RU2235295C2 - Расходомер кориолиса с прямолинейной трубкой - Google Patents

Abstract

Предложены способ и устройство для компенсации выходных данных Кориолисова расходомера с одной расходомерной трубкой: расхода и плотности потока материала, при наличии перепада температур между трубкой и балансиром и корпусом расходомера. Компенсация температурного механического напряжения расходомерной трубки обеспечивается путем использования резистивных датчиков температуры (ДТС) - одного ДТС на трубке и соединенных последовательно дополнительных ДТС на балансире и корпусе, обеспечивающих передачу в измерительный электронный блок сигнала о температурных условиях (средней температуре) внутри расходомера. Плотность материала в расходомере с одной трубкой, откалиброванном на двух материалах с различной плотностью (воде и воздухе), измеряют путем использования линейного уравнения плотности, имеющего нелинейные составляющие. Изобретения обеспечивают повышение точности измерений. 2 н. и 75 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для компенсации массового расхода и плотности, а также к определению плотности в Кориолисовом расходомере с прямолинейной трубкой.

Предшествующий уровень техники

Все Кориолисовые расходомеры требуют компенсации для коррекции сигналов, формируемых за счет смещения колеблющейся расходомерной трубки, обусловленного силой Кориолиса. Эти сигналы представляют собой разность фаз между отстоящими друг от друга тензодатчиками расходомерной трубки и являются показателями потока материала через расходомер. Как измерительные приборы с криволинейной трубкой, так и измерительные приборы с прямолинейной трубкой нуждаются в компенсации изменения модуля упругости расходомерной трубки с изменением температуры. Когда температура расходомерной трубки растет, модуль упругости уменьшается, и измерительное устройство становится более чувствительным. Компенсация изменения модуля упругости легко осуществляется путем использования датчика температуры на расходомерной трубке и подходящего алгоритма компенсации в измерительном электронном блоке.

В расходомерах с прямолинейной трубкой имеется дополнительная проблема, заключающаяся в том, что расходомерная трубка может испытывать растяжение или сжатие из-за неодинаковых величин теплового расширения или сжатия различных составных частей расходомера. Растяжение в расходомерной трубке делает ее менее чувствительной к силе Кориолиса, тогда как сжатие делает ее более чувствительной. Компенсацию температурного механического напряжения пытались осуществить, используя два датчика температуры: один - на расходомерной трубке, а другой - на корпусе или балансире. Проблема, возникающая в связи с использованием двух датчиков температуры, заключается в том, что существуют по меньшей мере три основные составляющие, которые могут оказывать влияние на температурное механическое напряжение расходомерной трубки. Если второй датчик находится на корпусе, то не учитывается влияние температуры балансира. Точно так же, если второй датчик находится на балансире, то не учитывается влияние температуры корпуса.

Использование трех независимых датчиков температуры было бы усовершенствованием по сравнению с двумя датчиками температуры, однако для трех независимых датчиков температуры потребовались бы три пары проводов от датчика к измерительному электронному блоку. Дополнительные провода достаточно дорогостоящи, если измерительный электронный блок находится далеко от датчика. Кроме того, потребовались бы алгоритмы для компенсации соответствующих весовых коэффициентов для различных температур, поскольку температура корпуса не влияет на чувствительность к потоку так, как температура балансира.

В патенте США №4768384 Флекена (Flecken) предложен Кориолисов расходомер с прямолинейной трубкой, который обеспечивает компенсацию температурного механического напряжения посредством использования датчиков, которые измеряют температуру расходомерной трубки и температуру корпуса. Схема коррекции принимает сигналы тензодатчиков и формирует скорректированный выходной сигнал, который исключает влияние механического напряжения и температуры на результат измерения. Указанный расходомер обеспечивает компенсацию изменения модуля упругости расходомерной трубки. Причина заключается в том, что для компенсации требуются определение температуры расходомерной трубки и коррекция, основанная на известных зависимостях между температурой, модулем упругости и чувствительностью измерительного прибора.

Расходомер также может определять перепад температур между расходомерной трубкой и корпусом, а также осуществлять коррекцию механического напряжения. Однако в указанном расходомере приняты допущения относительно температуры балансира. Предполагается, что температура протекающего материала и температура окружающей среды постоянны в течение длительного периода времени. В таком состоянии балансир и расходомерная трубка имеют ту же температуру, что и температура протекающего материала. В переходном режиме протекающий материал подвержен внезапному изменению температуры, например, при первом запуске потока. В этом состоянии балансир и корпус сначала имеют температуру окружающей среды. Расходомерная трубка имеет такую же температуру, как протекающий материал. В общем случае расходомеры могут находиться как в переходном, так и в установившемся температурных режимах. Температура балансира сначала соответствует температуре окружающей среды и медленно изменяется до температуры протекающего материала.

Алгоритм компенсации должен включать допущение, касающееся температуры балансира, поскольку два датчика температуры находятся на расходомерной трубке и на корпусе. Поэтому невозможно различить установившееся и переходное состояния температуры балансира. В этом заключается проблема, поскольку результатом этих двух состояний является разное механическое напряжение и разная чувствительность расходомера. В переходном состоянии, когда балансир вначале имеет температуру корпуса, со стороны корпуса и балансира усилие прикладывается к расходомерной трубке. В установившемся состоянии, когда температура балансира почти равна температуре расходомерной трубки, балансир помогает расходомерной трубке сопротивляться усилию, прикладываемому корпусом. Следовательно, расходомерная трубка в переходном режиме испытывает большее механическое напряжение, чем в установившемся температурном режиме. При компенсации делают допущение, что температура балансира находится между температурами расходомерной трубки и корпуса, так что эта компенсация имеет неточности в любой из двух крайних точек переходного или установившегося состояния.

В патенте США №5476013 раскрыта попытка обеспечить компенсацию температурного механического напряжения для Кориолисова расходомера. В этом решении обеспечивается некоторая компенсация температурного механического напряжения путем использования деталей, которые имеют одинаковый коэффициент расширения. Это исключает температурные механические напряжения, когда все элементы имеют одинаковую температуру, но не влияет на ситуацию, в которой разные составные части имеют разную температуру.

В патенте США №5381697 предложен Кориолисов расходомер, в котором компенсация температурного механического напряжения обеспечивается в первом варианте осуществления с помощью двух датчиков температуры, предназначенных для измерения температуры расходомерной трубки. Во втором варианте осуществления используется датчик температуры на расходомерной трубке одновременно с датчиком изменения длины на расходомерной трубке. Теоретически это могло бы обеспечить точную компенсацию температурного механического напряжения. Однако возникает проблема, заключающаяся в том, что средства измерения изменения длины в расходомерной трубке не настолько просты и надежны, как датчики температуры.

Помимо ухудшения измерения расхода в измерительных приборах с прямолинейной трубкой ухудшается и измерение плотности вследствие температурного механического напряжения. Известно, что Кориолисов расходомер обеспечивает точное измерение плотности протекающего материала. Плотность определяется исходя из резонансной частоты, с которой колеблется расходомерная трубка. В измерительных приборах с криволинейной трубкой резонансную частоту нужно корректировать, учитывая изменение модуля упругости трубки с изменением температуры. Кроме того, приходится проводить коррекцию, учитывая небольшое изменение резонансной частоты с изменением удельного массового расхода, как показано в патенте США №5295084. Помимо этого расходомеры с прямолинейной трубкой требуют компенсации температурного механического напряжения расходомерной трубки. Резонансная частота расходомерной трубки растет при растяжении трубки и падает при ее сжатии, как в гитарной струне. Если не компенсировать эти изменения частоты, то расходомерная трубка при растяжении будет давать ошибочное низкое показание плотности, а при сжатии будет давать ошибочное высокое показание плотности. Таким образом, недостатки известных измерительных приборов при определении температурного механического напряжения приводят к неточностям при измерении плотности.

При измерении плотности посредством измерительных приборов с одной прямолинейной трубкой возникает еще одна проблема, которая не возникает в измерительных приборах с двумя трубками. Когда плотность материала изменяется в измерительном приборе с двумя трубками, масса текучей среды в каждой расходомерной трубке изменяется на одну и ту же величину, так что колеблющиеся массы остаются в равновесии при условии, что на расходомерные трубки не влияет никакая масса, кроме массы расходомерных трубок, заполненных материалом. Когда плотность материала изменяется в измерительном приборе с одной прямолинейной трубкой, изменяется и масса расходомерной трубки, а масса балансира остается неизменной. В результате разбалансировки массы изменяется местонахождение узлов колебаний. Узлы колебаний являются стационарными областями (распорками) между расходомерной трубкой и балансиром и они не колеблются ни с одним из этих двух конструктивных элементов. Узлы колебаний перемещаются в направлении к балансиру, когда плотность материала уменьшается, и в направлении к расходомерной трубке, когда плотность материала увеличивается. С увеличением плотности материала элементы расходомера, находящиеся рядом с узловыми областями и вместе с расходомерной трубкой участвовавшие в колебаниях, прекращают колебаться. Перемещение узловой области в направлении к расходомерной трубке обеспечивает перенос массы от тяжелого элемента к легкому элементу. Это эффективный способ поддержания баланса измерительного прибора, но создает проблему при измерении плотности.

В измерительных приборах с двумя трубками калибровку плотности осуществляют путем измерения периода колебаний (т.е. величины, обратной частоте) трубки при наличии в ней воздуха и воды. Период колебаний трубки, возведенный в квадрат, пропорционален плотности материала. Таким образом, график зависимости периода колебаний, возведенного в квадрат, от плотности дает прямую линию. Эту линию можно затем использовать для интерполяции или экстраполяции других измеренных периодов колебаний трубки (откорректированных с учетом температуры и механического напряжения), чтобы определить плотность материала. Построение прямой линии и интерполяция математически реализуются в измерительном электронном блоке.

Для измерительных приборов с одной трубкой график зависимости периода колебаний трубки, возведенного в квадрат, от плотности материала не является прямой линией из-за переноса массы со сдвигом узловых областей. Когда плотность материала увеличивается, сдвиг узлов обеспечивает перенос некоторой части увеличившейся массы к балансиру, так что период колебаний трубки не увеличивается настолько, насколько это могло бы произойти в измерительном приборе с двумя трубками. Аналогично, когда плотность материала уменьшается, сдвиг узлов обеспечивает перенос некоторой части массы от балансира к расходомерной трубке, так что период колебаний трубки не уменьшается настолько, насколько это могло бы произойти в измерительном приборе с двумя трубками. Результатом переноса массы является то, что способ использования прямой линии приводит к погрешностям в выходном сигнале плотности, выдаваемом измерительным прибором. Калибровка плотности по трем точкам с использованием материалов, имеющих плотности от 0,8 до 1,2 г/см³, дает точную кривую, на основании которой можно интерполировать плотности, но проблема заключается в дороговизне и трудности использования трех материалов с разными плотностями.

В патенте США №5827979 предложены устройство и способ определения составляющей сигнала Кориолисова расходомера, связанной с истинным массовым расходом, отдельно от погрешностей, вызываемых изменением граничных условий и параметров текучей среды. Поэтому устройство для измерения удельного массового расхода текучей среды содержит: 1) возбудитель усилия для колебаний расходомерной трубки, 2) датчик измерения результирующего перемещения расходомерной трубки и получения измеряемого результирующего перемещения расходомерной трубки и сигнала измеряемого перемещения, являющегося показателем этого перемещения, при этом результирующее перемещение содержит Кориолисову составляющую и составляющую граничных условий, 3) схему обработки сигналов, подключенную к датчику, для приема сигнала измеряемого перемещения для определения величины Кориолисовой составляющей для результирующего перемещения, 4) выходную схему для получения выходного сигнала, пропорционального удельному массовому расходу, причем выходной сигнал не подвержен влиянию составляющей режима граничных условий сигнала измеряемого перемещения, 5) и дополнительно содержит термические датчики для определения температуры потока в трубке и драйвере.

