PL197438B1

PL197438B1 - Sposób określania właściwości materiału przepływającego przez rurę przepływową przepływomierza typu Coriolisa

Info

Publication number: PL197438B1
Application number: PL352214A
Authority: PL
Inventors: Denis Henrot
Original assignee: Micro Motion
Priority date: 1999-06-28
Filing date: 2000-06-12
Publication date: 2008-03-31
Also published as: AR024467A1; US6505131B1; ATE316237T1; WO2001001083A1; KR20020019932A; JP3713236B2; BR0012075B8; CN1199034C; CA2378027A1; AU766488B2; EP1190222A1; PL352214A1; HK1047789A1; HK1047789B; DE60025607T2; EP1190222B1; DK1190222T3; MXPA02000126A; KR100472994B1; JP2003503690A

Abstract

1. Sposób okre slania w la sciwo sci materia lu przep lywaj a- cego przez rur e przep lywow a przep lywomierza typu Corioli- sa, polegaj acy na tym, ze wprawia si e przewód w drgania i mierzy si e drgania przewodu za pomoc a pierwszego czujni- ka przesuni ecia i drugiego czujnika przesuni ecia jednocze- snie wytwarzaj ac sygna l cyfrowy, a nast epnie dostarcza si e próbki sygna lów otrzymywanych z pierwszego czujnika prze- suni ecia i drugiego czujnika przesuni ecia z pierwsz a pr edko- sci a próbkowania do cyfrowego procesora sygna lowego, po czym zmienia si e pr edko sc próbkowania z pierwszej pr edko- sci próbkowania do po sredniej pr edko sci próbkowania za po- moc a pierwszej decymacji tych próbek, znamienny tym, ze dokonuje si e demodulacji (403) próbek o po sredniej pr ed- ko sci próbkowania i zmienia si e pr edko sc próbkowania demo- dulowanych próbek do wymaganej pr edko sci próbkowania poprzez przeprowadzenie drugiej decymacji (404) próbek sygna lów, a nast epnie z tych próbek decymowanych sygna- lów wyznacza si e cz estotliwo sc (405) drga n rury przep lywo- wej (103A, 103B) przy pierwszym czujniku przesuni ecia (105) i przy drugim czujniku przesuni ecia (105'), za s na podstawie tych cz estotliwo sci wyznacza si e w la sciwo sci materia lu prze- p lywaj acego przez rur e przep lywow a (103A, 103B). PL PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (21) Numer zgłoszema: ³⁵²²¹⁴ (²²) Date z^gtoszema: ¹²·06·²000 (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

12.06.2000, PCT/US00/16061 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

04.01.2001, WO01/01083 PCT Gazette nr 01/01 (11) 197438 113) B1 (51 ) Int.Cl.

G01F 1/84 (2006.01)

Sposób określania właściwości materiału przepływającego przez rurę przepływową przepływomierza typu Coriolisa

(30) Pierwszeństwo: 28.06.1999,US,09/344,840	(73) Uprawniony z patentu: MICRO MOTION, INC.,Boulder,US
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 11.08.2003 BUP 16/03	(72) Twórca(y) wynalazku: Denis Henrot,Louisville,US
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.03.2008 WUP 03/08	(74) Pełnomocnik: Słomińska-Dziubek Anna, POLSERVICE, Kancelaria Rzeczników Patentowych Sp. z o.o.

(57) 1. Sposób określania właściwości materiałuprzepływającego przez rurę przepływową przepływomierza typu Coriolisa, polegający na tym, że wprawia się przewód w drgania i mierzy się drgania przewodu za pomocą pierwszego czujnika przesunięcia i drugiego czujnika przesunięcia jednocześnie wytwarzając sygnał cyfrowy, a następnie dostarcza się próbki sygnałów otrzymywanych z pierwszego czujnika przesunięcia i drugiego czujnika przesunięcia z pierwszą prędkością próbkowania do cyfrowego procesora sygnałowego, po czym zmienia się prędkość próbkowania z pierwszej prędkości próbkowania do pośredniej prędkości próbkowania za pomocą pierwszej decymacji tych próbek, znamienny tym, że dokonuje się demodulacji (403) próbek o pośredniej prędkości próbkowania i zmienia się prędkość próbkowania demodulowanych próbek do wymaganej prędkości próbkowania poprzez przeprowadzenie drugiej decymacji (404) próbek sygnałów, a następnie z tych próbek decymowanych sygnałów wyznacza się częstotliwość (405) drgań rury przepływowej (103A, 103B) przy pierwszym czujniku przesunięcia (105) i przy drugim czujniku przesunięcia (105'), zaś na podstawie tych częstotliwości wyznacza się właściwości materiału przepływającego przez rurę przepływową (103A, 103B).

PL 197 438 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób określania właściwości materiału przepływającego przez rurę przepływową przepływomierza typu Coriolisa.

Znane jest stosowanie przepływomierzy masowych wykorzystujących zjawisko Coriolisa do pomiaru przepływu masowego i innych informacji o materiałach przepływających przez kanał. Przykładowe takie przepływomierze opisano w patentach USA o numerach 4,109,534 z 29 sierpnia 1978, 4,491,025 z 1 stycznia 1985, i Re 31,450 z 11 lutego 1982, wszystkie na nazwisko J. E. Smith i in. Te przepływomierze są wyposażone w jedną lub więcej rur przepływowych o kształcie prostym lub zakrzywionym. Każdy kształt rury przepływowej w przepływomierzu ma pewien zespół naturalnych modów drgań, które mogą być typu prostego zginania, skręcania lub sprzężone. Każda rura przepływowa jest pobudzana do drgań w rezonansie z jednym z tych naturalnych modów. Materiał przepływa do wnętrza miernika przepływu z dołączonego przewodu po stronie dopływowej przepływomierza, jest kierowany przez jedną lub więcej rur przepływowych, i opuszcza przepływomierz przez stronę odpływową. Naturalne mody drgań układu wypełnionego materiałem drgającym są częściowo wyznaczone przez łączną masę rur przepływowych i materiału płynącego wewnątrz rur przepływowych.

Przy braku przepływu przez przepływomierz, wszystkie punkty wzdłuż rury przepływowej oscylują z identyczną fazą pod wpływem przyłożonej siły napędowej, a ewentualny niewielki wstępny stały offset fazowy może zostać skorygowany. W miarę, jak rozpoczyna się przepływ płynu, siły Coriolisa powodują, że każdy punkt wzdłuż rury przepływowej ma inną fazę. Faza po stronie dopływowej rury przepływowej opóźnia się względem wzbudnika, natomiast faza po stronie odpływowej wyprzedza fazę wzbudnika. Na rurze przepływowej rozmieszczone są czujniki przesunięcia wytwarzające sygnały sinusoidalne reprezentujące ruch rury przepływowej. Sygnały wyprowadzane z czujników przesunięcia są przetwarzane w celu wyznaczenia różnicy fazowej między czujnikami przesunięcia. Różnica faz między dwoma sygnałami czujników jest proporcjonalna do strumienia masowego przepływu materiału w rurze.

