EP3390984A1 - Verfahren zur reynoldszahl-korrektur einer durchflussmessung eines coriolis-durchflussmessgeräts - Google Patents

Verfahren zur reynoldszahl-korrektur einer durchflussmessung eines coriolis-durchflussmessgeräts

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EP3390984A1
EP3390984A1 EP16795109.4A EP16795109A EP3390984A1 EP 3390984 A1 EP3390984 A1 EP 3390984A1 EP 16795109 A EP16795109 A EP 16795109A EP 3390984 A1 EP3390984 A1 EP 3390984A1
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EP
European Patent Office
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reynolds number
meter factor
evaluation unit
coriolis flowmeter
meter
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16795109.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan NATTER
Ton LEENHOVEN
Paul Ceglia
Martin Josef ANKLIN
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Endress and Hauser Flowtec AG
Original Assignee
Endress and Hauser Flowtec AG
Flowtec AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Flowtec AG, Flowtec AG filed Critical Endress and Hauser Flowtec AG
Publication of EP3390984A1 publication Critical patent/EP3390984A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G01F1/78—Direct mass flowmeters
    • G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
    • G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
    • G01F1/8409—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details
    • G01F1/8436—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details signal processing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/02—Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature
    • G01F15/022—Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature using electrical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/10—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters
    • G01F25/11—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters using a seal ball or piston in a test loop

Definitions

  • the present invention relates to a method of flow measurement using a Co olis flow meter with a Reynolds number correction according to the preamble of claim 1.
  • Piston Provers It is known to check flowmeters on a calibration system by means of a piston test device, a so-called Piston Provers, in order to check whether they output the exact measured value under conditions of use.
  • a user of the flowmeter with respect to a customer specifies a volume flow which is normalized to 15 ° C. and normal pressure. This value is the basis for billing the amount of fluid delivered to the customer, e.g. in the form of petroleum or other products.
  • the present invention solves this problem by a method with the
  • An inventive method for determining a Reynoldsierekompens striving flow rate and / or a Reynoldsierekompens striving flow through a Coriolis flowmeter has at least the following steps:
  • Step a Determine at least one meter factor during one
  • the aforementioned determination can be made by comparing the measured values of the Coriolis flowmeter and the piston testing device. Alternatively or in addition to the comparison, of course, a variety of others mathematical operations are performed.
  • the meter factor is one
  • Step b Following the determination, the aforementioned meter factor is transmitted from the evaluation unit of the calibration system to an evaluation unit of the Coriolis flowmeter. This transmission is also referred to in professional circles as the meter factor is written back from the calibration system in the Coriolis flowmeter.
  • Step c In the Coriolis flowmeter, a Reynolds number becomes this
  • Step d The Coriolis flowmeter can also be used to determine an uncorrected measured value E for a flow velocity and / or a flow of a measuring medium at a measuring point.
  • Step e The Coriolis flowmeter determines the density of the
  • Step f Finally, a correction of the uncorrected measured value of the
  • step a) It is advantageous if several meter factors according to step a) at
  • the data set comprises at least 20 pairs of numbers each consisting of a Reynolds number and a meter factor. This can advantageously be a very accurate assignment of the meter factors to a Reynolds number.
  • the Reynolds number in step c) can be determined from the Coriolis flowmeter by determining a flow rate and / or flow and a density and viscosity of a calibration medium during the
  • the transmission of the meter factor according to step b) from the calibration system to the Coriolis flowmeter can advantageously be effected by a serial interface, in particular via Modbus protocol.
  • Evaluation unit wherein the evaluation unit, wherein the evaluation unit in particular has a memory unit, on which evaluation unit, or memory unit at least one data set of number pairs of one meter factor and an associated Reynolds number is stored and wherein the evaluation unit is equipped by an uncorrected flow rate and / or an un corrected flow by determining the Reynolds number eg at a measuring point and by assigning the respective meter factor of the data set to correct.
  • an evaluation unit comprises at least one memory unit and one arithmetic unit. It is advantageous if in the evaluation unit, in particular in the memory unit, also one or more correction factors and / or one or more
  • Reynolds number does not correspond to a Reynolds number, which is deposited as a number pair with a meter factor. This allows nevertheless a meter factor, for example by interpolation with the calculated Reynolds number adjacent or
  • Fig. 1 is a schematic representation of a process flow for reynolsiere- compensated flow measurement.