В ЕР 0759541 А1 предложен массовый расходомер, который определяет силу Кориолиса, действующую на расходомерную трубку, попеременно возбуждаемую с постоянной частотой в месте около ее точек опоры, как разность времен Δ Т между парными сигналами смещения, определяемыми в симметрично противоположных положениях, и определяет удельный массовый расход, пропорциональный разности времен Δ Т. Синусоидальные сигналы, имеющие разные фазы при постоянной амплитуде, которые формируются парными определяющими катушками, используются для формирования соответствующих входных сигналов, которые являются импульсами, имеющими заданные значения длительности импульса, равные времени опережения (Т+Δ Т) и времени запаздывания (Т-Δ Т), и имеющие заданные значения амплитуды волны (Т+Δ Т) и (Т-Δ Т), соответственно, и определяются как входные импульсы. Осуществляется одновременная выборка N импульсов (Т+Δ Т) и N импульсов (Т-Δ Т) в соответствующие интеграторы, имеющие одинаковую постоянную времени, заряд которых после зарядки разряжается. Измеряют разность времен пересечения нулевой точки и определяют сигнал разности времен, увеличенный в 2N раз. Таким образом получают точно измеренный удельный массовый расход, не используя специальные импульсы синхронизации. Кроме того, малую погрешность измерения времени, возникающую из-за дрейфов схем зарядки-разрядки, которые заряжаются каждым N элементом соответствующими импульсами (Т+Δ Т) и (Т-Δ Т), можно компенсировать путем переключения схем зарядки-разрядки в каждом цикле зарядки разрядки, чтобы обеспечить ввод N импульсов (Т+Δ Т) и N импульсов (Т-Δ Т) в разные схемы в течение каждого цикла. Благодаря этому можно проводить точные измерения разности времен в течение длительного времени эксплуатации. Расходомер содержит первый датчик для измерения температуры потока в трубке и второй датчик для измерения температуры вне трубки.

Следовательно, можно заметить, что методика компенсации для расходомера с прямолинейной трубкой не обеспечивает точную информацию о течении и плотности, если она не основана на точной информации о температуре, касающейся всех основных составных частей расходомера. Также невозможно обеспечить точную информацию о плотности, если в этой информации не учтена нелинейность зависимости плотности от возведенного в квадрат периода колебаний трубки.

Краткое изложение сущности изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства для измерения расхода, которые обеспечивают компенсацию температурного механического напряжения для Кориолисова расходомера с прямолинейной трубкой. Поставленная задача согласно изобретению решается путем создания устройства для измерения расхода, содержащего один датчик температуры на расходомерной трубке и множество датчиков температуры на других частях измерительного прибора. Датчик температуры на расходомерной трубке выполняет две функции. Одна функция заключается в обеспечении показаний температуры, используемых для компенсации изменения жесткости (модуля упругости) расходомерной трубки с изменением температуры. Другая функция заключается в обеспечении показания опорной температуры для вычисления температурного механического напряжения для компенсации его влияния на чувствительность к потоку и плотность.

Компенсация температурного механического напряжения согласно изобретению осуществляется датчиками (тензодатчиками) скорости, прикрепленными к расходомерной трубке расходомера. Расходомерная трубка совершает колебания на резонансной частоте при течении материала. Это индуцирует Кориолисовы отклонения в расходомерной трубке, которые обнаруживаются тензодатчиками. Разность фаз между сигнальными выходами двух тензодатчиков пропорциональна удельному массовому расходу материала. Резонансная частота обратно пропорциональна корню квадратному из плотности материала. Задержка по фазе и резонансная частота датчика подаются в измерительный электронный блок, который обрабатывает принимаемые сигналы для формирования информации об удельном массовом расходе и плотности. Необходимо, чтобы измерительный электронный блок компенсировал константы пропорциональности расходомера для расхода и плотности, чтобы обеспечить коррекцию температурного состояния, плотности материала и расхода в расходомере.

Способ и устройство согласно изобретению устраняют проблемы, вызываемые перепадами температур между различными частями Кориолисова расходомера. Настоящее изобретение обеспечивает температурную компенсацию изменений модуля упругости колебательной системы расходомера. Оно также обеспечивает компенсацию температурного механического напряжения при перепадах температур между элементами расходомера. Этими элементами являются в первую очередь расходомерная трубка, балансир и корпус.

Способ и устройство согласно настоящему изобретению обеспечивают компенсацию температурного механического напряжения в соответствии с выходными данными за счет того, что на различных частях расходомера предусмотрено множество датчиков для обнаружения перепадов температур как в установившемся состоянии, так и в переходном между расходомерной трубкой, балансиром и корпусом расходомера. В изобретении предусмотрены по меньшей мере один датчик температуры на расходомерной трубке, а также по меньшей мере один датчик температуры на корпусе и множество датчиков на балансире. В еще одном варианте осуществления могут быть предусмотрены другие датчики на других частях расходомера, включая расположенные на соединительном звене корпуса и/или на концевом элементе корпуса расходомера.

В соответствии с изобретением датчик температуры на расходомерной трубке соединен парой проводов с электронным элементом расходомера для обеспечения информации о температуре расходомерной трубки. Другие датчики, включая те, которые находятся на балансире и на корпусе, соединены в цепь. Датчики температуры на расходомерной трубке, а также те, которые соединены в цепь, могут быть дисковыми термометрами сопротивления (ДТС), которые являются резисторами, сопротивление которых увеличивается с увеличением температуры. Напряжение от измерительного электронного блока прикладывается по одному из двух проводов, соединенных с ДТС расходомерной трубки. Другой провод служит для заземления. Цепь ДТС запитывается напряжением от электронного блока расходомера по одному из проводов, другой провод является заземляющим проводом цепи ДТС. Провод заземления датчика температуры расходомерной трубки и провод заземления цепи датчиков можно объединить в расходомере, так что для передачи информации о температуре в измерительный электронный блок необходимы только три провода. Сопротивление датчика расходомерной трубки и сопротивление цепи датчиков определяются в блоке электронных схем на основании тока в каждой цепи по закону Ома.

В одном варианте осуществления один датчик установлен на расходомерной трубке, имеется датчик на стенке корпуса, другой датчик установлен на конце балансира, а еще один датчик - в середине балансира. Эти три датчика (за исключением датчика на расходомерной трубке) соединены последовательно, образуя цепь, имеющую двухпроводной выход, который соединен с измерительным электронным блоком. Три датчика, составляющие цепь, выдают в электронный элемент расходомера информацию о температурных условиях внутри расходомера, которые могут вызывать механические напряжения в расходомерной трубке. Поскольку датчики соединены последовательно, они выдают сумму температур датчиков в цепи. Последовательная цепь датчиков не выдает в электронный элемент расходомера информацию, указывающую конкретные температуры элементов, с которыми соединены или к которым подключены эти датчики. Вместо этого цепь датчиков представляет полную информацию о температуре, используемую измерительным электронным блоком для компенсации выходной информации о потоке и плотности. Поскольку три датчика соединены последовательно, выходной сигнал цепи не отображает индивидуальную температуру балансира, корпуса или какого-либо конкретного элемента расходомера.

Назначение цепи датчиков температуры заключается в том, чтобы выводить один сигнал температуры, который можно использовать совместно с сигналом температуры расходомерной трубки для точного предсказания изменения чувствительности измерительного прибора к потоку. Место нахождения и количество датчиков температуры в цепи являются важными параметрами. Элементы измерительного прибора, которые оказывают большое влияние на температурное механическое напряжение в расходомерной трубке, такие как балансир, могут иметь несколько датчиков. Фланцы не оказывают влияния на температурное механическое напряжение и на них не установлены датчики температуры. Температура корпуса оказывает некоторое промежуточное влияние на механическое напряжение расходомерной трубки, поэтому корпус имеет некоторое промежуточное количество датчиков.

Влияние элемента расходомера на механическое напряжение расходомерной трубки пропорционально величине усилия, которое этот элемент может прикладывать к расходомерной трубке. Усилие балансира прикладывается непосредственно к активной части расходомерной трубки посредством жестких распорок. Усилие корпуса прикладывается к неактивным частям расходомерной трубки и распределяется между и активной частью расходомерной трубки, и балансиром, и вызывает противодействие с их стороны. Таким образом, усилие, прикладываемое корпусом, оказывает меньшее влияние, чем усилие, прикладываемое балансиром. Чтобы цепь датчиков могла выдавать сигнал, представляющий температурное механическое напряжение, необходимо "взвесить" тот факт, что балансир значительно важнее корпуса. Например, если температура балансира оказывает вдвое большее влияние, чем температура корпуса, можно поместить два датчика на балансире и один на корпусе. Последовательное соединение этих датчиков (ДТС) проводами дает возможность получить суммарную температуру (сопротивление). Деление этой суммы на три дает взвешенную среднюю температуру, согласно которой температура балансира вдвое важнее температуры корпуса. В измерительном электронном блоке взвешенная средняя температура цепи затем вычитается из температуры трубки для компенсации механического напряжения трубки.

В вышеизложенном примере неважно, имеют ли корпус и балансир одинаковые или разные температуры, поскольку эти температуры взвешены в соответствии с их влиянием на механическое напряжение расходомерной трубки. Например, чувствительность к потоку (механическое напряжение) является одинаковой (одинаковым) независимо от того, составляет ли температура трубки, балансира и корпуса по 70° , или температура трубки составляет 70° , температура балансира - 75° , а температура корпуса - 60° . Причина заключается в том, что взвешенное среднее значение составляет (75+75+60)/3=70. Физическая сущность заключается в том, что сжатие корпуса, имеющего температуру 60° , как раз учитывается расширением балансира, имеющего температуру 75° , так что расходомерная трубка не подвергается воздействию осевой нагрузки.

Другое преимущество при использовании нескольких последовательно включенных ДТС заключается в том, что для точной компенсации нужно использовать среднюю температуру составной части, чтобы определить суммарное расширение и приложенное усилие. ДТС у конца балансира должен быстро регистрировать измерение температуры после изменения температуры текучей среды, а температура центра балансира должна запаздывать относительно температуры конца на несколько часов. Наличие двух последовательно соединенных ДТС на балансире, одного в центре и другого у конца, дает значительно более точное представление о средней температуре, а значит и о расширении балансира. Четыре ДТС на балансире и два на корпусе могли бы дать еще более точное представление при поддержании весов (соответствующих температур) в соотношении два к одному. Если интересует другое соотношение относительной важности температуры балансира к температуре корпуса, можно разместить соответствующее количество ДТС на каждом из этих элементов.

Еще одно преимущество цепи датчиков температуры заключается в том, что вся цепь плюс датчик расходомерной трубки требуют лишь трех проводов (при использовании общего провода заземления), проходящих через перфорированный элемент корпуса к передатчику. Это важно из-за стоимости проводов. В настоящем изобретении предусмотрены надлежащее взвешивание и усреднение в цепи ДТС, а не передача всех температур в электронный блок для обработки.

Температура расходомерной трубки и полная температура последовательно соединенных датчиков вместе с временной задержкой между тензодатчиками и резонансной частотой подставляются в улучшенные уравнения течения и плотности материала. С помощью этих уравнений вычисляют расход и плотность с повышенной точностью по сравнению с известными измерительными приборами.

Один аспект настоящего изобретения представляет собой способ и устройство для компенсации выходных данных Кориолисова расходомера, содержащего расходомерную трубку и балансир, которые выполнены с возможностью колебаний в противофазе при эксплуатации, причем упомянутый расходомер формирует Кориолисовы отклонения колеблющейся расходомерной трубки в ответ на поток материала через колеблющуюся расходомерную трубку,

при этом способ заключается в том, что

формируют первый сигнал, представляющий Кориолисовы отклонения колеблющейся расходомерной трубки,

используют датчик, подключенный к расходомерной трубке, для формирования второго сигнала, представляющего температуру расходомерной трубки,

используют дополнительные датчики, подключенные к множеству дополнительных элементов расходомера, за исключением упомянутой расходомерной трубки, для формирования третьего сигнала, представляющего полную температуру множества дополнительных элементов расходомера,

причем третий сигнал формируют путем соединения выходов дополнительных датчиков для образования цепи, имеющей выход, которая обеспечивает подачу третьего сигнала в измерительный электронный блок расходомера,

используют второй сигнал и третий сигнал для формирования информации, касающейся температурного механического напряжения, прикладываемого к расходомерной трубке множеством элементов расходомера,

используют информацию температурного механического напряжения, прикладываемого к расходомерной трубке, для компенсации выходных данных, относящихся к материалу, протекающему через расходомер.