Przepływomierz typu Coriolisa zaopatrzony jest w nadajnik generujący sygnał wzbudzający, napędzający wzbudnik i wyznaczający strumień przepływu masowego i inne właściwości materiału na podstawie sygnałów otrzymanych z czujników przesunięcia. Konwencjonalny nadajnik jest wykonany z układów analogowych, które są przeznaczone do generowania sygnału wzbudzającego i do detekcji sygnałów z czujników przesunięcia. Nadajniki analogowe zostały zoptymalizowane w ciągu lat i stały się stosunkowo tanimi w wytwarzaniu. Pożądane jest, zatem, opracowanie przepływomierza typu Coriolisa wykorzystującego nadajnik konwencjonalny.

Pewnym problemem jest to, że nadajnik konwencjonalny musi pracować z sygnałami w wąskim paśmie częstotliwości roboczych. Ten zakres częstotliwości roboczych zawiera się zwykle między 20 Hz a 200 kHz. Ogranicza to konstruktorów do tego wąskiego pasma częstotliwości roboczych. Ponadto, wąski zakres częstotliwości roboczych uniemożliwia wykorzystanie konwencjonalnego nadajnika w niektórych przepływomierzach, jak na przykład przepływomierzu z prostą rurą przepływową, która pracuje w wyższym zakresie częstotliwości wynoszącym 300 Hz - 800 Hz. Przepływomierze z prostą rurą przepływową działające w zakresie 300 Hz - 800 Hz mają tendencję do wykazywania mniejszej czułości na efekty Coriolisa wykorzystywane do pomiaru strumienia przepływu masowego. Zatem do obliczania przepływu masowego potrzebne są bardziej precyzyjne pomiary różnicy faz między czujnikami.

W celu wykorzystania jednego typu nadajnika w kilku konstrukcjach przepływomierzy Coriolisa, pracujących na kilku różnych częstotliwościach, wytwórcy przepływomierzy Coriolisa stwierdzają, że pożądane byłoby wykorzystanie cyfrowego procesora sygnałowego do generowania sygnałów wzbudzających, i do przetwarzania sygnałów otrzymywanych z czujników przesunięcia. Cyfrowy procesor sygnałowy jest pożądany, ponieważ przez digitalizację sygnałów z czujników przesunięcia jako sygnałów odbieranych przez nadajnik można uniknąć większych wymagań narzucanych na rozdzielczość i dokładność analogowych części elektronicznych ze strony przepływomierzy działających na wyższych częstotliwościach, na przykład konstrukcji z prostą rurą przepływową. Ponadto, możliwe jest zmodyfikowanie instrukcji do procesów sygnalizacyjnych stosowane w cyfrowym procesorze sygnałowym, odpowiednio do pracy na kilku różnych częstotliwościach.

Jednakowoż cyfrowe procesory sygnałowe mają kilka wad w porównaniu z konwencjonalnymi nadajnikami na układach analogowych. Pierwszy problem polega na tym, że cyfrowy procesor sygnałowy jest kosztowniejszy w produkcji, ponieważ jego układy są bardziej złożone. Po drugie, cyfrowy procesor sygnałowy wymaga płytki montażowej o większej powierzchni, co może stwarzać problemy, kiedy podstawowe znaczenie w konstrukcji przepływomierza ma zajmowana przestrzeń. Po trzecie,

PL 197 438 B1 cyfrowe procesory sygnałowe wymagają większej mocy zasilania, niż układy analogowe. Zużycie mocy stanowi problem zwłaszcza, kiedy procesor musi pracować z maksymalną prędkością zegara dla wykonania wszystkich obliczeń potrzebnych przy przetwarzaniu sygnałów i generowaniu wyników pomiaru właściwości materiału, jak na przykład przepływu masowego. Z tych wszystkich powodów, w technice występuje zapotrzebowanie na cyfrowy procesor sygnałowy nadający się do adaptowania do kilku konstrukcji przepływomierzy, niekosztowny w produkcji i pozwalający zmniejszyć ilość mocy obliczeniowej potrzebnej do wykonywania niezbędnych obliczeń.

W patencie USA nr 5,555,190 opisano urządzenie i sposób wyznaczania zależności częstotliwościowych i fazowych drgających rur przepływowych w przepływomierzu masowym Coriolisa. Do dokładnego określania zależności częstotliwościowych i fazowych rury przepływowej i dzięki temu do dokładniejszego wyznaczenia przepływu masowego materiału płynącego przez przepływomierz masowy w cyfrowym urządzeniu przetwarzania sygnałów wykorzystuje się adaptacyjne metody i urządzenia. Do sygnałów od czujników na drgających rurach przepływowych przyporządkowane filtry decymacyjne zapobiegające zjawisku zawijania widma. Filtry zmniejszają liczbę próbek z analogowo-cyfrowego urządzenia próbkującego pracującego ze stałą częstotliwością, przyporządkowanego do każdego sygnału czujnikowego.

W patencie USA nr 5,734,112 opisano sposób wyznaczania ciśnienia w przepływomierzu masowym działającym na zasadzie zjawiska Coriolisa. Rury przepływowe przepływomierza typu Coriolisa są pobudzane do drgań zarówno w trybie zginania, jak i w trybie skręcania. Stosunek częstotliwości podstawowych, na których rury przepływowe drgają w każdym z tych dwóch trybów drgań jest proporcjonalny do ciśnienia w wewnątrz rury przepływowej. W korzystnej odmianie wykonania metodą tworzenia sumy/różnicy wstępnie wyizolowuje się nałożone wzajemnie sinusoidy reprezentujące częstotliwości podstawowe dwóch trybów drgań. Następnie do szybkiego oszacowania częstotliwości podstawowych każdego z dwóch trybów drgań wykorzystuje się szybkie sprzężone filtry cyfrowe. Szacowane częstotliwości są następnie wykorzystywane przez łańcuchy filtracyjne obejmujące cyfrowe filtry wycinające i filtry pasmowo-przepustowe, jak również rekursywne sposoby cyfrowej filtracji maksymalnego prawdopodobieństwa do uwydatnienia szacowanych wartości podstawowych częstotliwości trybu zginania i trybu skręcania. Uwydatnione wartości podstawowych szacowanych częstotliwości trybu zginania i trybu skręcania wykorzystuje się do wyznaczenia ciśnienia wewnątrz rur przepływowych w funkcji stosunku tych dwóch częstotliwości, jak również do wypośrodkowania łańcuchów filtrów wycinających i filtrów pasmowych wykorzystywanych do uwydatniania wartości częstotliwości trybu zginania obu kanałów czujników drgań, dla obliczeń strumienia przepływu. Tak wyznaczone ciśnienie może być wtedy wykorzystywane do korygowania obliczeń przepływu masowego lub do innych celów związanych z pomiarem ciśnienia jako takim.