  • the aim of the method is the calibration of a Coriolis flowmeter using a Provers, so a highly accurate volumetric measuring instrument.
  • the measuring principle is based on the controlled generation of Coriolis forces. These forces occur in a system whenever simultaneous translational (rectilinear) and rotational (rotating) movements overlap.
  • the size of the Coriolis force depends on the moving mass, its velocity in the system and thus on the mass flow. Instead of a constant rotational speed, an oscillation occurs at the sensor.
  • two parallel measuring tubes through which the medium flows can be brought into oscillation in antiphase and form a kind of tuning fork.
  • the Coriolis forces generated at the measuring tubes cause a
  • Tube vibration delayed on inlet side and accelerated on outlet side Tube vibration delayed on inlet side and accelerated on outlet side.
  • a density measurement of the medium to be measured is also possible.
  • the measuring tube is excited at its resonance frequency. As soon as the mass and thus the density of the oscillating system, ie the measuring tube and the medium changes, the excitation frequency is readjusted.
  • Resonant frequency is thus a function of the density of the medium. Because of this dependence, e.g. gain a density signal by means of a microprocessor.
  • the mass flow and the density can also be used to determine a volume flow.
  • the temperature at the measuring tube can be detected.
  • This signal corresponds to the process temperature and is also available as an output signal.
  • This calibration system a comprises a piston testing device 2, the so-called Piston Prover. This can so far measured values to a first
  • Flow rate A of a flowable medium or fluid Fl, which is passed through the flow meter and through the calibration is determined volumetrically high accuracy.
  • the measured values of a second flow rate B can also be determined by means of the Coriolis flowmeter.
  • a so-called meter factor C can be determined, as defined for example by the API (American Petroleum Institute) in the guidelines MPMS Chapter 12 "Calculation of Petroleum Quantities".
  • This meter factor C can be determined, for example, by an evaluation unit 3 of the calibration system, which is often also called a flow computer.
  • Evaluation unit can the said meter factor C by comparing the
  • the Reynolds number can not be compensated by conventional calibration equipment, since a determination and compensation of this Reynolds number in one
  • Calibration system is usually not provided.
  • This meter factor is then evaluated by the evaluation unit 3 of the
  • a Coriolis flowmeter in an evaluation unit 1 a of the Coriolis flowmeter 1 transmitted.
  • a Coriolis flowmeter like most other flowmeters also, consists of a transmitter and a sensor 1 b.
  • the sensor 1 b is used to detect
  • the evaluation unit 1 a of the Coriolis flowmeter is thus to be understood as a transmitter. This can preferably by means of a serial interface
  • the Reynolds number thus depends on the determined density, viscosity and the
  • This Reynolds number H is determined at the calibration plant by the Coriolis flowmeter 1 and together with the
  • the calibration time or the calibration interval can be determined, for example, by means of a drag pointer or a history matrix stored in the Coriolis flowmeter and stored in a memory unit of the evaluation unit of the Coriolis flowmeter.
  • An adaptive correction is determined and set to the measured error.
  • the piston tester detects an error and assigns a meter factor to correct this error.
  • the measured error is a detected error of the Coriolis flowmeter during operation of the flowmeter.
  • the adaptive correction is performed by an interpolation of the meter factors which are stored in the Coriolis flowmeter and which were previously determined during the calibration process by the piston testing device.
  • the flowmeter is set in such a way that it can independently determine a Reynolds number on the basis of a determined viscosity and density as well as the determined flow velocity.
  • This Reynolds number can then be checked, e.g. through on-site calibration. It can be determined for each Reynolds number a meter factor, which makes it possible to correct a mass flow under conditions at the site.
  • the meter factor and the Reynolds number stored for this meter factor can be stored as a numerical value pair in the evaluation unit of the Coriolis flowmeter.
  • a meter factor C can be assigned for a determined Reynolds number of a measuring medium M at the measuring point b or the place of use, and the determined
  • Mass flow or the determined flow velocity over this Meter factor C can be compensated and a corrected mass flow or a corrected flow rate can be determined.
  • Reynolds number does not correspond to Reynolds number meter factor number pair D, there is an interpolation F between the two nearest stored number pairs D.
  • a reynold-compensated measured value for a flow rate and / or a flow velocity G can then be transmitted to an output unit 4.
  • the evaluation unit is spatially separated in FIG. 1 relative to the Coriolis flowmeter 1. However, it can also be integrated in the Coriolis flowmeter 1, in particular in the evaluation unit 1 a.
