RU2431806C2 - Vibration flow rate meter and method of correcting entrained phase in two-phase fluid flow - Google Patents
Vibration flow rate meter and method of correcting entrained phase in two-phase fluid flow Download PDFInfo
- Publication number
- RU2431806C2 RU2431806C2 RU2009144786/28A RU2009144786A RU2431806C2 RU 2431806 C2 RU2431806 C2 RU 2431806C2 RU 2009144786/28 A RU2009144786/28 A RU 2009144786/28A RU 2009144786 A RU2009144786 A RU 2009144786A RU 2431806 C2 RU2431806 C2 RU 2431806C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- density
- drive power
- flow
- phase
- estimated
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к вибрационному измерителю расхода и способу, в частности к вибрационному измерителю расхода и способу коррекции для увлеченной (потоком) фазы в двухфазном потоке протекающего материала.The invention relates to a vibrational flow meter and a method, in particular to a vibrational flow meter and a correction method for the entrained (flow) phase in a two-phase flow of a flowing material.
Описание проблемыDescription of the problem
Работа датчиков, использующих вибрирующие каналы, таких как измерители массового расхода Кориолиса и вибрационные плотномеры, как правило, основана на обнаружении перемещения вибрирующего канала, который содержит протекающий материал. Свойства, относящиеся к материалу, находящемуся в канале, например массовый расход, плотность и тому подобное, могут быть определены путем обработки сигналов измерения, принятых от чувствительных элементов, обнаруживающих перемещение, которые связаны с каналом. На режимы вибрации системы, заполненной вибрирующим материалом, в общем случае влияет комбинация характеристик массы, жесткости и демпфирования канала, содержащего материал, и самого материала.The operation of sensors using vibrating channels, such as Coriolis mass flow meters and vibrating densitometers, is typically based on detecting movement of a vibrating channel that contains leaking material. Properties related to the material located in the channel, for example mass flow, density, and the like, can be determined by processing measurement signals received from motion detecting sensors that are associated with the channel. The vibration modes of a system filled with vibrating material are generally affected by a combination of mass, stiffness and damping characteristics of the channel containing the material and the material itself.
Типичный измеритель массового расхода Кориолиса включает один или более каналов, которые встроены в трубопровод или другую систему транспортировки и перемещают материал, например текучую среду, суспензии, эмульсии и т.п., в этой системе. Каждый канал можно рассматривать как имеющий набор режимов естественной вибрации, включая, например, простой изгиб, крутящий, радиальный режимы и их комбинации. При типичном применении измерения массового расхода методом Кориолиса канал возбуждают в одном или более режимов вибрации при протекании через него материала и перемещение канала измеряют в разных точках вдоль канала. Возбуждение, как правило, обеспечивают при помощи исполнительного механизма, например электромеханического устройства, такого как генератор звуковых волн в виде катушки, который порождает возмущения в канале периодическим образом. Массовый расход можно определить, измеряя временную задержку или разность фаз между перемещениями в местах расположения чувствительных элементов. Чтобы измерить вибрационную реакцию канала или каналов с потоком, как правило, используют два таких чувствительных элемента (или датчика для измерения механических перемещений), которые находятся в положениях выше и ниже по потоку относительно исполнительного механизма. Два датчика для измерения механических перемещений соединены с электронной аппаратурой при помощи проводных соединений, например двумя независимыми парами проводов. Аппаратура принимает сигналы от упомянутых двух датчиков для измерения механических перемещений и обрабатывает сигналы, чтобы получить измерение массового расхода.A typical Coriolis mass flow meter includes one or more channels that are integrated in a pipeline or other conveying system and transport material, such as fluid, suspensions, emulsions, and the like, in this system. Each channel can be considered as having a set of natural vibration modes, including, for example, simple bending, twisting, radial modes and their combinations. In a typical application of the Coriolis mass flow measurement, the channel is excited in one or more vibration modes when the material flows through it, and the movement of the channel is measured at different points along the channel. Excitation, as a rule, is provided by an actuator, for example, an electromechanical device, such as a generator of sound waves in the form of a coil, which generates disturbances in the channel in a periodic manner. Mass flow can be determined by measuring the time delay or the phase difference between movements at the locations of the sensing elements. In order to measure the vibrational response of a channel or channels with a flow, as a rule, two such sensitive elements (or sensors for measuring mechanical displacements) are used, which are located in the positions above and downstream relative to the actuator. Two sensors for measuring mechanical displacements are connected to electronic equipment using wire connections, for example, two independent pairs of wires. The equipment receives signals from the two sensors for measuring mechanical displacements and processes the signals to obtain a mass flow measurement.
Измерители расхода используют, чтобы выполнить измерения массового расхода для широкого диапазона потоков текучей среды. Одной из областей, в которых могут быть использованы измерители расхода Кориолиса, является измерение характеристик нефтяных и газовых скважин. Продукт, добываемый из таких скважин, может содержать многофазный поток, включающий нефть или газ, а также включающий другие компоненты, например воду и воздух и/или твердые вещества. В высшей степени желательно, чтобы получаемые в результате измерения были как можно более точными даже для подобных многофазных потоков.Flow meters are used to perform mass flow measurements for a wide range of fluid flows. One area in which Coriolis flow meters can be used is the measurement of the characteristics of oil and gas wells. Product extracted from such wells may contain a multiphase flow including oil or gas, as well as other components, such as water and air and / or solids. It is highly desirable that the resulting measurements are as accurate as possible, even for such multiphase flows.
Измерители Кориолиса обеспечивают высокую точность для однофазных потоков. Однако когда измеритель расхода Кориолиса используется для измерения характеристик аэрированных текучих сред или текучих сред, включающих увлеченный в них газ (эмульсии), точность измерителя может существенно ухудшиться. Это справедливо и для погруженных твердых веществ (суспензии).Coriolis meters provide high accuracy for single-phase flows. However, when a Coriolis flow meter is used to measure the characteristics of aerated fluids or fluids including entrained gas (emulsions) in them, the accuracy of the meter can be significantly degraded. This is also true for immersed solids (suspensions).
Увлеченный воздух обычно присутствует в протекающем материале в виде пузырьков. Размер пузырьков может меняться в зависимости от количества имеющегося воздуха, давления протекающего материала, а также температуры. Степень ухудшения результатов связана не только с общим количеством присутствующего газа, но также и с размером отдельных пузырьков газа в потоке. Размер пузырьков влияет на точность измерения.Entrained air is usually present in the flowing material in the form of bubbles. The size of the bubbles can vary depending on the amount of air available, the pressure of the flowing material, as well as the temperature. The degree of deterioration is associated not only with the total amount of gas present, but also with the size of the individual gas bubbles in the stream. The size of the bubbles affects the accuracy of the measurement.
Одним из существенных источников ошибки является разделение текучей среды. Разделение текучей среды происходит в результате перемещения пузырьков газа относительно жидкости из-за вибрации трубы. Перемещение пузырьков газа относительно жидкости порождается выталкивающей силой, аналогичной силе, которая вызывает подъем пузырьков на поверхность под влиянием силы тяжести. Однако в вибрирующей трубке перемещение пузырьков вызывается ускорением этой трубки, а не ускорением силы тяжести. Так как плотная текучая среда сопротивляется ускорению сильнее, чем легкие пузырьки, пузырьки ускоряются в том же направлении, что и направление ускорения трубы. Поэтому пузырьки перемещаются быстрее и дальше, чем трубка, в которой перемещается поток, и перемещение пузырьков приводит к тому, что некоторая часть текучей среды перемещается медленнее трубки. В этом заключается проблема разделения. Как результат, текучая среда, имеющая более низкую амплитуду вибраций, подвергается меньшему ускорению Кориолиса и обладает меньшей силой Кориолиса, действующей на расходомерную трубку, чем это было бы при отсутствии пузырьков. Это приводит к получению характеристик расхода и плотности ниже отчетных (отрицательные ошибки для значений потока и плотности) при наличии увлеченного воздуха.One significant source of error is fluid separation. The separation of the fluid occurs as a result of the movement of gas bubbles relative to the liquid due to vibration of the pipe. The movement of gas bubbles relative to the liquid is generated by a buoyancy force similar to the force that causes the bubbles to rise to the surface under the influence of gravity. However, in a vibrating tube, the movement of the bubbles is caused by the acceleration of the tube, and not by the acceleration of gravity. Since the dense fluid resists acceleration more than light bubbles, the bubbles are accelerated in the same direction as the direction of acceleration of the pipe. Therefore, the bubbles move faster and farther than the tube in which the flow moves, and the movement of the bubbles causes some of the fluid to move slower than the tube. This is the problem of separation. As a result, a fluid having a lower vibration amplitude undergoes less Coriolis acceleration and has less Coriolis force acting on the flow tube than it would be if there were no bubbles. This results in lower flow rates and densities than reported (negative errors for flow and density) in the presence of entrained air.
В суспензиях возникает проблема, аналогичная разделению. Однако в случае суспензий частицы твердого вещества часто тяжелее жидкости. Под действием ускорения вибрирующей трубы более тяжелые частицы перемещаются в меньшей степени, чем жидкость. Это приводит к тому, что некоторая часть жидкости перемещается в большей степени, чем вибрирующая труба. В результате характеристики жидкости выше отчетных (положительные ошибки для значений потока и плотности) при наличии частиц тяжелее жидкости. В обоих случаях из-за разницы в плотности между увлеченной фазой и жидкостью возникает относительное перемещение увлеченной фазы. Если пренебречь сжимаемостью газов, то для описания поведения как увлеченного воздуха, так и погруженных частиц можно использовать одни и те же уравнения. Вычитание плотности увлеченной фазы из плотности жидкости дает положительные значения для газов и отрицательные значения для твердых веществ. Разделение суспензий просто является отрицательным. По этой причине термин "разделение" будет использоваться на равных основаниях как для эмульсий, так и для суспензий.In suspensions, a problem similar to separation occurs. However, in the case of suspensions, solids are often heavier than liquids. Under the acceleration of the vibrating tube, heavier particles move to a lesser extent than liquid. This leads to the fact that some of the fluid moves to a greater extent than the vibrating tube. As a result, the liquid characteristics are higher than the reported ones (positive errors for the values of flow and density) in the presence of particles heavier than the liquid. In both cases, due to the difference in density between the entrained phase and the liquid, a relative displacement of the entrained phase occurs. If we neglect the compressibility of gases, then the same equations can be used to describe the behavior of both entrained air and immersed particles. Subtracting the density of the entrained phase from the density of the liquid gives positive values for gases and negative values for solids. The separation of the suspensions is simply negative. For this reason, the term "separation" will be used on an equal footing for both emulsions and suspensions.
Компенсировать разделение текучей среды трудно, так как существует несколько факторов, определяющих то, какое количество пузырьков перемещается относительно текучей среды. Очевидным фактором является вязкость текучей среды. В очень вязкой текучей среде пузырьки (или частицы), по сути, застывают на месте в этой среде, и возникают незначительные ошибки в характеристиках потока.It is difficult to compensate for the separation of the fluid, since there are several factors that determine how many bubbles move relative to the fluid. The obvious factor is the viscosity of the fluid. In a very viscous fluid medium, bubbles (or particles) essentially freeze in place in this medium, and minor errors in flow characteristics occur.