Według wynalazku, sposób określania właściwości materiału przepływającego przez rurę przepływową przepływomierza typu Coriolisa, polegający na tym, że wprawia się przewód w drgania i mierzy się drgania przewodu za pomocą pierwszego czujnika przesunięcia i drugiego czujnika przesunięcia jednocześnie wytwarzając sygnał cyfrowy, a następnie dostarcza się próbki sygnałów otrzymywanych z pierwszego czujnika przesunięcia i drugiego czujnika przesunięcia z pierwszą prędkością próbkowania do cyfrowego procesora sygnałowego, po czym zmienia się prędkość próbkowania z pierwszej prędkości próbkowania do pośredniej prędkości próbkowania za pomocą pierwszej decymacji tych próbek, charakteryzuje się tym, że dokonuje się demodulacji próbek o pośredniej prędkości próbkowania i zmienia się prędkość próbkowania demodulowanych próbek do wymaganej prędkości próbkowania poprzez przeprowadzenie drugiej decymacji próbek sygnałów, a następnie z tych próbek decymowanych sygnałów wyznacza się częstotliwość drgań rury przepływowej przy pierwszym czujniku przesunięcia i przy drugim czujniku przesunięcia, zaś na podstawie tych częstotliwości wyznacza się właściwości materiału przepływającego przez rurę przepływową.

Korzystnie jako częstotliwości sygnałów wyznacza się znormalizowane częstotliwości sygnałów.

Demodulowania próbek dokonuje się obliczając znormalizowaną pulsację znormalizowanej częstotliwości sygnałów i obliczając iloczyn skalarny pulsacji znormalizowanej i sygnałów pierwszego czujnika przesunięcia i drugiego czujnika przesunięcia, z przeniesieniem sygnałów na częstotliwość środkową.

Znormalizowaną częstotliwość sygnałów wyznacza się poprzez przeprowadzenie demultipleksowania sygnałów na składowe współfazowe i składowe kwadraturowe, a następnie całkuje się składowe współfazowe i składowe kwadraturowe i kolejno dokonuje się multipleksowania składowych współfazowych i składowych kwadraturowych wytwarzając sygnały całkowane cyfrowo, po czym wyzna4

PL 197 438 B1 cza się stosunek amplitudy sygnałów do amplitudy sygnałów całkowanych cyfrowo otrzymując znormalizowane częstotliwości sygnałów.

Po dokonaniu całkowania i przed dokonaniem multipleksowania całkowane składowe kwadraturowe przesyła się do kompensatora.

Po dokonaniu całkowania i przed dokonaniem multipleksowania przesyła się całkowane składowe współfazowych do kompensatora.

Częstotliwość drgań rury przepływowej wyznacza się poprzez odczytanie znormalizowanej częstotliwości sygnałów, a następnie dokonanie modulacji znormalizowanej częstotliwości sygnałów i przeprowadzenie zespolonej demodulacji sygnałów z wykorzystaniem zmodulowanej częstotliwości znormalizowanej.

Wyznaczając częstotliwości drgań rury przepływowej dokonuje się decymacji zdemodulowanych sygnałów i dokonuje się zespolonej korelacji sygnałów z obu czujników przesunięcia wyznaczając różnicę fazową między sygnałami.

Wyznaczając częstotliwości drgań rury przepływowej mierzy się różnicę fazy między sygnałami z pierwszego czujnika przesunięcia, a sygnałami z drugiego czujnika przesunięcia.

Jako właściwość materiału przepływającego przez rurę przepływową wyznacza się jego natężenie przepływu masowego materiału.

Jako właściwość materiału przepływającego przez rurę przepływową wyznacza się jego gęstość.

Według niniejszego wynalazku proponuje się przechowywanie procesów zapamiętanych w pamięci i wykonywanych przez procesor w celu przetwarzania sygnałów odbieranych z przetworników przesunięcia znajdujących się na rurze przepływowej. Procesy według wynalazku dają wiele korzyści, umożliwiające wykorzystywanie jednego typu cyfrowego procesora sygnałowego w wielu typach przepływomierzy Coriolisa.

Pierwszą zaletą procesów według niniejszego wynalazku jest to, że procesy te nie powodują utraty dokładności pomimo wykorzystywania arytmetyki stałoprzecinkowej zamiast zmiennoprzecinkowej. Drugą zaletą procesów według niniejszego wynalazku jest to, że procesy mogą być implementowane na wielu tanich cyfrowych procesorach sygnałowych, o niewielkiej mocy. Instrukcje dla procesów według niniejszego wynalazku są dostatecznie małe, aby mogły rezydować w wewnętrznej pamięci cyfrowego procesora sygnałowego, co eliminuje konieczność stosowania pamięci zewnętrznej o szybkim dostępie, która zwiększa koszt, zużycie mocy i miejsca zajmowane dla nadajnika na płycie. Procesy mają niewielką liczbę struktur obliczeniowych, co poprawia przenośność procesów między niedrogimi prostymi procesorami.

Trzecią zaletą jest to, że wymagania obliczeniowe procesów są zminimalizowane. To zmniejszenie wymagań obliczeniowych umożliwia pracę cyfrowego procesora sygnałowego z częstotliwością cyklu zegarowego mniejszą, niż maksymalna częstotliwość cyklu zegarowego procesora, co zmniejsza zużycie mocy procesora.

Nadajnik, który realizuje procesy według niniejszego wynalazku zawiera wymienione poniżej elementy elektroniczne. Sygnały analogowe z przetworników przesunięcia odbierane są przez przetwornik analogowo-cyfrowy („A/D” - Analog to Digital convertor). Sygnały cyfrowe po konwersji podawane są do standardowego procesora cyfrowego. Procesor cyfrowy jest to jednostka przetwarzająca, która wykonuje czytelne dla maszyny polecenia, które są przechowywane w pamięci dołączonej do procesora za pośrednictwem magistrali. Typowy procesor cyfrowy ma pamięć stałą (ROM), która przechowuje polecenia potrzebne do wykonywanych procesów, na przykład procesów według niniejszego wynalazku. Procesor jest połączony również z pamięcią o dostępie swobodnym, która przechowuje polecenia dla procesu aktualnie realizowanego, i dane potrzebne do realizacji procesu. Procesor może również generować sygnały dla przepływomierza typu Coriolisa. W celu podania sygnału wzbudzającego do układu wzbudzającego, procesor cyfrowy może być połączony za pośrednictwem przetwornika cyfrowo-analogowego (D/A - Digital to Analog), który odbiera sygnały cyfrowe od procesora i podaje sygnały analogowe do układu wzbudzającego.

