EP3987253A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung eines strömungsparameters mittels eines coriolis-durchflussmessgeräts - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur ermittlung eines strömungsparameters mittels eines coriolis-durchflussmessgeräts

Info

Publication number
EP3987253A1
EP3987253A1 EP20760755.7A EP20760755A EP3987253A1 EP 3987253 A1 EP3987253 A1 EP 3987253A1 EP 20760755 A EP20760755 A EP 20760755A EP 3987253 A1 EP3987253 A1 EP 3987253A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flow
measuring
medium
viscosity
coriolis
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20760755.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Chatzikonstantinou
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heinrichs Messtechnik GmbH
Original Assignee
Heinrichs Messtechnik GmbH
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 Heinrichs Messtechnik GmbH filed Critical Heinrichs Messtechnik GmbH
Publication of EP3987253A1 publication Critical patent/EP3987253A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • G01F1/845—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits
    • G01F1/8468—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits vibrating measuring conduits
    • 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
    • G01F1/8413—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details means for influencing the flowmeter's motional or vibrational behaviour, e.g., conduit support or fixing means, or conduit attachments
    • 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
    • G01F1/8422—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details exciters
    • 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
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/02—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/16—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by measuring damping effect upon oscillatory body
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/002—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/002—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis
    • G01N2009/006—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis vibrating tube, tuning fork
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N2011/006—Determining flow properties indirectly by measuring other parameters of the system
    • G01N2011/0073—Determining flow properties indirectly by measuring other parameters of the system acoustic properties