Другим фактором, влияющим на подвижность пузырьков, является их размер. Торможение пузырька пропорционально площади поверхности, в то время как выталкивающая сила пропорциональна объему. Таким образом, очень маленькие пузырьки имеют высокое значение отношения торможения к выталкивающей силе и имеют тенденцию к перемещению вместе с текучей средой. Как следствие, маленькие пузырьки вызывают маленькие ошибки. И наоборот, большие пузырьки не имеют тенденции к перемещению вместе с текучей средой и приводят к большим ошибкам. То же остается справедливым и для частиц. Небольшие частицы имеют тенденцию к перемещению вместе с текучей средой и вызывают небольшие ошибки.Another factor affecting the mobility of the bubbles is their size. Inhibition of the bubble is proportional to the surface area, while the buoyancy force is proportional to the volume. Thus, very small bubbles have a high braking to buoyancy ratio and tend to move with the fluid. As a result, small bubbles cause small errors. Conversely, large bubbles do not tend to move with the fluid and lead to large errors. The same holds true for particles. Small particles tend to move with the fluid and cause small errors.
Другим фактором является разница в плотности между текучей средой и газом. Выталкивающая сила пропорциональна разнице в плотности между текучей средой и газом. Газ, имеющий высокое давление, может иметь достаточно высокую плотность, чтобы влиять на выталкивающую силу и уменьшать эффект разделения. В дополнение к этому большие пузырьки занимают больше объема, что приводит к реальным флуктуациям в плотности протекающего материала. Из-за сжимаемости газа количество газа в пузырьках может меняться, но при этом не обязательно будет меняться их размер. И наоборот, если изменяется давление, может соответствующим образом меняться размер пузырьков, которые расширяются при падении давления или сжимаются при увеличении давления. Это также может вызвать изменения в естественной или резонансной частоте измерителя расхода и, таким образом, изменения в реальной плотности двухфазного потока.Another factor is the difference in density between the fluid and the gas. The buoyancy force is proportional to the difference in density between the fluid and the gas. A gas having a high pressure may have a density high enough to affect the buoyancy force and reduce the separation effect. In addition, large bubbles occupy more volume, which leads to real fluctuations in the density of the flowing material. Due to the compressibility of the gas, the amount of gas in the bubbles can vary, but their size will not necessarily change. Conversely, if the pressure changes, the size of the bubbles, which expand when the pressure drops or shrink when the pressure increases, can accordingly change. It can also cause changes in the natural or resonant frequency of the flow meter and, thus, changes in the actual density of the two-phase flow.
На подвижность пузырька и частицы также могут влиять факторы второго порядка. Турбулентность в текучей среде, имеющей высокую скорость потока, разрушает большие пузырьки и частицы на меньшие, что уменьшает ошибку из-за разделения. Поверхностно-активные вещества снижают поверхностное натяжение пузырьков и уменьшают их тенденцию к объединению. Клапаны могут уменьшить размер пузырьков за счет увеличенной турбулентности, в то время как повороты в трубопроводах могут увеличить размер пузырьков путем принудительного их объединения за счет центробежной силы.Second-order factors can also affect the mobility of a bubble and particles. Turbulence in a fluid having a high flow rate destroys large bubbles and particles into smaller ones, which reduces the error due to separation. Surfactants reduce the surface tension of the bubbles and reduce their tendency to combine. Valves can reduce the size of the bubbles due to increased turbulence, while turns in the pipelines can increase the size of the bubbles by forcing them to combine due to centrifugal force.
В данной области техники остается потребность в вибрационном измерителе расхода, который обнаруживает проблемные уровни материалов, являющихся увлеченной второй фазой. В данной области техники остается потребность в вибрационном измерителе расхода, который может точно измерить характеристики потока в присутствии материалов, являющихся увлеченной второй фазой. В данной области техники остается потребность в вибрационном измерителе расхода, который может точно измерить характеристики потока при разных уровнях материалов, являющихся увлеченной второй фазой.There remains a need in the art for a vibratory flow meter that detects problematic levels of materials that are involved in the second phase. There remains a need in the art for a vibratory flow meter that can accurately measure flow characteristics in the presence of materials that are carried away by the second phase. There remains a need in the art for a vibratory flow meter that can accurately measure flow characteristics at different levels of materials, which are a passionate second phase.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, предлагается вибрационный измеритель расхода, предназначенный для коррекции для увлеченной фазы в двухфазном потоке протекающего материала. Вибрационный измеритель расхода содержит узел измерителя расхода, включающий привод, причем вибрационный измеритель расхода выполнен с возможностью создавать вибрационную реакцию для протекающего материала. Вибрационный измеритель расхода дополнительно содержит измерительную электронику, соединенную с узлом измерителя расхода и принимающую вибрационную реакцию. Измерительная электроника выполнена с возможностью создавать измеренную плотность двухфазного потока, используя вибрационную реакцию, определять расчетную мощность привода, потребляемую приводом, входящим в состав узла измерителя расхода, и вычислять коэффициент компенсации плотности с использованием плотности жидкости, являющейся жидким компонентом двухфазного потока, плотности увлеченной фазы, являющейся увлеченным компонентом, измеренной плотности двухфазного потока и расчетной мощности привода.According to one embodiment of the present invention, there is provided a vibratory flow meter for correction for a entrained phase in a two-phase flow of a flowing material. The vibrational flow meter comprises a flow meter assembly including a drive, wherein the vibrational flow meter is configured to create a vibrational reaction for the flowing material. The vibratory flow meter further comprises measuring electronics connected to the flow meter assembly and receiving a vibrational response. Measuring electronics is configured to create a measured density of a two-phase flow using a vibrational reaction, to determine the design power of the drive consumed by the drive, which is part of the flow meter assembly, and to calculate the density compensation coefficient using the density of the liquid, which is the liquid component of the two-phase flow, the density of the entrained phase, being a keen component, measured two-phase flow density and rated drive power.
Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, предлагается способ коррекции для увлеченной фазы в двухфазном потоке протекающего материала в вибрационном измерителе расхода. Способ содержит создание измеренной плотности двухфазного потока, определение расчетной мощности привода, потребляемой приводом, входящим в состав узла измерителя расхода, и вычисление коэффициента компенсации плотности с использованием плотности жидкости, являющейся жидким компонентом двухфазного потока, плотности увлеченной фазы, являющейся увлеченным компонентом, измеренной плотности двухфазного потока и расчетной мощности привода.According to one embodiment of the present invention, there is provided a correction method for a entrained phase in a two-phase flow of a flowing material in a vibratory flow meter. The method includes creating a measured density of a two-phase flow, determining the estimated drive power consumed by the drive that is part of the flow meter assembly, and calculating a density compensation coefficient using the density of the liquid being the liquid component of the two-phase flow, the density of the entrained phase being the entrained component, the measured density of the two-phase flow and rated drive power.
Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, предлагается способ коррекции для увлеченной фазы в двухфазном потоке протекающего материала в вибрационном измерителе расхода. Способ содержит создание измеренной плотности двухфазного потока, определение расчетной мощности привода, потребляемой приводом, входящим в состав узла измерителя расхода, вычисление коэффициента компенсации плотности с использованием плотности жидкости, являющейся жидким компонентом двухфазного потока, плотности увлеченной фазы, являющейся увлеченным компонентом, измеренной плотности двухфазного потока и расчетной мощности привода, и добавление коэффициента компенсации плотности к измеренной плотности двухфазного потока, чтобы получить компенсированную плотность двухфазного потока. Способ дополнительно содержит определение предполагаемой мощности привода с использованием плотности жидкого компонента, плотности увлеченного компонента, компенсированной плотности двухфазного потока и показателя мощности вибрационного измерителя расхода. Способ дополнительно содержит определение точности измерений потока, выполняемых вибрационным измерителем расхода, на основе разницы между предполагаемой мощностью привода и расчетной мощностью привода.According to one embodiment of the present invention, there is provided a correction method for a entrained phase in a two-phase flow of a flowing material in a vibratory flow meter. The method comprises creating a measured density of a two-phase flow, determining an estimated drive power consumed by a drive included in a flow meter assembly, calculating a density compensation coefficient using a density of a liquid being a liquid component of a two-phase flow, a density of a entrained phase being a entrained component, a measured density of a two-phase flow and calculated drive power, and adding a density compensation factor to the measured two-phase flow density so that get the compensated density of the two-phase flow. The method further comprises determining the estimated drive power using the density of the liquid component, the density of the entrained component, the compensated density of the two-phase flow, and the power indicator of the vibratory flow meter. The method further comprises determining the accuracy of the flow measurements performed by the vibratory flow meter based on the difference between the estimated drive power and the calculated drive power.
Отличительные особенности изобретенияFeatures of the invention
Согласно одной из отличительных особенностей вибрационного измерителя расхода, измерительная электроника выполнена с возможностью умножать напряжение привода на ток привода, чтобы определить расчетную мощность привода.According to one of the distinguishing features of the vibratory flow meter, the measuring electronics is configured to multiply the drive voltage by the drive current in order to determine the design power of the drive.
Согласно другой отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, измерительная электроника выполнена с возможностью умножать напряжение датчика помех на ток привода, чтобы определить расчетную мощность привода.According to another distinguishing feature of the vibratory flow meter, the measuring electronics is configured to multiply the voltage of the interference sensor by the drive current to determine the design power of the drive.
Согласно еще одной отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, измерительная электроника выполнена с возможностью решать уравнение чтобы определить расчетную мощность привода, где K - постоянная пропорциональности, Id - измеренный ток привода, I0 - ток привода для доли с нулевым объемом, ЕPO - напряжение датчика для измерения механических перемещений, и Et - плановое напряжение датчика для измерения механических перемещений.According to another distinctive feature of the vibratory flow meter, the measuring electronics is configured to solve the equation to determine the calculated drive power, where K is the proportionality constant, I d is the measured drive current, I 0 is the drive current for a fraction with zero volume, E PO is the sensor voltage for measuring mechanical displacements, and E t is the planned sensor voltage for measuring mechanical displacements.
Согласно следующей отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, вычисление коэффициента компенсации плотности содержит решение уравнения причем ρl - плотность жидкости, ρuut - указанная плотность, ρе - плотность увлеченной фазы, Pcomputed - расчетная мощность привода, а члены Сl и С2 содержат заранее определенные постоянные, зависящие от измерителя.According to the following distinctive feature of the vibratory flow meter, the calculation of the density compensation coefficient contains a solution to the equation moreover, ρ l is the fluid density, ρ uut is the indicated density, ρ e is the density of the entrained phase, P computed is the calculated drive power, and the terms Cl and C2 contain predetermined constants depending on the meter.
Согласно еще одной отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, измерительная электроника дополнительно выполнена с возможностью добавлять коэффициент компенсации плотности к измеренной плотности двухфазного потока, чтобы предоставить компенсированную плотность двухфазного потока.According to yet another distinguishing feature of the vibratory flow meter, the meter electronics is further configured to add a density compensation coefficient to the measured density of the two-phase flow to provide a compensated density of the two-phase flow.
