erhalten, um Messwerte zu erhalten. Wie in 11 dargestellt, werden im Schritt 1102 zwei oder mehr als zwei nicht-resonante Töne auf geeignete Weise dem Erregersignal hinzugefügt, das mindestens einem der Erreger 46a, 46b zugeführt wird. Zum Beispiel werden sich entsprechende Paare von nicht-resonanten Tönen auf geeignete Weise dem Erregersignal bei Frequenzen hinzugefügt, die im gleichen Abstand bei gleichen Intervallen im Abstand über und unter der Resonanzfrequenz in dem Frequenzspektrum sind. Die nicht-resonanten Töne erzeugen nicht-resonante Schwingungsantworten des Strömungsrohres 15. Im Schritt 1104 werden die nicht-resonanten und resonanten Schwingungsantworten des Strömungsrohres 15 wahrgenommen und durch Analyse der Signale von den Sensoren 48a, 48b überwacht. Auf der Grundlage der wahrgenommenen nicht-resonanten und resonanten Schwingungsantworten des Strömungsrohres wird eine Frequenzantwortfunktion im Schritt 1106 verwendet, um die Steifigkeit des Strömungsrohres aufzufinden. Ein Fachmann wird verstehen, dass die Schwingungsantwort eines Strömungsrohres 15 als eine Frequenzantwortfunktion z. B. der Parameter der Steifigkeit, Masse und Dämpfung modelliert werden kann. In der dargestellten Ausführungsform hat das Diagnosesystem 60 Informationen über die Schwingungseingaben und Schwingungsantworten des Strömungsrohres 15 bei mehreren verschiedenen Tönen. Unter Verwendung dieser Informationen löst das Diagnosesystem die Frequenzantwortfunktion des Strömungsrohres nach der Steifigkeit auf. Der errechnete Steifigkeitswert wird mit einem Schwellenwert im Schritt 1108 verglichen, um zu beurteilen, ob es strukturelle Veränderungen an dem Strömungsrohr 15 gegeben hat. Der Steifigkeitsschwellenwert kann vorbestimmt sein oder auf einem oder mehreren früher berechneten Steifigkeitswerten basieren.
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Die Diagnoseprüfungen 600, 800, 900, 1000 und 1100 sind nur Beispiele für die Arten von Diagnoseprüfungen, die im Schritt 502 des Verfahrens zum Bewerten eines Coriolis-Durchflussmessers 500 durchgeführt werden können. Andere Diagnoseprüfungen können auch verwendet werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem versteht es sich, dass obwohl die dargestellten Diagnoseprüfungen 600, 800, 900, 1000 und 1100 in Bezug auf einen bestimmten Coriolis-Massedurchsatzmesser 10 beschrieben wurden, sie zusammen mit vielen anderen verschiedenen Coriolis-Durchflussmessertypen verwendet werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Es wird wieder auf 5 Bezug genommen. Bestimmte Prozessbedingungen beeinflussen die Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung des Schrittes 502 negativ. Dem entsprechend bewertet im Schritt 506 das Diagnosesystem 60 eine Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung unter Verwendung von Informationen über eine oder mehrere Prozessbedingungen. Zum Beispiel verwendet das Diagnosesystem 60 zweckmäßigerweise Informationen über mindestens eine der folgenden Prozessbedingungen, um die Zuverlässigkeit der im Schritt 502 durchgeführten Diagnoseprüfung zu bewerten: eine Energiemenge, die dem Erreger oder den Erregern 46a, 46b zugeführt wird, eine Frequenz der Schwingungsantwort des Strömungsrohres 15, eine Dämpfungscharakteristik des Strömungsrohres, eine Temperatur des Fluids, eine Temperatur des Strömungsrohres, einen Gasanteil des Fluids, den Massedurchsatz des Fluids, eine Viskosität des Fluids, eine Dichte des Fluids, ein Druck des Fluids, einen Kontrollzustand des Strömungsrohres und ein dem verteilten Steuerungssystem 54 zugeordnetes Ereignis. Wie unten genauer beschrieben wird, können Informationen über verschiedene der oben genannten Prozessbedingungen anzeigen, dass die Diagnoseprüfung unzuverlässig ist.