  • Measuring instruments are determined by specifying a correction factor or correlation algorithm between meter factor (s) and Reynolds number (s) in the calibration system and adjusted individually under measuring conditions.

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Abstract

Ein Verfahren zur Ermittlung einer reynoldszahlkompensierten Strömungsgeschwindigkeit und/oder eines reynoldszahlkompensierten Durchflusses (G) durch ein Coriolis-Durchflussmessgerät (1), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a. Ermittlung von zumindest einem Meterfaktor (C) während eines Kalibrationszeitintervalls in einer Kalibrationsanlage (a) anhand von Messwerten (A und B) des Coriolis-Durchflussmessgeräts (1) und einer Kolbenprüfvorrichtung (2) der Kalibrationsanlage (a) durch eine Auswerteeinheit (3) der Kalibrationsanlage (a); b. Übertragung des Meterfaktors (C) von der Auswerteeinheit (3) der Kalibrationsanlage (a) an eine Auswerteeinheit (1a) des Coriolis-Durchflussmessgeräts (1); c. Zuordnung einer Reynoldszahl (H) zu diesem Meterfaktor (D), während das Coriolis-Durchflussmessgerät (1) an die Kalibrationsanlage (a) angeschlossen ist, und Hinterlegen zumindest eines Datensatzes bezüglich zumindest eines Zahlenpaares (D) bezüglich jeweils einer Reynoldszahl und eines Meterfaktors im Coriolis-Durchflussmessgerät; d. Ermittlung eines unkorrigierten Messwertes (E) für eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder eines Durchflusses eines Messmediums (M) an einer Messstelle (b), sowie der Dichte des Messmediums (M) an der Messstelle (b) und der Viskosität des Messmediums an der Messstelle (b); e. Ermittlung einer Reynoldszahl anhand des in Schritt d) bestimmten Messwertes (E) der Strömungsgeschwindigkeit und/oder Durchfluss, sowie der Dichte und der Viskosität des Messmediums (M) und Zuordnung eines dieser Reynoldszahl zugehörigen Meterfaktors (C); und f. Korrektur des unkorrigierten Messwerts (E) der Strömungsgeschwindigkeit und/der des Durchflusses anhand des zugeordneten Meterfaktors (C) und Ausgabe der Reynoldszahlkorrigierten Strömungsgeschwindigkeit und/oder des reynoldszahlkorrigierten Durchflusses (G); und ein Coriolis-Durchflussmessgerät

Description

Verfahren zur Reynoldszahl-Korrektur einer Durchflussmessung eines
Coriolis-Durchflussmessgeräts
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren einer Durchflussmessung anhand eines Co olis-Durchflussmessgerätes mit einer Reynoldszahl-Korrektur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Es ist bekannt, Durchflussmessgeräte auf einer Kalibrationsanlage mittels einer Kolbenprüfvorrichtung, eines sogenannten Piston-Provers, zu überprüfen, um sie somit dahingehend zu überprüfen, ob sie unter Anwendungsbedingungen den exakten Messwert ausgeben.
In vielen Fällen wird allerdings von einem Verwender des Durchflussmessgeräts gegenüber einem Kunden ein Volumendurchfluss angegeben, welcher auf 15°C und auf Normaldruck normiert ist. Dieser Wert ist die Grundlage zum Abrechnen der an den Kunden abgegebenen Menge an Fluid, z.B. in Form von Erdöl oder anderen Produkten.
Ausgehend von den vorgenannten Tatsachen ist es nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kompensation eines an einer Messstelle ermittelten Durchflusses oder einer Strömungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer ermittelten Reynoldszahl durchzuführen.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 .
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung einer reynoldszahlkompensierten Strömungsgeschwindigkeit und/oder eines reynoldszahlkompensierten Durchflusses durch ein Coriolis-Durchflussmessgerät weist zumindest die folgenden Schritte auf:
Schritt a: Ermittlung von zumindest einem Meterfaktor während eines
Kalibrationszeitintervalls in einer Kalibrationsanlage anhand von Messwerten des Coriolis-Durchflussmessgeräts und einer Kolbenprüfvorrichtung der
Kalibrationsanlage durch eine Auswerteeinheit der Kalibrationsanlage;
Die vorgenannte Ermittlung kann durch Vergleich der Messwerte des Coriolis- Durchflussmessgeätes und der Kolbenprüfvorrichtung erfolgen. Alternativ oder zusätzlich zu dem Vergleich sind selbstverständlich auch eine Vielzahl weiterer mathematischer Operationen vorgenommen werden. Der Meterfaktor ist ein
Fachbegriff, welcher beispielsweise durch die API (American Petroleum Institute) und andere Instituten regelmäßig genutzt wird und entsprechend definiert ist. Schritt b: Im Anschluss an die Ermittlung wird der vorgenannte Meterfaktors von der Auswerteeinheit der Kalibrationsanlage an eine Auswerteeinheit des Coriolis- Durchflussmessgeräts übermittelt. Dieses Übermitteln wird in Fachkreisen auch derart bezeichnet, dass der Meterfaktor von der Kalibrationsanlage in das Coriolis- Durchflussmessgerät zurückgeschrieben wird.