Согласно следующей отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, измерительная электроника дополнительно выполнена с возможностью добавлять коэффициент компенсации плотности к измеренной плотности двухфазного потока, чтобы предоставить компенсированную плотность двухфазного потока, определять предполагаемую мощность привода с использованием плотности жидкости, плотности увлеченной фазы, компенсированной плотности двухфазного потока и показателя мощности вибрационного измерителя расхода, а также определять точность измерений потока, выполненных вибрационным измерителем расхода, на основе разницы между значением предполагаемой мощности привода и расчетной мощностью привода.According to a further distinguishing feature of the vibratory flow meter, the measuring electronics is further configured to add a density compensation coefficient to the measured density of the two-phase flow to provide a compensated density of the two-phase flow, to determine the estimated drive power using the fluid density, entrained phase density, compensated two-phase flow density and index power of the vibratory flow meter, and also determine the exact ость flow measurements carried out by a vibratory flow meter based on the difference between the estimated drive power and the calculated drive power.
Согласно еще одной отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, измерительная электроника дополнительно выполнена с возможностью решать уравнение , где ρcomp - компенсированная плотность двухфазного потока, чтобы получить компенсированную объемную долю для двухфазного потока.According to another distinctive feature of the vibratory flow meter, the measuring electronics is further configured to solve the equation where ρ comp is the compensated density of the two-phase flow in order to obtain the compensated volume fraction for the two-phase flow.
Согласно следующей отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода отличается от предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное отклонение.According to the following distinctive feature of the vibratory flow meter, determining the accuracy further comprises creating an alarm message if the calculated drive power differs from the estimated drive power by more than a predetermined deviation.
Согласно еще одной отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, указывая на чрезмерный уровень увлеченной фазы и дополнительно указывая на необходимость изменения условий потока в вибрационном измерителе расхода.According to another distinguishing feature of the vibratory flow meter, determining the accuracy further comprises creating an alarm message if the calculated drive power exceeds the estimated drive power by more than a predetermined upper limit value, indicating an excessive level of entrained phase and further indicating the need to change the flow conditions in the vibration flow meter.
Согласно следующей отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, указывая на чрезмерный размер пузырьков газа и дополнительно указывая на необходимость изменения условий потока в вибрационном измерителе расхода.According to the following distinctive feature of the vibratory flow meter, determining the accuracy further comprises creating an alarm message if the calculated drive power exceeds the estimated drive power by more than a predetermined upper limit value, indicating excessive size of gas bubbles and additionally indicating the need to change the flow conditions in the vibratory meter expense.
Согласно еще одной отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, указывая на чрезмерный уровень твердой увлеченной фазы и дополнительно указывая на необходимость изменения условий потока в вибрационном измерителе расхода.According to yet another distinguishing feature of the vibratory flow meter, determining the accuracy further comprises generating an alarm message if the calculated drive power exceeds the estimated drive power by more than a predetermined upper limit value, indicating an excessive level of solid entrained phase and further indicating the need to change the flow conditions in vibratory flow meter.
Согласно следующей отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение.According to a further distinguishing feature of the vibratory flow meter, the determination of accuracy further comprises generating an alarm message if the calculated drive power exceeds the estimated drive power by more than a predetermined upper limit value.
Согласно еще одной отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, определение точности дополнительно содержит уточнение компенсированной плотности двухфазного потока, если расчетная мощность привода меньше предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное нижнее предельное значение или если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение.According to another distinguishing feature of the vibratory flow meter, the determination of accuracy further comprises clarifying the compensated density of the two-phase flow if the calculated drive power is less than the estimated drive power by more than a predetermined lower limit value or if the calculated drive power exceeds the estimated drive power by more than a predetermined upper limit value.
Согласно следующей отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, уточнение компенсированной плотности двухфазного потока содержит уменьшение коэффициента компенсации плотности на величину, пропорциональную разнице между расчетной мощностью привода и заранее определенным нижним предельным значением.According to the following distinctive feature of the vibrational flow meter, the refinement of the compensated density of a two-phase flow comprises a decrease in the density compensation coefficient by an amount proportional to the difference between the calculated drive power and a predetermined lower limit value.
Согласно еще одной отличительной особенности вибрационного измерителя расхода, определение точности дополнительно содержит сравнение предполагаемой мощности привода с расчетной мощностью привода, создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, и уточнение компенсированной плотности двухфазного потока путем уменьшения коэффициента компенсации плотности на величину, пропорциональную разнице между расчетной мощностью привода и заранее определенным нижним предельным значением, если расчетная мощность привода меньше предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное нижнее предельное значение.According to another distinctive feature of the vibrational flow meter, the accuracy determination further compares the estimated drive power with the calculated drive power, generates an alarm message if the calculated drive power exceeds the estimated drive power by more than a predetermined upper limit value, and clarifies the compensated two-phase flow density by decrease the density compensation coefficient by an amount proportional to the difference between the calculated NOSTA actuator and a predetermined lower limit value, if the calculated drive power is less than anticipated driving power by more than a predetermined lower limit value.
Согласно одной из отличительных особенностей способа, определение расчетной мощности привода содержит умножение напряжения привода на ток привода.According to one of the distinguishing features of the method, determining the design power of the drive comprises multiplying the drive voltage by the drive current.
Согласно другой отличительной особенности способа, определение расчетной мощности привода содержит умножение напряжения датчика для измерения механических перемещений на ток привода.According to another distinguishing feature of the method, determining the design power of the drive comprises multiplying the voltage of the sensor for measuring mechanical displacements by the current of the drive.
Согласно еще одной отличительной особенности способа, определение расчетной мощности привода содержит решение уравнения According to another distinctive feature of the method, the determination of the design power of the drive contains a solution to the equation
где K - постоянная пропорциональности, Id - измеренный ток привода, I0 - ток привода для доли с нулевым объемом, ЕPO - напряжение датчика для измерения механических перемещений, и Et - плановое напряжение датчика для измерения механических перемещений.where K is the proportionality constant, I d is the measured drive current, I 0 is the drive current for a fraction with zero volume, E PO is the sensor voltage for measuring mechanical displacements, and E t is the planned sensor voltage for measuring mechanical displacements.
Согласно следующей отличительной особенности способа, вычисление коэффициента компенсации плотности содержит решение уравнения причем ρl - плотность жидкости, ρuut - указанная плотность, ρе - плотность увлеченной фазы, Pcomputed - расчетная мощность привода, а элементы С1 и С2 содержат заранее определенные постоянные, зависящие от измерителя.According to the following distinctive feature of the method, the calculation of the density compensation coefficient contains a solution to the equation moreover, ρ l is the fluid density, ρ uut is the indicated density, ρ e is the density of the entrained phase, P computed is the calculated drive power, and elements C1 and C2 contain predetermined constants depending on the meter.
Согласно еще одной отличительной особенности способа, способ дополнительно содержит добавление коэффициента компенсации плотности к измеренной плотности двухфазного потока, чтобы предоставить компенсированную плотность двухфазного потока.According to yet another distinguishing feature of the method, the method further comprises adding a density compensation coefficient to the measured density of the two-phase flow to provide a compensated density of the two-phase flow.
Согласно следующей отличительной особенности способа, способ дополнительно содержит добавление коэффициента компенсации плотности к измеренной плотности двухфазного потока, чтобы предоставить компенсированную плотность двухфазного потока, определять предполагаемую мощность привода с использованием плотности жидкости, плотности увлеченной фазы, компенсированной плотности двухфазного потока и показателя мощности вибрационного измерителя расхода, а также определять точность измерений потока, выполненных вибрационным измерителем расхода, на основе разницы между значением предполагаемой мощности привода и вычисленной мощностью привода.According to a further distinguishing feature of the method, the method further comprises adding a density compensation coefficient to the measured density of the two-phase flow to provide a compensated density of the two-phase flow, determining the estimated drive power using the fluid density, entrained phase density, compensated two-phase flow density, and a power indicator of the vibratory flow meter, and also determine the accuracy of the flow measurements made by the vibration meter flow rate based on a difference between the assumed value of the drive power and the calculated drive power.
Согласно еще одной отличительной особенности способа, способ дополнительно содержит решение уравнения , где ρcomp - компенсированная плотность двухфазного потока, чтобы получить компенсированную объемную долю для двухфазного потока.According to another distinctive feature of the method, the method further comprises solving the equation where ρ comp is the compensated density of the two-phase flow in order to obtain the compensated volume fraction for the two-phase flow.
Согласно следующей отличительной особенности способа, определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода отличается от предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное отклонение.According to a further distinguishing feature of the method, determining the accuracy further comprises creating an alarm message if the calculated drive power differs from the estimated drive power by more than a predetermined deviation.
Согласно еще одной отличительной особенности способа, определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, указывая на чрезмерный уровень увлеченной фазы и дополнительно указывая на необходимость изменения условий потока в вибрационном измерителе расхода.According to another distinctive feature of the method, determining the accuracy further comprises creating an alarm message if the calculated drive power exceeds the estimated drive power by more than a predetermined upper limit value, indicating an excessive level of entrained phase and further indicating the need to change the flow conditions in the vibratory flow meter .
Согласно следующей отличительной особенности способа, определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, указывая на чрезмерный размер пузырьков газа и дополнительно указывая на необходимость изменения условий потока в вибрационном измерителе расхода.According to a further distinguishing feature of the method, determining the accuracy further comprises creating an alarm message if the calculated drive power exceeds the estimated drive power by more than a predetermined upper limit value, indicating an excessive size of gas bubbles and further indicating the need to change the flow conditions in the vibratory flow meter.
Согласно еще одной отличительной особенности способа, определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, указывая на чрезмерный уровень твердой увлеченной фазы и дополнительно указывая на необходимость изменения условий потока в вибрационном измерителе расхода.According to another distinctive feature of the method, determining the accuracy further comprises creating an alarm message if the calculated drive power exceeds the estimated drive power by more than a predetermined upper limit value, indicating an excessive level of solid entrained phase and further indicating the need to change the flow conditions in the vibration meter expense.
Согласно следующей отличительной особенности способа, определение точности дополнительно содержит создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение.According to a further distinguishing feature of the method, determining the accuracy further comprises creating an alarm message if the calculated drive power exceeds the estimated drive power by more than a predetermined upper limit value.
Согласно еще одной отличительной особенности способа, определение точности дополнительно содержит уточнение компенсированной плотности двухфазного потока, если расчетная мощность привода меньше предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное нижнее предельное значение или если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение.According to another distinguishing feature of the method, the determination of accuracy further comprises clarifying the compensated density of the two-phase flow if the calculated drive power is less than the estimated drive power by more than a predetermined lower limit value or if the calculated drive power exceeds the estimated drive power by more than a predetermined upper limit value .
Согласно следующей отличительной особенности способа, уточнение компенсированной плотности двухфазного потока содержит уменьшение коэффициента компенсации плотности на величину, пропорциональную разнице между расчетной мощностью привода и заранее определенным нижним предельным значением.According to a further distinguishing feature of the method, the refinement of the compensated density of a two-phase flow comprises a decrease in the density compensation coefficient by an amount proportional to the difference between the calculated drive power and a predetermined lower limit value.