Предпочтительно на этапе формирования второго сигнала получают сигнал, представляющий температуру расходомерной трубки, из датчика, подключенного к расходомерной трубке,

а при формировании третьего сигнала подсоединяют выход дополнительных датчиков для образования цепи,

при этом выходы дополнительных датчиков соединяют для влияния на величину третьего сигнала пропорционально механическому напряжению, вносимому каждым из связанных с ними элементов расходомера в суммарное температурное механическое напряжение, прикладываемое всеми элементами к расходомерной трубке,

получают с выхода цепи третий сигнал, представляющий полную температуру множества элементов, в ответ на прием цепью сигналов, подаваемых дополнительными датчиками.

Предпочтительно множество элементов содержит балансир и корпус, при этом на этапе подключения дополнительных датчиков

подключают первый датчик к корпусу,

подключают по меньшей мере один датчик к балансиру,

соединяют выходы первого датчика и по меньшей мере одного дополнительного датчика для образования цепи.

Целесообразно на этапе подсоединения выхода дополнительных датчиков соединяют выходы дополнительных датчиков последовательно для образования цепи. Предусмотрен этап, на котором полезно продолжать цепь посредством по меньшей мере двух проводов к измерительному электронному блоку.

Предпочтительно на этапе компенсации формировать откорректированные выходные данные, относящиеся к удельному массовому расходу материала.

Целесообразно на этапе формирования откорректированных выходных данных

определяют сигнал некомпенсированного Кориолисова отклонения,

вычисляют компенсацию модуля,

вычисляют компенсацию температурного механического напряжения и

используют сигнал некомпенсированного Кориолисова отклонения, компенсацию модуля и компенсацию температурного механического напряжения для вычисления откорректированного удельного массового расхода.

Предпочтительно также на этапе формирования некомпенсированного расхода определяют выражение

,

где ККТ - коэффициент калибровки течения, Δ t_изм - временная задержка сигналов тензодатчиков, Δ t₀ - временная задержка при нулевом течении материала.

Целесообразно для вывода компенсации модуля определяют выражение

(k_pт1· T_p),

где k_pт1 - константа измерений, основанная на изменении модуля расходомерной трубки с изменением температуры, Т_р - температура расходомерной трубки.

Предпочтительно для вывода компенсации температурного механического напряжения определяют выражение

(k_pт2(Т_р-Т_полн)),

где k_pт2 - константа измерений, основанная на изменении температурного механического напряжения с изменением температуры, Т_р - температура расходомерной трубки, Т_полн - температура датчиков цепи.

Целесообразно этап вывода компенсации плотности содержит этап, на котором определяют выражение

k_pт3· (τ _кпт-k₂),

где k_pт3 - константа измерений, учитывающая влияние плотности на течение, τ _кпт - компенсированный по температуре период колебаний трубки, k₂ - константа периода колебаний трубки, определенная во время калибровки плотности расходомера.

Предпочтительно включить этап формирования откорректированных выходных данных, на котором выводят откорректированный удельный массовый расход из уравнения

,

где m - удельный массовый расход, ККТ - коэффициент калибровки потока, Δ t_изм - временная задержка сигналов тензодатчиков, Δ t₀ - временная задержка при нулевом потоке материала, k_pт1 - константа измерений, основанная на изменении модуля расходомерной трубки с изменением температуры, k_pт2 - константа измерений, основанная на изменении температурного механического напряжения с изменением температуры, k_pт3 - константа измерений, учитывающая влияние плотности на поток, k₂ - константа периода колебаний трубки, определенная во время калибровки плотности расходомера, Т_р - температура расходомерной трубки, Т_полн - температура датчиков цепи, τ _кпт - компенсированный по температуре период колебаний трубки.

Полезно включить этап формирования откорректированных выходных данных, на котором выводят откорректированный удельный массовый расход из уравнения

,

где m - удельный массовый расход, m_некомп=ККТ(Δ t_изм-Δ t₀), МОД_комп=(k_pт1· T_p), МЕХ.НАПРЯЖЕНИЕ_комп=k_pт2· (Δ t_изм-Δ t₀), ПЛОТНОСТЬ_комп=k_рт3· (τ _кпт-k₂).

На этапе компенсации выводят откорректированные выходные данные, касающиеся плотности материала.

Полезно на этапе вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности

конфигурируют расходомер для ввода констант из памяти,

калибруют расходомер для вывода констант,

определяют некомпенсированный расход,

определяют компенсированный период колебаний трубки, откорректированный с учетом течения,

определяют период колебаний трубки, откорректированный с учетом течения, модуля и механического напряжения,

определяют линейное уравнение плотности,

определяют разностный период колебаний трубки, равный разности между компенсированным периодом колебаний трубки и константой k₂ расходомера, определенной во время калибровки плотности расходомера,

умножают линейное уравнение плотности на сумму, равную единице плюс произведение константы измерений, с₃ раз, на квадрат разностного периода колебаний трубки плюс произведение константы расходомера, c₄ раз, на разностный период колебаний трубки.

Целесообразно на этапе вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала

конфигурируют расходомер для ввода констант a₁, а₂, c₃, c₄ и F_п из памяти измерительного электронного блока.

Предпочтительно на этапе вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала

калибруют расходомер для определения констант с₁, с₂, t₀, k₂ и Δ t₀.

Полезно на этапе вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала,

определяют m_некомп=KKT(Δ t_изм-Δ t₀),

где ККТ - коэффициент калибровки течения, Δ t_изм - временная задержка сигналов тензодатчиков, Δ t₀ - временная задержка при нулевом течении материала.

Целесообразно на этапе вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала,

вычисляют τ _кпвмр=τ _ни-m²· F_п,

где τ _кпвмр - компенсированный по влиянию массового расхода период колебаний трубки, τ _ни - непосредственно измеренный период колебаний расходомерной трубки, m - удельный массовый расход, F_п - константа влияния плотности на течение.

Полезно на этапе вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала

вычисляют выражение

,

где τ _кпммнт - компенсированный по модулю, механическому напряжению и течению период колебаний расходомерной трубки, τ _кпвмр - компенсированный по влиянию массового расхода период колебаний трубки, a₁ и a₂ - константы температурной коррекции периода колебаний трубки с учетом модуля и механического напряжения, τ _ни - непосредственно измеренный период колебаний расходомерной трубки, τ _кпвмр=τ _ни-m²· F_п, m - удельный массовый расход F_п - константа влияния плотности на течение.

Полезно на этапе вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала, вычисляют отклонение плотности материала от значения, определяемого линейным уравнением плотности

,

где c₁ и c₂ - константы, а τ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{кпммнт}}$ - компенсированный период колебаний трубки, возведенный в квадрат.

Целесообразно на этапе вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала

модифицируют выражение

для объединения с нелинейными составляющими

,

где τ _ни - непосредственно измеренный период колебаний расходомерной трубки, τ _кпммнт - компенсированный по модулю, механическому напряжению и течению период колебаний расходомерной трубки, ρ _мат - определяемая плотность материала, k₂ - константа периода колебаний трубки, определенная во время калибровки плотности материала, c₁, c₂, c₃ и с₄ - константы коррекции плотности материала для случая, когда имеется одна трубка.

Полезно на этапе вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала

вычисляют плотность материала из выражения

,

где ρ _мат - определяемая плотность материала, k₂ - константа периода колебаний трубки, определенная во время калибровки плотности материала, c₃ и c₄ - константы коррекции плотности материала для случая одной трубки.

Значение τ _кпммнт определяют из выражения

,

где a₁· T_p - влияние модуля на плотность,

- влияние температурного механического напряжения на плотность, a₁ и a₂ - константы расходомера, связанные с влиянием модуля и температурного механического напряжения на плотность.

Целесообразно на этапе вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала плотность материала определяют из уравнения

,

где Плотность_линейн - плотность, определенная с помощью линейного уравнения плотности.

Член (Δ Период_комп) представляет собой разность между периодом колебаний трубки, который компенсирован (по температуре, механическому напряжению и потоку), и константой k₂ периода колебаний трубки, определенной во время калибровки плотности для расходомера.

Согласно другому аспекту изобретения предложены также способ и устройство для эксплуатации Кориолисова расходомера (РК) для определения плотности материала, протекающего в РК, заключающийся в том, что

конфигурируют РК для определения параметров a₁, a₂, с₃ и с₄ измерений,

калибруют РК по плотности протекающего материала с использованием метода линейной калибровки по двум точкам,

определяют коэффициенты c₁ и с₂ калибровки,

получают кривую нелинейной калибровки для РК путем объединения

с кривой линейной калибровки, чтобы пренебречь отклонением калибровки РК от линейной,

измеряют фактический период колебаний трубки,

определяют компенсированный период колебаний трубки с использованием a₁, а₂, Т_р и Т_полн, и

определяют плотность материала с использованием кривой нелинейной калибровки.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 изображает поперечное сечение расходомера согласно изобретению;

фиг.2 - схему первого варианта осуществления изобретения;

фиг.3 - схему второго варианта осуществления изобретения;

фиг.4 - диаграмму зависимости квадрата периода колебаний трубки от плотности согласно изобретению;

фиг.5 - диаграмму зависимости погрешности плотности от самой плотности согласно изобретению;

фиг.6 - диаграмму зависимости погрешности плотности от изменения периода колебаний трубки согласно изобретению;

фиг.7 - блок-схему последовательности операций способа согласно изобретению, который позволяет определить удельный массовый расход материала;

фиг.8 - блок-схему последовательности операций способа согласно изобретению, который позволяет определить плотность материала.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

На фиг.1 представлен Кориолисов расходомер 100 и измерительный электронный блок 130. Расходомер 100 имеет цилиндрический корпус 103, в котором размещена расходомерная трубка 101 и окружающий ее цилиндрический балансир 102. Расходомерная трубка 101 имеет левую концевую часть 101Л и правую концевую часть 101П. Расходомерная трубка 101 и ее концевые части проходят вдоль всей длины расходомера от входного конца 107 до выходного конца 108 расходомерной трубки 101. Балансир 102 соединен на концах 105 с расходомерной трубкой 101 круговыми распорками 114. Круговые распорки 114 имеют центральное отверстие для размещения расходомерной трубки 101. Концы балансира 102 также соединены посредством соединения на концах 105 с внутренними концами соединительных звеньев 110 корпуса, которые являются тонкими полосками. Внешние концы соединительных звеньев корпуса соединены с внутренней стенкой 112 корпуса 103. Каждое соединительное звено 110 корпуса содержит неплоское колено 111.

Корпус 103 имеет концевую часть 128, начинающуюся на сварном шве 121 и имеющую горловину 124, проходящую от него в осевом направлении к элементу 122 сварного шва, который, в свою очередь, соединен с горловиной 125 фланца 106. Конусный соединительный элемент 123 является круговым и расположен в пределах внутренности круглой горловинной части 124 концевой части 128 корпуса. Конусный соединительный элемент 123 имеет центральное отверстие для размещения с возможностью уплотнения частей 101Л и 101П расходомерной трубки 101. Соединительное звено 110 корпуса и конусный соединительный элемент 123 стабилизируют балансир 102 и, в свою очередь, расходомерную трубку 101 путем предотвращения нежелательных поступательных перемещений этих элементов относительно стенки 103 корпуса.

Фланец 106 имеет аксиально наружную поверхность 138 и внутреннее отверстие, которое включает в себя выступающий элемент 127, который соединяет с возможностью уплотнения концевые части 101Л и 101П расходомерной трубки с фланцем 106. Поверхность 113 является наружной окружностью фланца 106. Элемент 125 является горловиной фланца 106. Элемент 105 является соединением на конце балансира 102, а также соединением внутренней радиальной ножки соединительного звена 110 корпуса и балансира 102.