Schritt c: Im Coriolis-Durchflussmessgerät wird eine Reynoldszahl zu diesem
Meterfaktor zugeordnet und zumindest ein Datensatzes bezüglich eines
Zahlenpaares mit jeweils einer Reynoldszahl und einem Meterfaktor im Coriolis- Durchflussmessgerät hinterlegt. Diese Reynoldszahl kann z.B. durch Messung der Dichte und der Viskosität durch das Coriolisgerät selbst ermittelt werden oder durch einen oder mehrere zusätzliche Sensoren. Es kann jedoch auch die Reynoldszahl bekannt sein, sofern das Kalibrationsmedium, welches durch die Kalibrationsanlage geleitet wird, bekannt ist. Schritt d: Durch das Coriolis-Durchflussmessgerät kann zudem eine Ermittlung eines unkorrigierten Messwertes E für eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder einen Durchfluss eines Messmediums an einer Messstelle erfolgen.
Schritt e: Es wird durch das Coriolis-Durchflussmessgerät die Dichte des
Messmediums an der Messstelle und die Viskosität des Messmediums an der
Messstelle ermittelt. Aus dem unkorrigierten Messwert, der Dichte und der Viskosität wird eine Reynoldszahl ermittelt. Zu dieser Reynoldszahl wird ein Meterfaktor anhand des oder der hinterlegten Zahlenpaare ermittelt werden. Schritt f: Schließlich wird eine Korrektur des unkorrigierte Messwerts der
Strömungsgeschwindigkeit und/der des Durchflusses anhand des zugeordneten Meterfaktors durchgeführt und eine reynoldszahl-korrigierte
Strömungsgeschwindigkeit und/oder ein reynoldszahl l-korrigierter Durchflusses ausgegeben.
Durch die Erstellung, Hinterlegung und Zuordnung eines oder mehrerer
Reynoldszahl - Meterfaktor Zahlenpaares kann die Reynoldszahlabhängigkeit des Meterfaktors bei der Messung berücksichtigt werden. Die vorgenannten Schritte müssen dabei nicht zwingend in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Es ist von Vorteil wenn mehrere Meterfaktoren gemäß Schritt a) bei
unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflüssen ermittelt werden und dass mehrere Zahlenpaare aus einer Reynoldszahl und einem Meterfaktor erstellt werden und die auf der Auswerteeinheit des Coriolis-Durchflussmessgerätes hinterlegt werden. Es ist von Vorteil, wenn mehrere Zahlenpaare genutzt werden, um einem Durchfluss und/oder einer Strömungsgeschwindigkeit bei ermittelter
Reynoldszahl einen Meterfaktor zuzuweisen.
Es ist zudem von Vorteil, wenn der Datensatz zumindest 20 Zahlenpaare aus jeweils einer Reynoldszahl und einem Meterfaktor umfasst. Dadurch kann vorteilhaft eine sehr genaue Zuordnung der Meterfaktoren zu einer Reynoldszahl erfolgen.
Die Reynoldszahl in Schritt c) kann anhand des Coriolis-Durchflussmessgeräts durch Ermittlung einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder eines Durchflusses und einer Dichte und einer Viskosität eines Kalibrationsmediums während des
Kalibrationsintervalls ermittelt werden.
Die Übertragung des Meterfaktors gemäß Schritt b) von der Kalibrationsanlage an das Coriolis-Durchflussmessgerät kann vorteilhaft durch eine serielle Schnittstelle, insbesondere via Modbus-Protokoll, erfolgen.