Procesy według niniejszego wynalazku realizują funkcje wyznaczania częstotliwości sygnałów otrzymywanych z czujników przesunięcia, jak również różnicy faz między sygnałami. Najpierw próbki sygnałów są odbierane z czujników przesunięcia, z pierwszą prędkością próbkowania. Prędkość próbkowania jest to ilość danych wejściowych otrzymywanych z przetworników przesunięcia, która charakteryzuje sygnały z przetworników przesunięcia. Realizowana jest pierwsza decymacja próbek, z pierwszej prędkości próbkowania do pożądanej prędkości próbkowania, decymacja jest to po prostu konwersja z pierwszej liczby próbek na mniejszą liczbę próbek. Decymację wykonuje się dla zwiększenia

PL 197 438 B1 rozróżniania próbkowanych sygnałów z zapewnieniem większej dokładności obliczeń częstotliwości sygnałowej każdego sygnału. Następnie przy pośredniej prędkości próbkowania odbywa się demodulacja. Realizowana jest następnie druga decymacja próbek, do pożądanej prędkości próbkowania. Na podstawie próbek sygnałów, przy pożądanej prędkości próbkowania, wyznaczana jest częstotliwość drgań rur przepływowych przy pierwszym czujniku przesunięcia i przy drugim czujniku przesunięcia.

W celu wykorzystywania tych samych procesów z różnymi przepływomierzami, o różnych częstotliwościach, można realizować również następujące kroki. Oblicza się oszacowanie częstotliwości drgań przepływomierza. Ta oszacowana częstotliwość jest następnie wykorzystywana do demodulowania sygnałów z każdego przetwornika przesunięcia na pewną składową l i pewną składową Q. Składowa l i składowa Q służą następnie do przemieszczania sygnałów do pewnej częstotliwości środkowej, jeżeli częstotliwość robocza sygnałów jest większa od pewnej częstotliwości przejściowej. Po demodulacji, sygnały mogą być drugi raz poddawane decymacji dla powtórnego poprawienia rozdzielczości sygnałów.

Następnie jest wyizolowywana i precyzyjnie mierzona częstotliwość dominująca sygnałów. Następnie wylicza się przesunięcie do częstotliwości zerowej, dla zarówno składowej l, jak i składowej Q sygnałów. Wtedy każda składowa może być ponowna poddana decymacji dla poprawienia dokładności pomiaru. Możliwe jest przy tym, przez zastosowanie odpowiedniej filtracji dolnoprzepustowej, zwężenie w potrzebnym stopniu pasma każdego sygnału. Realizuje się następnie zespoloną korelację, która zapewnia wyznaczenie różnicy fazowej między sygnałami.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładach realizacji w oparciu o rysunek, na którym fig. 1 przedstawia przepływomierz typu Coriolisa zaopatrzony w nadajnik cyfrowy realizujący z wieloma prędkościami procesy przetwarzania sygnału z przetwornika przesunięcia, według niniejszego wynalazku; fig. 2 - schemat blokowy cyfrowego nadajnika sygnału; fig. 3 - sieć działań operacji wykonywanych przez nadajnik cyfrowy; fig. 4 - sieć działań procesu generowania danych na podstawie sygnałów otrzymywanych z czujników przesunięcia; fig. 5 - proces do realizacji decymacji próbek sygnału z przetwornika przesunięcia; fig. 6 - proces obliczania szacowanej częstotliwości sygnałów otrzymywanych z przetworników przesunięcia; fig. 7 - proces do realizacji dwuwartościowego wyboru częstotliwości odbieranych sygnałów; fig. 8 - proces demodulacji odbieranych sygnałów; a fig. 9 - sposób wyznaczania z odbieranych sygnałów danych o wibracjach rury przepływowej.

Przepływomierz typu Coriolisa - fig. 1

Figura 1 przedstawia przepływomierz 5 typu Coriolisa zawierający zespół mierzący 10 Coriolisa i nadajnik 20. Nadajnik 20 jest dołączony do zespołu mierzącego 10 za pośrednictwem przewodów 100 dla podawania ścieżką 26 danych o gęstości, prędkości przepływu masowego, prędkości przepływu objętościowego, temperatury, sumarycznego przepływu masowego i przyrostu gęstości. Opisano konstrukcję przepływomierza typu Coriolisa, jakkolwiek dla specjalisty jest oczywiste, że niniejszy wynalazek może być wykorzystywany w połączeniu z dowolnym urządzeniem zawierającym wibracyjną rurę przepływową do pomiaru właściwości materiału. Drugim przykładem takiego urządzenia jest densytometr z wibrującą rurą przepływową, który nie ma dodatkowych możliwości pomiarowych masowego przepływomierza typu Coriolisa.

Zespół mierzący 10 zawiera parę kołnierzy 101 i 101', rurę rozgałęźna 102 i rury przepływowe 103A i 103B. Wzbudnik 104 i czujniki 105 i 105' przesunięcia są połączone z rurami przepływowymi 103A-B. Paski usztywniające 106 i 106' służą do wyznaczenia osi W i W, wokół której oscyluje każda rura przepływowa.

Po wstawieniu przepływomierza 10 w układ (nie przedstawiony) rurociągu, który przenosi materiał przetwarzany podlegający pomiarowi, materiał wchodzi w zespół mierzący 10 przez kołnierz 101. przechodzi przez rozgałęzienie 102, gdzie jest kierowany do wejścia rur przepływowych 103A i 103B. przepływa przez rury przepływowe 103A i 103B i z powrotem do rozgałęzienia 102, skąd przez kołnierz 101' wychodzi z zespołu mierzącego 10.

Rury przepływowe 103A i 103B są dobrane i odpowiednio zamontowane do rozgałęzienia 102 tak, aby miały w zasadzie taki sam rozkład mas, momentów bezwładności i modułów sprężystości wokół osi zginania, odpowiednio W-W i W-W. Rury przepływowe rozchodzą się na zewnątrz od rozgałęzienia w zasadzie równolegle.

Rury przepływowe 103A - 103B są wzbudzane wzbudnikiem 104 w przeciwnych kierunkach wokół ich odpowiednich osi zginania W i W, co jest nazywane pierwszym niewspółfazowym modem zginania. Wzbudnik 104 może zawierać jedną lub więcej znanych struktur, jak na przykład magnes zamocowany do rury przepływowej 103A ze znajdującą się naprzeciwko niego cewką zamocowaną do

PL 197 438 B1 rury przepływowej 103B, przez którą przepływa prąd przemienny do wzbudzania drgań obu rur przepływowych. Odpowiedni sygnał wzbudzający podawany jest przez elektroniczne układy mierzące 20, za pośrednictwem doprowadzenia 110, do wzbudnika 104.

Nadajnik 20 otrzymuje sygnały prędkościowe, lewy i prawy, pojawiające się na przewodach, odpowiednio 111 i 111'. Nadajnik 20 wytwarza sygnał wzbudzający pojawiający się na doprowadzeniu 110 i powodujący nadawanie przez wzbudnik 104 drgań rurom przepływowym 103A i 103B. Nadajnik 20 przetwarza sygnały prędkościowe, lewy i prawy, dla obliczenia masowego strumienia przepływu i gęstości materiału przechodzącego przez zespół mierzący 10. Ta informacja zostaje podana na ścieżkę 26.