С расходомерной трубкой 101 и балансиром 102 известным образом соединены возбудитель В, а также левый тензодатчик ЛТзД и правый тензодатчик ПТзД. Возбудитель В по каналу К (не показан) принимает от измерительного электронного блока 130 сигналы, вследствие которых возбудитель В вызывает колебания расходомерной трубки 101 и расходомера 102 в противофазе на резонансной частоте материала, заполняющего расходомерную трубку 101. Колебания расходомерной трубки 101 вместе с находящимся в ней материалом индуцируют Кориолисовы отклонения в расходомерной трубке известным образом. Эти Кориолисовы отклонения обнаруживаются тензодатчиками ЛТзД и ПТзД, причем выходные сигналы тензодатчиков передаются по проводам (не показаны) ЛТзД и ПТзД в измерительный электронный блок 130. Как известно, разность фаз между выходными сигналами тензодатчиков представляет собой информацию, связанную с потоком материала внутри расходомерной трубки 101. Измерительный электронный блок 130 обрабатывает эти сигналы для формирования выходной информации, которая подается на провод 137 и отображает различные параметры потока материала. Эти параметры включают плотность, удельный массовый расход и другую информацию о потоке материала.

Способ и устройство для компенсации температурного напряжения согласно настоящему изобретению регулируются датчиками Д1, Д2, Д3 и Д4. Датчик Д1 соединен с расходомерной трубкой 101 и выдает информацию о температуре расходомерной трубки по проводам 134 и 133 в измерительный электронный блок 130. Датчики Д2, Д3 и Д4 соединены последовательно для образования цепи, имеющей выходные провода 132 и 134. Эта цепь передает в измерительный электронный блок информацию, касающуюся температурных напряжений, воздействию которых подвергается расходомерная трубка 101. Провод 134 является общим проводом заземления, ведущим как к датчику Д1 расходомерной трубки, так и к датчику Д4 корпуса, входящему в цепь. Таким образом, и датчик Д1 расходомерной трубки, и двухпроводная последовательная цепь датчиков Д2, Д3 и Д4 подключены к проводу 134. Это минимизирует количество проводов, которые приходится пропускать через перфорированный подающий элемент 131 к измерительному электронному блоку 130. Иногда можно размещать измерительный электронный блок на удалении от расходомера 100. Это желательно для минимизации количества проводов, которые нужно пропускать через перфорированный подающий элемент 131 от расходомера 100 к удаленному измерительному электронному блоку.

На фиг.2 показана схема датчиков Д1, Д2, Д3 и Д4. Датчик Д1 расходомерной трубки подсоединен между проводом 133 и общим проводом 134. Датчики Д2, Д3 и Д4 подсоединены последовательно между проводом 132 и общим проводом 134. Выводной контакт 201 представляет собой соединение провода 134, датчика Д4 и датчика Д1. Датчики Д1, Д2, Д3 и Д4 преимущественно могут быть дисковыми термометрами сопротивления (ДТС), имеющими номинальное сопротивление 100 Ом при номинальной температуре 0° С. Сопротивление каждого ДТС изменяется при изменениях температуры с коэффициентом 0,39 Ом на каждый 1° С изменения температуры.

Д1 в виде ДТС установлен на расходомерной трубке 101, и его сопротивление изменяется с изменением температуры расходомерной трубки. Эта информация о сопротивлении подается по проводам 133 и 134 через перфорированный подающий элемент 131 в измерительный электронный блок 130, который обрабатывает эту информацию и преобразует ее в температуру расходомерной трубки с использованием информации, занесенной в соответствии с программой в память блока 130. Датчики Д2 и Д3 установлены на балансире 102, при этом датчик Д3 расположен у середины балансира. Датчик Д4 соединен с внутренней стенкой 112 корпуса 103. Механическое напряжение, воздействию которого подвергается расходомерная трубка 101, определяется главным образом по перепаду температур между расходомерной трубкой и балансиром. В меньшей степени на механические напряжения расходомерной трубки влияет температура корпуса. Поскольку при определении механических напряжений расходомерной трубки температура балансира важнее, в настоящем изобретении используются два датчика на балансире и один датчик на расходомерной трубке. Поскольку эти три датчика соединены последовательно и два из трех датчиков находятся на балансире, выходной сигнал по проводам 132 и 133 взвешивается с предпочтением к балансиру 102.

Расходомер может подвергаться воздействию перепада температур между корпусом и расходомерной трубкой на долговременной основе. Расходомер также может подвергаться воздействию температурных условий, в которых происходят внезапные изменения температуры расходомерной трубки при прохождении по расходомерной трубке материала, имеющего другую температуру. Функция датчиков Д1...Д4 во время существования всех этих условий заключается в подаче информации по каналам 132, 133 и 134 в измерительный электронный блок 130, который обрабатывает эту информацию, преобразует ее в информацию о механическом напряжении расходомерной трубки и обрабатывает ее для компенсации и коррекции выходных данных расходомера.

На фиг.3 представлена принципиальная схема температурной цепи, в которой два из датчиков соединены электрически параллельно друг другу и последовательно с другими в этой цепи. Если бы параллельно соединенные датчики являлись ДТС, то их сопротивления были бы почти равны, а их "чистое" сопротивление составляло бы приблизительно половину обычного сопротивления ДТС. Таким образом, параллельные датчики можно было бы использовать в местах, которые оказывают очень малое влияние на механическое напряжение трубки, например, на концах корпуса или соединительных звеньях корпуса. "Среднюю" температуру цепи можно было бы получить путем деления суммарного сопротивления цепи на 2,5.

Компенсация массового расхода осуществляется следующим образом.

Измерительные приборы с двумя криволинейными трубками обладают иммунитетом к воздействиям температурного напряжения и изменению удельного веса текучей среды. Их чувствительность к потоку изменяется только за счет влияния температуры на модуль упругости расходомерных трубок. Основное уравнение массового расхода для Кориолисовых расходомеров с двумя криволинейными трубками имеет вид

где ККТ - коэффициент калибровки течения, Δ t_изм - временная задержка сигналов тензодатчиков, Δ t₀ - временная задержка при нулевом потоке материала, k_pт1 - константа измерений, основанная на изменении модуля расходомерной трубки с изменением температуры, Т_р - температура расходомерной трубки.

Для расходомеров с одной прямолинейной трубкой коэффициент калибровки массового расхода также может смещаться из-за градиентов температуры между корпусом или балансиром и расходомерной трубкой, а также из-за изменения удельного веса текучей среды. Чтобы измерить градиент температуры между элементами Кориолисова расходомера с прямолинейной трубкой, в настоящем изобретении предусмотрено размещение трех ДТС, соединенных последовательно, на расходомере (двух - на балансире и одного - на корпусе), чтобы получить полную температуру системы. Затем полная температура системы используется согласно настоящему изобретению в уравнении массового расхода для компенсации температурного механического напряжения. Согласно изобретению к уравнению (1) прибавляют дополнительный член, содержащий температуру

где k_pт2 - константа, основанная на изменении чувствительности к потоку с изменением температурного механического напряжения, Т_полн=Т_посл/3, где Т_посл - сумма для случая трех последовательно соединенных ДТС.

Способ и устройство согласно настоящему изобретению также предусматривают прибавление еще одного члена к уравнению (2), чтобы вывести откорректированные и компенсированные выходные данные для Кориолисов расходомера с прямолинейной трубкой. Прибавленный член соответствует компенсации влияния плотности текучей среды на чувствительность измерительного прибора к потоку. Необходимость этого термина имеет следующее объяснение.

Расходомеры с одной трубкой имеют тензодатчики, которые измеряют разность скоростей между расходомерной трубкой и балансиром. Места нахождения тензодатчиков на расходомерной трубке подвергаются воздействию силы Кориолиса при наличии течения и временных задержек между скоростями в этих местах, изменяющимися по синусоидальному закону. Балансир не испытывает воздействия собственно силы Кориолиса, поэтому между скоростями в местах нахождения тензодатчиков расходомерной трубки и балансира существует минимальная временная задержка. Поскольку сигнал каждого тензодатчика пропорционален разности между скоростями расходомерной трубки и балансира в местах нахождения тензодатчиков, сигнал каждого тензодатчика становится векторной суммой скорости расходомерной трубки, подвергнутой сдвигу по фазе, и скорости балансира, подвергнутой минимальному сдвигу по фазе. Когда плотность текучей среды изменяется, отношение амплитуд колебаний между расходомерной трубкой и балансиром изменяется с сохранением количества движения. Это приводит к изменению длины векторов скорости расходомерной трубки и балансира и к изменению фазы или временной задержки их векторных сумм (выходных сигналов тензодатчиков). Именно это изменение фазы выходных сигналов с изменением плотности материала описывается членом компенсации плотности:

где

- удельный массовый расход; ККТ - коэффициент калибровки потока; Δ t_изм - временная задержка сигналов тензодатчиков; Δ t₀ - временная задержка при нулевом потоке; k_pт1 - константа, основанная на изменении модуля расходомерной трубки с изменением температуры; k_pт2 - константа, основанная на изменении температурного механического напряжения с изменением температуры; k_pт3 - константа, учитывающая влияние плотности на чувствительность к потоку; k₂ - константа периода колебаний трубки, определенная во время калибровки плотности; Т_р – температура расходомерной трубки; Т_полн - температура датчиков цепи; τ _кпт - компенсированный период колебаний трубки, рассматриваемый в связи с уравнением (5).

Члены, имеющиеся в уравнении (3), можно лучше понять, преобразуя уравнение

где

,

,

,

.

Некомпенсированный удельный массовый расход в уравнении (4) модифицирован за счет трех членов компенсации. Первый отображает компенсацию изменения модуля расходомерной трубки, k_pт1, с изменением температуры трубки. Второй член является членом термического механического напряжения, который пропорционален разности между температурой расходомерной трубки и полной температурой, получаемой с помощью цепи датчиков температуры. Третий член компенсации в уравнении (4) представляет собой компенсацию влияния плотности на чувствительность к течению.

Компенсация влияния плотности на течение происходит следующим образом.

Подобно компенсации термического механического напряжения компенсация влияния плотности на течение улучшена по сравнению с известным уровнем техники за счет определения полной температуры устройством и способом согласно настоящему изобретению. Член компенсации плотности, показанный в виде члена ПЛОТНОСТЬ_комп в уравнении (4) массового расхода, состоит из двух констант, k_рт3 и k₂, и компенсированного по температуре периода τ _кпт колебаний расходомерной трубки. Период колебаний расходомерной трубки используется в настоящем изобретении как косвенная мера плотности материала при компенсации удельного массового расхода. Измеренный период колебаний расходомерной трубки должен быть компенсирован с учетом изменения как модуля упругости расходомерной трубки, так и термического механического напряжения, давая достаточно точное показание влияния компенсации плотности материала. Расход также оказывает небольшое влияние на период колебаний расходомерной трубки. Поэтому при определении плотности материала необходимо учитывать влияние потока (удельный массовый расход). Вместе с тем, в настоящее время период колебаний расходомерной трубки определяют только для компенсации влияния плотности на удельный массовый расход, а влияние расхода на период колебаний трубки мало, и поэтому им пренебрегают. Уравнение компенсированного по температуре периода колебаний трубки имеет вид:

где τ _кпт - компенсированный по температуре период колебаний расходомерной трубки для компенсации массового расхода, τ _ни - измеренный период колебаний расходомерной трубки, a₁ и а₂ - константы температурной коррекции плотности.

Следует отметить, что уравнение (5) содержит под знаком корня член а₁· Т_р, представляющий изменение модуля упругости трубки с изменением температуры, и член а₂· (Т_р-Т_полн), представляющий изменение жесткости из-за температурного механического напряжения. Последний определяется разностью между температурой расходомерной трубки и полной температурой. Это уравнение показывает, что определение периода колебаний расходомерной трубки, компенсированного по температуре, улучшено по сравнению с известными расходомерами за счет использования полной температуры расходомера.