Weiterhin erfindungsgemäß ist ein Coriolis-Durchflussmessgerät mit einer
Auswerteeinheit, wobei Auswerteeinheit, wobei die Auswerteeinheit insbesondere eine Speichereinheit aufweist, auf welcher Auswerteeinheit, bzw. Speichereinheit zumindest ein Datensatz aus Zahlenpaaren von jeweils einem Meterfaktor und einer zugehörigen Reynoldszahl hinterlegt ist und wobei die Auswerteeinheit ausgerüstet ist um eine unkorrigierte Strömungsgeschwindigkeit und/oder einen un korrigierten Durchfluss durch Ermittlung der Reynoldszahl z.B. an einer Messstelle und durch Zuordnung des jeweiligen Meterfaktors des Datensatzes zu korrigieren.
Üblicherweise umfasst eine Auswerteeinheit zumindest eine Speicher- und eine Recheneinheit. Es ist von Vorteil, wenn in der Auswerteeinheit, insbesondere in der Speichereinheit, zudem einer oder mehrere Korrektorfaktoren und/oder einer oder mehrere
Korrekturalgorithmen hinterlegt sind, sofern die an der Messstelle ermittelte
Reynoldszahl nicht einer Reynoldszahl entspricht, welche als Zahlenpaar mit einem Meterfaktor hinterlegt ist. Dadurch kann trotzdem ein Meterfaktor, beispielsweise durch Interpolation mit den zur ermittelten Reynoldszahl benachbarten bzw.
nächstgelegenen Zahlenpaaren erfolgen.
Zur Verdeutlichung der Erfindung wird diese nachfolgend unter Zuhilfenahme einer beiliegenden Figur näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs zur reynolszahl- kompensierten Durchflussmessung. Das Ziel des Verfahrens ist die Kalibration eines Coriolis-Durchflussmessgeräts anhand eines Provers, also eines hochgenauen volumetrischen Messinstruments.
Das Messprinzip eines Coriolis-Durchflussmessgerätes wird nachfolgend anhand eines Zweirohr-Coriolisdurchflussmessgerätes kurz erörtert. Es sind jedoch z.B. auch Einrohr- oder 4-Rohr-Coriolisdurchflussmessgeräte bekannt, welche ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfasst sind.
Das Messprinzip basiert auf der kontrollierten Erzeugung von Corioliskräften. Diese Kräfte treten in einem System immer dann auf, wenn sich gleichzeitig translatorische (geradlinige) und rotatorische (drehende) Bewegungen überlagern. Die Größe der Corioliskraft hängt von der bewegten Masse, deren Geschwindigkeit im System und somit vom Massefluss ab. Anstelle einer konstanten Drehgeschwindigkeit tritt beim Messaufnehmer eine Oszillation auf. Beim Messaufnehmer können dabei zwei vom Messstoff durchströmte, parallele Messrohre in Gegenphase zur Schwingung gebracht werden und bilden eine Art Stimmgabel. Die an den Messrohren erzeugten Corioliskräfte bewirken eine
Phasenverschiebung der Rohrschwingung. Bei Nulldurchfluss, also bei Stillstand des Messstoffs, schwingen beide Rohre in Phase. Bei Massefluss wird die
Rohrschwingung einlaufseitig verzögert und auslaufseitig beschleunigt.
Je größer der Massefluss ist, desto größer ist auch die Phasendifferenz der beiden schwingenden Messrohre. Mittels elektrodynamischer Sensoren wird die Rohrschwingung ein- und auslaufseitig abgegriffen. Die System balance wird durch die gegenseitigen Schwingungen der beiden Messrohre erreicht. Das Messprinzip arbeitet grundsätzlich unabhängig von Temperatur, Druck, Viskosität, Leitfähigkeit und Durchflussprofil.
Zusätzlich zum Massendurchfluss ist auch eine Dichtemessung des Messmediums möglich. Dabei wird das Messrohr in seiner Resonanzfrequenz angeregt. Sobald sich die Masse und somit die Dichte des schwingenden Systems, also des Messrohrs und des Messstoffes sich ändert, so wird die Erregerfrequenz nachgeregelt. Die
Resonanzfrequenz ist somit eine Funktion der Messstoffdichte. Aufgrund dieser Abhängigkeit lässt sich z.B. mittels eines Mikroprozessors, ein Dichtesignal gewinnen.
Durch den Massedurchfluss und die Dichte lässt sich zudem ein Volumendurchfluss ermitteln.
Zur rechnerischen Kompensation von Temperatureffekten kann die Temperatur am Messrohr erfasst werden. Dieses Signal entspricht der Prozesstemperatur und steht auch als Ausgangssignal zur Verfügung.