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining a
  • Coriolis flowmeters have at least one measuring tube in a transducer through which the fluid, the mass flow rate and / or density of which is to be determined, flows.
  • the at least one measuring tube is made to vibrate by means of a vibration exciter, while at the same time the vibrations of the measuring tube are measured by means of vibration sensors at separate measuring points. If no fluid flows through the measuring tube during the measurement, the measuring tube vibrates with the same phase at both measuring points. With fluid flowing through, however, it affects both
  • Measuring points due to occurring Coriolis forces to phase shifts that are a direct measure of the mass throughput, i.e. H. for the mass of the fluid flowing through the measuring tube in question per unit of time.
  • H. the mass of the fluid flowing through the measuring tube in question per unit of time.
  • the natural frequency of the measuring tube at the measuring points is directly dependent on the density of the fluid flowing through, so that its density can also be determined.
  • Coriolis flowmeters are used in many areas of technology, for example in pipeline billing measurements, in loading processes, for example when loading tankers with petroleum or gas, or in dosing processes.
  • phase shift or frequency depends not only on the type of Coriolis flow meter, but also on the temperature, pressure and viscosity of the medium to be measured.
  • the temperature of the fluid is attached at a suitable point on the Coriolis mass flow meter
  • Temperature sensor is continuously measured and density and / or mass flow are set in relation to a reference state, here a reference temperature, by means of mostly linear approximation formulas.
  • a reference state here a reference pressure
  • the procedure is used to correct pressure-related measurement errors of Coriolis flowmeters.
  • Coriolis mass flow meters usually do not have a pressure sensor, which is why, unlike the temperature, the pressure is not measured continuously but entered by the user, usually manually, on the electronic evaluation unit.
  • Formulas for density and flow correction e.g. by means of linear temperature and pressure compensation are known in the prior art.
  • the evaluation unit of the Coriolis mass flow meter does not include or to process. This should be noted even though considerable measurement errors occur, especially with low Reynolds numbers, which can amount to several percentage points, especially if - as is regularly the case - water is used as the calibration medium. This effect is particularly pronounced when using a device calibrated with water when used for a fluid with high to very high viscosity. The same applies to very large Coriolis flowmeters, such as those used at large loading terminals for hydrocarbons or bitumen. But also with small ones
  • Viscosities and at the same time very small mass flow rates of the fluid e.g. small Coriolis flowmeters that are used in the kilogram per hour range, measurement errors based on the influence of viscosity should not be neglected.
  • WO 2015/086224 A1 discloses a density measuring device, in particular a Coriolis mass flow / density measuring device, in which it is proposed not to use the resonance frequency of the measuring transducer measuring tube for measuring the density or the mass flow rate of the fluid flowing through a transducer, but a different frequency, which should result in a preferred phase shift.
  • the optimal measurement frequency leads to independence from the influence of viscosity on the measurement result.
  • the optimal phase shift angle can be determined experimentally and / or with simulation calculations.
  • DE 100 20 606 A1 discloses devices and methods for Coriolis flow measurement which allow the viscosity to be determined and, at the same time, the density and mass flow rate of the fluid flowing through to be measured.
  • No. 5,027,662 A discloses a Coriolis flow measuring device in which, in certain embodiments, a damping dependent on the viscosity is taken into account in order to determine the mass flow.
  • Flier Results is the attenuation from the
  • Measured values are determined without the viscosity values being determined themselves.
  • Influence measurement accuracy disregarded, e.g. Locally different diameters of the measuring tubes over the course of the measuring tube, local wrinkles in the wall of the measuring tubes caused by measuring tube bending processes, locally different surface quality of the inside of the measuring tubes, but also other effects, all of which, together with the shape of the measuring tubes, the velocity profile of the flow along of the measuring tubes. A constant, undisturbed velocity profile of the flow along the measuring tubes cannot therefore be assumed.
  • the measuring principle of Coriolis flowmeters due to the unsteady, i.e. dynamic fluid structure leads to interactions between the fluid to be measured, the structure of the Coriolis flow meter and its surroundings. For such unsteady physical phenomena there is one
  • EP 1 281 938 B1 discloses taking into account the viscosity of the fluid in order to correct an intermediate value determined for the mass flow rate of a fluid. For this purpose, the viscosity is measured and from that which is representative for the viscosity
  • Viscosity value is determined during operation or is determined in advance as a specified reference viscosity and entered manually from a remote control room or on site, knowing the medium to be measured.
  • a first intermediate value for the mass flow is offset against a correction value.
  • the correction value in turn is calculated from the specified or measured viscosity value and a second intermediate value, the second intermediate value corresponding to a damping of the vibrations of the measuring tube that is dependent on an apparent viscosity of the medium carried in the measuring tube.
  • the deviation of the apparent viscosity determined via the second intermediate value from the specified or measured viscosity is taken into account.
  • the correction value and the second intermediate value can be mapped with a clear relationship in a table memory of a measuring device electronics.
  • Table memory has a set of digital correction values, e.g. in the
  • Calibration of the Coriolis flow meter has been determined.
  • a measured second intermediate value is compared with the default values stored in the table memory for the second intermediate value and the closest of these is used to determine the correction value.
  • Mass flow is taken over and represented by means of a proportionality constant, the so-called device parameter.
  • This device parameter sometimes too
  • Device constant called is usually also on the nameplate of each produced Coriolis flow meter. Device constants of devices of the same size and type do not differ significantly from one another.
  • measurement errors can result that easily exceed the accuracy of the device based on the calibration medium water by a factor of ten or more .
  • the following is an exemplary table which, depending on the viscosity of the medium and the uncorrected mass flow rate, shows the measurement errors in percent that would result if the viscosity of the measurement medium, which deviates from the calibration medium water, is neglected for the measurement result.
  • the first column shows the uncorrected mass flow values and the first line shows the viscosity values of the measuring medium.
  • Measuring device type so that with other measuring device types (e.g. with different measuring tube shapes), completely different errors will occur in terms of numbers.
  • Viscosity compensation with sufficient resolution is problematic in practice, since this would be associated with a correspondingly high number of measurements and / or simulations. Thirty-six measurements and / or simulations are required for the very rough error table shown above, which is only valid for a specific Coriolis flowmeter type, which is very time-consuming and costly.
  • the invention is based on the technical problem, a method and a
  • the new method and the new device should be practical, economical and as precise as possible.
  • the medium having a medium viscosity accordingly flows through at least one measuring tube piece, which is mechanically controlled by means of an excitation signal Vibrations is excited.
  • At least one measurement signal that is dependent on the flow parameter, in particular a phase shift, is determined in the vibration behavior of the respective measurement pipe section, with the at least one
  • Measurement signal of the flow parameters is determined taking into account the dependence of the flow parameter on the medium viscosity, with for
  • Determination of the flow parameter a data field which is determined by means of an interpolation method and shows the dependency of the flow parameter on the medium viscosity is used.
  • the method according to the invention can be implemented in such a way that the interpolation method for determining a data field is applied to a basic data set determined experimentally and / or by simulation.
  • Basic data set can be stored in the form of a table, for example, in
  • Coriolis flowmeter itself or in an external memory.
  • Basic data set can e.g. can be generated experimentally through tests with media of different viscosity or through simulation calculations or a combination of both methods.
  • the basic data set can consist of a small number of data, since a large number of measurements but also of simulations is generally not sensible for economic or practical reasons.
  • a basic data set that is as small as possible is desirable, since a separate data field or characteristic field should be determined for each type of measuring device.
  • the basic data set can be, for example, a table in which, for certain viscosity values, flow parameter values that have not yet been measured taking into account the influence of viscosity, e.g. Mass flow values, the respective error is specified that arises compared to a device type calibrated with water or another calibration medium.
  • a table in which, for certain viscosity values, flow parameter values that have not yet been measured taking into account the influence of viscosity, e.g. Mass flow values, the respective error is specified that arises compared to a device type calibrated with water or another calibration medium.
  • Such an exemplary basic data set is shown in the introduction to the description. Of course he can
  • Basic data set also have a different structure with other data, as long as this results in the dependency of the mass flow rate or the other
  • the basic data set can also show the errors in absolute values instead of Specify percentages.
  • values representing errors it is also possible to specify already corrected mass flow values.
  • the density of the medium flowing through the Coriolis flow measuring device can also be measured as a flow parameter, for example.
  • Flow parameters such as the density apply.
  • density measurements e.g. a suitable data field can also be generated and used by means of the interpolation, with which viscosity-related error of the density measurement relative to a
  • a data field of higher data density that is sufficiently fine for the required accuracy is generated from the basic data set with a relatively low data density or number of data.
  • the data field can be in the form of a table or a characteristic field. So much for the following presentation of the
  • the interpolation method does not have to be part of the measuring method according to the invention but can be carried out in advance, e.g. during calibration or after
  • the resulting data field can be stored as a table or as a map for all Coriolis flowmeters of the calibrated measuring device type, e.g. in the measuring device electronics unit of each Coriolis flowmeter or in an external unit, and for the actual measurement be used.
  • the measuring method is characterized by the fact that it uses the data field used with interpolation for the actual measurement. However, it is also possible for the interpolation method to be used during the measurement for an evaluation during or after the determination of the at least one measurement signal. In this case it is external or in the Coriolis flowmeter itself
  • the medium viscosity can, for example, be entered manually on the Coriolis flowmeter or made available for measurement in some other way, e.g. by means of a measurement on the medium.
  • the medium viscosity can also depend on pressure or temperature, which is also true for the process according to the invention
  • the inventive method can also be carried out so that the
  • the finished map can already be used in the specific Coriolis flow meter, e.g. be stored in a measuring device electronics unit or in an external unit.
  • the interpolation method used can also be a combination of individual interpolation methods, e.g. linear interpolation or interpolation with higher degree polynomials. Any suitable interpolation method can be used.
  • An interpolation method in the context of the method according to the invention is to be understood as any method that is capable of one
  • the device type of which has been calibrated with a calibration medium that differs from the measuring medium, in particular water a viscosity-related measurement deviation compared to the calibration medium can be determined and the correct flow parameter, in particular the mass flow, can be determined for each medium.
  • the method according to the invention can be carried out in a particularly advantageous manner in that at least kriging is also used as the interpolation method.
  • Kriging also known as Krigen, is a descendant of Danie Krige
  • Characterization and estimation of data used, for example, to determine the distribution of surface temperatures in land areas or bodies of water. For this purpose, measured values are recorded at individual points in the area to be examined, which are then used as starting points for a spatial interpolation. Any number of estimated values can be determined from a finite number of measured values, which should represent reality as precisely as possible.
  • kriging in comparison to other interpolation methods, in particular also to higher-grade polynomials, a higher degree of accuracy can generally be achieved, particularly with a small number of data points, that is to say with a small basic data set.
  • the result of Kriging cannot be in a closed form, e.g. as a polynomial.
  • Kriging is complex and usually uses inversion and multiplication of several matrices. Since kriging is therefore very computationally and memory-intensive, it should be avoided to use kriging to resolve a coarse basic data set as finely as desired. Rather, it can be for one in terms of time as well
  • Storage requirement-optimized procedure can be advantageous to get a refined matrix from the basic data set by means of kriging in a first stage, eg refined by a factor of 5, 10 or 100, and for a further refinement between the values obtained by means of kriging other, less complex ones
  • Interpolation method can then again be in a closed form, e.g. linear.
  • the table thus shows a basic data set with a data volume for which measurements or
  • a kriging method is now used as the interpolation method on the basic data set of the table according to FIG.
  • the data field is completed so that a data field with a significantly increased resolution is achieved, as is exemplified, for example, from the table in FIG. 2.
  • the kriging process can in principle be programmed by the user himself.
  • suitable kriging software can be purchased or is even available free of charge, including the source code.
  • suitable additional functions such as Microsoft Excel®, such as the XonGrid add-in, which at the time of filing this application under http://xongrid.sourceforge.net/ was available and among others
  • the refined table according to FIG. 2 obtained by means of kriging also shows in the first column the mass flow rate in kg / h that would be measured with a Coriolis flow meter calibrated with water without taking the medium viscosity into account. This mass flow is referred to below as the calibration medium mass flow.
  • the media viscosity in mPas is listed in the first line.
  • the data field can be further refined as required, e.g. by further application of the kriging method or preferably by less complex interpolation methods, such as linear interpolation or higher-grade
  • Fig. 3 shows one from the table.
  • Fig. 2 a developed characteristic diagram, as it can be used for a measurement taking into account the medium viscosity.
  • the characteristics map according to FIG. 3 or the table according to FIG. 2 can be stored in advance in a memory of a measuring device electronics of the Coriolis flow measuring device for further processing or for consideration in the evaluation.
  • a measuring device electronics of the Coriolis flow measuring device for further processing or for consideration in the evaluation.