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Das Diagnosesystem 60 gibt zweckmäßigerweise einen Hinweis auf die Ergebnisse der Bewertung des Schrittes 506 aus, wobei einer von drei Hinweisen verwendet wird, die auf einer oder mehreren Anzeigen (z. B. eine Arbeitsstation des verteilten Steuerungssystem 54, eine lokale Anzeige an dem Durchflussmesser 10, auf einer in der Hand gehaltenen Vorrichtung usw.). Wenn das Diagnosesystem 60 feststellt, dass die Zuverlässigkeit der im Schritt 502 durchgeführten Diagnoseprüfung zum Beispiel gering ist, zeigt es auf geeignete Weise auf der Anzeige einen ersten Hinweis an (d. h. einen Hinweis für geringe Zuverlässigkeit). Wenn das Diagnosesystem 60 feststellt, dass die Zuverlässigkeit der im Schritt 502 durchgeführten Diagnoseprüfung mittelmäßig ist, zeigt es im Schritt 508 einen zweiten Hinweis auf der Anzeige an (d. h. einen Hinweis für mittelmäßige Zuverlässigkeit). Wenn das Diagnosesystem 60 feststellt, dass die Zuverlässigkeit der im Schritt 502 durchgeführten Diagnoseprüfung hoch ist, zeigt es im Schritt 508 einen dritten Hinweis auf der Anzeige an (d. h. einen Hinweis für hohe Zuverlässigkeit). Jeder der Hinweise (sei er gering, mittelmäßig oder hoch), kann unter Verwendung irgendeines geeigneten Inhalts angezeigt werden (z. B. farbkodierte Anzeigeobjekte, numerische Darstellungen, Symbole, qualitative Ausdrücke, beschreibende Bilder usw.). Außerdem können die Ergebnisse der im Schritt 506 durchgeführten Bewertung auf andere Weise ausgegeben werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise wird in Erwägung gezogen, dass mehr oder weniger als drei Hinweise bei bestimmten Ausführungsformen verwendet werden können. Falls gewünscht, können die Hinweise so arrangiert werden, dass mindestens ein Hinweis dafür verwendet wird, zwischen Diagnoseprüfungsergebnissen geringer Zuverlässigkeit und Diagnoseprüfungsergebnissen hoher Zuverlässigkeit zu unterscheiden. Jedoch kann es wünschenswert sein, stattdessen einen Zuverlässigkeitshinweis in Form eines Konfidenzintervalls auszugeben.
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Es gibt verschiedene Wege, auf denen das Diagnosesystem 60 die Zuverlässigkeit der Ergebnisse einer bestimmten Diagnoseprüfung bewerten kann. Zum Beispiel ist das Diagnosesystem 60 zweckmäßigerweise konfiguriert, um Informationen über die zum Erregen von Schwingungen des Strömungsrohres 15 benötigte Energiemenge zu verwenden, um die Zuverlässigkeit der im Schritt 502 des Verfahrens 500 durchgeführten Diagnoseprüfung zu bewerten (Schritt 506 in 5). Zum Beispiel ist das Diagnosesystem 60 zweckmäßigerweise konfiguriert, um eine Veränderung der dem einen oder beiden Erregern 46a, 46b zugeführten Energiemenge wahrzunehmen, um die Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung zu bewerten. Eine große Veränderlichkeit der dem Erreger zugeführten Energiemenge, um das Strömungsrohr 15 in Schwingung zu versetzen, kann anzeigen, dass die Ergebnisse unzuverlässig sind. Beispielsweise zeigt eine hohe Veränderlichkeit der dem Erreger zugeführten Energie die Gegenwart von sich schnell ändernden (und in manchen Fällen abnormalen) Betriebsbedingungen (z. B. Stillstand, Initialisierung, sekundäre Erregermodi, Systemantwort auf Mehrphasenströmung usw.) an. Einige Diagnoseprüfungen (z. B. die oben beschriebenen Prüfungen 800 und 1000) sind so gestaltet, dass sie zumindest teilweise während des normalen Betriebs des Strömungsmessers 10 vervollständigt sind. Somit können durch Wahrnehmen von Veränderlichkeit der Energiemenge im Erregersignal nicht normale Betriebsbedingungen, die die Zuverlässigkeit von bestimmten Diagnoseprüfungen verringern, erkannt werden.