Согласно еще одной отличительной особенности способа, определение точности дополнительно содержит сравнение предполагаемой мощности привода с расчетной мощностью привода, создание тревожного сообщения, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, и уточнение компенсированной плотности двухфазного потока путем уменьшения коэффициента компенсации плотности на величину, пропорциональную разнице между расчетной мощностью привода и заранее определенным нижним предельным значением, если расчетная мощность привода меньше предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное нижнее предельное значение.According to another distinguishing feature of the method, determining the accuracy further comprises comparing the estimated drive power with the calculated drive power, creating an alarm message if the calculated drive power exceeds the estimated drive power by more than a predetermined upper limit value, and refining the compensated density of the two-phase flow by reducing the coefficient density compensation by an amount proportional to the difference between the calculated drive power and in advance EFINITIONS lower limit value, if the calculated drive power is less than anticipated driving power by more than a predetermined lower limit value.
Описание чертежейDescription of drawings
На фиг.1 показан вибрационный измеритель расхода, предназначенный для коррекции для увлеченной фазы в двухфазном потоке протекающего материала, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения.Figure 1 shows a vibrational flow meter, intended for correction for the entrained phase in a two-phase flow of flowing material, according to one embodiment of the present invention.
На фиг.2 показана измерительная электроника вибрационного измерителя расхода, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения.Figure 2 shows the measuring electronics of a vibratory flow meter, according to one embodiment of the present invention.
Фиг.3 представляет собой блок-схему способа коррекции для увлеченной фазы в двухфазном потоке протекающего материала в вибрационном измерителе расхода, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения.Figure 3 is a flowchart of a correction method for a entrained phase in a two-phase flow of flowing material in a vibratory flow meter, according to one embodiment of the present invention.
Фиг.4 представляет собой блок-схему способа коррекции для увлеченной фазы в двухфазном потоке протекающего материала в вибрационном измерителе расхода, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения.4 is a flowchart of a correction method for a entrained phase in a two-phase flow of flowing material in a vibratory flow meter, according to one embodiment of the present invention.
Фиг.5 представляет собой график зависимости мощности привода от объемной доли газа, полученный экспериментальным путем для множества параметров текучей среды и в диапазоне объемных долей.Figure 5 is a graph of the dependence of the drive power on the volume fraction of gas obtained experimentally for many parameters of the fluid and in the range of volume fractions.
Фиг.6 представляет собой график зависимости расчетной мощности привода и предполагаемой мощности привода от объемной доли увлеченной фазы.6 is a graph of the calculated drive power and the estimated drive power versus volume fraction of the entrained phase.
Фиг.7 представляет собой график зависимости расчетной мощности привода и предполагаемой мощности привода, аналогичный фиг.6, за исключением того, что расчетная мощность привода показана имеющей меньшее значение по сравнению с предполагаемой мощностью привода.Fig.7 is a graph of the estimated drive power and the estimated drive power, similar to Fig.6, except that the estimated drive power is shown to have a lower value compared to the estimated drive power.
Подробное описание предпочтительных вариантов реализацииDetailed Description of Preferred Embodiments
Фиг.1-7 и приведенное далее описание иллюстрируют конкретные примеры с целью научить специалистов в данной области техники тому, как реализовать и использовать лучший вариант реализации настоящего изобретения. В целях обучения новаторским принципам некоторые обычные аспекты упрощены или опущены. Специалистам в данной области техники будут очевидны модификации этих примеров, которые не выходят за пределы объема настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что описанные ниже особенности могут быть объединены различными путями, чтобы получить множество модификаций настоящего изобретения. Как результат, настоящее изобретение не ограничивается описанными ниже конкретными примерами, но только пунктами приложенной формулы изобретения и их эквивалентами.1-7 and the following description illustrate specific examples in order to teach specialists in this field of technology how to implement and use the best implementation of the present invention. In order to teach innovative principles, some common aspects are simplified or omitted. Modifications of these examples will be apparent to those skilled in the art that do not fall outside the scope of the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the features described below can be combined in various ways to obtain many modifications of the present invention. As a result, the present invention is not limited to the specific examples described below, but only by the appended claims and their equivalents.
На фиг.1 показан вибрационный измеритель 5 расхода, предназначенный для коррекции для увлеченной фазы в двухфазном потоке протекающего материала, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения. Увлеченная фаза может содержать увлеченный газ. Увлеченная фаза может содержать погруженное твердое вещество. Приведенное ниже обсуждение сконцентрировано на увлеченном газе. Однако это обсуждение также применимо для погруженных твердых веществ.Figure 1 shows a
Вибрационный измеритель 5 расхода содержит узел 10 измерителя расхода и измерительную электронику 20. Измерительная электроника 20 соединена с узлом 10 измерителя посредством выводов 100 и выполнена с возможностью предоставлять измерения одного или более из следующего: плотности, массового расхода, объемного расхода, обобщенного массового расхода, температуры и другой информации, по линии 26 связи. Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что настоящее изобретение можно использовать в измерителе расхода Кориолиса, относящемся к любому типу, вне зависимости от числа приводов, датчиков для измерения механических перемещений, каналов потока или рабочих режимов вибрации. В дополнение к этому необходимо понимать, что вибрационный измеритель 5 расхода может в качестве альтернативы содержать вибрационный плотномер.The
Узел 10 измерителя расхода включает пару фланцев 101 и 101', коллекторы 102 и 102', привод 104, датчики 105 и 105' для измерения механических перемещений, а также каналы 103А и 103В потока.The
Фланцы 101 и 101' прикреплены к коллекторам 102 и 102'. Коллекторы 102 и 102' могут быть прикреплены к противоположным концам промежуточного элемента 106. Промежуточный элемент 106 поддерживает расстояние между коллекторами 102 и 102', чтобы предотвратить передачу сил с трубопровода на каналы 103А и 103В потока. Когда узел 10 измерителя расхода вставлен в трубопровод (не показан), который транспортирует протекающий материал, характеристики которого измеряются, протекающий материал поступает в узел 10 измерителя расхода через фланец 101, проходит через впускной коллектор 102, где все количество протекающего материала направляется на вход в каналы 103А и 103В потока, протекает через каналы 103А и 103В потока и обратно в выпускной коллектор 102', где он покидает узел 10 измерителя через фланец 101'.
Каналы 103А и 103В выбирают и подходящим образом присоединяют к впускному коллектору 102 и выпускному коллектору 102' так, чтобы имелись фактически одни и те же распределение масс, моменты инерции и модули упругости применительно к осям W-W и W'-W' соответственно. Каналы 103А и 103В потока проходят в направлении от коллекторов 102 и 102', по существу, параллельно.
Каналы 103А и 103В потока приводят в действие при помощи привода 104 в противоположных направлениях относительно соответствующих осей изгиба W и W' и в таком режиме, который называется "первым режимом изгиба вне фазы" вибрационного измерителя 5 расхода. Привод 104 может иметь одну из множества хорошо известных конструкций, например представлять собой магнит, установленный на канале 103А потока, и расположенную напротив катушку, установленную на канале 103В потока. Через расположенную напротив катушку пропускают переменный ток, чтобы вызвать колебание обоих каналов. Подходящий сигнал привода подают при помощи измерительной электроники 20 в привод 104 через вывод 110.The
Измерительная электроника 20 принимает сигналы датчиков по выводам 111 и 111' соответственно. Измерительная электроника 20 создает сигнал привода на выводе 110, который заставляет привод 104 создавать колебания каналов 103А и 103В потока. Измерительная электроника 20 обрабатывает левый и правый сигналы скорости от датчиков 105 и 105' для измерения механических перемещений, чтобы рассчитать массовый расход. Линия 26 связи обеспечивает средство ввода/вывода, которое позволяет измерительной электронике 20 взаимодействовать с оператором или другими электронными системами. Описание для фиг.1 приведено просто как пример работы измерителя расхода Кориолиса и не подразумевает ограничения в идее настоящего изобретения.Measuring
Узел 10 измерителя расхода выполнен с возможностью создавать вибрационную реакцию для протекающего материала. Измерительная электроника 20 может принимать и обрабатывать вибрационную реакцию, чтобы создать одно или более измерений потока для протекающего материала, включая двухфазный поток. Двухфазный поток может включать увлеченный газ (включая увлеченный воздух) или увлеченные твердые вещества. Вибрационный измеритель 5 расхода выполнен с возможностью выполнения коррекции для увлеченного газа и твердых веществ, чтобы получить надежные и точные измерения потока несмотря на увлеченную потоком фазу. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения измерительная электроника 20 может принимать и обрабатывать вибрационную реакцию, чтобы создать тревожное сообщение, если уровень увлеченной фазы в узле 10 измерителя расхода превышает заранее определенное предельное значение (см. фиг.4 и связанное с ней обсуждение). Тревожное сообщение может указывать на чрезмерный уровень увлеченной фазы. Тревожное сообщение может указывать на чрезмерный размер пузырьков, например, если размер пузырьков превысит заранее определенный предельный размер, либо объем газа. Тревожное сообщение может указывать на чрезмерный размер частиц или объем твердого вещества. Таким образом, тревожное сообщение может указывать на то, что одно или более измерений потока превысили заранее определенное отклонение для измерений. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения измерительная электроника 20 может уточнить коррекцию, если результирующее измерение (измерения) потока является недостаточно точным.The
Одна общая проблема при создании одного или более измерений потока возникает, когда в протекающем материале находится увлеченный воздух (или любой газ). Увлеченный воздух может присутствовать в качестве пузырьков различного размера. Когда пузырьки относительно малы, они оказывают пренебрежимо малый эффект на измерения потока. Однако при увеличении размера пузырьков также увеличивается ошибка в измерениях потока.One common problem in creating one or more flow measurements occurs when entrained air (or any gas) is in the flowing material. Entrained air may be present as bubbles of various sizes. When bubbles are relatively small, they have a negligible effect on flow measurements. However, as the size of the bubbles increases, the error in the flow measurements also increases.