Abstract

Es werden ein Verfahren zur Ermittlung eines Strömungsparameters eines Mediums, insbesondere eines Massendurchflusses, mittels eines Coriolis-Durchflussmessgerätes eines bestimmten Messgerätetyps, sowie eine hierfür geeignete Vorrichtung vorgeschlagen. Bei dem Verfahren strömt bei dem das eine Mediumsviskosität aufweisende Medium durch mindestens ein mittels jeweils eines Anregungssignals zu mechanischen Schwingungen angeregtes Messrohrstück, wird mindestens ein vom Strömungsparameter abhängiges Messsignal, insbesondere eine Phasenverschiebung, im Schwingungsverhalten des jeweiligen Messrohrstückes, festgestellt und wird aus dem mindestens einen Messsignal der Strömungsparameter unter Berücksichtigung der Abhängigkeit des Strömungsparameters von der Mediumsviskosität bestimmt, wobei zur Bestimmung des Strömungsparameters ein mittels eines Interpolationsverfahrens, insbesondere Kriging, ermitteltes, die Abhängigkeit des Strömungsparameters von der Mediumsviskosität aufzeigendes Datenfeld genutzt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Strömungsparameters mittels eines Coriolis-Durchflussmessgeräts
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines
Strömungsparameters mittels eines Coriolis-Durchflussmessgerätes.
Vorrichtungen zur Coriolis-Durchflussmessung sind aus dem Stand der Technik bekannt (siehe zum Beispiel DE 20 2017 006 709 U1 ) und werden insbesondere eingesetzt, den Massendurchsatz und/oder die Dichte eines durchfließenden Fluids zu bestimmen. Coriolis-Durchflussmessgeräte weisen in einem Messwandler mindestens ein Messrohr auf, welches von dem Fluid, dessen Massendurchsatz und/oder Dichte bestimmt werden soll, durchflossen wird. Mittels eines Schwingungserregers wird das mindestens eine Messrohr in Schwingungen versetzt, während gleichzeitig an voneinander getrennten Messstellen die Schwingungen des Messrohres mittels Schwingungssensoren gemessen werden. Fließt während der Messung kein Fluid durch das Messrohr hindurch, schwingt das Messrohr an beiden Messstellen mit gleicher Phase. Bei durchfließenden Fluid hingegen kommt es an den beiden
Messstellen aufgrund von auftretenden Coriolis Kräften zu Phasenverschiebungen, die ein direktes Maß für den Massendurchsatz, d. h. für die pro Zeiteinheit durchfließende Masse des Fluids, durch das betroffene Messrohr sind. Zudem ist die Eigenfrequenz des Messrohres an den Messstellen direkt von der Dichte des durchfließenden Fluids abhängig, sodass dessen Dichte ebenfalls bestimmt werden kann.
Coriolis-Durchflussmessgeräte finden in vielen Bereichen der Technik Anwendung, so zum Beispiel bei Pipeline-Verrechnungsmessungen, bei Beladungsvorgängen, beispielsweise bei der Beladung von Tankschiffen mit Erdöl oder Gas, oder bei Dosiervorgängen.
Der Einfluss der Bestimmungsgrößen Massendurchfluss und/oder Dichte auf die Messgrößen Phasenverschiebung bzw. Frequenz hängt nicht nur von der Bauart des jeweiligen Coriolis-Durchflussmessgerätes sondern auch von Temperatur, Druck und Viskosität des zu messenden Mediums ab. So ist der Einsatz einer Temperatur- Kompensation bekannt, um temperaturbedingte Messfehler von Coriolis- Durchflussmessgeräten zu korrigieren. Hierfür wird die Temperatur des Fluides mittels eines an geeigneter Stelle am Coriolis-Massendurchflussmesser angebrachten
Temperaturfühlers laufend gemessen und Dichte und/oder Massendurchfluss mittels meist linearen Näherungsformeln in Relation zu einem Referenzzustand, hier einer Referenztemperatur, gesetzt. Ähnlich, d.h. mittels meist linearen Näherungsformeln in Relation zu einem Referenzzustand, hier einem Referenzdruck, wird vorgegangen um druckbedingte Messfehler von Coriolis-Durchflussmessgeräten zu korrigieren. Coriolis- Massendurchflussmesser-verfügen üblicherweise über keinen Drucksensor, weshalb im Unterschied zur Temperatur der Druck nicht laufend gemessen sondern vom Benutzer, meist manuell, an der elektronischen Auswerteeinheit eingegeben wird. Formeln für Dichte- und Durchflusskorrektur, z.B. mittels linearer Temperatur- und Druck- Kompensation, sind im Stand der Technik bekannt.
Anders als im Fall von Temperatur und Druck wird im Stand der Technik der Einfluss der Viskosität auf die Messergebnisse von Coriolis-Massendurchflussmessern weitgehend vernachlässigt. So ist in Standardwerken der Durchflussmesstechnik wie z.B. in dem Buch„Flow Measurement“, Bela G. Liptak, CRC Press, ISBN
9780801983863, Seite 60, zu lesen, dass über den Einfluss der Viskosität auf die Genauigkeit von Coriolis-Durchflussmessern nur wenige dokumentierte Informationen vorliegen, aber auch, dass über solche Ungenauigkeiten berichtet worden ist ohne aber diese durch dokumentierte Testdaten zu bestätigen.
Wegen der stets gestiegenen Anforderungen an die Genauigkeit der Coriolis- Durchflussmessgeräte wird zwar zum einen die Viskosität des zu messenden Fluides zunehmend als mögliche Fehlerquelle zitiert (s. z.B.“Factors Affecting Coriolis
Flowmeters”, Chris Mills, NEL, 25.03.2014). Zum anderen wird aber der Einfluss der Viskosität auf die Messergebnisse von Coriolis-Massendurchflussmessern in der Praxis kaum Bedeutung zugemessen. So hat z.B. die Durchsicht der Bedienungsanleitungen führender Hersteller von Coriolis-Massendurchflussmessern ergeben, dass diese bislang die Viskositätswerte des zu messenden Fluids in die elektronische
Auswerteeinheit des Coriolis-Massendurchflussmessers weder einiesen noch verarbeiten. Dies wohlgemerkt obwohl insbesondere bei niedrigen Reynoldszahlen erhebliche Messfehler auftreten, die mehrere Prozentpunkte ausmachen können, insbesondere wenn - wie regelmäßig - Wasser als Kalibriermedium benutzt wird. Dieser Effekt ist besonders ausgeprägt beim Einsatz eines mit Wasser kalibrierten Gerätes bei Einsatz für ein Fluid mit hoher bis sehr hoher Viskosität. Entsprechendes gilt bei sehr großen Coriolis-Durchflussmessgeräten, wie sie z.B. an große Verlade-Terminals für Kohlenwasserstoffe oder Bitumen eingesetzt werden. Aber auch bei kleinen
Viskositäten und gleichzeitig sehr kleinen Massendurchflüssen des Fluids, wie z.B. kleinen Coriolis-Durchflussmessgeräten, die im Bereich von Kilogramm pro Stunde eingesetzt werden, der Fall ist sind auf den Viskositätseinfluss basierende Messfehler nicht zu vernachlässigen.
Aus der WO 2015/086224 A1 ist ein Dichtemessgerät, insb. Coriolis-Massendurchfluss- /Dichtemessgerät, bekannt, bei dem vorgeschlagen wird, für die Messung der Dichte oder des Massendurchflusses des durch einen Messwandler fließenden Fluids nicht die Resonanzfrequenz des Messwandler-Messrohres heranzuziehen, sondern eine hiervon abweichende Frequenz, die eine bevorzugte Phasenverschiebung zur Folge haben soll. Die optimale Messfrequenz führe zu einer Unabhängigkeit vom Einfluss der Viskosität auf das Messergebnis. Der optimale Phasenverschiebungswinkel kann experimentell und/ oder mit Simulationsrechnungen ermittelt werden.
