RU2453816C2 - Wet gas measurement - Google Patents

Wet gas measurement Download PDF

Info

Publication number
RU2453816C2
RU2453816C2 RU2009111287/28A RU2009111287A RU2453816C2 RU 2453816 C2 RU2453816 C2 RU 2453816C2 RU 2009111287/28 A RU2009111287/28 A RU 2009111287/28A RU 2009111287 A RU2009111287 A RU 2009111287A RU 2453816 C2 RU2453816 C2 RU 2453816C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
multiphase
observed
working fluid
intermediate value
Prior art date
Application number
RU2009111287/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009111287A (en
Inventor
Манус П. ГЕНРИ (GB)
Манус П. ГЕНРИ
Майкл С. ТУМЗ (GB)
Майкл С. ТУМЗ
Original Assignee
Инвенсис Системз, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Инвенсис Системз, Инк. filed Critical Инвенсис Системз, Инк.
Publication of RU2009111287A publication Critical patent/RU2009111287A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2453816C2 publication Critical patent/RU2453816C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: multiphase working fluid medium is passed through a vibration Venturi tube. Motion is generated in the vibration Venturi tube. A first observable property of the multiphase working fluid medium is determined based on movement of the vibration Venturi tube, and an observable intermediate value associated with the multiphase working fluid medium is determined based on the first observable property. A corrected intermediate value is determined based on the mapping between the observable intermediate value and the previous corrected intermediate value. The phase-dependent phase property of the multiphase working fluid medium is determined based on the corrected intermediate value.
EFFECT: high accuracy of determining mass flow and density of each phase of a multiphase fluid medium.
25 cl, 98 dwg

Description

Ссылка на родственные заявкиLink to related applications

Данная заявка притязает на приоритет предварительной заявки США № 60/823,753, поданной 28 августа 2006 г., под названием WET GAS MEASUREMENT SYSTEM, которая включена в полном объеме посредством ссылки. Предварительная заявка США № 60/913,148, поданная 20 апреля 2007 г. под названием WET GAS CALCULATIONS, включена в полном объеме посредством ссылки.This application claims priority to provisional application US No. 60 / 823,753, filed August 28, 2006, under the name WET GAS MEASUREMENT SYSTEM, which is incorporated in its entirety by reference. US Provisional Application No. 60 / 913,148, filed April 20, 2007 under the name WET GAS CALCULATIONS, is incorporated herein by reference in its entirety.

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Данное описание относится к расходомерам.This description applies to flow meters.

Уровень техникиState of the art

Расходомеры обеспечивают информацию о материалах, транспортируемых по трубопроводу. Например, массовые расходомеры обеспечивают прямое указание массы материала, транспортируемого по трубопроводу. Аналогично, плотностные расходомеры или денситометры обеспечивают указание плотности материала, текущего через трубопровод. Массовые расходомеры также могут обеспечивать указание плотности материала.Flow meters provide information on materials transported by pipeline. For example, mass flow meters provide a direct indication of the mass of material transported through the pipeline. Similarly, density flow meters or densitometers provide an indication of the density of the material flowing through the pipeline. Mass flowmeters can also provide an indication of material density.

Массовые расходомеры кориолисова типа базируются на общеизвестном эффекте Кориолиса, в котором материал, текущий через вращающийся трубопровод, становится радиально перемещающейся массой, которая подвергается действию силы Кориолиса и потому испытывает ускорение. Многие массовые расходомеры кориолисова типа порождают силу Кориолиса за счет синусоидального колебания трубопровода относительно оси поворота, перпендикулярной длине трубопровода. В таких массовых расходомерах, сила реакции Кориолиса, действующая на массу движущейся текучей среды, переносится на сам трубопровод и проявляется как отклонение или смещение трубопровода в направлении вектора силы Кориолиса в плоскости вращения.Coriolis type mass flowmeters are based on the well-known Coriolis effect, in which material flowing through a rotating pipeline becomes a radially moving mass, which is subjected to the Coriolis force and therefore experiences acceleration. Many Coriolis-type mass flowmeters generate a Coriolis force due to a sinusoidal oscillation of the pipeline relative to the axis of rotation perpendicular to the length of the pipeline. In such mass flowmeters, the Coriolis reaction force acting on the mass of a moving fluid is transferred to the pipeline itself and appears as a deviation or displacement of the pipeline in the direction of the Coriolis force vector in the plane of rotation.