Mit einer zusätzlichen Qualifikation eines Coriolis-Durchflussmessgeräts auf einer Kalibrierablage bei verschiedenen Reynoldszahlen kann das Coriolis- Durchflussmessgerät individuell eingestellt werden. Dies wird nunmehr nachfolgend im Detail näher erläutert.
Zunächst wird ein zu-korrigierende Coriolismessgerät 1 eine Kalibrationsanlage a eingefügt. Diese Kalibrationsanlage a umfasst eine Kolbenprüfvorrichtung 2, den sogenannten Piston-Prover. Dieser kann bislang Messwerte zu einer ersten
Durchflussrate A eines fließfähigen Mediums bzw. Fluids Fl, welches durch das Durchflussmessgerät und durch die Kalibrieranlage geleitet wird auf volumetrische Weise hochgenau bestimmen. Die Messwerte einer zweiten Durchflussrate B können auch mittels des Coriolis-Durchflussmessgerätes bestimmt werden. Durch Vergleich der Prover-Messwerte mit den Messwerten des an die Kalibrationsanlage
angeschlossenen Coriolis-Durchflussmessgeräts kann ein sogenannter Meterfaktor C bestimmt werden, wie er z.B. durch das API (American Petroleum Institute) in den Richtlinien MPMS Chapter 12 "Calculation of Petroleum Quantities" definiert wird. Dieser Meterfaktor C kann z.B. durch eine Auswerteeinheit 3 der Kalibrationsanlage, welcher oft auch Flow-Computer genannt wird, bestimmt werden. Diese
Auswerteeinheit kann den besagten Meterfaktor C durch den Vergleich der
Messwerte A und B oder davon abgeleitete Größen des Coriolis- Durchflussmessgeräts 1 und des Provers 2 ermitteln.
Die Reynoldszahl kann durch übliche Kalibrationsanlagen nicht kompensiert werden, da eine Ermittlung und Kompensation dieser Reynoldszahl in einer
Kalibrationsanlage zumeist nicht vorgesehen ist.
Im Anschluss wird dieser Meterfaktor von der Auswerteeinheit 3 der
Kalibrationsanlage a in eine Auswerteeinheit 1 a des Coriolis-Durchflussmessgerätes 1 übermittelt. Üblicherweise besteht ein Coriolis-Durchflussmessgerät, wie die meisten anderen Durchflussmessgeräte auch, aus einem Messumformer und einem Messaufnehmer 1 b. Dabei dient der Messaufnehmer 1 b zum Erfassen von
Messsignalen und der Messumformer wandelt diese in für den Nutzer verständliche Ausgabewerte um. Die Auswerteeinheit 1 a des Coriolis-Durchflussmessgeräts ist somit als Messumformer zu verstehen. Dies kann vorzugsweise durch eine serielle Schnittstelle mittels
Kommunikationsprotokolls, z.B. eines in der Gas- und Ölindustrie üblichen
Kommunikationsprotokolls erfolgen. Die Übermittlung kann insbesondere über das Kommunikationsprotokoll Modbus erfolgen. Im Coriolis-Durchflussmessgerät wird für den jeweiligen Meterfaktor C eine
Reynoldszahl H für den Kalibrationszeitpunkt oder das Kalibrationsintervall hinterlegt. p ' v · d
Iu = ——
Die Reynoldszahl hängt somit von der ermittelten Dichte, Viskosität und der
Strömungsgeschwindigkeit bei konstantem Querschnitt des oder der Rohre des Durchflussmessgeräts ab. Diese Reynoldszahl H wird an der Kalibrationsanlage durch das Coriolis-Durchflussmessgerät 1 ermittelt und gemeinsam mit dem
Meterfaktor C als Zahlenpaar D als Datensatz in der Auswerteeinheit 1 a des Coriolis- Durchflussmessgeräts, insbesondere einer Speichereinheit der Auswerteeinheit 1 a, abgelegt Der Kalibrationszeitpunkt oder das Kalibrationsintervall kann beispielsweise mittels eines Schleppzeigers oder einer im Coriolis-Durchflussmessgerät hinterlegten Historienmatrix bestimmt und in einer Speichereinheit der Auswerteeinheit des Coriolis-Durchflussmessgeräts hinterlegt werden.