Bei der Würdigung des vorherigen Standes der Technik ist in der WO 2015/086224 A1 ausgesagt, dass auch die durch Dissipation von Schwingungsenergie in Wärme bewirkte Dämpfung der Nutzschwingungen eine weitere Einflussgröße ist, die die als Nutzfrequenz dienende Resonanzfrequenz in einem nicht ohne weiteres
vernachlässigbaren Ausmaß beeinflussen bzw. gegenüber der das Dichte-Messgerät eine gewisse Querempfindlichkeit aufweisen kann. Änderungen der Dämpfung sowie damit einhergehende Änderungen der entsprechenden Resonanzfrequenz seien bei einem intakten Messwandler in erheblichem Maße auch durch Änderungen der
Viskosität des jeweils zu messende Mediums bestimmt, und dies derart, dass die jeweilige Resonanzfrequenz bei zunehmender Viskosität trotz konstant bleibender Dichte abnimmt. Dabei wurde vorgeschlagen, die Änderung der Resonanzfrequenz zu korrigieren, indem mittels der Messgerät-Elektronik zunächst aus den Messsignalen des Messwandlers die Viskosität des durch den Messwandler fließenden Fluids bestimmt wird. Die zu bestimmende Messgröße - hier der Dichtewert des Fluids - kann unter Verwendung des Viskositäts-Messwerts sowie einer entsprechend erweiterten, nämlich auch die durch Änderungen der Viskosität bewirkten Änderung der Resonanzfrequenz mitberücksichtigenden Kennlinienfunktion, ermittelt werden.
Aus der DE 100 20 606 A1 sind Vorrichtungen und Verfahren zur Coriolis- Durchflussmessung bekannt, die eine Bestimmung der Viskosität und gleichzeitig die Messung von Dichte und Massendurchfluss des durchfließenden Fluids erlauben.
Die US 5,027,662 A offenbart ein Coriolis-Durchflussmessgerät, bei dem in bestimmten Ausführungsformen zur Ermittlung des Massendurchflusses eine von der Viskosität abhängige Dämpfung berücksichtigt wird. Flierfür wird die Dämpfung aus den
Messwerten ermittelt, ohne dass die Viskositätswerte selbst bestimmt werden.
Aus“Numerical Simulations of Coriolis Flow Meters for Low Reynolds Number Flows” (Vivek Kumar and Martin Anklin, Endress + Hauser FLOWTEC Journal of Metrology Society India, Vol 26, No 3, 2011 , pp. 225-235) ist es als bekannt angegeben, dass es Bedarf an einer Korrektur der Messwerte von Coriolis-Durchflussmessgeräten bei niedrigen Reynoldszahlen gibt und dies nach eigenen Angaben bei dem vorgenannten Hersteller anhand der Reynoldszahl geschieht. Die Reynoldszahl hängt indirekt proportional von der dynamischen Viskosität und proportional von der
Fließgeschwindigkeit des Fluids und dem Nenndurchmesser des Messrohres ab. Damit ist die Reynoldszahl aber nur ein Ähnlichkeits-Parameter und als solcher zwar sehr brauchbar bei vielen Anwendungen der Strömungstechnik, aber wegen der weiteren Abhängigkeiten nicht hinreichend für die Berücksichtigung des Einflusses speziell der Viskosität bei Coriolis-Durchflussmessgeräten. Diese Viskositäts-Kompensation auf Basis der Reynoldszahl ist vom Aufbau des Coriolis-Durchflussmessgerätes, d.h. z.B. von der Form der Messrohre, vom Gehäuse, und vom Material unabhängig, da eine Korrekturfunktion nach der Reynoldszahl unterschiedlich große und mit
unterschiedlichen Schleifenformen ausgestattete Coriolis-Durchflussmessgeräte gleichermaßen behandelt, wenn sie sich während des Betriebs in korrekturrelevante Reynolds-Bereiche begeben, obwohl sich die Strömungsverhältnisse in den
Messrohren in Abhängigkeit insbesondere ihrer Form oder Größe gravierend ändern. Dabei kann es sich, je nach Geschwindigkeit und Viskosität um relativ große aber auch sehr kleine Coriolis-Durchflussmessgeräte handeln.
Die auf der Reynoldszahl basierende Kompensation vermittelt den Eindruck einer Gültigkeit für alle Geräte, unabhängig vom Hersteller. Dies trifft jedoch nicht zu, denn mit der auf der Reynoldszahl basierenden Kompensation bleiben wichtige lokale
Effekte, die mit den Besonderheiten des Gerätetyps Zusammenhängen und die
Messgenauigkeit beeinflussen, unberücksichtigt, so z.B. über den Messrohrverlauf lokal unterschiedliche Durchmesser der Messrohre, durch Messrohr-Biegeprozesse entstehende lokale Falten in der Wandung der Messrohre, lokal unterschiedliche Oberflächengüte der Innenseite der Messrohre, aber auch andere Effekte, die allesamt .zusammen mit der Form der Messrohre, das Geschwindigkeitsprofil der Strömung entlang der Messrohre verändern. Es kann somit nicht von einem konstanten, ungestörten Geschwindigkeitsprofil der Strömung entlang der Messrohre ausgegangen werden. Hinzu kommt, dass es beim Messprinzip von Coriolis-Durchflussmessgeräten aufgrund der instationären, d.h. dynamischen Fluid-Struktur zu Interaktionen zwischen dem zu messenden Fluid, der Struktur des Coriolis-Durchflussmessgerätes und dessen Umgebung kommt. Für solche instationären physikalischen Phänomene ist eine
Kompensation mittels der Reynoldszahl, die durch ihre Definition nur ein statischer Ähnlichkeits-Parameter ist, grundsätzlich nicht zielführend.
Die EP 1 281 938 B1 offenbart, zur Korrektur eines für den Massedurchfluss eines Fluids ermittelten Zwischenwertes die Viskosität des Fluids zu berücksichtigen. Hierfür wird die Viskosität gemessen und aus dem für die Viskosität repräsentativen
Messsignal und dem Zwischenwert ein für die Reynolds-Zahl repräsentatives weiteres Messsignal erzeugt, anhand dessen dann der Zwischenwert korrigiert wird. Somit ist letztendlich die Reynolds-Zahl maßgeblich, welche die bereits weiter oben dargestellten Probleme hinsichtlich der Genauigkeit des Messwertes mit sich bringt. Aus der EP 1725839 B1 ist ein Coriolis-Durchflussmessgerät bekannt, bei dessen Betrieb zur Kompensation von Messfehlern bei der Massendurchflussmessung die Viskosität des durch das Messgerät fließenden Fluids berücksichtigt wird. Der
Viskositätswert wird im Betrieb ermittelt oder wird als vorgegebene Referenz-Viskosität vorab ermittelt und in Kenntnis des zu messende Mediums von einer entfernten Leitwarte aus oder vor Ort manuell eingegeben. Zur Ermittlung des tatsächlichen Massendurchflusses wird ein erster Zwischenwert für den Massendurchfluss mit einem Korrekturwert verrechnet. Der Korrekturwert wiederum wird aus dem vorgegebenen oder gemessenen Viskositätswert und einem zweiten Zwischenwert berechnet, wobei der zweite Zwischenwert mit einer von einer scheinbaren Viskosität des im Messrohr geführten Mediums abhängigen Dämpfung der Schwingungen des Messrohres korrespondiert. Für die Ermittlung des Korrekturwertes wird die Abweichung der über den zweiten Zwischenwert festgestellten scheinbaren Viskosität von der vorgegebenen oder gemessenen Viskosität berücksichtigt. Der Zusammenhang zwischen dem
Korrekturwert und dem zweiten Zwischenwert kann mit einer eindeutigen Beziehung in einem Tabellenspeicher einer Messgeräte-Elektronik abgebildet sein. Der
Tabellenspeicher weist einen Satz digitaler Korrekturwerte auf, die z.B. bei der
Kalibrierung des Coriolis-Durchflussmessers ermittelt wurde. Ein gemessener zweiter Zwischenwert wird mit den im Tabellenspeicher abgelegten Vorgabewerten für den zweiten Zwischenwert verglichen und der nächstliegende hiervon zur Ermittlung des Korrekturwertes herangezogen.