Энергия подается на трубопровод механизмом возбуждения, который прилагает периодическую силу для колебания трубопровода. Один тип механизма возбуждения представляет собой электромеханический возбудитель, который прилагает силу, пропорциональную приложенному напряжению. В колебательном расходомере, приложенное напряжение является периодическим и, в общем случае, синусоидальным. Период входного напряжения выбирается так, чтобы движение трубопровода соответствовало резонансному режиму колебаний трубопровода. Это снижает энергию, необходимую для поддержания колебаний. Колебательный расходомер может использовать контур обратной связи, в котором сигнал датчика, который переносит информацию мгновенных частоты и фазы, связанных с колебанием трубопровода, усиливается и поступает обратно на трубопровод с использованием электромеханического возбудителя.Energy is supplied to the pipeline by an excitation mechanism that exerts a periodic force to vibrate the pipeline. One type of excitation mechanism is an electromechanical exciter that exerts a force proportional to the applied voltage. In an oscillatory flow meter, the applied voltage is periodic and, in general, sinusoidal. The input voltage period is selected so that the movement of the pipeline corresponds to the resonant mode of oscillation of the pipeline. This reduces the energy needed to maintain vibrations. An oscillating flow meter can use a feedback loop in which a sensor signal that carries information on the instantaneous frequency and phase associated with the oscillation of the pipeline is amplified and fed back to the pipeline using an electromechanical exciter.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

В одном общем аспекте, многофазная рабочая текучая среда пропускается через вибрационную трубку Вентури. В вибрационной трубке Вентури создается движение. Первое наблюдаемое свойство многофазной рабочей текучей среды определяется на основании движения вибрационной трубки Вентури, и наблюдаемое промежуточное значение, связанное с многофазной рабочей текучей средой, определяется на основании первого наблюдаемого свойства. Скорректированное промежуточное значение определяется на основании отображения между наблюдаемым промежуточным значением и скорректированным промежуточным значением. Зависящее от фазы свойство фазы многофазной рабочей текучей среды определяется на основании скорректированного промежуточного значения.In one general aspect, a multiphase working fluid is passed through a venturi. A movement is created in the venturi. The first observed property of the multiphase working fluid is determined based on the movement of the vibrating venturi, and the observed intermediate value associated with the multiphase working fluid is determined based on the first observed property. The adjusted intermediate value is determined based on the mapping between the observed intermediate value and the adjusted intermediate value. The phase-dependent phase property of the multiphase working fluid is determined based on the adjusted intermediate value.

Варианты реализации могут включать в себя один или несколько из следующих признаков. Отображение может представлять собой нейронную сеть, способную определять ошибку в промежуточном значении, обусловленную наличием многофазной рабочей текучей среды. Наблюдаемое промежуточное значение можно определить как находящееся в первой заданной области значений до определения скорректированного промежуточного значения, и скорректированное промежуточное значение можно определить как находящееся во второй заданной области значений до определения зависящего от фазы свойства фазы многофазной рабочей текучей среды.Embodiments may include one or more of the following features. The mapping may be a neural network capable of detecting an error in the intermediate value due to the presence of a multiphase working fluid. The observed intermediate value can be defined as being in the first predetermined range of values prior to determining the corrected intermediate value, and the adjusted intermediate value can be determined as being in the second preset range of values until the phase-dependent phase property of the multiphase working fluid is determined.

Многофазная рабочая текучая среда может представлять собой влажный газ. Многофазная рабочая текучая среда может включать в себя первую фазу и вторую фазу, первая фаза может включать в себя негазообразную текучую среду, и вторая фаза может включать в себя газ. Многофазная рабочая текучая среда может включать в себя первую фазу, включающую в себя первую негазообразную текучую среду, и вторую фазу, включающую в себя вторую негазообразную текучую среду, и третью фазу, включающую в себя газ.The multiphase working fluid may be a wet gas. A multiphase working fluid may include a first phase and a second phase, the first phase may include a non-gaseous fluid, and the second phase may include gas. A multiphase working fluid may include a first phase including a first non-gaseous fluid, and a second phase including a second non-gaseous fluid, and a third phase including a gas.