Измерительная электроника 20, соответствующая некоторым вариантам реализации настоящего изобретения, обеспечивает улучшенное измерение потока. Измерение потока улучшается при присутствии в протекающем материале увлеченной фазы. Измерение потока улучшается при присутствии в протекающем материале погруженных пузырьков воздуха. Измерение потока улучшается при присутствии в протекающем материале увлеченного твердого вещества. Например, измерительная электроника 20 может обеспечивать улучшенное измерение плотности протекающего материала. Измерительная электроника 20 может дополнительно предоставлять объемную долю увлеченной фазы и/или другие измерения расхода для протекающего материала. Как результат, вибрационный измеритель 5 расхода может содержать вибрационный плотномер и/или измеритель расхода Кориолиса. Могут быть получены и другие дополнительные измерения потока, и они не выходят за пределы объема данного описания и пунктов приложенной формулы настоящего изобретения.Measuring
В одном из вариантов реализации настоящего изобретения расходомерные трубки 103А и 103В, как показано, выполнены фактически U-образной формы. В качестве альтернативы, в других вариантах реализации настоящего изобретения расходомерные трубки могут быть выполнены фактически прямыми. Однако также можно использовать и другие формы, которые не выходят за пределы данного описания и пунктов приложенной формулы настоящего изобретения.In one embodiment of the present invention, the
Измерительная электроника 20 в одном из вариантов реализации настоящего изобретения выполнена с возможностью создания вибрации в расходомерных трубках 103А и 103В. Вибрация реализуется приводом 104. Далее измерительная электроника 20 принимает возникающие в результате вибрационные сигналы от датчиков 105 и 105' для измерения механического перемещения. Вибрационные сигналы содержат вибрационную реакцию расходомерных трубок 103А и 103В. Измерительная электроника 20 обрабатывает вибрационную реакцию и выполняет одно или более измерений потока.Measuring
На фиг.2 показана измерительная электроника 20 вибрационного измерителя 5 расхода, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения. Измерительная электроника 20 в этом варианте включает интерфейс 201, который может быть соединен с выводами 100 (и, по желанию, также с линией связи 26). Измерительная электроника 20 далее включает систему 203 обработки. Система 203 обработки может относиться к любому типу, включая обычный процессор или процессор специального назначения, схемное решение и т.д. Система 203 обработки принимает сигналы от узла 10 измерителя расхода и обрабатывает эти сигналы, например вибрационную реакцию от датчиков 105 и 105' для измерения механического перемещения. Система 203 обработки дополнительно может создавать и передавать сигналы в узел 10 измерителя расхода, например сигнал привода, который заставляет функционировать привод 104.Figure 2 shows the measuring
Измерительная электроника 20 может дополнительно включать систему 204 хранения, которая хранит информацию. Система 204 хранения может представлять единое целое с системой 203 обработки или быть отдельной от нее. Система 204 хранения может хранить, например, вибрационную реакцию 211, измеренную плотность 212 двухфазного потока, плотность 213 жидкости, расчетную мощность 214 привода, коэффициент 215 компенсации плотности, компенсированную плотность 216 двухфазного потока, предполагаемую мощность 217 привода и плотность 218 увлеченной фазы. В системе 204 хранения может храниться и другая информация, включая величины, рассмотренные ниже.Measuring
Вибрационная реакция 211 может содержать вибрационную реакцию узла 10 измерителя расхода. Вибрационная реакция 211 может содержать сигналы от датчиков для измерения механического перемещения, которые обработаны для получения измерения потока. Таким образом, вибрационная реакция 211 может содержать измерение потока, включая одно или более из следующего: массовый расход и объемный расход. Расход (расходы) может храниться как часть вибрационной реакции 211 либо может храниться как отдельная величина.The vibrational reaction 211 may comprise a vibrational reaction of the
Измеренная плотность 212 двухфазного потока содержит измерение плотности, полученное от датчиков 105 и 105' для измерения механического перемещения. Измеренная плотность 212 двухфазного потока содержит измерение плотности двухфазного потока, выполненное в узле 10 измерителя расхода известным в данной области техники методом. Как результат, по мере увеличения количества увлеченного воздуха в двухфазном потоке измеренная плотность 212 двухфазного потока становится менее точной.The measured density 212 of the two-phase flow contains a density measurement obtained from
Плотность 213 жидкости, являющейся жидким компонентом двухфазного потока, содержит известную плотность жидкого компонента двухфазного потока. Плотность 213 жидкости может содержать сохраненное значение или постоянную в зависимости от жидкого компонента.The density 213 of the liquid, which is the liquid component of the two-phase flow, contains the known density of the liquid component of the two-phase flow. The density 213 of the liquid may contain a stored value or a constant depending on the liquid component.
Плотность 218 увлеченной фазы содержит известную плотность (ρе) увлеченного компонента двухфазного потока, представляющего собой вторую фазу. Плотность 218 увлеченной фазы может содержать сохраненное значение или постоянную в зависимости от увлеченного компонента.The density 218 of the entrained phase contains the known density (ρ e ) of the entrained component of the two-phase flow, which is the second phase. The entrained phase density 218 may comprise a stored value or a constant depending on the entrained component.
Расчетная мощность 214 привода содержит электрическую мощность, требуемую приводом 104. Привод 104 может получать всю или не всю необходимую электрическую мощность в зависимости от количества увлеченного воздуха. Расчетная мощность 214 привода может содержать вычисленное или измеренное значение, которое сохраняется системой 203 обработки. Расчетная мощность 214 привода может содержать ток привода, умноженный на напряжение привода (т.е. электрический ток, протекающий через привод 104, умноженный на электрическое напряжение в приводе). В качестве альтернативы, если напряжение в приводе 104 не измеряется или известно иным образом, расчетная мощность 214 привода может содержать ток привода, умноженный на напряжение в одном из датчиков для измерения механического перемещения. Однако этот подход также обладает недостатками, так как ток привода, как правило, не является неограниченным и, возможно, не будет увеличиваться сверх определенного уровня даже несмотря на то, что это может потребоваться. Таким образом, расчетная мощность 214 привода может быть вычислена в соответствии с другими величинами (см. ниже этап 302 на фиг.3).The calculated drive power 214 contains the electrical power required by the
Коэффициент 215 компенсации плотности содержит коэффициент компенсации, который будет компенсировать измеренную плотность 212 двухфазного потока при влиянии увлеченной фазы, например, такой как увлеченный газ. Однако газ может различаться, и коэффициент 215 компенсации плотности может выполнять компенсацию для любого газа или смеси газов. Коэффициент 215 компенсации плотности учитывает наличие увлеченного газа. Коэффициент 215 компенсации плотности учитывает изменяющиеся уровни содержания увлеченного газа.The density compensation coefficient 215 comprises a compensation coefficient that will compensate for the measured density 212 of the two-phase flow when influenced by a entrained phase, such as entrained gas, for example. However, the gas may vary, and the density compensation coefficient 215 can compensate for any gas or mixture of gases. Density compensation coefficient 215 takes into account the presence of entrained gas. Density compensation coefficient 215 allows for varying levels of entrained gas.
Компенсированная плотность 216 двухфазного потока содержит значение плотности для двухфазного потока. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения компенсированная плотность 216 двухфазного потока содержит измеренную плотность 212 двухфазного потока в комбинации с коэффициентом 215 компенсации плотности.The compensated density 216 of the two-phase flow contains the density value for the two-phase flow. In some embodiments, the compensated biphasic density 216 comprises a measured biphasic density 212 in combination with a density compensation factor 215.
Предполагаемая мощность 217 привода содержит мощность привода, которая, как ожидается, поглощается компенсированной плотностью двухфазного потока при среднем размере пузырьков или других ожидаемых параметрах текучей среды, таких как средняя вязкость, плотность жидкости и т.д. Предполагаемая мощность 217 привода содержит мощность привода, вычисленную с использованием компенсированной плотности 216 двухфазного потока.Estimated drive power 217 comprises drive power that is expected to be absorbed by the compensated two-phase flow density with an average bubble size or other expected fluid parameters such as average viscosity, fluid density, etc. The estimated drive power 217 comprises drive power calculated using the compensated two-phase flow density 216.
В процессе работы и в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения система 203 обработки принимает вибрационную реакцию 211, создает измеренную плотность 212 двухфазного потока на основе вибрационной реакции и выполняет коррекцию, по меньшей мере, плотности для увлеченной фазы (см. фиг.3 и 4 и связанное с ними обсуждение).In operation, and in accordance with one embodiment of the present invention, the processing system 203 receives a vibrational response 211, creates a measured two-phase flow density 212 based on the vibrational response, and performs at least density correction for the entrained phase (see FIG. 3 and 4 and related discussion).
Фиг.3 представляет собой блок-схему 300 способа коррекции для увлеченной фазы в двухфазном потоке протекающего материала в вибрационном измерителе расхода, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения. На этапе 301 вибрационный измеритель расхода измеряет плотность двухфазного потока, чтобы получить измеренную плотность двухфазного потока. Как было рассмотрено ранее, измеренная плотность двухфазного потока может характеризоваться разной степенью ошибки в зависимости от уровня увлеченной фазы, расхода и других параметров протекающего материала.FIG. 3 is a
На этапе 302 определяют расчетную мощность привода. Расчетная мощность привода представляет собой электрическую мощность, которая необходима приводу вибрационного измерителя расхода, чтобы создать вибрацию канала (каналов) потока. Расчетная мощность привода в одном из вариантов реализации настоящего изобретения может быть определена путем умножения тока привода на напряжение привода. В качестве альтернативы расчетная мощность привода может быть определена путем умножения тока привода на напряжение, имеющееся в одном из датчиков для измерения механического перемещения. Напряжение в датчике для измерения механического перемещения может представлять собой приемлемую замену для напряжения привода, так как в вибрационном измерителе расхода напряжение привода, как правило, не измеряют или не определяют, в то время как напряжение в датчике для измерения механического перемещения измеряется и известно.At
Однако мощность, требуемая для привода канала (каналов) потока, пропорциональна квадрату амплитуды вибрации. Поэтому если плановая амплитуда удваивается, мощность, требуемая для достижения плановой амплитуды вибрации, увеличивается в четыре раза. К сожалению, ток (Id) привода не будет превышать возможности по току подключенного источника питания, и привод не сможет необходимым образом получить требуемый уровень тока привода, чтобы должным образом привести в действие канал (каналы) потока, особенно когда в двухфазном потоке существуют высокие уровни содержания увлеченной фазы. Поэтому расчетная мощность привода может содержать мощность, необходимую приводу, чтобы вызвать вибрацию канала (каналов) потока в полном объеме, вместо мощности, потребляемой приводом. Следовательно, приводу может потребоваться больше мощности, чем подается.However, the power required to drive the channel (s) of the flow is proportional to the square of the amplitude of the vibration. Therefore, if the planned amplitude is doubled, the power required to achieve the planned amplitude of the vibration increases four times. Unfortunately, the current (I d ) of the drive will not exceed the current capacity of the connected power source, and the drive will not be able to obtain the required current level of the drive in order to properly activate the channel (s) of the flow, especially when there are high currents in the two-phase flow entrained phase levels. Therefore, the design power of the drive may contain the power needed by the drive to cause the channel (s) of the stream to vibrate in full, instead of the power consumed by the drive. Therefore, the drive may require more power than is supplied.
Расчетная мощность привода, вычисленная в соответствии с этим вариантом реализации настоящего изобретения, содержит мощность, необходимую, чтобы вызвать вибрацию канала (каналов) потока в полном объеме, даже если доступный электрический ток является недостаточным. Расчетная мощность привода вычисляется в соответствии с уравнением:The calculated drive power calculated in accordance with this embodiment of the present invention contains the power necessary to cause the flow channel (s) to vibrate in full, even if the available electric current is insufficient. The calculated drive power is calculated in accordance with the equation:
где K - постоянная пропорциональности для вибрационного измерителя расхода, Id - измеренный ток привода, I0 - ток привода для доли с нулевым объемом (такой как ток калибровки), ЕPO - измеренное напряжение датчика для измерения механических перемещений, и Et - плановое напряжение датчика для измерения механических перемещений. Путем решения уравнения (1) определяют расчетную мощность привода, обусловленную наличием увлеченной фазы.where K is the proportionality constant for the vibratory flow meter, I d is the measured drive current, I 0 is the drive current for a fraction with zero volume (such as calibration current), E PO is the measured sensor voltage for measuring mechanical displacements, and E t is the planned Sensor voltage for measuring mechanical movements. By solving equation (1), the calculated drive power is determined due to the presence of the entrained phase.