Specjaliście jest wiadome, że przepływomierz 5 Coriolisa jest w budowie bardzo podobny do densytometru z drgającą rurą przepływową. Densytometry z drgającą rurą przepływową również wykorzystują rurę wibrującą, przez którą przepływa płyn, lub w przypadku densytometru z próbką, wewnątrz której utrzymywany jest płyn. Densytometry z rurą drgającą również wykorzystują układ wzbudzający do pobudzania rury przepływowej do drgań. Densytometry z drgającą rurą przepływową zwykle wykorzystują tylko jeden sygnał sprzężenia zwrotnego, ponieważ pomiar gęstości wymaga tylko pomiaru częstotliwości, a pomiar fazy nie jest konieczny. Opisy wynalazku zawarte w niniejszym dokumencie mają zastosowanie również do densytometrów z drgającą rurą przepływową.

Cyfrowy nadajnik 20 - fig. 2

Figura 2 przedstawia części składowe nadajnika cyfrowego 20, ścieżki 111 i 111' transmitują sygnały prędkościowe, lewy i prawy, z zespołu 10 przepływomierza do nadajnika 20. Sygnały prędkościowe są odbierane przez przetwornik analogowo-cyfrowy (A/D) 203 w zespole 20 układów elektronicznych. Przetwornik analogowo-cyfrowy 203 dokonuje konwersji sygnałów prędkościowych, lewego i prawego, nadających się do wykorzystywania przez jednostkę przetwarzającą 201, i transmituje sygnały cyfrowe ścieżką 210 - 210'. Jakkolwiek przedstawiony w postaci oddzielnych części składowych, przetwornik analogowo-cyfrowy 203 może być pojedynczym przetwornikiem cyfrowo-analogowym, jak na przykład układ scalony, który zawiera 2 przetworniki, tak że sygnały od obu przetworników przesunięcia mogą być przetwarzane jednocześnie. Sygnały cyfrowe przenoszone są ścieżkami 210 - 210' do procesora 201. Dla specjalisty jest oczywiste, że do procesora 201 może być dołączona dowolna liczba czujników przesunięcia i innych czujników, jak na przykład oporowy czujnik temperatury RTD, do wyznaczania temperatury rury przepływowej.

Sygnały wzbudnika są transmitowane ścieżką 21.2, która dostarcza sygnały do przetwornika cyfrowo-analogowego (D/A) 202. Przetwornik cyfrowo-analogowy 202 jest zwykłym przetwornikiem cyfrowo-analogowym i może być oddzielnym przetwornikiem cyfrowo-analogowym lub przetwornikiem scalonym w układzie kodeka stereofonicznego. Sygnały analogowe z przetwornika cyfrowo-analogowego 202 są transmitowane do obwodu wzbudzającego 290 za pośrednictwem ścieżki 291. Układ wzbudzający 291 przy tym podaje sygnał wzbudzający do wzbudnika 104 za pośrednictwem ścieżki 110. Ścieżka 26 przenosi sygnały do elementów wejściowych i wyjściowych (nie pokazane), które umożliwiają odbieranie i przekazywanie przez nadajnik 20 danych od, i do operatora.

Jednostką przetwarzającą 201 jest mikroprocesor, procesor lub grupa procesorów, która odczytuje polecenia z pamięci i realizuje polecenia wykonując różne funkcje przepływomierza. Realizowane funkcje obejmują, choć nie tylko, obliczanie przepływu masowego materiału, obliczanie przepływu objętościowego materiału, i obliczanie gęstości materiału, które mogą być przechowywane w postaci poleceń w pamięci stałej (ROM) 220. Procesor 201 realizuje operacje w pamięci ROM 220 za pośrednictwem ścieżki 221. Dane, jak również polecenia do realizacji różnych funkcji są przechowywane w pamięci 230 o dostępie swobodnym (RAM). Operacje odczytu i zapisu w pamięci RAM 230 procesor 201 realizuje za pośrednictwem ścieżki 231.

Przegląd operacji realizowanych przez nadajnik 20 - fig. 3.

Na fig. 3 przedstawiono przegląd funkcji realizowanych przez cyfrowy nadajnik 20 pracujący z przepływomierzem 5. Proces 300 rozpoczyna się w kroku 301 od generowania przez nadajnik 20 sygnału wzbudzającego. Sygnał wzbudzający jest wtedy podawany do wzbudnika 104 za pośrednictwem ścieżki 110. W kroku 302, nadajnik cyfrowy 20 odbiera sygnały z przetworników przesunięcia 105 i 105' spowodowane drganiami rur przepływowych 103A-B przy przechodzeniu materiału przez te rury przepływowe 103A-B. Dane o sygnałach, takie jak częstotliwość i różnica fazowa między sygnałami, są generowane przez nadajnik cyfrowy 20 w kroku 303. Następnie w kroku 304 obliczane są informacje o właściwościach materiału przepływającego przez rury przepływowe 103A i 103B. na przykład o strumieniu przepływu masowego, gęstości i strumieniu przepływu objętościoPL 197 438 B1 wego. Proces 300 następnie jest powtarzany przez cały czas pracy przepływomierza 5 Coriolisa w przewodzie rurowym.

Proces generowania danych o sygnałach przetworników przesunięcia według niniejszego wynalazku - fig. 4

Figura 4 ilustruje proces 400, który jest procesem generacji danych, takich jak częstotliwość sygnałów odbieranych z przetworników przesunięcia 105 i 105', które mierzą oscylacje rur przepływowych 103A-B w przepływomierzu 5 Coriolisa. Proces 400 stwarza kilka zalet dla pracy cyfrowego nadajnika 20. Pierwsza zaleta procesu polega na tym, że nie ma strat dokładności pomimo wykorzystywania arytmetyki stałoprzecinkowej zamiast arytmetyki zmiennoprzecinkowej. Umożliwia to stosowanie taniego procesora małej mocy. Druga zaleta polega na tym, że wymagania dotyczące pamięci dla procesu 400 są niewielkie na tyle, że może on rezydować w pamięci wewnętrznej procesora, co eliminuje konieczność dysponowania szybką magistralą między procesorem a pamięcią zewnętrzną. Wymagania dotyczące przetwarzania są zredukowane dzięki procesowi 400, który umożliwia pracę procesora z częstotliwością cyklu zegarowego sygnałów znacznie mniejszą od jego maksymalnej częstotliwości cyklu zegarowego.

Proces 400 rozpoczyna się w kroku 401 decymacja prędkości próbkowania sygnałów odbieranych z przetworników przesunięcia, z pierwszej prędkości próbkowania na drugą, mniejszą prędkość próbkowania. W korzystnej odmianie wykonania, sygnały są poddawane decymacji z pierwszej prędkości próbkowania wynoszącej 48 kHz do drugiej prędkości próbkowania wynoszącej 4 kHz. Decymacja prędkości próbkowania zwiększa rozdzielczość sygnałów, co podnosi dokładność obliczeń, jak to opisano poniżej na fig. 5. W korzystnej odmianie wykonania, zmniejszenie prędkości próbkowania z 48 kHz do 4 kHz zwiększa rozdzielczość próbki z B bitów do B + 1,79 bitów.