Таким образом, все три члена компенсации в уравнении массового расхода (уравнении 3) повышают точность за счет использования полной температуры расходомера. Члены, описывающие зависимость модуля и механического напряжения от температуры, обеспечивают повышение непосредственно, тогда как член, описывающий влияние плотности (третий член компенсации), повышает точность за счет более точного определения откорректированного периода колебаний расходомерной трубки. Для компенсации массового расхода с учетом влияния плотности (см. третий член компенсации в уравнении (3) массового расхода) требуется только откорректированный период колебаний трубки, а не плотность протекающего материала.

Уравнения (2)-(4) составлены в предположении, что компенсациям температуры, механического напряжения и плотности протекающего материала присущи взаимодействия. Эти взаимодействия представляют собой влияния компенсаций на компенсации, например, компенсации модуля на компенсацию плотности. Число "единица", прибавляемое в уравнении (4) к каждой компенсации, является источником членов, описывающих взаимодействия. Взаимодействия важны лишь тогда, когда один или несколько членов компенсации имеют большое значение по сравнению с некомпенсированным расходом. Например, если бы плотность протекающего материала была исключительно велика (в случае ртути), некомпенсированный расход был бы значительно меньше, чем фактический расход, а член компенсации плотности был бы большим. Если бы к некомпенсированному потоку применялись только компенсации модуля и механического напряжения, то они были бы весьма малыми. С учетом взаимодействий компенсации модуля и механического напряжения также применяются для количественной характеристики потока, определяемой с помощью компенсации плотности.

В общем случае расходомеры с одной прямолинейной трубкой накладывают ограничения на допустимую рабочую температуру и на допустимый диапазон плотности текучих сред. Эти ограничения делают несущественными взаимодействия, представленные в уравнении (4), и можно использовать уравнение (5.1), которое не содержит взаимодействия

В общем случае не обязательно использовать более сложное уравнение (4), потому что экстремальные случаи температуры, механического напряжения и плотности обычно находятся вне допустимых пределов расходомера.

Определение плотности материала осуществляется следующим образом.

Уравнение для определения плотности материала в соответствии с настоящим изобретением отличается от уравнения для измерительного прибора с двумя криволинейными трубками. Уравнение определения плотности для расходомера с двумя криволинейными трубками имеет вид

где

, ρ _воды - плотность воды, ρ _возд - плотность воздуха, τ _воды - период колебаний трубки с водой, τ _возд - период колебаний трубки с воздухом, τ _ни - период колебаний трубки во время эксплуатации,

,

a₁ - константа, основанная на изменении модуля трубки с изменением температуры, Т_р - температура расходомерной трубки.

Уравнение (6) плотности предназначено для двух криволинейных расходомерных трубок. Первый член выводится из уравнения для резонансной частоты колебательной системы масс на пружинах. В уравнении (6) имеются два дополнительных члена. Второй член в скобках - это известный член, представляющий изменение модуля упругости расходомерной трубки с изменением температуры. Последний дополнительный член - это константа с₂, которая необходима потому, что период колебаний расходомерной трубки не стремится к нулю, когда плотность стремится к нулю (т.е. когда расходомерная трубка пуста). Период колебаний не стремится к нулю, потому что расходомерные трубки имеют массу даже тогда, когда они пусты. Константы с₁ и с₂ определяются путем калибровки измерительного прибора по плотности в присутствии воздуха и воды. Константы с₁ и с₂ для вышеупомянутых уравнений вычисляют, используя известные плотности для воздуха и воды, а также измеренные периоды колебаний.

Уравнение (6) показывает, что в случае измерительного прибора с криволинейной расходомерной трубкой имеется член, представляющий "сдвиг" модуля расходомерной трубки с изменением температуры, но отсутствует член, представляющий температурное механическое напряжение. Геометрия криволинейной расходомерной трубки делает температурное механическое напряжение несущественным. Уравнение (6) также показывает, что плотность прямо пропорциональна квадрату измеренного периода колебаний расходомерной трубки, и при этом имеется сдвиг с₂, возникающий из-за того, что пустая расходомерная трубка все же имеет массу.

Определение плотности протекающего материала в расходомере с одной прямолинейной трубкой сложнее, чем определение плотности протекающего материала в расходомере с двумя криволинейными трубками, как описано выше в уравнении (6). Для расходомеров с одной прямолинейной трубкой следует рассмотреть несколько отличий. Во-первых, помимо учета изменения модуля с изменением температуры нужно компенсировать влияние температурного механического напряжения на период колебаний расходомерной трубки. Компенсация температурного механического напряжения необходима потому, что растяжение или сжатие расходомерной трубки может уменьшать или увеличивать период колебаний трубки независимо от плотности. Поскольку плотность пропорциональна возведенному в квадрат периоду колебаний трубки, корень квадратный из уже известных компенсаций изменения механического напряжения и модуля используется для компенсации периода колебаний трубки.

Во-вторых, нужно компенсировать влияние массового расхода на период колебаний расходомерной трубки. Период колеблющейся расходомерной трубки несколько увеличивается при больших расходах. Поскольку нужно проводить компенсацию влияния массового расхода или плотности, показания при больших расходах будут ошибочно большими. Эту компенсацию также можно использовать для повышения точности измерительных приборов с двумя трубками и с криволинейными трубками. Улучшенное согласно настоящему изобретению уравнение для определения компенсированного периода колебаний расходомерной трубки имеет вид:

где τ _кпммнт - компенсированный по модулю, механическому напряжению и течению период колебаний расходомерной трубки, τ _кпвмр - компенсированный по влиянию массового расхода период колебаний трубки, а₁ и а₂ - константы температурной коррекции периода колебаний трубки с учетом модуля и механического напряжения,

- осуществляемая по массовому расходу компенсация периода колебаний расходомерной трубки, τ _ни - непосредственно измеренный период колебаний расходомерной трубки,

- удельный массовый расход (может быть оценен по величине

), F_п - константа влияния плотности на течение.

Калибровку плотности обычно проводят перед калибровкой потока, потому что калибровку плотности можно проводить при отсутствии потока, что вызывает появление члена τ _кпвмр компенсации потока в уравнении (7), равного непосредственно измеренному периоду колебаний трубки. Константы a₁ и а₂, а также F_п - это константы измерений, которые одинаковы для всех измерительных приборов некоторого заданного размера. Они определяются посредством расширенного тестирования и вводятся в измерительный электронный блок при конфигурировании измерительного прибора.

Уравнение плотности требует использования компенсированного периода τ _кпммнт колебаний трубки из уравнения (7). Определение плотности расходомера с одной трубкой отличается от определения плотности расходомера с двумя трубками тем, что плотность не пропорциональна квадрату компенсированного периода колебаний трубки для измерительного прибора с одной трубкой. В случае измерительного прибора с одной трубкой плотность не пропорциональна возведенному в квадрат компенсированному периоду колебаний трубки, потому что изменение плотности текучей среды вызывает перемещение узлов, которые определяют концы расходомерной трубки и балансира. Перемещение этих узлов вызывает перенос эффективной массы между расходомерной трубкой и балансиром. Этот перенос массы делает график зависимости плотности текучей среды от периода колебаний расходомерной трубки, возведенного в квадрат, кривой линией, а не прямой линией, как в случае измерительных приборов с двумя трубками.

Поэтому необходимо, чтобы уравнение для определения плотности текучей среды имело дополнительные члены помимо тех, которые имеются в уравнении (6). Зависимость между компенсированным периодом колебаний трубки и плотностью материала описывается следующим уравнением:

где ρ _мат - плотность протекающего материала, c₁ и c₂ - константы, определяемые методом калибровки плотности по двум точкам, k₂ - константа периода колебаний трубки, определенная во время калибровки плотности материала, с₃ и с₄ - константы коррекции плотности для прямолинейной трубки.

Первый член в скобках в уравнении (8) - это линейный член плотности из уравнения (6). Константы с₁ и с₂ определяются путем калибровки в присутствии воздуха и воды, как для уравнения (6). Дополнительные члены в уравнении (8) обеспечивают компенсацию влияния изменения модуля, механического напряжения и течения на плотность. Константы для этих членов с₃ и с₄ определяют отклонение от линейной зависимости, присущей расходомерам с двумя трубками. Эти величины являются константами для некоторого заданного размера измерительного прибора и определяются посредством расширенного тестирования. Величины с₃ и с₄ не требуют калибровки для каждого измерительного прибора.

На фиг.4 представлена диаграмма зависимости возведенного в квадрат периода колебаний трубки от плотности материала для измерительного прибора с одной прямолинейной трубкой и измерительного прибора с двумя криволинейными трубками. Линия, представляющая измерительный прибор с двумя трубками, является прямой. Эта линейная зависимость обеспечивает калибровку измерительных приборов с двумя трубками по плотности в присутствии двух материалов - воздуха и воды, поскольку две точки определяют прямую линию. Кривая, представляющая измерительный прибор с одной прямолинейной трубкой, отклоняется от прямой линии. Она отклоняется из-за изменения положения узловых областей, что рассмотрено ранее. В случае измерительного прибора с одной прямолинейной трубкой использование прямой линии, обеспечиваемое за счет калибровки в присутствии воздуха и воды, как делается в случае измерительных приборов с двумя трубками, привело бы к заниженной оценке плотности материалов, которые тяжелее воды, и к завышенной оценке плотности материалов, которые легче воды. Кривую нелинейной калибровки, представляющую расходомер с одной прямолинейной трубкой и представленную на фиг.4, можно было бы определить путем проведения калибровки с использованием более, чем двух материалов, имеющих разные плотности. Вместе с тем, использование точек калибровки для материалов, не являющихся воздухом и водой, для калибровки измерительного прибора было бы дорогим и занимало много времени.

На фиг.5 представлена диаграмма погрешности плотности, которая могла бы быть получена в результате использования стандартного линейного (для двух трубок) уравнения плотности, отображенного на фиг.4, в случае измерительного прибора с одной трубкой. Можно заметить, что погрешность плотности равна нулю как в точке плотности воздуха, принимаемой за нуль, так и в точке плотности воды, принимаемой за единицу. Погрешность плотности является положительной для менее плотных материалов и отрицательной для более плотных материалов. Эту диаграмму также можно рассматривать как характеристику отклонения выходной кривой плотности измерительного прибора с одной прямолинейной трубкой от использования прямой линии, получаемой посредством калибровок по двум точкам.

На фиг.6 представлена другая диаграмма, полученная другим способом изображения зависимости данных погрешности плотности (или отклонения от линии линейной калибровки) от разности между измеренным периодом колебаний трубки и периодом колебаний трубки, наполненной водой (оба откорректированы с учетом течения и температуры). Отклонение плотности представляет собой разность между фактической плотностью материала и плотностью материала, предсказанной с использованием прямой линии, построенной в результате калибровок плотности в присутствии воздуха и воды (фиг.4). Этот способ отображения данных отклонения предусматривает принятие точки калибровки плотности в присутствии воды за начало (0, 0) координат. Это также позволяет получить относительно простое уравнение кривой точек данных. Уравнение для отклонения плотности, полученное за счет использования линейной калибровки по двум точкам в случае измерительного прибора с одной прямолинейной трубкой, показано на фиг.6.