Член Id×ЕPO представляет собой мощность, пропорциональную полной потребляемой мощности привода. Строго говоря, чтобы вычислить мощность привода, вместо напряжения ЕPO датчиков для измерения механического перемещения должно использоваться напряжение EMF привода. Однако напряжение EMF привода трудно измерить, в то время как легко измеряемое напряжение ЕPO датчика для измерения механического перемещения пропорционально этому напряжению EMF. Поэтому в уравнении можно использовать ЕPO датчика для измерения механического перемещения. Это произведение напряжения ЕPO датчика для измерения механического перемещения на ток Id привода пропорционально мощности, необходимой для вызова вибрации расходомерной трубки (трубок). Плановое напряжение Et датчика для измерения механического перемещения соответствует заданной амплитуде вибрации. Ток Id привода обычно регулируют, чтобы удержать напряжение датчика для измерения механического перемещения на плановом уровне, и, как следствие, амплитуда вибрации находится на своем плановом уровне. Однако пузырьки увлеченного газа или увлеченные твердые вещества, перемещающиеся внутри жидкости, прикладывают большие демпфирующие силы к вибрирующей расходомерной трубке (трубкам), в результате чего предел тока привода часто достигается перед тем, как напряжение ЕPO датчиков для измерения механического перемещения достигнет своего планового значения Et. Если это происходит, напряжение ЕPO датчиков для измерения механического перемещения меньше планового напряжения Et и амплитуда вибрации меньше своего планового уровня.The term I d × E PO represents power proportional to the total power consumption of the drive. Strictly speaking, in order to calculate the drive power, instead of the voltage E PO of the sensors, the drive voltage EMF must be used to measure mechanical displacement. However, the voltage EMF of the drive is difficult to measure, while the easily measured voltage E PO of the sensor for measuring mechanical displacement is proportional to this voltage EMF. Therefore, an E PO sensor can be used in the equation to measure mechanical displacement. This is the product of the voltage E PO of the sensor for measuring the mechanical displacement by the current I d of the drive in proportion to the power needed to cause vibration of the flow tube (s). The planned voltage E t of the sensor for measuring mechanical displacement corresponds to a given vibration amplitude. The current I d of the drive is usually adjusted to keep the voltage of the sensor for measuring mechanical displacement at a planned level, and, as a result, the amplitude of the vibration is at its planned level. However, entrained gas bubbles or entrained solids moving inside the fluid exert large damping forces on the vibrating flow tube (s), whereby the drive current limit is often reached before the voltage E PO of the sensors for measuring mechanical displacement reaches its intended value E t . If this happens, the voltage E PO of the sensors for measuring mechanical displacement is less than the planned voltage E t and the vibration amplitude is less than its planned level.
Член отношения амплитуд регулирует мощность привода в случае уменьшения амплитуды вибрации из-за достижения током привода своего предела. Другими словами, мощность, вычисленная в уравнении (1), представляет собой мощность, которая потребовалась бы для поддержания амплитуды вибрации на плановом уровне, даже несмотря на то, что эта мощность недоступна. Когда амплитуда вибрации находится на плановом уровне, то ЕPO=Et и член отношения напряжений равен 1.Amplitude Ratio adjusts the drive power in case of a decrease in the amplitude of vibration due to the drive current reaching its limit. In other words, the power calculated in equation (1) is the power that would be required to maintain the vibration amplitude at the planned level, even though this power is not available. When the amplitude of the vibration is at the planned level, then E PO = E t and the term stress ratio is 1.
Последний член уравнения (1), член I0×Et, представляет собой мощность при нулевой доле пустот, необходимую для привода измерителя расхода без наличия второй фазы (газа или твердого вещества). Этот член может содержать значение мощности, откалиброванное на заводе. Необходимо вычесть мощность при нулевой доле пустот из полной мощности, потому что чистая жидкость дает очень небольшую ошибку массового расхода или не дает ее вообще. Таким образом, уравнение (1) рассчитывает увеличение мощности из-за увлеченной фазы. Это увеличение в первом приближении пропорционально ошибке, обусловленной этой фазой. Мощность при доле с нулевым объемом может быть определена во время калибровки на заводе.The last term of equation (1), the term I 0 × E t , is the power at zero void fraction necessary to drive the flow meter without a second phase (gas or solid). This member may contain a power value calibrated at the factory. It is necessary to subtract the power at zero fraction of voids from the full power, because a pure liquid gives a very small mass flow rate error or does not give it at all. Thus, equation (1) calculates the increase in power due to the entrained phase. This increase in a first approximation is proportional to the error due to this phase. Power at a fraction with a zero volume can be determined during calibration at the factory.
На этапе 303 вычисляют коэффициент компенсации плотности. Коэффициент компенсации плотности может быть вычислен в соответствии с уравнением:At 303, a density compensation coefficient is calculated. The density compensation coefficient can be calculated in accordance with the equation:
коэффициент компенсации плотности = density compensation factor =
где ρuut - некорректированная измерителем (т.е. измеренная или указанная) плотность, ρl - известная плотность жидкости, Pcomputed - расчетная мощность привода из уравнения (1). Некорректированную плотность ρuut корректируют на функцию от некорректированной объемной доли , где ρе - плотность увлеченной фазы. Постоянные С1 и С2 могут быть определены для измерителя расхода конкретного типа. Для одного из типов измерителя расхода было экспериментально определено, что С1=0,66 и С2=0,0015. Однако необходимо понимать, что данные две постоянные могут меняться в соответствии с размерами, типом и т.п. измерителя расхода.where ρ uut is the density uncorrected by the meter (i.e., measured or indicated), ρ l is the known fluid density, P computed is the calculated drive power from equation (1). The uncorrected density ρ uut is corrected for a function of the uncorrected volume fraction where ρ e is the density of the entrained phase. Constants C1 and C2 can be defined for a specific type of flow meter. For one type of flow meter, it was experimentally determined that C1 = 0.66 and C2 = 0.0015. However, it must be understood that these two constants may vary according to size, type, etc. flow meter.
Уравнение (2) компенсации плотности может быть получено на основе выходных параметров измерителя, а именно расчетной мощности привода и указанной/измеренной объемной доли. Необходимо отметить, что плотность ρl жидкости и плотность ρе увлеченного компонента должны быть известны, чтобы получить некорректированную объемную долю на основе измеренной плотности двухфазного потока. Отметим, что в случае если увлеченным компонентом является газ под низким давлением, его плотность может быть аппроксимирована как ноль при небольшом ухудшении компенсации или без такового. Также отметим, что для каждого типа измерителя может потребоваться уникальное уравнение компенсации.Equation (2) of density compensation can be obtained based on the output parameters of the meter, namely, the calculated drive power and the indicated / measured volume fraction. It should be noted that the density ρ l of the liquid and the density ρ e of the entrained component must be known in order to obtain an uncorrected volume fraction based on the measured density of the two-phase flow. Note that in the case where the entrained component is a gas under low pressure, its density can be approximated as zero with a slight deterioration in compensation or without it. Also note that a unique compensation equation may be required for each type of meter.
На этапе 304 коэффициент компенсации плотности объединяют с плотностью двухфазного потока, измеренной на этапе 301, чтобы получить компенсированную плотность ρcomp двухфазного потока. Компенсированная плотность двухфазного потока более точно отражает плотность двухфазного потока по сравнению с измеренной плотностью двухфазного потока. Компенсированная плотность двухфазного потока снижает до минимума влияние увлеченного воздуха на измерение характеристик потока. Компенсированная плотность двухфазного потока снижает до минимума влияние пузырьков большего размера на измерение характеристик потока.In
Фиг.4 представляет собой блок-схему 400 способа коррекции для увлеченной фазы в двухфазном потоке протекающего материала в вибрационном измерителе расхода, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения. На этапе 401 вибрационный измеритель расхода измеряет плотность двухфазного потока, чтобы получить измеренную плотность двухфазного потока, как рассмотрено ранее.4 is a
На этапе 402 определяют расчетную мощность привода, как рассмотрено ранее.At 402, the estimated drive power is determined, as previously discussed.
На этапе 403 вычисляют коэффициент компенсации плотности, как рассмотрено ранее.At 403, a density compensation coefficient is calculated, as discussed previously.
На этапе 404 коэффициент компенсации плотности объединяют с плотностью двухфазного потока, измеренной на этапе 401, чтобы получить компенсированную плотность двухфазного потока, как рассмотрено ранее.At 404, a density compensation coefficient is combined with the biphasic flow density measured at 401 to obtain a compensated biphasic flow density, as previously discussed.
На этапе 405 определяют предполагаемую мощность привода. Чтобы предсказать предполагаемую мощность привода, используют компенсированную плотность двухфазного потока. Предполагаемая мощность Y привода может быть создана с использованием компенсированной плотности двухфазного потока и в соответствии со следующим уравнением:At 405, the estimated drive power is determined. To predict the estimated drive power, a compensated two-phase flow density is used. The estimated drive power Y can be created using the compensated density of the two-phase flow and in accordance with the following equation:
где x - компенсированная объемная доля газа, , ρcomp - компенсированная плотность, и ρе - плотность увлеченной фазы.where x is the compensated volume fraction of gas, , ρ comp is the compensated density, and ρ e is the density of the entrained phase.
Фиг.5 представляет собой график зависимости мощности привода от объемной доли газа, полученный экспериментальным путем для множества параметров текучей среды и в диапазоне объемных долей. График отражает приведенное выше уравнение (3). График/уравнение могут быть использованы, чтобы получить предполагаемую мощность привода на основе компенсации, которая уже была выполнена. Нижние линии на графике представляют собой кривые реальной расчетной мощности привода для нескольких размеров пузырьков газа меньшего размера, а верхние линии - для нескольких размеров пузырьков газа большего размера. Из графика можно видеть, что пузырьки газа большего размера требуют большей мощности привода при той же доле газовых пустот. Из графика также можно видеть, что для конкретной модели измерителя расхода экспериментальным путем может быть получена характеристическая кривая мощности. Характеристическая кривая может быть использована, чтобы получить предполагаемую мощность привода, используя значение объемной доли газа, полученное из предыдущего процесса компенсации плотности.Figure 5 is a graph of the dependence of the drive power on the volume fraction of gas obtained experimentally for many parameters of the fluid and in the range of volume fractions. The graph reflects the above equation (3). A graph / equation can be used to obtain the estimated drive power based on compensation that has already been performed. The lower lines on the graph are curves of the actual calculated drive power for several sizes of smaller gas bubbles, and the upper lines for several sizes of larger gas bubbles. From the graph it can be seen that larger gas bubbles require more drive power with the same proportion of gas voids. It can also be seen from the graph that for a specific model of a flow meter, an experimental power curve can be obtained experimentally. The characteristic curve can be used to obtain the estimated drive power using the gas volume fraction obtained from the previous density compensation process.