W kroku 402 z próbkowanych sygnałów oblicza się oszacowanie częstotliwości sygnału. Proces korzystny w przypadku obliczania szacowanej częstotliwości sygnału przedstawiono na fig. 6. Oszacowaną częstotliwość sygnału następnie wykorzystuje się do demodulowania odbieranych sygnałów w etapie 403. Proces demodulowania sygnałów cyfrowych podano na fig. 7 i 8. Druga decymacja próbkowanych sygnałów jest realizowana w kroku 404. Druga decymacja redukuje próbki sygnału z drugiej prędkości próbkowania do trzeciej prędkości próbkowania, z^i^k^^^j^<c rozdzielczość próbkowanego sygnału. W korzystnej odmianie wykonania, redukcja następuje z prędkości próbkowania wynoszącej 4 kHz do 800 Hz, co zwiększa rozdzielczość do B + 2,95 bitów. Ta redukcja jest wykonywana w taki sam sposób, jak decymacja w kroku 401.

Po drugiej decymacji w kroku 404, dokonuje się obliczeń na podstawie odebranych sygnałów. Wykonuje się to jako część procesu przedstawionego na fig. 9. Po usunięciu szumu, w kroku 405 wyznaczana jest częstotliwość sygnału pochodzącego z każdego przetwornika przesunięcia. W kroku 406 wyznacza się różnicę fazową między sygnałem z pierwszego przetwornika przesunięcia a sygnałem z drugiego przetwornika przesunięcia. Następnie w kroku 407 wyznacza się amplitudę każdego sygnału. Proces 400 następnie jest albo powtarzany przez cały czas pracy przepływomierza, albo proces 400 się kończy.

Proces decymacji prędkości próbkowania sygnałów z przetworników przesunięcia - fig. 5

Figura 5 przedstawia proces decymacji prędkości próbek odbieranych z przetworników przesunięcia. Ten sam proces wykorzystuje się do decymacji wykonywanej w każdym z kroków 401, 404 i w procesie wyznaczania częstotliwości sygnału. W każdym z tych kroków, proces 500 wykonuje się dla sygnałów z każdego przetwornika przesunięcia oddzielnie. Różnicą między decymacją wykonywaną w każdym kroku jest długość wejściowych wektorów danych, jak to opisano poniżej.

Decymacja opisana w procesie 500 jest zaimplementowana z wykorzystaniem blokowego sposobu przetwarzania, przy rozmiarze wektora wejściowego równym stosunkowi decymacji. Stosunek decymacji jest to wartość zmniejszenia częstotliwości próbkowania w wyniku decymacji. Wykorzystanie tego blokowego sposobu przetwarzania jest korzystne pod względem operacyjnym, ponieważ proces wymaga powtarzania dopiero z wyjściową, a nie wejściową prędkością danych. Zasada opóźnionej rekursywnej filtracji blokowej polega na tym, że reprezentacją zmiennej stanu sygnałów jest:

Xk+1 — A*Xk+Buk; y_k — C*X_k+D*u_k;

gdzie:

A,B,C,D — macierze reprezentujące stan systemu; Xk — N+1 wektor stanu w chwili czasowej k;

PL 197 438 B1 u_k = dana wejściowa; a y_k = dana wyjściowa reprezentująca sygnał po decymacji. Na podstawie indukcji jest oczywiste, że:

^Xk+m	( Am	Am-1B	A _m,B m-2	... B
y_k	C	D	0	... 0
⁼	CA	CB	D	... 0
y_k+M~	CA_m.,	CAm_,B	CAm.₂B	... D

Uk u

k+l

Przy decymacji pewnego sygnału z współczynnikiem M, zostaje zachowana tylko co M-ta próbka. Zatem, z powyższej macierzy można wyeliminować wszystkie wiesze z wyjątkiem ostatniego, otrzymując następujące równanie:

(_x Ί -*k+M		(A	A-B -to
K^k+M-l)		c	^CAM-2^P Ca.U-?³

Na podstawie powyższego jest oczywiste, że liczba operacji sumowania/mnożenia w przypadku jednej rekursji powyższego równania wynosi:

Nmac = (N+1)*(N+M) gdzie:

Nmac = liczba operacji akumulowania/mnożenia;

N = rząd macierzy A; a

M = rozmiar bloku, który jest równy współczynnikowi decymacji procesu. Zatem obciążenie obliczeniami w przypadku wykonywania decymacji wynosi

Rsvd = Fout*N MAC gdzie:

Rsvd = obciążenie procesora obliczeniami, a

Fout = reprezentuje współczynnik wydajności wyjściowej filtru.

Do realizacji decymacji potrzebne są następujące pamięci:

pamięć do przechowywania każdego współczynnika filtru, która może być tylko pamięcią stałą (ROM);

pamięć do przechowywania wektora stanu Xk filtru, która musi być pamięcią do zapisu i odczytu (RAM); i pamięć wejściowego bloku buforowego współczynnika filtru (odczytowo-zapisowa).

Na fig. 5 przedstawiono proces decymacji z wykorzystaniem powyższego sposobu przetwarzania blokowego. Proces 500 rozpoczyna się w kroku 501 od odebrania m próbek do bufora i utworzenia bloku wejściowego. Blok wejściowy następnie w kroku 502 mnoży się przez wektor stanu. Wyniki wychodzące co m-tą próbkę następnie w kroku 503 są wyprowadzane do wykorzystania w innych obliczeniach. Po kroku 503 proces 500 kończy się.

Proces szacowania częstotliwości odbieranych sygnałów - fig. 6

Proces 600 jest procesem szacowania częstotliwości odbieranych sygnałów, w celu demodulowania sygnałów w następnym kroku procesu. Zanim będzie możliwość zdemodulowania sygnałów proces 600 musi się skończyć w kroku 403. Następną demodulację opisano poniżej i przedstawiono na fig. 7.

Na fig. 6 przedstawiono proces 600 szacowania częstotliwości sygnałów. Proces 600 wykonuje się na dowolnym z odebranych sygnałów. Proces 600 zaczyna się w kroku 601 od demultipleksowania próbkowanego sygnału cyfrowego do składowej współfazowej (l) i składowej kwadraturowej (Q). Następnie w kroku 602 odbywa się cyfrowe całkowanie składowej l i składowej Q sygnału. W kroku 603 na podstawie scałkowanego sygnału wylicza się sygnał kompensacji. Następnie w kroku 604 składowe sygnału są multipleksowane, z wygenerowaniem sygnału całkowanego cyfrowo. Następnie w kroku 605 oblicza się stosunek sygnału oryginalnego do sygnału scałkowanego cyfrowo. Stosunek

PL 197 438 B1 daje pewne oszacowanie częstotliwości sygnału, które można wykorzystać do demodulowania sygnałów w procesie 700.