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Zum Beispiel misst das Diagnosesystem 60 zweckmäßigerweise die einem oder mehreren der Erreger 46a, 46b zugeführten Energiemenge zu zwei verschiedenen Zeiten (z. B. kurz bevor und kurz danach die Diagnoseprüfung durchgeführt wird). Danach berechnet das Diagnosesystem 60 eine Änderung in der Energiemenge (z. B. als eine prozentuale Änderung). Als Alternative dazu oder zusätzlich kann das Diagnosesystem mehrere Messungen der einem oder mehreren der Erreger zugeführten Energiemenge nehmen und eine übliche Abweichung der Messungen berechnen. Die Größe der Änderung und/oder üblichen Abweichung in der zum Erregen des Strömungsrohres 15 verwendeten Energie kann dafür verwendet werden, den Grad der Zuverlässigkeit einer bestimmten Diagnoseprüfung zu kennzeichnen. Wenn zum Beispiel die einer Diagnoseprüfung zugeordnete prozentuale Änderung weniger als 100 Prozent ist, dann bestimmt das Diagnosesystem zweckmäßigerweise, dass die Zuverlässigkeit hoch ist, und es gibt einen Hinweis aus, dass die Zuverlässigkeit hoch ist (z. B. der oben beschriebene dritte Hinweis). Wenn die prozentuale Änderung zwischen ungefähr 100 Prozent und ungefähr 200 Prozent ist, dann bestimmt das Diagnosesystem 60, dass die Zuverlässigkeit in einem mittleren Bereich ist, und es gibt einen Hinweis aus, dass die Zuverlässigkeit mittelmäßig ist (z. B. der oben beschriebene zweite Hinweis). Wenn die prozentuale Änderung ungefähr 200 Prozent übersteigt, dann bestimmt das Diagnosesystem zweckmäßigerweise, dass die Zuverlässigkeit gering ist, und es gibt einen Hinweis aus, dass die Zuverlässigkeit gering ist (z. B. der oben beschriebene erste Hinweis). Ähnliche Bereiche können für die übliche Abweichung festgelegt werden. Das Diagnosesystem 60 kann konfiguriert werden, um irgendeine einer Vielfalt von Analysen mit mehreren Variablen zu verwenden, um die Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung auf der Grundlage von zwei oder mehr als zwei Variablen zu kennzeichnen.
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Als Alternative dazu oder zusätzlich ist das Diagnosesystem zweckmäßigerweise konfiguriert, um Informationen über die Frequenz der Schwingungsantwort des Strömungsrohres 15 zu verwenden, um die Zuverlässigkeit der im Schritt 502 des Verfahrens 500 (Schritt 506 der 5) durchgeführten Diagnoseprüfung zu bewerten. Wechselhaftigkeit der Frequenz der Schwingungsantwort des Strömungsrohres 15 kann manchmal anzeigen, dass die Ergebnisse unzuverlässig sind. Wechselhaftigkeit der Schwingungsantwort des Strömungsrohres 15 zeigt die Gegenwart von nicht normalen Strömungsbedingungen an (z. B. Mehrphasenströmung usw.). Somit können durch das Wahrnehmen von Wechselhaftigkeit in der Frequenz der Schwingungsantwort nicht normale Strömungsbedingungen, die die Zuverlässigkeit von bestimmten Diagnoseprüfungen verringern, ermittelt werden.