Eine adaptive Korrektur wird auf den gemessenen Fehler bestimmt und festgelegt. Die Kolbenprüfvorrichtung erkennt einen Fehler und es wird ein Meterfaktor zugeordnet um diesen Fehler zu beheben. Der gemessene Fehler ist ein ermittelter Fehler des Coriolis-Durchflussmessgeräts im Betrieb des Durchflussmessgeräts.
Die adaptive Korrektur erfolgt durch eine Interpolation der Meterfaktoren die im Coriolis-Durchflussmessgerät abgespeichert vorliegen und welche zuvor während des Kalibrationsvorgangs durch die Kolbenprüfvorrichtung bestimmt wurden.
Nachfolgend soll kurz ein konkreter Verfahrensablauf beschrieben werden.
Das Durchflussmessgerät wird betriebsseitig so eingestellt, dass es anhand einer ermittelten Viskosität und Dichte, sowie der ermittelten Strömungsgeschwindigkeit selbständig eine Reynoldszahl bestimmen kann.
Diese Reynoldszahl kann sodann überprüft werden, z.B. durch vor-Ort Kalibration. Dabei kann für jede Reynoldszahl ein Meterfaktor bestimmt werden, welcher es ermöglicht eine Massendurchfluss unter Bedingungen am Einsatzort korrigieren.
Der Meterfaktor und die zu diesem Meterfaktor hinterlegte Reynoldszahl können als Zahlenwertpaar in der Auswerteeinheit des Coriolis-Durchflussmessgerätes hinterlegt werden.
Es kann sodann ein Zahlenpaar D bestehend aus dem Meterfaktor der Reynoldszahl erstellt werden.
Wird das Coriolis-Durchflussmessgerät 1 nun von der Kalibrationsanlage a getrennt, so kann für eine ermittelte Reynoldszahl eines Messmediums M an der Messstelle b bzw. dem Einsatzort ein Meterfaktor C zugeordnet werden und der ermittelte
Massedurchfluss oder die ermittelte Strömungsgeschwindigkeit über diesen Meterfaktor C kompensiert werden und ein korrigierten Massedurchfluss oder eine korrigierte Strömungsgeschwindigkeit ermittelt werden.
Sofern die vom Coriolis-Durchflussmessgerät an der Messstelle ermittelte
Reynoldszahl keinem Reynoldszahl-Meterfaktor-Zahlenpaar D entspricht, erfolgt eine Interpolation F zwischen den beiden nächst-gelegenen hinterlegten Zahlenpaaren D.
Am Ende kann sodann ein reynoldskompensierter Messwert für einen Durchfluss und/oder eine Strömungsgeschwindigkeit G an eine Ausgabeeinheit 4 übermittelt werden. Die Auswerteeinheit ist in Fig. 1 bezogen auf das Coriolis- Durchflussmessgerät 1 räumlich getrennt. Es kann allerdings auch im Coriolis- Durchflussmessgerät 1 , insbesondere in der Auswerteeinheit 1 a, integriert sein.
Insgesamt kann somit eine verbesserte Messperformance durch eine adaptive Reynoldszahl-Korrektur des Meterfaktors erreicht werden. Dadurch können
Messgeräte durch Vorgabe eines Korrekturfaktor oder Korrelationsalgorithmus zwischen Meterfaktor(en) und Reynoldszahl(en) in der Kalibrationsanlage ermittelt und unter Messbedingungen individuell eingestellt werden.