Этап определения первого наблюдаемого свойства многофазной рабочей текучей среды может включать в себя определение второго наблюдаемого свойства многофазной рабочей текучей среды. Первое наблюдаемое свойство многофазной рабочей текучей среды может представлять собой массовый расход, и второе наблюдаемое свойство может представлять собой плотность.The step of determining the first observed property of the multiphase working fluid may include determining the second observed property of the multiphase working fluid. The first observable property of a multiphase working fluid may be a mass flow rate, and the second observable property may be a density.

Можно принимать одно или несколько измерений, соответствующих дополнительному свойству рабочей текучей среды. Дополнительное свойство многофазной текучей среды может включать в себя одно или несколько из температуры многофазной текучей среды, давления, связанного с многофазной текучей средой, и обводненности многофазной текучей среды, и определение наблюдаемого промежуточного значения, связанного с многофазной рабочей текучей средой, на основании первого наблюдаемого свойства может включать в себя определение промежуточного значения на основании первого наблюдаемого свойства и дополнительного свойства.One or more measurements may be taken corresponding to an additional property of the working fluid. An additional property of the multiphase fluid may include one or more of the temperature of the multiphase fluid, the pressure associated with the multiphase fluid, and the water cut of the multiphase fluid, and determining the observed intermediate value associated with the multiphase fluid based on the first observed property may include determining an intermediate value based on the first observed property and the additional property.

Определение наблюдаемого промежуточного значения, связанного с многофазной рабочей текучей средой, на основании первого наблюдаемого свойства может включать в себя определение объемной доли, связанной с количеством негазообразной текучей среды в многофазной рабочей текучей среде, и объемного расхода многофазной текучей среды. Определение наблюдаемого промежуточного значения, связанного с многофазной рабочей текучей средой, на основании первого наблюдаемого свойства может включать в себя определение первого числа Фруда, соответствующего негазовой фазе многофазной текучей среды, и второго числа Фруда, соответствующего газовой фазе многофазной текучей среды.Determining the observed intermediate value associated with the multiphase working fluid based on the first observed property may include determining the volume fraction associated with the amount of non-gaseous fluid in the multiphase working fluid and the volumetric flow rate of the multiphase fluid. Determining the observed intermediate value associated with the multiphase working fluid based on the first observed property may include determining a first Froude number corresponding to the non-gas phase of the multiphase fluid and a second Froude number corresponding to the gas phase of the multiphase fluid.

Определение зависящего от фазы свойства фазы многофазной рабочей текучей среды на основании скорректированного промежуточного значения может включать в себя определение массового расхода негазовой фазы многофазной текучей среды.The determination of the phase-dependent phase property of the multiphase working fluid based on the adjusted intermediate value may include determining the mass flow rate of the non-gas phase of the multiphase fluid.

Варианты реализации любых вышеописанных способов могут включать в себя способ или процесс, систему, расходомер, или инструкции, хранящиеся в запоминающем устройстве передатчика расходомера. Детали конкретных вариантов реализации представлены в прилагаемых чертежах и нижеследующем описании. Другие признаки явствуют из нижеследующего описания, включающего в себя чертежи, и формулы изобретения.Embodiments of any of the above methods may include a method or process, system, flowmeter, or instructions stored in a transmitter memory of the flowmeter. Details of specific embodiments are provided in the accompanying drawings and the following description. Other features will be apparent from the following description, including the drawings, and the claims.

Варианты реализации любых вышеописанных способов могут включать в себя способ или процесс, систему, расходомер, или инструкции, хранящиеся в запоминающем устройстве передатчика расходомера. Детали конкретных вариантов реализации представлены в прилагаемых чертежах и нижеследующем описании. Другие признаки явствуют из нижеследующего описания, включающего в себя чертежи, и формулы изобретения.Embodiments of any of the above methods may include a method or process, system, flowmeter, or instructions stored in a transmitter memory of the flowmeter. Details of specific embodiments are provided in the accompanying drawings and the following description. Other features will be apparent from the following description, including the drawings, and the claims.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг.1 - блок-схема цифрового массового расходомера.Figure 1 is a block diagram of a digital mass flow meter.