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Zweckmäßigerweise kennzeichnet das Diagnosesystem 50 die Schwingungsantwort des Strömungsrohres zu zwei verschiedenen Zeiten (z. B. kurz bevor und kurz nachdem die Diagnoseprüfung durchgeführt wird). Beispielsweise kann die Resonanzfrequenz als charakteristisches Merkmal der Schwingungsantwort verwendet werden. Danach berechnet das Diagnosesystem 60 eine Änderung in der Schwingungsantwort (z. B. prozentuale Änderung der Resonanzfrequenz) des der Diagnoseprüfung zugeordneten Strömungsrohres 15. Als Alternative dazu oder zusätzlich kann das Diagnosesystem 60 die Frequenzantwort zu mehreren verschiedenen Zeiten kennzeichnen und eine übliche Abweichung bezogen auf die Frequenzantwort zu jeder der mehreren Zeiten berechnen (z. B. eine übliche Abweichung der Resonanzfrequenz). Die Größe der Änderung der Frequenzantwort und/oder der üblichen Abweichung, die der Frequenzantwort zugeordnet ist, kann dafür verwendet werden, die Zuverlässigkeit der Prüfung zu charakterisieren. Wenn zum Beispiel die prozentuale Änderung der Resonanzfrequenz, die der Diagnoseprüfung zugeordnet ist, zwischen 0 und ungefähr 1 Prozent ist, dann stellt das Diagnosesystem zweckmäßigerweise fest, dass die Zuverlässigkeit hoch ist, und es gibt einen Hinweis aus, dass die Zuverlässigkeit hoch ist (z. B. der oben beschriebene dritte Hinweis). Wenn die prozentuale Änderung zwischen ungefähr 1 Prozent und ungefähr 2 Prozent ist, dann stellt das Diagnosesystem zweckmäßigerweise fest, dass die Zuverlässigkeit der Prüfung im mittleren Bereich liegt, und es gibt einen Hinweis aus, dass die Zuverlässigkeit mittelmäßig ist (z. B. der oben beschriebene zweite Hinweis). Wenn die prozentuale Änderung ungefähr 2 Prozent übersteigt, dann stellt das Diagnosesystem 60 zweckmäßigerweise fest, dass die Zuverlässigkeit gering ist, und es gibt einen Hinweis aus, dass die Zuverlässigkeit gering ist (z. B der oben beschriebene erste Hinweis).
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Das Diagnosesystem 60 ermittelt zweckmäßigerweise die Resonanzfrequenz der Schwingungsantwort des Strömungsrohres während einer Zeit, die einer bestimmten Diagnoseprüfung zugeordnet ist, und vergleicht diese Resonanzfrequenz mit einer Gruppe von Frequenzwerten, die mit Bezug auf eine mittlere Schwingungsfrequenz für das Strömungsrohr 15 definiert sind, entweder zusätzlich zu oder als Alternative zu anderen hier beschriebenen Möglichkeiten für die Beurteilung der Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung. Wenn zum Beispiel die einer Diagnoseprüfung zugeordnete gemessene Schwingungsfrequenz innerhalb von etwa 1 Prozent des Mittelwertes ist, stellt das Diagnosesystem zweckmäßigerweise fest, dass die Zuverlässigkeit hoch ist, und es gibt einen Hinweis aus, dass die Zuverlässigkeit hoch ist. Wenn sich die gemessene Schwingungsfrequenz von dem Mittelwert um einen Wert zwischen etwa 1 Prozent und etwa 2 Prozent unterscheidet, stellt das Diagnosesystem zweckmäßigerweise fest, dass die Zuverlässigkeit in einem mittleren Bereich ist, und es gibt einen Hinweis aus, dass die Zuverlässigkeit mittelmäßig ist. Und wenn sich die gemessene Schwingungsfrequenz von der mittleren Schwingungsfrequenz um mehr als etwa 2 Prozent unterscheidet, stellt das Diagnosesystem zweckmäßigerweise fest, dass die Zuverlässigkeit gering ist, und es gibt einen Hinweis aus, dass die Zuverlässigkeit gering ist.