Es ist allgemein aus dem Stand der Technik bekannt, den für die Messung
maßgeblichen Zusammenhang zwischen Phasenverschiebung und Massendurchfluss mittels Kalibrierung des Coriolis-Durchflussmessgerätes zu bestimmen. Als
Kalibriermedium wird im Stand der Technik fast ausschließlich Wasser benutzt. Sieht man von allgemeinen strömungsinduzierten Nichtlinearitäten ab, ist dieser
Zusammenhang für Wasser in den meisten Fällen fast linear, weshalb gemäß dem Stand der Technik der lineare Zusammenhang zwischen Phasenwinkel und
Massendurchfluss übernommen und mittels einer Proportionalitätskonstante, dem sog. Geräteparameter, dargestellt wird. Dieser Geräteparameter, manchmal auch
Gerätekonstante genannt, wird üblicherweise auch am Typenschild eines jeden produzierten Coriolis Durchflussmessers aufgedruckt. Gerätekonstanten von Geräten gleicher Größe und gleichen Typs unterscheiden sich nicht wesentlich voneinander.
Werden, wie es im Stand der Technik die Regel ist, mit einem mit Wasser kalibrierten Gerät Messungen mit Fluiden anderer Viskositäten durchgeführt, können Messfehler die Folge sein, die die auf das Kalibriermedium Wasser bezogene Genauigkeit des Gerätes sehr leicht um das zehnfache oder noch mehr übersteigen. Im Folgenden ist eine bespielhafte Tabelle aufgeführt, welche in Abhängigkeit von der Viskosität des Mediums und vom unkorrigierten Massendurchfluss die Messfehler in Prozent wiedergibt, die sich ergeben, wenn für das Messergebnis die vom Kalibriermedium Wasser abweichende Viskosität des Messmediums vernachlässigt würde.
Die erste Spalte stellt die unkorrigierten Massendurchflusswerte und die erste Zeile die Viskositätswerte des Messmediums dar.
So beträgt bei einem am Markt erhältlichen Coriolis-Durchflussmessgerätetyps gegenüber der Kalibrierung mit Wasser (Viskosität 1 mPas) z.B. bei der Messung von 20.000 kg/h einer Flüssigkeit mit der Viskosität von 590 mPas der Fehler -1 ,03%. Zum Erhalt des korrekten Massendurchflusswertes sind also zum gemessenen
Durchflusswert 1 ,03 % hinzuzuaddieren.
Berücksichtigt man die Tatsache, dass am Markt erhältliche Coriolis
Durchflussmessgeräte mit Genauigkeiten von 0,1 % oder gar 0,05% angegeben werden, ist sofort ersichtlich, dass die Viskosität des Messmediums die Genauigkeit der Geräte um den Faktor 5, 10 oder noch mehr beeinflusst. Wie vorerwähnt, hängt dieses
Phänomen nicht von der Reynoldszahl ab, sondern ist unterschiedlich je nach
Messgerätetyp, sodass bei anderen Messgerätetypen (z.B. mit anderen Messrohr- Formen) zahlenmäßig ganz andere Fehler auftreten werden.
Die Erstellung von Tabellen der oben dargestellten Art mit einer für die
Viskositätskompensation hinreichenden Auflösung ist in der Praxis problematisch, da diese mit einer entsprechend hohen Anzahl von Messungen und/oder Simulationen einhergehen würde. Schon für die oben dargestellte recht grobe Fehler-Tabelle, welche auch nur für einen bestimmten Coriolis Durchflussmessgerätetyp gültig ist, zu erhalten, werden sechsunddreißig Messungen und/oder Simulationen benötigt, was einen hohen Zeit- und Kostenaufwand mit sich bringt.
Die dargestellte Problematik ergibt sich auch dann, wenn, abweichend vom üblichen Verfahren, ein anderes Kalibriermedium als Wasser eingesetzt wird.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welche eine verbesserte Berücksichtigung des Einflusses der Viskosität auf das Messergebnis ermöglichen. Insbesondere sollen das neue Verfahren und die neue Vorrichtung praktikabel, ökonomisch und möglichst präzise sein.
Dieses Problem wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, hinsichtlich der Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei einem Verfahren zur Ermittlung eines Strömungsparameters eines Mediums, insbesondere eines Massendurchflusses, mittels eines Coriolis-Durchflussmessgerätes strömt demnach das eine Mediumsviskosität aufweisende Medium durch mindestens ein Messrohrstück, welches mittels jeweils eines Anregungssignals zu mechanischen Schwingungen angeregt ist. Mindestens ein vom Strömungsparameter abhängiges Messsignal, insbesondere eine Phasenverschiebung, wird im Schwingungsverhalten des jeweiligen Messrohrstückes, festgestellt, wobei aus dem mindestens einen
Messsignal der Strömungsparameter unter Berücksichtigung der Abhängigkeit des Strömungsparameters von der Mediumsviskosität bestimmt wird, wobei zur
Bestimmung des Strömungsparameters ein mittels eines Interpolationsverfahrens ermitteltes, die Abhängigkeit des Strömungsparameters von der Mediumsviskosität aufzeigendes Datenfeld genutzt wird.
Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt werden, dass das Interpolationsverfahren zur Ermittlung eines Datenfeldes auf einen experimentell und/oder durch Simulation ermittelten Grunddatensatz angewandt wird. Der
Grunddatensatz kann zum Beispiel in Form einer Tabelle abgespeichert sein, im
Coriolis-Durchflussmessgerät selbst oder in einem externen Speicher. Der
Grunddatensatz kann z.B. experimentell durch Versuche mit Medien unterschiedlicher Viskosität erzeugt werden oder durch Simulationsrechnungen oder auch durch eine Kombination beider Methoden. Der Grunddatensatz kann aus einer geringen Anzahl von Daten bestehen, da eine hohe Anzahl von Messungen aber auch von Simulationen aus ökonomischen oder praktischen Gründen in der Regel nicht sinnvoll ist. Ein möglichst kleiner Grunddatensatz ist wünschenswert, da für jeden Messgerätetyp ein eigenes Datenfeld oder Kennfeld bestimmt werden soll.
Der Grunddatensatz kann beispielsweise eine Tabelle sein, in der zu bestimmten Viskositätswerten zu noch nicht unter Berücksichtigung des Viskositätseinflusses gemessenen Strömungsparameterwerten, z.B. Massendurchflusswerten, der jeweilige Fehler angegeben ist, der sich gegenüber einem mit Wasser oder einem sonstigen Kalibriermedium kalibrierten Gerätetyp ergibt. Ein solcher beispielhafter Grunddatensatz ist in der Beschreibungseinleitung dargestellt. Selbstverständlich kann der
Grunddatensatz auch eine andere Struktur mit anderen Daten aufweisen, solange sich hieraus die Abhängigkeit des Massendurchflusses oder des sonstigen zu
bestimmenden Strömungsparameters von der Mediumsviskosität ergibt. Insbesondere kann der Grunddatensatz die Fehler auch in absoluten Werten anstelle von Prozentangaben angeben. Weiter alternativ ist es auch möglich, anstelle von für Fehler stehenden Werten bereits korrigierte Massendurchflusswerte anzugeben.
Entsprechendes gilt selbstverständlich auch für die Datenfelder oder Kennfelder, die mit Hilfe des Interpolationsverfahrens erzeugt werden. Soweit in der folgenden
Beschreibung im Zusammenhang mit Grunddatensätzen, Datenfeldern oder
Kennfeldern von der Angabe von Fehlern in Prozent ausgegangen die Rede ist, gilt entsprechendes auch für alternative Strukturen, welche den Fehler auf andere Weise oder bereits korrigierte Massendurchflusswerte angeben.