Настоящее изобретение включает в себя новый способ калибровки для определения плотности в измерительных приборах с прямолинейной трубкой, при котором достигается точность калибровок по трем точкам, но используются только калибровки плотности в присутствии воздуха и воды. Используя этот новый способ, проводят калибровку по двум точкам, дающую обычную прямую линию. Эта линия изменяется от прибора к прибору даже в случае измерительных приборов одинакового размера. Эта линия изменяется как по наклону, так и по периоду колебаний трубки с водой. Однако способ согласно настоящему изобретению предусматривает использование того факта, что все измерительные приборы некоторого заданного размера имеют одинаковое отклонение от линии калибровки по двум точкам (аналогичной той, которая показана на фиг.6). Эта кривая содержит отклонение точек фактической плотности от прямой линии. Точка (0, 0) кривой отклонения находится в точке калибровки в присутствии воды на прямой линии калибровки по двум точкам. В настоящем изобретении наклон характеристики в присутствии воздуха и воды, а также период колебаний в присутствии воды определяются путем калибровки в присутствии воздуха и воды (c₁ и с₂). Уравнение отклонения от прямой линии хранится в памяти измерительного электронного блока для каждого размера измерительного прибора. Константами уравнения для отклонения от этой линии являются с₃ и с₄ в уравнении (8) плотности. Они определяются посредством расширенного тестирования. Значения с₃ и с₄ являются разными для каждого размера измерительного прибора. Измерительный электронный блок "знает", какого размера измерительный прибор применяется, потому что эту информацию вводят во время первоначального запуска измерительного прибора. Измерительный электронный блок определяет истинную плотность материала, вычитая отклонение от прямой линии, характерной для калибровки по двум точкам. Вычитаемое отклонение определяется уравнением отклонения, хранящимся в памяти измерительного электронного блока.

Следовательно, в настоящем изобретении измерительный электронный блок определяет плотность: путем коррекции с учетом изменения модуля с изменением температуры, путем коррекции с учетом температурного напряжения за счет использования усовершенствованного способа определения полной измеряемой температуры, путем коррекции удельного массового расхода, а также путем использования усовершенствованного способа компенсации, который обеспечивает компенсацию нелинейности в кривой зависимости плотности от возведенного в квадрат периода колебаний трубки.

На фиг.7 представлена блок-схема алгоритма способа, которым согласно настоящему изобретению реализуется функция компенсации удельного массового расхода. Одна или несколько команд программы хранятся в памяти измерительного электронного блока 130. Эти команды выполняет центральный процессор (ЦП) измерительного электронного блока, а результаты либо хранятся в памяти, либо выдаются пользователю по маршруту 137.

Конфигурирование и калибровку расходомера проводят на этапе 701, который содержит два этапа 701А и 701В. На этапе 701А вводят константы k_pт1, k_рт2, k_рт3, a₁, a₂ и F_п из памяти измерительного электронного блока 130. На этапе 701В проводят калибровку расходомера и определяют такие элементы данных, как ККТ, k₂ и Δ t₀. Выходную информацию этапов 701А и 701В подают по маршруту 702 на этап 706. На этапе 703 представляют синусоидальные сигналы тензодатчиков измерительного прибора. Их передают по маршруту 704 на этап 706. На этапе 706 выделяют временную задержку, создаваемую течением, Δ t_изм и период колебаний расходомерной трубки τ _ни. На этапе 708 представляют сопротивления ДТС расходомерной трубки и цепи ДТС. Эти сопротивления передают по маршруту 709 на этап 711 работы измерительного электронного блока, где их преобразуют в температуру трубки и полную температуру.

Непосредственно измеренный период колебаний расходомерной трубки с этапа 706 и температуры с этапа 711 передают по маршрутам 714 и 712 на этап 715, на котором вычисляют период τ _ни колебаний расходомерной трубки, откорректированный с учетом температуры. Откорректированный период τ _кпт колебаний расходомерной трубки затем передают по маршруту 716 на этап 717. На этапе 717 также принимают временную задержку Δ t₀ при нулевом течении и временную задержку Δ t_изм, полученную вследствие течения, по маршруту 707 с этапа 706, а также температуру расходомерной трубки и полную температуру по маршруту 713 с этапа 711.

На этапе 717 применяют уравнение компенсированного массового расхода в качестве входных сигналов с этапов 706, 715 и 711. Компенсированный удельный массовый расход

затем выдают по маршруту 718 для решения прикладной задачи пользователя (не показано). На фиг.7 также не показаны маршруты от памяти измерительного электронного блока (этап 711), где хранятся константы, к этапам, на которых они используются.

На фиг.8 представлена блок-схема алгоритма способа, посредством которого согласно настоящему изобретению команды программы способствуют выполнению его функции компенсации выходного сигнала плотности материала. Конфигурирование и калибровку измерительного прибора проводят на этапе 801, который состоит из этапов 801А и 801В. На этапе 801А вводят константы с₃, с₄, a₁, a₂ и F_п из памяти измерительного электронного блока 130. На этапе 801В формируют символы c₁, c₂, Δ t₀ и k₂ посредством калибровки измерительного прибора. Выходную информацию этапа 801 подают на этап 806. На этапе 803 представляют синусоидальные сигналы тензодатчиков измерительного прибора. Эти сигналы тензодатчиков вводят в электронный измерительный элемент на этапе 806 по маршруту 804. На этапе 806 определяют временную задержку Δ t_изм из-за потока и непосредственно измеренный период τ _ни колебаний расходомерной трубки. Сигналы ДТС с этапа 816 передают по маршруту 817 на этап 818, где их преобразуют в температуру. На этапе 808 принимают временную задержку Δ t₀ при нулевом течении с этапа 801 (маршрут не показан), временную задержку Δ t_изм из-за течения и непосредственно измеренный период τ _ни колебаний расходомерной трубки с этапа 806 по маршруту 807. На этапе 808 также принимают температуру расходомерной трубки и полную температуру Т_полн с этапа 818 по маршруту 819. На этапе 808 вычисляют удельный массовый расход m (фиг.7). Удельный массовый расход

подают по маршруту 809 на этап 811, где его используют вместе с непосредственно измеренным периодом колебаний трубки для вычисления периода τ _кпвмр колебаний расходомерной трубки, компенсированного по удельному массовому расходу. Этот период затем подают по маршруту 812 на этап 813, где его используют вместе с температурами с этапа 818, полученными по маршруту 820, для вычисления периода τ _кпммнт колебаний трубки, компенсированного также по сдвигу модуля с изменением температуры, а также температурного напряжения. Теперь известны все параметры для решения линейного уравнения плотности, показанного на этапе 813.

Полностью компенсированный период τ _кпммнт колебаний трубки затем передают по маршруту 814 на этап 821, где происходит модификация уравнения линейной компенсации, (с₁· τ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{кпммнт}}$ -с₂), для объединения с нелинейными составляющими

Этот нелинейный член объединяют с линейным уравнением с этапа 806 для формирования полного уравнения плотности, которое пропускают по маршруту 822 на этап 823. На этапе 823 осуществляют прием этой информации и вычисление плотности ρ _мат материала. Плотность ρ _мат материала передают по маршруту 822 для решения прикладной задачи на выходе (не показано). На фиг.8 также не показаны маршруты от памяти измерительного электронного блока (этап 801), где хранятся константы, к этапам, на которых они используются.

Необходимо ясно понять, что заявляемое изобретение не сводится к описанию предпочтительного конкретного варианта осуществления, а охватывает также другие модификации и изменения в рамках объема изобретательского замысла. Например, хотя настоящее изобретение было описано как представляющее собой часть Кориолисова расходомера с одной прямолинейной трубкой, настоящее изобретение не сводится к этому и может быть применено с другими типами Кориолисовых расходомеров, включая расходомеры с одной трубкой неправильной или криволинейной конфигурации, а также к Кориолисовым расходомерам, имеющим множество расходомерных трубок.

Термин "материал" распространяется на жидкости, газы, плазму и все вещества, которые могут протекать через расходомер, для определения и измерения информации, связанной с упомянутыми материалами.

Claims (77)

1. Способ компенсации выходных данных Кориолисова расходомера, содержащего расходомерную трубку (101) и балансир (102), которые выполнены с возможностью колебаний в противофазе при эксплуатации, для формирования Кориолисовых отклонений колеблющейся расходомерной трубки в ответ на поток материала через колеблющуюся расходомерную трубку, заключающийся в том, что формируют первый сигнал (ЛТзД, ПТзД), представляющий Кориолисовы отклонения колеблющейся расходомерной трубки, используют датчик, термически связанный с расходомерной трубкой, для формирования второго сигнала (Д1), представляющего температуру расходомерной трубки, отличающийся тем, что используют дополнительные датчики, термически связанные с множеством дополнительных элементов расходомера, кроме расходомерной трубки, для формирования третьего сигнала (Д2, Д3, Д4), представляющего полную температуру множества дополнительных элементов (102, 103) расходомера, причем третий сигнал формируют путем соединения выходов дополнительных датчиков для образования цепи, имеющей выход для передачи третьего сигнала в измерительный электронный блок расходомера, используют второй сигнал и третий сигнал для вывода информации, касающейся температурного механического напряжения, прикладываемого к расходомерной трубке множеством элементов расходомера, используют информацию, касающуюся температурного механического напряжения, прикладываемого к расходомерной трубке, для компенсации выходных данных, относящихся к материалу, протекающему через расходомер.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формировании второго сигнала получают сигнал, представляющий температуру расходомерной трубки, из датчика, подключенного к расходомерной трубке, и при этом выходы дополнительных датчиков соединяют для влияния на величину третьего сигнала пропорционально механическому напряжению, вносимому каждым из связанных с ними элементов расходомера в суммарное температурное механическое напряжение, прикладываемое всеми элементами к расходомерной трубке, получают с выхода цепи третий сигнал, представляющий полную температуру множества элементов, в ответ на прием цепью сигналов, подаваемых дополнительными датчиками.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что множество элементов содержит балансир и корпус, а для подключения дополнительных датчиков подключают первый датчик (Д4) к корпусу, подключают по меньшей мере один датчик (Д2, Д3) к балансиру, соединяют выходы первого датчика и по меньшей мере одного дополнительного датчика для образования цепи.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что для соединения выходов дополнительных датчиков соединяют выходы дополнительных датчиков последовательно для образования цепи.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что продолжают цепь посредством по меньшей мере двух проводов, подсоединенных к измерительному электронному блоку.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапе компенсации формируют откорректированные выходные данные, относящиеся к удельному массовому расходу материала.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что при формировании откорректированных выходных данных определяют сигнал некомпенсированного Кориолисова отклонения, выводят компенсацию модуля, выводят компенсацию температурного механического напряжения и используют сигнал некомпенсированного Кориолисова отклонения, компенсацию модуля и компенсацию температурного механического напряжения для вывода откорректированного удельного массового расхода.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что откорректированный удельный массовый расход получают посредством умножения некомпенсированного удельного массового расхода на единицу плюс компенсация температурного механического напряжения и единицу плюс компенсация модуля.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что для формирования откорректированных выходных данных выводят компенсацию плотности, умножают некомпенсированный удельный массовый расход на единицу плюс компенсация механического напряжения и единицу плюс компенсация модуля и единицу плюс компенсация плотности, чтобы получить откорректированный удельный массовый расход.

10. Способ по п.7, отличающийся тем, что для формирования некомпенсированного расхода определяют выражение

где ККТ - коэффициент калибровки потока;

Δ t_изм – временная задержка сигналов тензодатчиков;

Δ t₀ - временная задержка при нулевом потоке материала.

11. Способ по п.7, отличающийся тем, что для вывода компенсации модуля определяют выражение

(k_pт1· T_p),

где k_pт1 - константа измерений, основанная на изменении модуля расходомерной трубки с изменением температуры;

Т_р - температура расходомерной трубки.

12. Способ по п.7, отличающийся тем, что для вывода компенсации температурного механического напряжения определяют выражение

(k_pт2(Т_p-Т_полн)),

где k_pт2 - константа измерений, основанная на изменении температурного механического напряжения с изменением температуры;

Т_р - температура расходомерной трубки;

Т_полн - температура датчиков цепи.

13. Способ по п.9, отличающийся тем, что для компенсации модуля определяют выражение

k_рт3· (τ _кпт-k₂),

где k_pт3 - константа измерений, учитывающая влияние плотности на поток;

τ _кпт - компенсированный по температуре период колебаний трубки;

k₂ - константа периода колебаний трубки, определенная во время калибровки плотности расходомера.