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Anstatt der oder zusätzlich zu den anderen hier beschriebenen Alternativen ist das Diagnosesystem 60 auch konfiguriert, um ein Temperatursignal von einem oder beiden Temperatursensoren 52 und 53 zu überwachen, um die Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung zu beurteilen. Temperaturänderungen können viele der physikalischen Eigenschaften des Strömungsrohres 15 beeinflussen. Somit können Temperaturen, die außerhalb eines normalen Betriebsbereichs liegen, zu unzuverlässigen Ergebnissen der Diagnoseprüfung führen. Zum Beispiel verwendet das Diagnosesystem 60 zweckmäßigerweise einen gemessenen Temperaturwert, der aus dem überwachten Temperatursignal bestimmt wird, während die Diagnoseprüfung durchgeführt wird oder kurz bevor oder nach der Prüfung. Der gemessene Temperaturwert wird mit einer Gruppe von Schwellenwerten verglichen, die auf einen mittleren oder erwarteten Temperaturwert oder Temperaturbereich zentriert sind. Zum Beispiel wenn die gemessene Temperatur innerhalb von 20 Prozent des mittleren oder erwarteten Wertes oder Wertebereichs ist, dann stellt das Diagnosesystem zweckmäßigerweise fest, dass die Zuverlässigkeit hoch ist, und es gibt einen Hinweis aus, dass die Zuverlässigkeit hoch ist. Wenn sich die gemessene Temperatur von den mittleren oder erwarteten Temperaturwerten oder -bereichen um einen Wert zwischen etwa 20 Prozent und 30 Prozent unterscheidet, stellt das Diagnosesystem 60 zweckmäßigerweise fest, dass die Zuverlässigkeit in einem mittleren Bereich ist, und es gibt einen Hinweis aus, dass die Zuverlässigkeit mittelmäßig ist. Und wenn sich die gemessene Temperatur von dem mittleren oder erwarteten Temperaturwert oder Bereichen um mehr als etwa 30 Prozent unterscheidet, stellt das Diagnosesystem zweckmäßigerweise fest, dass die Zuverlässigkeit gering ist, und es gibt einen Hinweis aus, dass die Zuverlässigkeit gering ist.
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Das beschriebene Verfahren zum Bewerten der Zuverlässigkeit einer Diagnoseprüfung auf der Grundlage eines während oder vor dem Durchführen der Diagnoseprüfung gemessenen Temperaturwertes kann auch entweder alternativ oder zusätzlich dafür verwendet werden, die Zuverlässigkeit auf der Grundlage anderer Variabler zu bewerten, zu denen z. B. Massedurchsatz, Viskosität, Druck und/oder Dichte des Fluids gehören. Eine erhebliche Abweichung von den normalen Betriebsbedingungen für irgendeinen dieser Parameter kann die Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung negativ beeinflussen.
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Bei noch einem anderen Beispiel bewertet das Diagnosesystem zweckmäßigerweise die Zuverlässigkeit der im Schritt 502 durchgeführten Diagnoseprüfung durch Messen des Gasanteils zur Zeit der Diagnoseprüfung. Von Coriolis-Durchflussmessern wird manchmal angenommen, dass sie hauptsächlich Einphasen-Flüssigkeitsstrombedingungen antreffen. Die Gegenwart eines hohen Gasanteils ist eine nicht normale Strömungsbedingung, die den Betrieb des Durchflussmessers und/oder die Schwingungsantwort des Strömungsrohres beeinflussen kann. Somit ist das Diagnosesystem 60 zweckmäßigerweise konfiguriert, um den Gasanteil-Messwert von dem Kontroll- und Messsystem 50 zu erhalten und den Gasanteil-Messwert dafür zu verwenden, die Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung zu beurteilen. Zum Beispiel wenn der Gasanteil-Messwert zwischen 0 und etwa 1 Prozent ist, stellt das Diagnosesystem 60 zweckmäßigerweise fest, dass die Zuverlässigkeit hoch ist, und es gibt einen Hinweis aus, dass die Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung hoch ist. Wenn der Gasanteil-Messwert zwischen etwa 1 Prozent und etwa 5 Prozent ist, stellt das Diagnosesystem zweckmäßigerweise fest, dass die Zuverlässigkeit in einem mittleren Bereich ist, und es gibt einen Hinweis aus, dass die Diagnoseprüfung mittelmäßig ist. Und wenn der Gasanteil-Messwert über etwa 5 Prozent ist, stellt das Diagnosesystem 60 zweckmäßigerweise fest, dass die Zuverlässigkeit gering ist, und es gibt einen Hinweis aus, dass die Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung gering ist.