W procesie 600 do oszacowania częstotliwości wykorzystuje się filtry o stałych współczynnikach. Ponieważ nie jest potrzebny żaden algorytm rekursywny, to proces 600 jest zawsze zbieżny. Poza tym, proces 600 nadąża za szybkimi zmianami częstotliwości. Szacowana częstotliwość na końcu procesu 600 jest dana następującym równaniem:

Fest = (oest/2n)x(Fx/12) gdzie:

Fest = częstotliwość szacowana; ω est = pulsacja znormalizowana; a Fk = częstotliwość próbek.

Proces dla dwustanowego selektora częstotliwości - fig. 8

Proces 800 przedstawiony na fig. 8 jest opcjonalnym procesem, który może być realizowany między oszacowaniem częstotliwości a demodulacją sygnału. Dwustanowy selektor częstotliwości jest potrzebny do wyznaczenia częstotliwości będącej przedmiotem zainteresowania. Proces 1000 (patrz fig. 9), który dokładnie mierzy częstotliwość sygnału wykazuje błąd systematyczny estymacji i wolniejszą zbieżność w zakresie częstotliwości normalizowanej:

|F_o| <0,5o|F₀|>0,45 gdzie:

F_o = normalizowana częstotliwość sygnału.

Z tego równania wynika, że proces wyznaczania częstotliwości nie jest dokładny, kiedy prędkość próbkowania wynosi 4 kHz a częstotliwości mierzonego sygnału są rzędu tylko 20 Hz. Proces 800 zapobiega tej sytuacji umożliwiając wykorzystywania przetwarzania 1000 w dużym paśmie częstotliwości. Odbywa się to przez stwierdzenie, w następujący sposób, czy proces ma działać w trybie częstotliwości górnych, czy dolnych. Proces 800 rozpoczyna się w kroku 801 przez stwierdzenie, czy szacowana częstotliwość jest mniejsza, czy większa od częstotliwości odniesienia. W korzystnej odmianie wykonania wybiera się częstotliwość odniesienia równą 250 Hz. Częstotliwość 250 Hz wybrano jako częstotliwość między normalnymi częstotliwościami roboczymi konwencjonalnych rur przepływowych i prostych rur przepływowych.

Jeżeli rzeczywista oszacowana częstotliwość jest mniejsza od częstotliwości odniesienia, to w kroku 803 następuje zwrócenie jako częstotliwości szacowanej zera. Jeżeli rzeczywista częstotliwość jest większa od częstotliwości odniesienia, to częstotliwość szacowaną oblicza się w kroku 802 jako równą rzeczywistej oszacowanej częstotliwości zmniejszonej o 120 Hz.

Proces do demodulowania sygnałów odbieranych - fig. 7

Figura 7 przedstawia proces 700 do demodulowania odbieranych sygnałów cyfrowych. Proces wykorzystuje oszacowaną częstotliwość, która została albo wyliczona w procesie 600 (fig. 6) albo w procesie 800 (fig. 8). Proces 700 zaczyna się w kroku 701 obliczeniem znormalizowanej pulsacji, która wyraża się następującym równaniem:

ω_ά = 2^(12F_d)/Fs gdzie:

a_d = pulsacja znormalizowana;

F_d = częstotliwość szacowana; a

Fs = częstotliwość próbek.

W kroku 702 oblicza się rzeczywisty współczynnik „skręcenia”, zgodnie z następującym równaniem: Wd = cos(o dk) i χβ = Αβ cos(o dk + φβ), gdzie:

β= sygnał odebrany od jednego z czujników pobierających.

Iloczyn skalarny „współczynnika skręcenia” i rzeczywistego odebranego sygnału oblicza się w kroku 702 z następującego równania:

y_p = W_kxP(K) = (Afc/2) {(^(((ω+ω^+φ) + cos((o-ro_d)k+φ)}

PL 197 438 B1

Należy zauważyć, że jeżeli proces 800 daje w wyniku tryb częstotliwościowy niski, to ustala się taki tryb, w którym szacowana częstotliwość jest równa zeru, y^k) = X(k)· W przeciwnym przypadku zmodulowany sygnał wyjściowy ma przedstawione poniżej dwie składowe:

F± = (Fs/12){(o ± Od)/2n}

Jednakowoż można temu zaradzić, przez opisaną poniżej decymację podwójną. Sygnałem będącym przedmiotem zainteresowania jest pierwsza składowa, której odpowiada znak w powyższym równaniu. Drugi sygnał, odpowiadający znakowi „+” w tym równaniu zostanie wyfiltrowany w następnym procesie decymacji, w kroku 905 procesu 900 (patrz fig. 9).

Proces generowania danych na podstawie odbieranych sygnałów - fig. 9

Figura 9 przedstawia proces 900 generowania danych o sygnałach odbieranych z czujników, proces 900 rozpoczyna się w kroku 901 od obliczenia pewnej adaptacji parametru filtru wycinającego, który oblicza się w sposób następujący. Wiadomo, że parametr filtru wycinającego jest parametrem adaptacyjnym reprezentowanym przez:

₌ ¹ + a.,^{z 1} + ^{z 2 (7 1} + om/' + cr/ ²

Gdzie α < 1 jest parametrem zbieżności korygującym szerokość pasma filtru, a a1 jest parametrem szukanym po całkowitej zaadaptowaniu. Załóżmy I aj <2, i wtedy zaznaczmy, że:

a1 = -2 cos(o)

Punkty zerowe charakterystyki H(z) dane są równaniem:

z± = exp(± j o) gdzie z = punkty zerowe; j = a stała; a ω = sygnał.

Zatem bieguny sygnałów wyrażone są w następującym równaniu:

ρ± = α exp(±jo)

W kroku 902, „a” jest obliczane dla każdego sygnału. Wartość „a” jest obliczana z wykorzystaniem jednego z wielu algorytmów konwencjonalnych, jak RLS, RML lub SGN. Minimalizuje to energię sygnału.

W kroku 902 wyznacza się częstotliwość każdego sygnału. W celu wyznaczenia częstotliwości sygnału, dokonuje się wyznaczenia częstotliwości normalizowanej w odniesieniu do sygnału po decymacji, z wykorzystaniem następującego równania:

Fo = (1/2n)arccos(-a-|/2);

gdzie:

Fo = częstotliwość normalizowana w odniesieniu do sygnału decymowanego; a a1 jest aktualną wartością adaptacyjną parametru filtru wycinającego.

Można następnie, w kroku 9o2, wyznaczyć częstotliwość sygnałów przez pomnożenie częstotliwości normalizowanej przez częstotliwość decymacji (F_d = F_o x Fs). W kroku 9o3 na sygnałach dokonuje się modulacji kwadraturowej. Modulacja kwadraturowa jest wykonywana przez takie wybranie sygnału demodulacyjnego, jak pokazane poniżej, gdzie sygnały dominującej częstotliwości są przesunięte do zera. W procesie 9o3 oblicza się iloczyn skalarny sygnału demodulacyjnego i sygnałów odbieranych. Sygnał modulacyjny jest reprezentowany w sposób następujący:

o o = 2n Fo gdzie:

o o = pulsacja sygnału modulującego; a

Fo = częstotliwość normalizowanego sygnału obliczonego powyżej w kroku 9o2.