Anstelle des Massendurchflusses des Mediums kann als Strömungsparameter beispielsweise auch die Dichte des durch das Coriolis-Durchflussmessgerät fließenden Mediums gemessen werden. Soweit sich die folgenden Ausführungen auf den
Massendurchfluss beziehen, kann dies in analoger Weise auch für andere
Strömungsparameter, wie z.B. die Dichte, gelten. Für Dichtemessungen z.B. kann mittels der Interpolation ebenfalls ein geeignetes Datenfeld erzeugt und genutzt werden, mit welchem viskositätsbezogene Fehler der Dichtemessung relativ zu einer
Referenzdichte-Messung festgestellt und die Messwerte korrigiert werden können.
Mit dem Interpolationsverfahren wird aus dem Grunddatensatz mit einer relativ geringen Datendichte oder Datenanzahl ein für die geforderte Genauigkeit hinreichend feines Datenfeld höherer Datendichte erzeugt. Das Datenfeld kann in Form einer Tabelle oder eines Kennfeldes vorliegen. Soweit für die folgende Darstellung des
erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung der
einfacheren Lesbarkeit halber von einem Kennfeld ausgegangen wird, gilt dies in entsprechender Weise auch für Tabellen oder sonstige Formen von Datenfeldern.
Das Interpolationsverfahren muss nicht Teil des erfindungsgemäßen Messverfahrens selbst sein sondern kann im Vorfeld, z.B. bei der Kalibrierung oder nach der
Kalibrierung des Messgerätetyps eingesetzt werden. Das resultierende Datenfeld kann als Tabelle oder als Kennfeld für alle Coriolis-Durchflussmessgeräte des kalibrierten Messgerätetyps hinterlegt, z.B. in der Messgerät-Elektronikeinheit eines jeden Coriolis- Durchflussmessgeräts oder in einer externen Einheit, und für die eigentliche Messung genutzt werden. Das Messverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass es das mit Interpolation genutzte Datenfeld für die eigentliche Messung nutzt. Es ist aber auch möglich, dass das Interpolationsverfahren während der Messung bei einer Auswertung während oder nach der Ermittlung des mindestens einen Messsignals eingesetzt wird. In diesem Fall ist extern oder im Coriolis-Durchflussmessgerät selbst der
Grunddatensatz hinterlegt.
Die Mediumsviskosität kann beispielsweise manuell am Coriolis-Durchflussmessgerät eingegeben oder auf sonstige Weise der Messung zur Verfügung gestellt werden, z.B. mittels einer Messung am Medium. Die Mediumsviskosität kann auch von Druck oder Temperatur abhängen, was für das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls
berücksichtigt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so ausgeführt werden, dass das
Interpolationsverfahren bei der Kalibrierung des Gerätetyps eingesetzt wird. In diesem Fall kann das fertige Kennfeld bereits im konkreten Coriolis-Durchflussmessgerät, z.B. in einer Messgeräte-Elektronikeinheit oder in einer externen Einheit, abgespeichert sein.
Bei dem eingesetzten Interpolationsverfahren kann es sich auch um eine Kombination von Einzelinterpolationsverfahren handeln, z.B. lineare Interpolation oder Interpolation mit höhergradigen Polynomen. Jedes geeignete Interpolationsverfahren kommt in Betracht. Unter einem Interpolationsverfahren im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens ist jedes Verfahren zu verstehen, das im Stande ist, von einem
Grunddatensatz ausgehend ein möglichst feines, im Idealfall lückenloses Datenfeld zu erzeugen, mit dessen Hilfe bei der Messung des Strömungsparameters, insbesondere des Massendurchflusses, der Einfluss der Mediumsviskosität berücksichtigt werden kann. Insbesondere kann bei Verwendung Coriolis-Durchflussmessgerätes, dessen Gerätetyp mit einem vom Messmedium abweichenden Kalibriermedium, insbesondere mit Wasser, kalibriert wurde, eine viskositätsbedingte Messabweichung im Vergleich zum Kalibriermedium, ermittelt und der korrekte Strömungsparameter, insbesondere der Massedurchfluss, für jedes Medium festgestellt werden. In besonders vorteilhafter Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren dadurch ausgeführt werden, dass als Interpolationsverfahren zumindest auch Kriging eingesetzt wird.
Kriging, auch Krigen genannt, ist ein auf Danie Krige zurückgehendes
Interpolationsverfahren, welches im Stand der Technik im Zusammenhang mit geostatistischen Verfahren und außerhalb der Geostatistik als Gaußprozess- Regression bekannt ist. In der Geostatistik werden stochastische Methoden zur
Charakterisierung und Schätzung von Daten eingesetzt, zum Beispiel zur Ermittlung der Verteilung von Oberflächentemperaturen in Landbereichen oder Gewässern. Hierfür werden an einzelnen Punkten des zu untersuchenden Gebiets Messwerte erfasst, die dann als Ausgangspunkte für eine räumliche Interpolation genutzt werden. Aus einer endlichen Anzahl von Messwerten können so beliebig viele Schätzwerte ermittelt werden, die möglichst genau die Realität abbilden sollen.
Beim Kriging-Verfahren wird in der Geostatistik die räumliche Varianz berücksichtigt, für deren Ermittlung Semivariogramme eingesetzt werden. Die für die Berechnung genutzten Messwerte werden dabei so gewichtet, dass die Schätzfehlervarianz möglichst gering ist, was im Vergleich zu anderen Interpolationsverfahren ein
besonderer Vorteil bezüglich der Genauigkeit der Schätzung der Zwischenwerte ist. Mit Kriging kann im Vergleich zu anderen Interpolationsverfahren, insbesondere auch zu höhergradigen Polynomen, in der Regel insbesondere bei einer geringen Anzahl von Datenpunkten, das heißt bei einem kleinen Grunddatensatz eine höhere Genauigkeit erreicht werden. Das Ergebnis von Kriging kann allerdings, anders als dies bei alternativen Interpolationsverfahren möglich ist, nicht in einer geschlossenen Form, z.B. als Polynom, angegeben werden. Kriging ist aufwendig und setzt in der Regel Inversion und Multiplikation von mehreren Matrizen ein. Da Kriging somit sehr rechen- und speicherintensiv ist, sollte es vermieden werden, einen groben Grunddatensatz mittels Kriging beliebig fein aufzulösen. Vielmehr kann es für eine hinsichtlich Zeit und
Speicherbedarf optimierte Verfahrensweise vorteilhaft sein, aus dem Grunddatensatz mittels Kriging in einer ersten Stufe eine verfeinerte Matrix zu bekommen, z.B. verfeinert um den Faktor 5, 10 oder 100, und für eine weitere Verfeinerung zwischen den durch mittels Kriging gewonnenen Werten andere, weniger aufwendige
Interpolationsverfahren einzusetzen. Das Ergebnis der weniger aufwendigen
Interpolationsverfahren kann dann wiederum in einer geschlossenen Form, z.B. linear, angegeben werden.
Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens anhand von Figuren vorgestellt.
Fig. 1 zeigt nochmals die bereits in der Beschreibungseinleitung aufgeführte Tabelle mit experimentell durch Messungen und/oder Simulationsverfahren ermittelten
prozentualen Abweichungen der gemessenen unkorrigierten, d.h. auf einer Kalibrierung des Messgerätes mit Wasser beruhenden, Massendurchflusswerte in kg/h von tatsächlichen Massendurchflusswerten, die sich bei Berücksichtigung der