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Zusätzlich oder als Alternative dazu kann das Diagnosesystem 60 konfiguriert sein, um seiner Bewertung der Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung Bedingungen zu Grunde zu legen, die innerhalb des Durchflussmessers 10 sind, wie z. B. sein Kontrollzustand. Wie oben beschrieben, enthält der dargestellte Durchflussmesser 10 (2) ein Kontroll- und Messsystem 50, das konfiguriert ist, um in einer Vielzahl von Kontrollzuständen zu verschiedenen Zeiten und/oder als Reaktion auf verschiedene Ereignisse oder Umstände zu arbeiten. Das Diagnosesystem 60 kann einen Hinweis für geringe Zuverlässigkeit ausgeben, wenn es z. B. beim Durchführen des Schrittes 506 feststellt, dass das Kontroll- und Messsystem momentan oder vor kurzem (bezüglich der Durchführung der Diagnoseprüfung des Schrittes 502) in einem nicht normalen Kontrollzustand arbeitet bzw. gearbeitet hat. Ebenso kann das Diagnosesystem konfiguriert sein, um einen Hinweis für geringe Zuverlässigkeit auszugeben, wenn es vor kurzem zwischen verschiedenen Kontrollzuständen gewechselt hat.
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Zusätzlich oder als Alternative dazu kann das Diagnosesystem 60 konfiguriert sein, um seiner Bewertung der Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung die Verwendung von Informationen von dem verteilten Steuerungssystem 54 zu Grunde zu legen. Zum Beispiel kann das Diagnosesystem einen Hinweis für ein in einem verteilten Steuerungssystem auftretendes Steuerungsereignis erhalten und die Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung auf der Grundlage ihrer zeitlichen Nähe zu dem Ereignis bewerten. Einige Beispiele für relevante Ereignisse in einem verteilten Steuerungssystem, die verwendet werden können, um die Zuverlässigkeit zu beurteilen, enthalten ohne Beschränkung, das Anfahren einer stromaufwärts liegenden Pumpe, das Öffnen oder Schließen eines stromaufwärts oder stromabwärts liegenden Ventils, das Anfahren eines Fluidbeheizungselements oder irgend ein anderes Ereignis, das den Betrieb des Durchflussmessers 10 beeinflussen kann. Die speziellen Ereignisse, die den Durchflussmesser 10 beeinflussen könnten, können abhängig von den Eigentümlichkeiten und Merkmalen des von dem verteilten Steuerungssystem 54 gesteuerten Prozesses sehr verschieden sein. Das Diagnosesystem 60 kann konfiguriert sein, um mit dem verteilten Steuerungssystem 54 zu kommunizieren, um festzustellen, ob solche Ereignisse aufgetreten sind, und einen Hinweis für eine geringe Zuverlässigkeit auszugeben, wenn die Diagnoseprüfung des Schrittes 502 innerhalb eines vorbestimmten Zeitabschnitts nach dem Auftreten eines entsprechenden Ereignisses gefahren wird.
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Nochmals, jede Kombination von hier beschriebenen Variablen kann dafür verwendet werden, die Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung zu bewerten, indem mehr-dimensionale Kriterien für die Charakterisierung der Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung definiert werden. Andere Variablen, die hier nicht ausdrücklich erwähnt sind, können auch bei der Bewertung der Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung in Betracht gezogen werden. Zum Beispiel wird in Erwägung gezogen, dass bei einigen Ausführungsformen ein Diagnosesystem die Zuverlässigkeit einer Diagnoseprüfung auf der Grundlage einer Vielzahl von Variablen bewertet und das Diagnosesystem 60 konfiguriert ist, um gewichtete Punktewerte jeder Prozessbedingung von einer Vielzahl von Prozessbedingungen zuzuordnen und einen gewichteten Durchschnitt der Punktewerte zu berechnen, um die Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung zu bewerten. Der gewichtete Durchschnitt der Punktewerte wird dafür verwendet, einen Hinweis für die Zuverlässigkeit zu geben. Ein anderes Beispiel besteht darin, dass mehrere verschiedene Zuverlässigkeitskriterien (z. b. hoch, mittelmäßig und gering) in einem mehr-dimensionalen Raum definiert werden können, der mit irgend einer gewünschten Kombination von Variablen verbunden ist, und das Diagnosesystem 60 ist konfiguriert, um die Zuverlässigkeit zu bewerten, indem festgestellt wird, welche der definierten Kategorien stimmt mit den Werten für die Variablen überein, die mit der speziellen Diagnoseprüfung verbunden sind. Bei noch einem anderen Beispiel ist das Diagnosesystem 60 konfiguriert, um eine Vielzahl der Variablen zu überwachen und festzustellen, welcher der Werte für die überwachte Gruppe von Variablen mit dem geringsten Zuverlässigkeitshinweis verbunden ist. Der geringste Zuverlässigkeitshinweis wird als Ausgabe des Schrittes 508 verwendet. Noch andere Verfahren zum Berücksichtigen von mehreren Prozessvariablen können verwendet werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Mehrere Beispiele für Verfahren zum Bewerten der Zuverlässigkeit einer Diagnoseprüfung sind oben beschrieben. In einigen dieser Beispiele sind bestimmte Werte als Beispiele für Werte oder Wertebereiche vorgesehen, die mit einem bestimmten Zuverlässigkeitsgrad übereinstimmen. Es ist zu anerkennen, dass die Konfigurationen von Coriolis-Durchflussmessern stark verschieden sind. Daher sollten die oben beschriebenen Werte als erläuternd und nicht in einem beschränkenden Sinn verstanden werden. Es ist auch möglich, dass der Endnutzer des Durchflussmessers die Parameter, die mit einem bestimmten Zuverlässigkeitsniveau übereinstimmen, festlegen oder ändern kann, so dass sie den auf eigener Erfahrung beruhenden Bedürfnissen genügen.