Jak wspomniano powyżej, odbierane sygnały można przedstawić jako:

x.<k) = A cos (o_ok + φβ;

gdzie β = każdy sygnał z czujnika 1o5 -1o5' przesunięcia.

PL 197 438 B1

Z powyższych równań wynika, że wynikiem demodulacji kwadraturowej jest:

zp(k) = W_ixp(k) = A/2 (θχρ(ίφ_β) + exp(-j(2o _ok + φβ))}.

W celu dalszego zwiększenia rozdzielczości sygnału, dokonuje się decymacji w kroku 904. W korzystnej odmianie wykonania ta decymacja jest decymacją 40-krotną, która jest wykonywana na składowych zarówno l, jak i Q, odbieranych sygnałów. Decymacja ta redukuje wynik zespolonej demodulacji kwadraturowej do:

z_p(k) = (a/2) exp(ju).

Po wykonaniu decymacji, w kroku 905 otrzymuje się różnicę fazową. W przykładowej odmianie wykonania różnicę fazową oblicza się w sposób następujący. Pierwszy z sygnałów, odbierany albo z lewego, albo z prawego czujnika przesunięcia, jest sprzężony, zgodnie z następującym równaniem:

z rpo(k) (A_rp₀/2)exp(-j®_rp₀)

Następnie ten sygnał jest mnożony z drugim sygnałem z otrzymaniem zespolonej korelacji między sygnałami przetworników przesunięcia, zgodnie z następującym równaniem:

- A² q(k) = z₁s,(k)z2nd(k) = — expjM_w -φ _2nd))

Zatem następnie, w kroku 906 wyznaczana jest różnica fazowa, i jest dana następującym równaniem:

Φ(Μ = arg(q(k)) = Φ15 - φ2nd

Różnicę fazową następnie można wykorzystać do obliczania strumienia przepływu masowego i innych właściwości materiału przepływającego przez materiał.

Powyżej zamieszczono opis nadajnika cyfrowego 20 do przepływomierza 5 Coriolisa oraz procesy wyznaczania danych dotyczących sygnałów odbieranych przez nadajnik 20.

Należy oczekiwać, że możliwe jest zaprojektowanie alternatywnych cyfrowych procesorów sygnałowych i procesów, stanowiących naruszenie niniejszego wynalazku, przedstawionego w załączonych zastrzeżeniach, albo literalnie albo na zasadzie rozwiązań równoważnych.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób określania właściwości materiału przepływającego przez rurę przepływową przepływomierza typu Coriolisa, polegający na tym, że wprawia się przewód w drgania i mierzy się drgania przewodu za pomocą pierwszego czujnika przesunięcia i drugiego czujnika przesunięcia jednocześnie wytwarzając sygnał cyfrowy, a następnie dostarcza się próbki sygnałów otrzymywanych z pierwszego czujnika przesunięcia i drugiego czujnika przesunięcia z pierwszą prędkością próbkowania do cyfrowego procesora sygnałowego, po czym zmienia się prędkość próbkowania z pierwszej prędkości próbkowania do pośredniej prędkości próbkowania za pomocą pierwszej decymacji tych próbek, znamienny tym, że dokonuje się demodulacji (403) próbek o pośredniej prędkości próbkowania i zmienia się prędkość próbkowania demodulowanych próbek do wymaganej prędkości próbkowania poprzez przeprowadzenie drugiej decymacji (404) próbek sygnałów, a następnie z tych próbek decymowanych sygnałów wyznacza się częstotliwość (405) drgań rury przepływowej (103A, 103B) przy pierwszym czujniku przesunięcia (105) i przy drugim czujniku przesunięcia (105'), zaś na podstawie tych częstotliwości wyznacza się właściwości materiału przepływającego przez rurę przepływową (103A, 103B).
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako częstotliwości sygnałów wyznacza się znormalizowane częstotliwości sygnałów.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że demodulowania próbek dokonuje się obliczając (701) znormalizowaną pulsację znormalizowanej częstotliwości sygnałów i obliczając (703) iloczyn skalarny pulsacji znormalizowanej i sygnałów pierwszego czujnika przesunięcia (105) i drugiego czujnika przesunięcia (105'), z przeniesieniem sygnałów na częstotliwość środkową.
4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że znormalizowaną częstotliwość sygnałów wyznacza się poprzez przeprowadzenie demultipleksowania (601) sygnałów na składowe współfazowe i składowe kwadraturowe, a następnie całkuje się (602) składowe współfazowe i składowe kwadraturo12

PL 197 438 B1 we i kolejno dokonuje się multipleksowania (604) składowych współfazowych i składowych kwadraturowych wytwarzając sygnały całkowane cyfrowo, po czym wyznacza się (605) stosunek amplitudy sygnałów do amplitudy sygnałów całkowanych cyfrowo otrzymując znormalizowane częstotliwości sygnałów.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że po dokonaniu całkowania (602) i przed dokonaniem multipleksowania (604) całkowane składowe kwadraturowe przesyła się (603) do kompensatora.
6. Sposób według zas^z. 4, znam ienny tym i że po dokonaniu caakowania (602) i preed dokonaniem multipleksowania (604) przesyła się (603) całkowane składowe współfazowych do kompensatora.
7. Sposób weeług ο^ιζ. (, znamienny tym i że cczsto-llwośś drggńiury prgzeru^wowe- ((00A, 103B) wyznacza się poprzez odczytanie (900) znormalizowanej częstotliwości sygnałów, a następnie dokonanie modulacji (902) znormalizowanej częstotliwości sygnałów i przeprowadzenie zespolonej demodulacji (903) sygnałów z wykorzystaniem zmodulowanej częstotliwości znormalizowanej.
8. Sposób według zassic 7, znamienny tym, że wyznaczając często-llwości drgań rury przepływowej (103A, 103B) dokonuje się decymacji (904) zdemodulowanych sygnałów i dokonuje się (905) zespolonej korelacji sygnałów z obu czujników przesunięcia (105, 105') wyznaczając różnicę fazową między sygnałami.
9. Sposób według zas^z. 1, znamienny tym. że wyznaczając często-llwości drgań rury przepływowej (103A, 103B) mierzy się (910) różnicę fazy między sygnałami z pierwszego czujnika przesunięcia (105), a sygnałami z drugiego czujnika przesunięcia (105').
10. Sposób według 1, znamienny tym, że jako wł^^^^ii^c^^tó materiału pr^^^f^pł^i^^j^c^^ę^o przez rurę przepływową (103A, 103B) wyznacza się jego natężenie przepływu masowego materiału.
11. Sposób według zas^z. 1, znamienny tym, że jako właściwość matenału przepPywającego przez rurę przepływową (103A, 103B) wyznacza się jego gęstość.