Предполагаемая мощность привода (Y на графике) может быть получена посредством уравнения (3) в результате подстановки значения компенсированной объемной доли VFcompensated (x на графике). Компенсированная объемная доля может содержать объемную долю либо газовой фазы, либо твердой фазы по отношению к жидкой фазе. Компенсированная объемная доля VFcompensated представлена как . Таким образом, уравнение (3) позволяет получить предполагаемую мощность Y привода, используя коэффициент компенсации плотности в форме компенсированной объемной доли. В дополнение к этому предполагаемую мощность привода получают, используя показатель мощности вибрационного измерителя плотности (т.е. постоянные С3-С6). Показатель мощности может храниться в измерительной электронике или может быть предоставлен извне. Может потребоваться определить показатель мощности независимым путем для каждой модели вибрационного измерителя расхода.The estimated drive power (Y in the graph) can be obtained using equation (3) by substituting the value of the compensated volume fraction VF compensated (x in the graph). The compensated volume fraction may contain a volume fraction of either a gas phase or a solid phase with respect to the liquid phase. The compensated volume fraction of VF compensated is presented as . Thus, equation (3) allows to obtain the estimated drive power Y using the density compensation coefficient in the form of a compensated volume fraction. In addition, the estimated drive power is obtained using a power indicator of a vibratory density meter (i.e., C3-C6 constants). The power meter may be stored in the meter electronics or may be provided externally. You may need to determine the power metric independently for each model of vibratory flow meter.
Если снова обратиться к фиг.4, на этапе 406 предполагаемую мощность привода сравнивают с расчетной мощностью привода. Это делается для того, чтобы определить точность измерений потока. Если расчетная мощность привода находится в пределах заранее определенного отклонения для предполагаемой мощности привода, то можно считать, что измерения потока имеют приемлемый уровень точности. Если нет, то может быть создано тревожное сообщение.Referring again to FIG. 4, at
Состояние с большими пузырьками увлеченного газа и низким расходом подвержено ошибкам разделения, но также и другим ошибкам. Это состояние называется асимметрией потока и является результатом реакции пузырьков на силу тяжести. Если скорость подъема пузырьков относительно жидкости сравнима со скоростью жидкости, то газ замедляется и накапливается в любых зонах трубки с потоком, текущим вниз, и разгоняется, проходя через любые зоны трубки с потоком, текущим вверх. Эта асимметрия в распределении газа приводит к нерепрезентативной объемной доле газа в измерителе и далее приводит к чрезмерному демпфированию трубки в зонах с потоком, текущим вниз. Как результат, нельзя ожидать, что компенсация разделения в этих состояниях устранит ошибки потока и плотности, и эти состояния необходимо идентифицировать либо для вывода предупреждения, либо для дополнительной компенсации.A state with large entrained gas bubbles and low flow rates is subject to separation errors, but also to other errors. This condition is called flow asymmetry and is the result of the reaction of bubbles to gravity. If the rate of rise of the bubbles relative to the liquid is comparable to the speed of the liquid, then the gas slows down and accumulates in any zone of the tube with the flow downward and accelerates passing through any zone of the tube with the flow downward. This asymmetry in the distribution of gas leads to a non-representative volume fraction of gas in the meter and further leads to excessive damping of the tube in areas with downward flow. As a result, one cannot expect that the separation compensation in these states will eliminate the flow and density errors, and these states must be identified either to display a warning or for additional compensation.
Для состояний с очень небольшими пузырьками и более высокими расходами ошибка из-за асимметрии потока уменьшается, так как небольшие пузырьки имеют тенденцию к переносу с текучей средой (высокое отношение торможения к выталкивающей силе). В идеале этот тип пузырьков можно идентифицировать, чтобы выполнять компенсацию по-другому.For states with very small bubbles and higher flow rates, the error due to flow asymmetry is reduced, since small bubbles tend to carry with the fluid (high braking to buoyancy ratio). Ideally, this type of bubble can be identified in order to compensate differently.
Аналогичное состояние асимметрии потока существует и для суспензий. Большие частицы и низкие расходы приводят к оседанию частиц в нижних точках измерителя. Это обуславливает нерепрезентативную объемную долю твердого вещества в измерителе, чрезмерное демпфирование и ошибки потока и плотности, которые невозможно компенсировать. Это состояние асимметрии также необходимо идентифицировать, и необходимо выводить предупреждение.A similar state of flow asymmetry exists for suspensions. Large particles and low flow rates cause particles to settle at the bottom of the meter. This causes a non-representative volume fraction of solids in the meter, excessive damping and flow and density errors that cannot be compensated. This asymmetry state also needs to be identified and a warning must be issued.
На этапе 407, если расчетная мощность привода находится в пределах заранее определенной величины отклонения для предполагаемой мощности привода, то измерение компенсированной плотности считается точным и дополнительная компенсация не проводится. В противном случае измерения потока становятся неприемлемо неточными. Как следствие, при выполнении способа происходит переход на этап 408.At
На этапе 408, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, то при выполнении способа происходит переход на этап 410.At
Фиг.6 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость расчетной мощности привода и предполагаемой мощности привода от объемной доли увлеченной фазы. На Фиг.6 расчетная мощность привода показана превышающей предполагаемую мощность привода. Предполагаемая мощность привода представляет собой мощность, требуемую при номинальных размере погруженных пузырьков, вязкости текучей среды и других параметрах, таких как расход. Коэффициент компенсации плотности подобным же образом определяют для номинальных параметров смеси текучих сред. Поэтому если расчетная мощность привода отличается от предполагаемой мощности привода, то компенсированная плотность отличается от истинной плотности двухфазной смеси. Например, в состояниях с большим размером пузырьков и низкой вязкостью потребляемая мощность больше предполагаемой мощности, и, кроме того, возникает больший уровень ошибки по сравнению с тем, который корректирует коэффициент компенсации. Существует корреляция между мощностью и ошибкой плотности, так как ошибка плотности возникает из-за того же явления, из-за которого рассеивается энергия вибрации, а именно разделения жидкости. Таким образом, разница между предполагаемой мощностью и расчетной мощностью служит для проверки точности компенсации. В этом примере расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение (пунктирная линия). Следовательно, измерения компенсированной плотности можно считать неприемлемо неточными. Если это случается, может быть инициировано тревожное сообщение, показывающее, что необходимо изменить условия потока, например, перемешивая поток либо увеличивая расход или давление. Кроме того, вплоть до верхнего предельного значения можно изменить уравнение коэффициента компенсации для состояния с более высоким разделением.6 is a graph illustrating the dependence of the calculated drive power and the estimated drive power on the volume fraction of the entrained phase. 6, the design power of the drive is shown to exceed the estimated power of the drive. The estimated drive power is the power required for the nominal size of the submerged bubbles, fluid viscosity, and other parameters such as flow rate. The density compensation coefficient is likewise determined for the nominal parameters of the fluid mixture. Therefore, if the calculated drive power differs from the estimated drive power, then the compensated density differs from the true density of the two-phase mixture. For example, in states with a large bubble size and low viscosity, the power consumption is greater than the estimated power, and, in addition, there is a higher level of error compared to that which corrects the compensation coefficient. There is a correlation between power and density error, since the density error arises from the same phenomenon, due to which the energy of vibration is dissipated, namely the separation of the liquid. Thus, the difference between the estimated power and the rated power serves to verify the accuracy of the compensation. In this example, the calculated drive power exceeds the estimated drive power by more than a predetermined upper limit value (dashed line). Therefore, measurements of compensated density can be considered unacceptably inaccurate. If this happens, an alarm message may be triggered indicating that it is necessary to change the flow conditions, for example by mixing the flow or increasing the flow or pressure. In addition, up to the upper limit value, the equation of the compensation coefficient can be changed for a state with higher separation.
Фиг.7 представляет собой график зависимости расчетной мощности привода и предполагаемой мощности привода, аналогичный фиг.6, за исключением того, что расчетная мощность привода показана имеющей меньшее значение по сравнению с предполагаемой мощностью привода. Это состояние имеет место, когда степень разделения текучей среды меньше, чем при номинальных условиях, используемых для определения предполагаемой мощности. В этом примере расчетная мощность привода меньше предполагаемой мощности на более чем заранее определенное нижнее предельное значение (пунктирная линия). Таким образом, компенсированная плотность двухфазного потока еще не является достаточно точной. Следовательно, уравнение коэффициента компенсации можно уточнить, чтобы оно отражало более низкую степень разделения. Модифицированный коэффициент компенсации позволяет получить более точную компенсированную плотность двухфазного потока и приводит к более близкому следованию расчетной мощности привода за предполагаемой мощностью привода.Fig.7 is a graph of the estimated drive power and the estimated drive power, similar to Fig.6, except that the estimated drive power is shown to have a lower value compared to the estimated drive power. This condition occurs when the degree of separation of the fluid is less than under the nominal conditions used to determine the estimated power. In this example, the calculated drive power is less than the expected power by more than a predetermined lower limit value (dashed line). Thus, the compensated density of the two-phase flow is not yet sufficiently accurate. Therefore, the equation of the compensation coefficient can be refined so that it reflects a lower degree of separation. The modified compensation coefficient allows a more accurate compensated density of the two-phase flow to be obtained and leads to a closer follow of the calculated drive power over the estimated drive power.
Если снова обратиться к фиг.4, на этапе 409, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение, то создается тревожное сообщение. Тревожное сообщение может быть создано, чтобы предупредить оператора о возникновении неблагоприятных условий потока. Тревожное сообщение может быть создано, чтобы предупредить о том, что измерения потока стали ненадежными. Тревожное сообщение может быть создано, чтобы предупредить о чрезмерном уровне увлеченной фазы, например чрезмерном содержании твердых веществ или чрезмерном размере частиц твердого вещества либо о чрезмерном размере пузырьков в случае увлеченного газа. В дополнение к этому, тревожное сообщение может быть создано, чтобы запросить изменение условий потока. Например, тревожное сообщение может запросить изменение расхода, давления потока или других параметров потока. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения тревожное состояние может сохраняться и/или передаваться, например передаваться оператору или технику, который может изменить условия потока.If you again refer to figure 4, at
На этапе 410, если расчетная мощность привода меньше предполагаемой мощности привода, компенсированная плотность двухфазного потока может быть уточнена, чтобы повысить точность и надежность измерений потока. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения компенсированную плотность двухфазного потока уточняют, уменьшая коэффициент компенсации плотности. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения коэффициент компенсации плотности уменьшают на величину, пропорциональную разнице между расчетной мощностью привода и заранее определенным нижним предельным значением.At
Claims (46)
измерительная электроника (20) выполнена с возможностью измерять плотность двухфазного потока путем приема вибрационных сигналов от узла (10) измерителя расхода, определять расчетную мощность привода, необходимую приводу (104) узла (10) измерителя расхода, и вычислять коэффициент компенсации плотности с использованием плотности жидкости жидкого компонента двухфазного потока, плотности увлеченной фазы, являющейся увлеченным компонентом, измеренной плотности двухфазного потока и расчетной мощности привода.1. A vibration meter (5) for the flow rate of a two-phase material flow including a entrained phase, configured to correct the density of the flowing two-phase flow, comprising a flow meter assembly (10) including a drive (104), wherein the flow meter assembly (10) is made with the ability to create a vibrational reaction for the flowing material and additionally contains measuring electronics (20) connected to the node (10) of the flow meter and receiving a vibrational reaction, a vibration meter (5) of flow, distinguish which:
measuring electronics (20) is configured to measure the density of a two-phase flow by receiving vibrational signals from the flowmeter meter assembly (10), determine the calculated drive power required by the drive (104) of the flow meter assembly, and calculate a density compensation coefficient using liquid density the liquid component of the two-phase flow, the density of the entrained phase being the entrained component, the measured density of the two-phase flow, and the rated drive power.