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Die Prinzipien und Verfahren, die oben im Zusammenhang mit einem Coriolis-Messgerät detailliert dargestellt wurden, können auf andere Durchflussmesserarten angewandt werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann der Durchflussmesser ein Vortex-Durchflussmesser, ein magnetischer Durchflussmesser oder irgendein anderer Typ von Durchflussmesser sein. Das Diagnosesystem kann die Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung unter Verwendung irgendeiner Prozessbedingung bewerten, die die Diagnoseprüfung beeinflussen könnte. Beispielsweise kann das Diagnosesystem die Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung dadurch bewerten, dass es eine oder mehrere Prozessbedingungen bewertet, um zu beurteilen, ob der Durchflussmesser in einer relativ zustandsstabilen Umgebung arbeitet oder in einer mehr zustandsinstabilen Umgebung arbeitet, die durch abrupte Veränderungen der Eigenschaften des Fluids oder andere Faktoren, die den Betrieb des Durchflussmessers beeinflussen, gekennzeichnet ist.
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Nachdem die Erfindung genau beschrieben wurde, ist erkennbar, dass Modifikationen und Änderungen möglich sind, ohne vom Umfang der in den Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen.
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Beim Vorstellen von Elementen der vorliegenden Erfindung oder dem oder den bevorzugten Ausführungsbeispiel(en), sollen die Artikel „ein”, „einer”, „eine”, „der”, „die” oder „das” bedeuten, dass es mehr als die genannten Elemente geben kann. Die Begriffe „umfassen”, „aufweisen”, „einschließen” und „haben” sollen offen sein und bedeuten, dass es zusätzliche Elemente zu den genannten Elemente geben kann. Im Hinblick auf das Obige ist ersichtlich, dass die genannten Ziele der Erfindung erreicht und andere vorteilhafte Ergebnisse erhalten worden sind.
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Da verschiedene Änderungen bei den oben genannten Systemen, Geräten und Verfahren gemacht werden könnten, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, soll der gesamte Inhalt, der in der obigen Beschreibung enthalten und in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt ist, als erläuternd und nicht in einem beschränkenden Sinne interpretiert werden.
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Demgemäß betrifft die Erfindung auch ein System zum Bewerten einer Durchflussmessung, einschließlich eines Durchflussmessers und eines Diagnosesystems. Das Diagnosesystem kann konfiguriert sein, um eine Diagnoseprüfung zum Wahrnehmen einer physikalischen Änderung in dem Durchflussmesser durchzuführen, die den Betrieb des Durchflussmessers verschlechtern könnte, ein Ergebnis der Diagnoseprüfung auszugeben, eine Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung unter Verwendung von Informationen über eine Prozessbedingung zu bewerten und einen Hinweis für die Zuverlässigkeit der Diagnoseprüfung auszugeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6311136 [0003]
- US 6505519 [0003]
- US 6950760 [0003]
- US 7059199 [0003]
- US 7614312 [0003]
- US 7660681 [0003]
- US 7617055 [0003]
- US 8751171 [0003]
- US 5926096 [0005]