Bezugszeichenliste
1 Coriolis-Durchflussmessgerät
2 Kolbenprüfvorrichtung
3 Auswerteeinheit der Kalibrationsanlage
4 Ausgabeeinheit
A Messwert der Strömungsgeschwindigkeit und/oder des Durchflusses
B Messwert der Strömungsgeschwindigkeit und/oder des Durchflusses C Meterfaktor
D Datensatz mit Zahlenpaaren - Reynoldszahl/Meterfaktor
E unkorrigierte Messwerte
F Interpolation
G korrigierte Strömungsgeschwindigkeit und/oder korrigierter Durchflusses
H Reynoldszahl
M Messmedium
Fl Fluid in der Kabibrationsanlage a Kalibrationsanlage
b Messstelle

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Ermittlung einer reynoldszahl kompensierten
Strömungsgeschwindigkeit und/oder eines reynoldszahlkompensierten Durchflusses (G) durch ein Coriolis-Durchflussmessgerät (1 ),
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
a. Ermittlung von zumindest einem Meterfaktor (C) während eines
Kalibrationszeitintervalls in einer Kalibrationsanlage (a) anhand von Messwerten (A und B) des Coriolis-Durchflussmessgeräts (1 ) und einer Kolbenprüfvorrichtung (2) der Kalibrationsanlage (a) durch eine Auswerteeinheit (3) der Kalibrationsanlage (a);
b. Übertragung des Meterfaktors (C) von der Auswerteeinheit (3) der Kalibrationsanlage (a) an eine Auswerteeinheit (1 a) des Coriolis- Durchflussmessgeräts (1 );
c. Zuordnung einer Reynoldszahl (H) zu diesem Meterfaktor (D), während das Coriolis-Durchflussmessgerät (1 ) an die Kalibrationsanlage (a) angeschlossen ist, und Hinterlegen zumindest eines Datensatzes bezüglich zumindest eines Zahlenpaares (D) bezüglich jeweils einer Reynoldszahl und eines Meterfaktors im Coriolis-Durchflussmessgerät; d. Ermittlung eines un korrigierten Messwertes (E) für eine
Strömungsgeschwindigkeit und/oder eines Durchflusses eines Messmediums (M) an einer Messstelle (b), sowie der Dichte des Messmediums (M) an der Messstelle (b) und der Viskosität des Messmediums an der Messstelle (b);
e. Ermittlung einer Reynoldszahl anhand des in Schritt d) bestimmten Messwertes (E) der Strömungsgeschwindigkeit und/oder Durchfluss, sowie der Dichte und der Viskosität des Messmediums (M) und Zuordnung eines dieser Reynoldszahl zugehörigen Meterfaktors (C); und
f. Korrektur des unkorrigierten Messwerts (E) der
Strömungsgeschwindigkeit und/der des Durchflusses anhand des zugeordneten Meterfaktors (C) und Ausgabe der reynoldszahl- korrigierten Strömungsgeschwindigkeit und/oder des reynoldszahl- korrigierten Durchflusses (G).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere
Meterfaktoren (C) gemäß Schritt a) bei unterschiedlichen
Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflüssen ermittelt werden und dass mehrere Zahlenpaare (D) aus einer Reynoldszahl (H) und einem
Meterfaktor (C) erstellt und auf der Auswerteeinheit (1 a) hinterlegt werden
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Datensatz zumindest 20 Zahlenpaare (D) aus jeweils einer Reynoldszahl und einem Meterfaktor umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reynoldszahl (H) in Schritt c) anhand des Coriolis-Durchflussmessgeräts durch Ermittlung einer
Strömungsgeschwindigkeit und/oder eines Durchflusses und einer Dichte und einer Viskosität eines Kalibrationsmediums während des
Kalibrationsintervalls ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) ein Meterfaktor für eine ermittelte Reynoldszahl durch Interpolation mit den Meterfaktoren (C) der benachbarten Reynoldszahlen (H) erhalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung des Masterfaktors (C) gemäß Schritt b) von der Auswerteeinheit der Kalibrationsanlage (3) an das Coriolis-Durchflussmessgerät (1 ) durch eine serielle Schnittstelle erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Übertragung via Modbus erfolgt.
Coriolis-Durchflussmessgerät (1 ) mit einer Auswerteeinheit (1 b), dadurch gekennzeichnet, dass auf der Auswerteeinheit (1 b) zumindest ein
Datensatz aus Zahlenpaaren (D) von jeweils einem Meterfaktor (C) und einer zugehörigen Reynoldszahl (H) hinterlegt ist und wobei die
Auswerteeinheit (1 b) ausgerüstet ist um eine unkorrigierte
Strömungsgeschwindigkeit und/oder einen un korrigierten Durchfluss (E) durch Ermittlung der Reynoldszahl und durch Zuordnung des jeweiligen Meterfaktors (C) eines Zahlenpaares (D) des Datensatzes zu korrigieren.
9. Coriolis-Durchflussmessgerät (1 ) nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (1 b) zudem einer oder mehrere Korrektorfaktoren und/oder einer oder mehrere
Korrekturalgorithmen hinterlegt sind, wobei die Auswerteeinheit
ausgerüstet, durch unter Verwendung eines der Korrekturfaktoren und/oder eines der Korrekturalgorithmen für eine an der Messstelle ermittelte Reynoldszahl einen Meterfaktor zu bestimmen, sofern die an der
Messstelle ermittelte Reynoldszahl nicht einer Reynoldszahl (H) entspricht, welche als Zahlenpaar (D) mit einem Meterfaktor (C) hinterlegt ist.
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