Mediumsviskosität (hier in mPas) des ein Coriolis-Durchflussmessgerät des kalibrierten Messgerätetyps durchströmenden Mediums ergeben. Die Tabelle zeigt somit einen Grunddatensatz mit einer Datenmenge an, für die Messungen bzw.
Simulationsrechnungen noch einen vertretbaren Aufwand darstellen.
Auf den Grunddatensatz der Tabelle gemäß Fig. 1 wird nun als Interpolationsverfahren ein Kriging-Verfahren eingesetzt. Ausgehend von den in relativ geringer Anzahl vorliegenden Ausgangswerten wird damit das Datenfeld vervollständigt, so dass ein Datenfeld mit deutlich erhöhter Auflösung erreicht wird, wie es z.B. aus der Tabelle in Fig. 2 ausschnittsweise beispielhaft dargestellt ist. Für die konkrete Anwendung von Kriging auf einen Grunddatensatz, wie es die Tabelle gemäß Fig. 1 darstellt, gibt es mehrere Möglichkeiten. Das Kriging-Verfahren kann grundsätzlich von einem Nutzer selbst programmiert werden. Jedoch kann geeignete Kriging-Software käuflich erworben werden oder steht sogar kostenlos, auch im Quelltext, zur Verfügung. Es gibt insbesondere die Möglichkeit, in Tabellen-Kalkulationsprogrammen, wie z.B. Microsoft- Excel®, geeignete Zusatzfunktionen zu integrieren, wie z.B. das Add-in XonGrid, welches zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Anmeldung unter http://xongrid.sourceforge.net/ zur Verfügung stand und neben anderen
Interpolationsmethoden auch das Kriging anbietet.
Schließlich wird auch auf die Ausführungen zum Kriging in der Veröffentlichung „Optimale Methoden zur Interpolation von Umweltvariablen in Geographischen
Informationssystemen“ von P.A. Burrough in Geographica Helvetica 1990-Nr. 4, S. 159- 160 verwiesen.
Auch die mittels Kriging erhaltene verfeinerte Tabelle nach Fig. 2 zeigt in der ersten Spalte den Massendurchfluss in kg/h, der mit einem mit Wasser kalibrierten Coriolis- Durchflussmessgerät ohne Berücksichtigung der Mediumsviskosität gemessen würde. Dieser Massendurchfluss wird im Folgenden als Kalibriermedium-Massendurchfluss bezeichnet. In der ersten Zeile ist die Medienviskosität in mPas aufgeführt.
Aus dem Datenfeld lässt sich beispielhaft folgendes ablesen: Würde bei einer Messung ohne Berücksichtigung der Mediumsviskosität ein Kalibriermedium-Massendurchfluss von 110.000 kg/h, d.h. 110 Tonnen pro Stunde, gemessen, würde dies bei einer tatsächlichen Mediumsviskosität von 600 mPas einen Fehler von -0,6 % bedeuten. Das heißt der tatsächliche Messmedium-Massendurchfluss ist um 0,6% höher als der Kalibriermedium-Massendurchfluss, nämlich 110.000 kg/h * 1 ,006 = 110.660 kg/h.
Das Datenfeld kann bei Bedarf noch weiter beliebig verfeinert werden, z.B. durch weitere Anwendung des Kriging-Verfahrens oder vorzugsweise durch weniger aufwändige Interpolationsverfahren, wie lineare Interpolation oder höhergradige
Polynome.
Fig. 3 zeigt ein aus der Tabelle gern. Fig. 2 entwickeltes Kennfeld, wie es für eine die Mediumsviskosität berücksichtigende Messung genutzt werden kann.
Das Kennfeld nach Fig. 3 oder die Tabelle nach Fig. 2 können in einem Speicher einer Messgerät-Elektronik des Coriolis-Durchflussmessgerätes zur weiteren Verarbeitung oder Berücksichtigung bei der Auswertung vorab abgelegt sein. Alternativ ist es auch möglich, in der Messgerät-Elektronik den Grunddatensatz oder ein relativ grobes Datenfeld abzuspeichern und während oder nach der Messung das Kriging-Verfahren oder andere Interpolationsverfahren, optional auch in Kombination, in der
Auswertesoftware einzusetzen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung eines Strömungsparameters eines Mediums, insbesondere eines Massendurchflusses, mittels eines Coriolis-Durchflussmessgerätes eines bestimmten Messgerätetyps, bei dem
- das eine Mediumsviskosität aufweisende Medium durch mindestens ein mittels jeweils eines Anregungssignals zu mechanischen Schwingungen angeregtes Messrohrstück strömt,
- mindestens ein vom Strömungsparameter abhängiges Messsignal, insbesondere eine Phasenverschiebung, im Schwingungsverhalten des jeweiligen
Messrohrstückes, festgestellt wird und
- aus dem mindestens einen Messsignal der Strömungsparameter unter
Berücksichtigung der Abhängigkeit des Strömungsparameters von der
Mediumsviskosität bestimmt wird, wobei zur Bestimmung des Strömungsparameters ein mittels eines Interpolationsverfahrens ermitteltes, die Abhängigkeit des
Strömungsparameters von der Mediumsviskosität aufzeigendes Datenfeld genutzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Interpolationsverfahren zur Ermittlung eines Datenfeldes auf einen experimentell und/oder durch Simulation ermittelten Grunddatensatz angewandt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Interpolationsverfahren bei der Kalibrierung des Gerätetyps eingesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Interpolationsverfahren bei einer Auswertung während oder nach der Ermittlung des mindestens einen Messsignals eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass als Interpolationsverfahren zumindest auch Kriging eingesetzt wird.
6. Vorrichtung zur Ermittlung eines Strömungsparameters eines Mediums, insbesondere eines Massendurchflusses, mittels eines Coriolis-Durchflussmessgerätes, umfassend
a) einen Messwandler, wobei der Messwandler ein zum Durchfluss eines Fluids
bestimmtes Messrohr, einen Schwingungserreger zur Erzeugung von Messsignalen in Form von mechanischen Schwingungen am Messrohr und Schwingungssensoren zur Erfassung der Schwingungen des Messrohres aufweist, und
b) eine Messgerät-Elektronikeinheit, wobei die Messgerät-Elektronikeinheit eingerichtet ist, aus vom Messwandler an die Messgeräte-Elektronikeinheit übermittelten
Messsignalen einen Messwert für den gewünschten Strömungsparameter zu ermitteln,
dadurch gekennzeichnet, dass
c) die Messgerät-Elektronikeinheit eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Messgerät-Elektronikeinheit einen Datenspeicher mit einem Datenfeld aufweist, welches die Abhängigkeit des Strömungsparameters von der Mediumsviskosität aufzeigt, wobei das Datenfeld unter Einsatz eines Interpolationsverfahrens erzeugt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das
Interpolationsverfahren ein Kriging-Verfahren ist.
EP20760755.7A 2019-06-24 2020-06-24 Verfahren und vorrichtung zur ermittlung eines strömungsparameters mittels eines coriolis-durchflussmessgeräts Withdrawn EP3987253A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019116872.4A DE102019116872A1 (de) 2019-06-24 2019-06-24 Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Strömungsparameters mittels eines Coriolis-Durchflussmessgerätes
PCT/DE2020/100543 WO2020259762A1 (de) 2019-06-24 2020-06-24 Verfahren und vorrichtung zur ermittlung eines strömungsparameters mittels eines coriolis-durchflussmessgeräts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3987253A1 true EP3987253A1 (de) 2022-04-27