14. Способ по п.6, отличающийся тем, что для формирования откорректированных выходных данных выводят откорректированный удельный массовый расход путем решения выражения

где

- удельный массовый расход;

ККТ - коэффициент калибровки потока;

Δ t_изм - временная задержка сигналов тензодатчиков;

Δ t₀ - временная задержка при нулевом потоке материала;

k_pт1 - константа измерений, основанная на изменении модуля расходомерной трубки с изменением температуры;

k_pт2 - константа измерений, основанная на изменении температурного механического напряжения с изменением температуры;

k_рт3 - константа измерений, учитывающая влияние плотности на поток;

k₂ - константа периода колебаний трубки, определенная во время калибровки плотности расходомера;

Т_р - температура расходомерной трубки;

Т_полн - температура датчиков цепи;

τ _кпт - компенсированный по температуре период колебаний трубки.

15. Способ по п.6, отличающийся тем, что для формирования откорректированных выходных данных выводят откорректированный удельный массовый расход путем определения выражения

,

где

- удельный массовый расход;

МОД_комп=(k_pт1· T_p);

мех.напряжение_комп=k_pт2· (Δ t_изм-Δ t₀);

Плотность_комп=k_рт3· (τ _кпт-k₂).

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что для компенсации определяют откорректированные выходные данные, касающиеся плотности материала.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что для вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности, конфигурируют расходомер для ввода констант из памяти, калибруют расходомер для определения констант, определяют некомпенсированный расход, определяют компенсированный период колебаний трубки, откорректированный с учетом потока, определяют период колебаний трубки, откорректированный с учетом потока, модуля и механического напряжения, определяют линейное уравнение плотности, определяют разностный период колебаний трубки, равный разности между компенсированным периодом колебаний трубки и константой k₂ расходомера, определенной при калибровке плотности расходомера, умножают линейное уравнение плотности на сумму, равную единице плюс произведение константы измерений, с₃ раз, на квадрат разностного периода колебаний трубки плюс произведение константы расходомера, c₄ раз, на разностный период колебаний трубки.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что для вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала, конфигурируют расходомер для ввода констант a₁, а₂, c₃, с₄ и F_п из памяти измерительного электронного блока.

19. Способ по п.17, отличающийся тем, что для вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала, калибруют расходомер для определения констант с₁, c₂, t₀, k₂ и Δ t₀.

20. Способ по п.17, отличающийся тем, что для вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала, определяют

где ККТ - коэффициент калибровки течения;

Δ t_изм - временная задержка сигналов тензодатчиков;

Δ t₀ - временная задержка при нулевом течении материала.

21. Способ по п.17, отличающийся тем, что для вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала, определяют

где τ _кпвмр - компенсированный по влиянию массового расхода период колебаний трубки;

τ _ни - непосредственно измеренный период колебаний расходомерной трубки;

- удельный массовый расход;

F_п - константа влияния плотности на поток.

22. Способ по п.17, отличающийся тем, что для вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала, определяют выражение

где τ _кпммнт - компенсированный по модулю, механическому напряжению и потоку период колебаний расходомерной трубки;

τ _кпвмр - компенсированный по влиянию массового расхода период колебаний трубки;

а₁ и а₂ - константы температурной коррекции периода колебаний трубки с учетом модуля и механического напряжения;

- компенсация периода колебаний расходомерной трубки по массовому расходу, где τ _ни - непосредственно измеренный период колебаний расходомерной трубки;

- удельный массовый расход; F_п - константа влияния плотности на течение.

23. Способ по п.17, отличающийся тем, что для вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала, вычисляют отклонение плотности материала от значения, определяемого линейным уравнением плотности

где с₁ и с₂ - константы;

τ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{кпммнт}}$ - компенсированный период колебаний трубки, возведенный в квадрат.

24. Способ по п.17, отличающийся тем, что для вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала, модифицируют выражение

включая в него нелинейные составляющие

где τ _ни - непосредственно измеренный период колебаний расходомерной трубки;

τ _кпммнт - компенсированный по модулю, механическому напряжению и течению период колебаний расходомерной трубки;

ρ _мат - определяемая плотность материала;

k₂ - константа периода колебаний трубки, определенная во время калибровки плотности материала;

с₁, с₂, с₃ и с₄ - константы коррекции плотности материала для случая одной трубки.

25. Способ по п.17, отличающийся тем, что для вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала, вычисляют плотность материала из выражения

где ρ _мат - определяемая плотность материала;

k₂ - константа периода колебаний трубки, определенная во время калибровки плотности материала;

с₃ и с₄ - константы коррекции плотности материала для случая одной трубки.

26. Способ по п.25, отличающийся тем, что значение τ _кпммнт определяют из выражения

где a₁· Т_р - влияние модуля на плотность;

- влияние температурного механического напряжения на плотность;

a₁ и а₂ - константы расходомера, связанные с влиянием модуля и температурного механического напряжения на плотность.

27. Способ по п.17, отличающийся тем, что для вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности, определяют выражение

где член (Δ Период_комп) представляет собой разность между периодом колебаний трубки, который компенсирован по температуре, механическому напряжению и течению, и константой k₂ периода колебаний трубки, определенной во время калибровки плотности для расходомера.

28. Способ по п.16, отличающийся тем, что дополнительно конфигурируют Кориолисов расходомер на основании информации, хранящейся в памяти, для определения параметров конфигурированного измерительного прибора, калибруют Кориолисов расходомер по плотности протекающего материала с использованием метода линейной калибровки по двум точкам, при котором применяют разные материалы разной плотности, чтобы определить параметры калибровки для линейного уравнения плотности, определяют измеренный период колебаний расходомерной трубки на основании сигналов, принимаемых из датчиков, являющихся тензодатчиками и подключенных к расходомерной трубке Кориолисова расходомера, измеряют рабочие параметры Кориолисова расходомера, определяют компенсированный период колебаний расходомерной трубки с использованием измеренного периода колебаний расходомерной трубки, рабочих параметров и параметров конфигурированного измерительного прибора, определяют нелинейную составляющую с использованием компенсированного периода колебаний расходомерной трубки, параметров конфигурированного измерительного прибора и параметров калибровки, получают нелинейное уравнение плотности для Кориолисова расходомера путем объединения линейного уравнения плотности с нелинейной составляющей, чтобы получить уравнение плотности для одной расходомерной трубки, включающее отклонение калибровки Кориолисова расходомера от линейной, определяют плотность материала с использованием уравнения плотности для случая одной расходомерной трубки, а также компенсированного периода колебаний трубки.

29. Способ по п.28, отличающийся тем, что для конфигурирования Кориолисова расходомера определяют параметры a₁, а₂, с₃, c₄ и F_п.

30. Способ по п.28, отличающийся тем, что для калибровки используют два протекающих материала, представляющих собой воздух и воду.

31. Способ по п.28, отличающийся тем, что измеряют период колебаний расходомерной трубки, временную задержку при нулевом течении, временную задержку при наличии течения, температуру расходомерной трубки и полную температуру расходомера в то время, когда Кориолисов расходомер содержит протекающий материал неизвестной плотности.

32. Способ по п.28, отличающийся тем, что для определения компенсированного периода колебаний расходомерной трубки для получения массового расхода решают уравнение

33. Способ по п.28, отличающийся тем, что для определения компенсированного периода колебаний расходомерной трубки определяют период колебаний расходомерной трубки, компенсированный по течению, модулю и механическому напряжению, по уравнению

где a₁· Т_р - влияние модуля на плотность;

- влияние температурного механического напряжения на плотность.

34. Способ по п.28, отличающийся тем, что для калибровки измеряют период колебаний трубки и выводят константы с₁ и с₂ линейного уравнения плотности,

35. Способ по п.28, отличающийся тем, что для вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала, модифицируют выражение

включая в него нелинейные составляющие

где τ _ни - непосредственно измеренный период колебаний расходомерной трубки;

τ _кпммнт - компенсированный по модулю, механическому напряжению и течению период колебаний расходомерной трубки; ρ _мат - определяемая плотность материала;

k₂ - константа периода колебаний трубки, определенная во время калибровки плотности материала;

с₁, с₂, с₃ и с₄ - константы коррекции плотности материала для случая одной трубки.

36. Способ по п.28, отличающийся тем, что для вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности упомянутого материала, вычисляют плотность материала из выражения

где ρ _мат - определяемая плотность материала;

k₂ - константа периода колебаний трубки, определенная во время калибровки плотности материала;

с₃ и с₄ - константы коррекции плотности материала для случая одной трубки.

37. Способ по п.28, отличающийся тем, что для вывода откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала, решают уравнение

где: (Δ Период_комп) представляет собой разность между периодом колебаний трубки, который компенсирован (по температуре, механическому напряжению и течению), и константой k₂ периода колебаний трубки, определенной во время калибровки плотности для расходомера.

38. Устройство для компенсации выходных данных Кориолисова расходомера, содержащего расходомерную трубку и балансир, которые выполнены с возможностью колебаний в противофазе в плоскости возбуждения, для формирования Кориолисовых отклонений колеблющейся расходомерной трубки в ответ на поток материала через колеблющуюся расходомерную трубку, содержащее блок для формирования первого сигнала, представляющего Кориолисовы отклонения колеблющейся расходомерной трубки, датчик, прикрепленный к расходомерной трубке, для формирования второго сигнала, представляющего температуру расходомерной трубки, отличающееся тем, что дополнительно содержит множество дополнительных датчиков, которые термически связаны с множеством дополнительных элементов расходомера, за исключением расходомерной трубки, для формирования третьего сигнала, представляющего полную температуру множества дополнительных элементов, причем третий сигнал формируется путем соединения выходов дополнительных датчиков для образования цепи, имеющей выход для передачи третьего сигнала в измерительный электронный блок расходомера, измерительный электронный блок выполнен с возможностью приема второго и третьего сигналов и выдачи информации, касающейся температурного механического напряжения, прикладываемого к расходомерной трубке множеством элементов расходомера, измерительный электронный блок выполнен также с возможностью использования информации, касающейся температурного механического напряжения в расходомерной трубке, для компенсации выходных данных расходомера, относящихся к протекающему материалу.

39. Устройство по п.38, отличающееся тем, что датчик для формирования второго сигнала содержит первый датчик, подключенный к расходомерной трубке, схему, обеспечивающую подачу сигналов, представляющих температуру расходомерной трубки, из первого датчика в измерительный электронный блок, а множество дополнительных датчиков для формирования третьего сигнала, содержит цепь, имеющую выход для подачи третьего сигнала, соответствующего полной температуре множества элементов расходомера, из дополнительных датчиков в измерительный электронный блок, при этом цепь конфигурирована таким образом, что для выходов каждого из дополнительных датчиков обеспечивается возможность влияния на величину третьего сигнала пропорционально механическому напряжению, вносимому каждым из связанных с ними элементов расходомера в суммарное температурное механическое напряжение, прикладываемое к расходомерной трубке дополнительными элементами, измерительный электронный блок выполнен с возможностью определения разности между температурой расходомерной трубки и полной температурой для определения температурного механического напряжения, прикладываемого множеством элементов к расходомерной трубке.

40. Устройство по п.39, отличающееся тем, что множество элементов содержит балансир и корпус, при этом первый из дополнительных датчиков подключен к корпусу и по меньшей мере один из дополнительных датчиков подключен к балансиру.

41. Устройство по п.40, отличающееся тем, что дополнительно содержит схему для соединения дополнительных датчиков последовательно для образования цепи.

42. Устройство по п.41, отличающееся тем, что дополнительно содержит схему, соединяющую выход цепи посредством по меньшей мере двух проводов с измерительным электронным блоком.

43. Устройство по п.42, отличающееся тем, что множество дополнительных датчиков содержит второй дополнительный датчик и третий дополнительный датчик, каждый из которых подключен к разным участкам балансира, четвертый дополнительный датчик, подключенный к корпусу, первую схему, содержащую последовательное соединение сигнальных выходов второго, третьего и четвертого дополнительных датчиков, при этом цепь осуществляет последовательное соединение выходов второго, третьего и четвертого дополнительных датчиков с измерительным электронным блоком для обеспечения информации, касающейся полной температуры частей корпуса и балансира, к которым подключены второй, третий и четвертый дополнительные датчики.

44. Устройство по п.43, отличающееся тем, что второй дополнительный датчик размещен вблизи концевой части балансира.