причем ρ1 - плотность жидкости; ρe - плотность увлеченной фазы; ρuut - измеренная плотность двухфазного потока; Pcomputed - расчетная мощность привода, а члены С1 и С2 содержат заранее определенные постоянные, зависящие от измерителя.5. The vibration meter (5) flow rate according to claim 1, in which the calculation of the coefficient of density compensation contains a solution to the equation
and ρ 1 is the density of the liquid; ρ e is the density of the entrained phase; ρ uut is the measured density of the two-phase flow; P computed is the calculated drive power, and the terms C1 and C2 contain predetermined constants depending on the meter.
где ρcomp - компенсированная плотность двухфазного потока, чтобы получить компенсированную объемную долю для двухфазного потока.8. The vibratory flow meter (5) of claim 7, wherein the measuring electronics (20) is further configured to solve the equation ,
where ρ comp is the compensated density of the two-phase flow to obtain a compensated volume fraction for the two-phase flow.
определяют расчетную мощность привода, необходимую приводу, входящему в состав узла измерителя расхода; и
вычисляют коэффициент компенсации плотности с использованием плотности жидкости, являющейся жидким компонентом двухфазного потока, плотности увлеченной фазы, являющейся увлеченным компонентом, измеренной плотности двухфазного потока и расчетной мощности привода.17. A method for correcting the density of a two-phase flow of material flowing in a vibration meter, including a entrained phase, comprising measuring the density of a two-phase flow, characterized in that it comprises the following steps:
determine the calculated drive power required by the drive, which is part of the flow meter assembly; and
a density compensation coefficient is calculated using the density of the liquid being the liquid component of the two-phase flow, the density of the entrained phase being the entrained component, the measured density of the two-phase flow, and the rated drive power.
где K - постоянная пропорциональности; Id - измеренный ток привода; I0 - ток привода для доли с нулевым объемом; ЕPO - напряжение датчика для измерения механических перемещений и Et - плановое напряжение датчика для измерения механических перемещений.20. The method according to 17, in which the step of determining the design power of the drive contains a solution to the equation
where K is the constant of proportionality; I d is the measured drive current; I 0 - drive current for a fraction with zero volume; E PO is the voltage of the sensor for measuring mechanical displacements and E t is the planned voltage of the sensor for measuring mechanical displacements.
причем ρ1 - плотность жидкости, ρuut - измеренная плотность двухфазного потока, ρe - плотность увлеченной фазы, Pcomputed - расчетная мощность привода, а элементы С1 и С2 содержат заранее определенные постоянные, зависящие от измерителя.21. The method according to 17, in which the step of calculating the density compensation coefficient contains a solution to the equation
moreover, ρ 1 is the density of the liquid, ρ uut is the measured density of the two-phase flow, ρ e is the density of the entrained phase, P computed is the calculated drive power, and elements C1 and C2 contain predetermined constants depending on the meter.
объединяют коэффициент компенсации плотности с измеренной плотностью двухфазного потока, чтобы предоставить компенсированную плотность двухфазного потока;
определяют предполагаемую мощность привода с использованием плотности жидкости, плотности увлеченной фазы, компенсированной плотности двухфазного потока и показателя мощности вибрационного измерителя расхода; и
определяют точность измерений потока, выполненных вибрационным измерителем расхода, на основе разницы между значением предполагаемой мощности привода и вычисленной мощностью привода.23. The method according to 17, further comprising the following steps:
combining a density compensation coefficient with a measured biphasic flow density to provide a compensated biphasic flow density;
determine the estimated drive power using the density of the liquid, the density of the entrained phase, the compensated density of the two-phase flow and the power indicator of the vibratory flow meter; and
determining the accuracy of the flow measurements made by the vibratory flow meter based on the difference between the estimated drive power and the calculated drive power.
где ρcomp - компенсированная плотность двухфазного потока, чтобы получить компенсированную объемную долю для двухфазного потока.24. The method according to item 23, further comprising the step of solving the equation ,
where ρ comp is the compensated density of the two-phase flow to obtain a compensated volume fraction for the two-phase flow.
сравнивают предполагаемую мощность привода с расчетной мощностью привода;
создают тревожное сообщение, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение; и
уточняют компенсированную плотность двухфазного потока путем уменьшения коэффициента компенсации плотности на величину, пропорциональную разнице между расчетной мощностью привода и заранее определенным нижним предельным значением, если расчетная мощность привода меньше предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное нижнее предельное значение.32. The method according to item 23, in which the step of determining the accuracy further comprises the following:
compare the estimated drive power with the estimated drive power;
create an alarm message if the calculated drive power exceeds the estimated drive power by more than a predetermined upper limit value; and
specify the compensated density of the two-phase flow by reducing the density compensation coefficient by an amount proportional to the difference between the calculated drive power and a predetermined lower limit value if the calculated drive power is less than the estimated drive power by more than a predetermined lower limit value.
определяют расчетную мощность привода, необходимую приводу, входящему в состав узла измерителя расхода;
вычисляют коэффициент компенсации плотности с использованием плотности жидкости, являющейся жидким компонентом двухфазного потока, плотности увлеченной фазы, являющейся увлеченным компонентом, измеренной плотности двухфазного потока и расчетной мощности привода;
объединяют коэффициент компенсации плотности с измеренной плотностью двухфазного потока, чтобы предоставить компенсированную плотность двухфазного потока;
определяют предполагаемую мощность привода с использованием плотности жидкости, плотности увлеченной фазы, компенсированной плотности двухфазного потока и показателя мощности вибрационного измерителя расхода; и
определяют точность измерений потока вибрационным измерителем расхода на основе разницы между значением предполагаемой мощности привода и расчетной мощностью привода.33. The method of density correction when measuring with a vibration meter the flow rate of a two-phase flow of material flowing through the specified meter, which includes an entrained phase, containing a density measurement of a two-phase flow, characterized in that it comprises the following steps:
determine the calculated drive power required by the drive, which is part of the flow meter assembly;
calculating a density compensation coefficient using the density of the liquid being the liquid component of the two-phase flow, the density of the entrained phase being the entrained component, the measured density of the two-phase flow, and the estimated drive power;
combining a density compensation coefficient with a measured biphasic flow density to provide a compensated biphasic flow density;
determine the estimated drive power using the density of the liquid, the density of the entrained phase, the compensated density of the two-phase flow and the power indicator of the vibratory flow meter; and
determine the accuracy of the flow measurements by the vibratory flow meter based on the difference between the value of the estimated drive power and the calculated drive power.
где K - постоянная пропорциональности; Id - измеренный ток привода; I0 - ток привода для доли с нулевым объемом; ЕPO - напряжение датчика для измерения механических перемещений и Et - плановое напряжение датчика для измерения механических перемещений.36. The method according to p, in which the step of determining the design power of the drive contains a solution to the equation
where K is the constant of proportionality; I d is the measured drive current; I 0 - drive current for a fraction with zero volume; E PO is the voltage of the sensor for measuring mechanical displacements and E t is the planned voltage of the sensor for measuring mechanical displacements.
причем ρ1 - плотность жидкости; ρе - плотность увлеченной фазы; ρuut - измеренная плотность двухфазного потока; Pcomputed - расчетная мощность привода, а элементы С1 и С2 содержат заранее определенные постоянные, зависящие от измерителя.37. The method of claim 33, wherein the step of calculating the density compensation coefficient comprises solving the equation
and ρ 1 is the density of the liquid; ρ e is the density of the entrained phase; ρ uut is the measured density of the two-phase flow; P computed is the calculated drive power, and elements C1 and C2 contain predetermined constants that depend on the meter.
где ρcomp - компенсированная плотность двухфазного потока, чтобы получить компенсированную объемную долю для двухфазного потока.38. The method according to clause 33, further comprising the step of solving the equation ,
where ρ comp is the compensated density of the two-phase flow to obtain a compensated volume fraction for the two-phase flow.
создают тревожное сообщение, если расчетная мощность привода превышает предполагаемую мощность привода более чем на заранее определенное верхнее предельное значение; и
уточняют компенсированную плотность двухфазного потока путем уменьшения коэффициента компенсации плотности на величину, пропорциональную разнице между расчетной мощностью привода и заранее определенным нижним предельным значением, если расчетная мощность привода меньше предполагаемой мощности привода более чем на заранее определенное нижнее предельное значение. 46. The method according to p, in which the step of determining the accuracy further comprises the following:
create an alarm message if the calculated drive power exceeds the estimated drive power by more than a predetermined upper limit value; and
specify the compensated density of the two-phase flow by reducing the density compensation coefficient by a value proportional to the difference between the calculated drive power and a predetermined lower limit value if the calculated drive power is less than the estimated drive power by more than a predetermined lower limit value.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009144786/28A RU2431806C2 (en) | 2007-05-03 | 2007-05-03 | Vibration flow rate meter and method of correcting entrained phase in two-phase fluid flow |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009144786/28A RU2431806C2 (en) | 2007-05-03 | 2007-05-03 | Vibration flow rate meter and method of correcting entrained phase in two-phase fluid flow |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009144786A RU2009144786A (en) | 2011-06-10 |
RU2431806C2 true RU2431806C2 (en) | 2011-10-20 |
Family
ID=44736349
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009144786/28A RU2431806C2 (en) | 2007-05-03 | 2007-05-03 | Vibration flow rate meter and method of correcting entrained phase in two-phase fluid flow |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2431806C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU191513U1 (en) * | 2019-04-03 | 2019-08-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Gas flow meter |
RU2755869C1 (en) * | 2018-02-23 | 2021-09-22 | Майкро Моушн, Инк. | Method and apparatus for monitoring dissolution |
-
2007
- 2007-05-03 RU RU2009144786/28A patent/RU2431806C2/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2755869C1 (en) * | 2018-02-23 | 2021-09-22 | Майкро Моушн, Инк. | Method and apparatus for monitoring dissolution |
RU191513U1 (en) * | 2019-04-03 | 2019-08-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Gas flow meter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009144786A (en) | 2011-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2683967C (en) | Vibratory flow meter and method for correcting for an entrained phase in a two-phase flow of a flow material | |
RU2690052C2 (en) | Devices and methods of determining degree of reliability of measurements of a flow meter | |
CA2977501C (en) | Coriolis threshold determination devices and methods | |
EP3775792B1 (en) | Flowmeter phase fraction and concentration measurement adjustment method and apparatus | |
RU2431806C2 (en) | Vibration flow rate meter and method of correcting entrained phase in two-phase fluid flow | |
JP7377884B2 (en) | Use of vapor pressure to determine the concentration of components in multicomponent fluids | |
BR112020019361B1 (en) | VIBRATORY METER, AND, FLOW METER PHASE FRACTION ADJUSTMENT METHOD AND CONCENTRATION MEASUREMENT |