Family

ID=72193228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20760755.7A Withdrawn EP3987253A1 (de) 2019-06-24 2020-06-24 Verfahren und vorrichtung zur ermittlung eines strömungsparameters mittels eines coriolis-durchflussmessgeräts

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220244084A1 (de)
EP (1) EP3987253A1 (de)
KR (1) KR20220024747A (de)
CN (1) CN114286926A (de)
DE (1) DE102019116872A1 (de)
WO (1) WO2020259762A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019123368A1 (de) * 2019-08-30 2021-03-04 Endress + Hauser Flowtec Ag Verfahren und Messgerät zum Bestimmen der Viskosität eines Mediums
WO2021255034A1 (de) 2020-06-18 2021-12-23 Endress+Hauser Flowtec Ag VIBRONISCHES MEßSYSTEM
DE102021202464B3 (de) 2021-03-15 2022-09-08 Rota Yokogawa Gmbh & Co Kg Verfahren zur kompensation des einflusses der reynolds-zahl auf die messung eines coriolis-massendurchflussmessgeräts und derartiges gerät

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5027662A (en) 1987-07-15 1991-07-02 Micro Motion, Inc. Accuracy mass flow meter with asymmetry and viscous damping compensation
JP3545344B2 (ja) 1998-12-11 2004-07-21 エンドレス ウント ハウザー フローテック アクチエンゲゼルシャフト コリオリ質量流量／比重計
US6512987B1 (en) * 2000-03-22 2003-01-28 Micro Motion, Inc. Method and apparatus for operating coriolis flowmeters at cryogenic temperatures
DE10020606A1 (de) 2000-04-27 2001-10-31 Flowtec Ag Vibrations-Meßgerät und Verfahren zum Messen einer Viskosität eines Fluids
DK1725839T3 (en) 2004-03-19 2014-03-17 Flowtec Ag Coriolisbaseret mass flow meter
DE102013113689B4 (de) 2013-12-09 2018-02-01 Endress + Hauser Flowtec Ag Dichte-Meßgerät
DE102015122225A1 (de) * 2015-12-18 2017-06-22 Endress + Hauser Flowtec Ag Verfahren zur Reynoldszahl-Korrektur einer Durchflussmessung eines Coriolis-Durchflussmessgeräts
WO2018208301A1 (en) * 2017-05-11 2018-11-15 Micro Motion, Inc. Correcting a measured flow rate for viscosity effects
DE202017006709U1 (de) 2017-12-07 2018-02-12 Heinrichs Messtechnik Gmbh Coriolis-Massendurchflussmessgerät

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020259762A1 (de) 2020-12-30
KR20220024747A (ko) 2022-03-03
US20220244084A1 (en) 2022-08-04
CN114286926A (zh) 2022-04-05
DE102019116872A1 (de) 2020-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020259762A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ermittlung eines strömungsparameters mittels eines coriolis-durchflussmessgeräts
DE60009065T2 (de) Messgerät mit schwingendem rohr
DE102015122661A1 (de) Verfahren zum Ermitteln eines physikalischen Parameters einer mit Gas beladenen Flüssigkeit
DE102007052041B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Dichtemeßvorrichtung und Vorrichtung zur Dichtemessung
DE2852572A1 (de) Einrichtung und verfahren zum messen einer fluiddichte
DE10002635A1 (de) Massendurchflußmeßgerät
DE102016112002A1 (de) Verfahren zum Bestimmen eines physikalischen Parameters eines kompressiblen Mediums mit einem Messaufnehmer vom Vibrationstyp und Messaufnehmer zur Durchführung eines solchen Verfahrens
DE102016125537A1 (de) Massedurchflussmessaufnehmer nach dem Coriolis-Prinzip und Verfahren zum Bestimmen eines Massedurchflusses
DE102016005547A1 (de) Verfahren zum Ermitteln eines physikalischen Parameters einer mit Gas beladenen Flüssigkeit
DE102018101923A1 (de) Verfahren zum Feststellen von Belagsbildung in einem Messrohr und Messgerät zur Durchführung des Verfahrens
WO2017102218A1 (de) Verfahren zur reynoldszahl-korrektur einer durchflussmessung eines coriolis-durchflussmessgeräts
DE102016113200B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines Durchflussmessgeräts und Durchflussmessgerät
EP3006916B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ermittlung der füllqualität eines biegeschwingers
DE102015112737A1 (de) Verfahren zum Ermitteln eines physikalischen Parameters eines Gases
EP3899446B1 (de) Verfahren zum ermitteln eines physikalischen parameters einer mit gas beladenen flüssigkeit
DE102018130182A1 (de) Verfahren zum Bestimmen einer Durchflussmenge eines strömungsfähigen Mediums und Messstelle dafür
DE112004001503T5 (de) Korrigieren einer Frequenz in Durchflussrohr-Messungen
WO2020249163A1 (de) Viskositätsbedingte messfehler kompensierende vorrichtung zur coriolis-durchflussmessung
EP4060295B1 (de) Verfahren zur kompensation des einflusses der reynolds-zahl auf die messung eines coriolis-massendurchflussmessgeräts und derartiges gerät
EP3714253A1 (de) Verfahren zum signalisieren einer standardfrequenz eines dichtemessers, welcher mindestens ein schwingfähiges messrohr zum führen eines mediums aufweist
DE102017131267A1 (de) Verfahren zum Bestimmen eines Gasvolumenanteils einer mit Gas beladenen Mediums
WO2010085980A1 (de) Coriolis-massendurchflussmesser und verfahren zur berechnung des gasanteils in einer flüssigkeit
DE10321003B4 (de) Verfahren zur Messung von Durchflüssen, sowie Durchflussmesser
DE102005051793A1 (de) Verfahren zur Bestimmung einer Prozessgröße eines Mediums
EP4251969A1 (de) Verfahren und messgerät zur bestimmung eines viskositätsmesswerts sowie verfahren und messanordnung zum bestimmen eines durchflussmesswerts

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220124

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: G01N 9/00 20060101ALN20230818BHEP

Ipc: G01N 11/16 20060101ALN20230818BHEP

Ipc: G01F 25/10 20220101ALN20230818BHEP

Ipc: G01F 15/02 20060101ALI20230818BHEP

Ipc: G01F 1/84 20060101AFI20230818BHEP

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: G01N 9/00 20060101ALN20230921BHEP

Ipc: G01N 11/16 20060101ALN20230921BHEP

Ipc: G01F 25/10 20220101ALN20230921BHEP

Ipc: G01F 15/02 20060101ALI20230921BHEP

Ipc: G01F 1/84 20060101AFI20230921BHEP

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

TPAC Observations filed by third parties

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNTIPA

17Q First examination report despatched

Effective date: 20231027

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20240220