45. Устройство по п.44, отличающееся тем, что третий дополнительный датчик подключен к части балансира, аксиально внутренней по отношению к части балансира, к которой подключен второй дополнительный датчик.

46. Устройство по п.45, отличающееся тем, что четвертый дополнительный датчик соединен с внутренней стенкой корпуса.

47. Устройство по п.43, отличающееся тем, что каждый из дополнительных датчиков имеет первый и второй выходные контакты, при этом последовательное соединение второго, третьего и четвертого дополнительных датчиков соединяет первые и вторые выходные контакты второго, третьего и четвертого дополнительных датчиков последовательно с первой схемой, так что сигналы, подаваемые в цепь, представляют собой полный сигнал с сигнальных выходов второго, третьего и четвертого дополнительных датчиков.

48. Устройство по п.47, отличающееся тем, что цепь содержит первую схему, которая состоит из двух проводов, проходящих между последовательным соединением второго, третьего и четвертого дополнительных датчиков и измерительным электронным блоком.

49. Устройство по п.48, отличающееся тем, что цепь дополнительно содержит вторую схему, состоящую из двух проводов, проходящих от первого датчика, подключенного к расходомерной трубке, до измерительного электронного блока.

50. Устройство по п.49, отличающееся тем, что вторая схема, соединяющая сигнальный выход первого датчика со средством обработки сигналов, содержит два провода, причем один из них является одним из упомянутых двух проводов первой схемы, а другой из них принадлежит только второй схеме.

51. Устройство по п.50, отличающееся тем, что каждая из схем имеет заземленный контакт, соединенный с заземленным контактом другой из схем, причем один провод соединяет общие заземленные контакты каждого из датчиков с измерительным электронным блоком.

52. Устройство по п.51, отличающееся тем, что три провода соединяют выходы схем с измерительным электронным блоком, при этом первый из трех проводов принадлежит первой схеме, второй из трех проводов принадлежит второй схеме, третий из трех проводов является общим для первой схемы и для второй схемы.

53. Устройство по п.38, отличающееся тем, что измерительный электронный блок выполнен с возможностью вывода откорректированных выходных данных, касающихся потока материала.

54. Устройство по п.38, отличающееся тем, что измерительный электронный блок запрограммирован командами, предписывающими процессору, находящемуся в измерительном электронном блоке, формирование откорректированных выходных данных путем определения сигнала некомпенсированного удельного массового расхода, вывода компенсации модуля, вывода компенсации температурного механического напряжения и использования некомпенсированного удельного массового расхода, компенсации модуля и компенсации температурного механического напряжения для вывода откорректированного удельного массового расхода, при этом измерительный электронный блок имеет память, считываемую процессором, для хранения команд.

55. Устройство по п.54, отличающееся тем, что откорректированный удельный массовый расход получают с помощью команд, по которым умножают некомпенсированный удельный массовый расход на единицу плюс компенсация температурного механического напряжения и единицу плюс компенсация модуля.

56. Устройство по п.55, отличающееся тем, что откорректированный удельный массовый расход получают с помощью команд, по которым выводят компенсацию плотности, умножают некомпенсированный удельный массовый расход на единицу плюс компенсация механического напряжения и единицу плюс компенсация модуля и единицу плюс компенсация плотности, чтобы получить откорректированный удельный массовый расход.

57. Устройство по п.54, отличающееся тем, что команды обеспечивают формирование некомпенсированного расхода путем определения выражения

,

где ККТ - коэффициент калибровки течения;

Δ t_изм - временная задержка сигналов тензодатчиков;

Δ t₀ - временная задержка при нулевом течении материала.

58. Устройство по п.54, отличающееся тем, что команды, обеспечивающие вывод компенсации модуля, обеспечивают решение выражения

(k_pт1· T_p),

где k_pт1 - константа измерений, основанная на изменении модуля расходомерной трубки с изменением температуры;

Т_р - температура расходомерной трубки.

59. Устройство по п.54, отличающееся тем, что команды, обеспечивающие вывод компенсации температурного механического напряжения, обеспечивают решение выражения

(k_pт2(Т_р-Т_полн)),

где k_pт2 - константа измерений, основанная на изменении температурного механического напряжения с изменением температуры;

Т_р - температура расходомерной трубки;

Т_полн - температура датчиков цепи.

60. Устройство по п.54, отличающееся тем, что команды, обеспечивающие вывод компенсации плотности, обеспечивают решение выражения

k_pт3· (τ _кпт-k₂),

где k_pт3 - константа измерений, учитывающая влияние плотности на течение; τ _кпт - компенсированный по температуре период колебаний трубки;

k₂ - константа периода колебаний трубки, определенная во время калибровки плотности расходомера.

61. Устройство по п.54, отличающееся тем, что команды, обеспечивающие формирование откорректированных выходных данных, обеспечивают вывод откорректированного удельного массового расхода путем решения выражения

где

- удельный массовый расход;

ККТ - коэффициент калибровки течения;

Δ t_изм - временная задержка сигналов тензодатчиков;

Δ t₀ - временная задержка при нулевом течении материала;

k_pт1 - константа измерений, основанная на изменении модуля расходомерной трубки с изменением температуры;

k_pт2 - константа измерений, основанная на изменении температурного механического напряжения с изменением температуры;

k_pт3 - константа измерений, учитывающая влияние плотности на течение;

k₂ - константа периода колебаний трубки, определенная во время калибровки плотности расходомера;

Т_р - температура расходомерной трубки;

Т_полн - температура датчиков цепи;

τ _кпт - компенсированный по температуре и механическому напряжению период колебаний трубки.

62. Устройство по п.54, отличающееся тем, что команды, обеспечивающие формирование откорректированных выходных данных, обеспечивают вывод откорректированного удельного массового расхода путем решения

,

где

;

;

- удельный массовый расход;

ККТ - коэффициент калибровки течения;

Δ t_изм - временная задержка сигналов тензодатчиков;

Δ t₀ - временная задержка при нулевом течении материала;

k_pт1 - константа измерений, основанная на изменении модуля расходомерной трубки с изменением температуры;

k_pт2 - константа измерений, основанная на изменении температурного механического напряжения с изменением температуры;

k₂ - константа периода колебаний трубки, определенная во время калибровки плотности расходомера;

Т_р - температура расходомерной трубки;

Т_полн - температура датчиков цепи;

τ _кпт - компенсированный по температуре и механическому напряжению период колебаний трубки.

63. Устройство по п.38, отличающееся тем, что измерительный электронный блок запрограммирован командами, предписывающими процессору, находящемуся в измерительном электронном блоке, формирование откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала, причем измерительный электронный блок имеет память, считываемую процессором, для хранения команд.

64. Устройство по п.63, отличающееся тем, что команды обеспечивают получение откорректированных выходных данных, касающихся плотности, путем конфигурирования расходомера для ввода констант из памяти, калибровки расходомера для определения констант, определения некомпенсированного расхода, определения компенсированного периода колебаний трубки, откорректированного с учетом течения, определения периода колебаний трубки, откорректированного с учетом течения, модуля и механического напряжения, определения линейного уравнения плотности, определения разностного периода колебаний трубки, равного разности между компенсированным периодом колебаний трубки и константой k₂ расходомера, определенной во время калибровки плотности расходомера, умножения линейного уравнения плотности на сумму, равную единице плюс произведение константы измерений, с₃ раз, на квадрат разностного периода колебаний трубки плюс произведение константы расходомера, с₄ раз, на разностный период колебаний трубки.

65. Устройство по п.63, отличающееся тем, что команды обеспечивают вывод откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала, путем конфигурирования расходомера для ввода констант a₁, а₂, c₃, c₄ и F_п из памяти измерительного электронного блока.

66. Устройство по п.63, отличающееся тем, что команды обеспечивают вывод откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала, путем калибровки упомянутого расходомера для определения констант с₁, с₂, t₀, k₂ и Δ t₀.

67. Устройство по п.63, отличающееся тем, что команды обеспечивают вывод откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала, путем измерения Δ t_изм, Δ t₀ и τ _ни, где Δ t_изм - временная задержка сигналов тензодатчиков; Δ t₀ - временная задержка при нулевом течении материала; τ _ни - непосредственно измеренный период колебаний расходомерной трубки.

68. Устройство по п.63, отличающееся тем, что команды обеспечивают вывод откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала, путем определения

где ККТ - коэффициент калибровки течения;

Δ t_изм - временная задержка сигналов тензодатчиков;

Δ t₀ - временная задержка при нулевом течении материала.

69. Устройство по п.63, отличающееся тем, что команды обеспечивают вывод откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала, путем вычисления

где τ _кпвмр - компенсированный по влиянию массового расхода период колебаний трубки;

τ _ни - непосредственно измеренный период колебаний расходомерной трубки;

- удельный массовый расход;

F_п - константа влияния плотности на течение.

70. Устройство по п.63, отличающееся тем, что команды обеспечивают вывод откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала, путем вычисления выражения

где τ _кпммнт - компенсированный по модулю, механическому напряжению и течению период колебаний расходомерной трубки;

τ _кпвмр - компенсированный по влиянию массового расхода период колебаний трубки; а₁ и а₂ - константы температурной коррекции периода колебаний трубки с учетом модуля и механического напряжения;

τ _ни - непосредственно измеренный период колебаний расходомерной трубки;

- компенсация периода колебаний расходомерной трубки по массовому расходу;

- удельный массовый расход;

F_п - константа влияния плотности на течение.

71. Устройство по п.63, отличающееся тем, что команды обеспечивают вывод откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала, путем вычисления отклонения плотности материала от значения, определяемого линейным уравнением плотности

,

где с₁ и с₂ - константы;

- компенсированный период колебаний трубки, возведенный в квадрат.

72. Устройство по п.71, отличающееся тем, что вывод откорректированных выходных данных, касающихся плотности упомянутого материала, включает умножение выражения

,

представляющего линейные составляющие, на выражение

,

представляющее нелинейные составляющие,

где ρ _мат - определяемая плотность материала;

k₂ - константа периода колебаний трубки, определенная во время калибровки плотности материала;

c₁, с₂, c₃ и c₄ - константы коррекции плотности материала для случая одной трубки.

73. Устройство по п.63, отличающееся тем, что команды обеспечивают вывод откорректированных выходных данных, касающихся плотности материала, путем вычисления плотности материала из выражения

где ρ _мат - определяемая плотность материала;

k₂ - константа периода колебаний трубки, определенная во время калибровки плотности материала;

с₃ и c₄ - константы коррекции плотности материала для одной трубки.

74. Устройство по п.63, отличающееся тем, что команды обеспечивают определение значения τ _кпммнт путем решения выражения

где a₁· Т_р - влияние модуля на плотность;

- влияние температурного механического напряжения на плотность;

a₁ и a₂ - константы расходомера, касающиеся плотности.

75. Устройство по п.63, отличающееся тем, что команды обеспечивают формирование откорректированных выходных данных, касающихся плотности, путем решения выражения

где

(Δ Период_комп) представляет собой разность между периодом колебаний трубки, который компенсирован (по температуре, механическому напряжению и течению), и константой k₂ периода колебаний трубки, определенной во время калибровки плотности.

76. Устройство по п.63, отличающееся тем, что команды, обеспечивающие получение откорректированных выходных данных, касающихся плотности, включают определение компенсированного периода колебаний трубки, определение линейного уравнения плотности, определение разностного периода колебаний трубки, равного разности между компенсированным периодом колебаний трубки и константой k₂ расходомера, определенной во время калибровки плотности расходомера, умножение линейного уравнения плотности на сумму, равную единице плюс произведение константы измерений, с₃ раз, на квадрат разностного периода колебаний трубки плюс произведение константы расходомера, с₄ раз, на разностный период колебаний трубки.

77. Устройство по п.76, отличающееся тем, что команды обеспечивают определение значения τ _кпммнт путем решения выражения

где a₁· Т_р - влияние модуля на плотность;

- влияние температурного механического напряжения на плотность;

a₁ и а₂ - константы расходомера, касающиеся плотности.

Images