Фиг.2A и 2B - виды в перспективе и сбоку механических компонентов массового расходомера.2A and 2B are perspective and side views of the mechanical components of a mass flow meter.

Фиг.3A-3C - схемы трех режимов движения расходомера, показанного на фиг.1.3A-3C are diagrams of three modes of motion of the flowmeter shown in FIG.

Фиг.4 - блок-схема аналоговой схемы управления и измерения.4 is a block diagram of an analog control and measurement circuit.

Фиг.5 - блок-схема цифрового массового расходомера.5 is a block diagram of a digital mass flow meter.

Фиг.6 - логическая блок-схема, демонстрирующая работу измерителя, показанного на фиг.5.Fig.6 is a logical block diagram showing the operation of the meter shown in Fig.5.

Фиг.7A и 7B - графики, демонстрирующие данные датчиков.7A and 7B are graphs showing sensor data.

Фиг.8A и 8B - графики напряжения датчика относительно времени.8A and 8B are graphs of sensor voltage versus time.

Фиг.9 - логическая блок-схема процедуры аппроксимации кривой.Fig.9 is a logical flowchart of the approximation curve.

Фиг.10 - логическая блок-схема процедуры генерации разностей фаз.Figure 10 is a logical flowchart of a procedure for generating phase differences.

Фиг.11A-11D, 12A-12D и 13A-13D - напряжения возбудителя и датчика при пуске системы.11A-11D, 12A-12D and 13A-13D are the exciter and sensor voltages during system startup.

Фиг.14 - логическая блок-схема процедуры измерения частоты, амплитуды и фазы данных датчиков с использованием метода синхронной модуляции.Fig. 14 is a flowchart of a procedure for measuring the frequency, amplitude and phase of these sensors using the synchronous modulation method.

Фиг.15A и 15B - блок-схемы массового расходомера.15A and 15B are block diagrams of a mass flow meter.

Фиг.16 - логическая блок-схема процедуры, реализованной измерителем, показанным на фиг.15A и 15B.FIG. 16 is a flowchart of a procedure implemented by the meter shown in FIGS. 15A and 15B.

Фиг.17 - управление логарифма амплитуды передаточной функции.Fig - control of the logarithm of the amplitude of the transfer function.

Фиг.18 - диаграмма корневого годографа.Fig. 18 is a diagram of a root hodograph.

Фиг.19A-19D - графики производительности аналого-цифрового преобразователя относительно температуры.19A-19D are performance graphs of an analog-to-digital converter versus temperature.

Фиг.20A-20C - графики измерений фазы.20A-20C are graphs of phase measurements.

Фиг.21A и 21B - графики измерений фазы.21A and 21B are graphs of phase measurements.

Фиг.22 - логическая блок-схема процедуры компенсации смещения нуля.FIG. 22 is a flowchart of a procedure for compensating for a zero offset. FIG.

Фиг.23A-23C, 24A и 24B - графики измерений фазы.23A-23C, 24A, and 24B are graphs of phase measurements.

Фиг.25 - график напряжения датчика.25 is a graph of sensor voltage.

Фиг.26 - логическая блок-схема процедуры компенсации динамических эффектов.Fig. 26 is a flowchart of a dynamic effects compensation procedure.

Фиг.27A-35E - графики, демонстрирующие применение процедуры, показанной на фиг.29.Figa-35E are graphs showing the application of the procedure shown in Fig.29.

Фиг.36A-36L - графики, демонстрирующие измерение фазы.36A-36L are graphs showing phase measurement.

Фиг.37A - график напряжений датчиков.37A is a graph of sensor voltages.

Фиг.37B и 37C - графики измерений фазы и частоты, соответствующих напряжениям датчиков, показанным на фиг.37A.Figv and 37C are graphs of phase and frequency measurements corresponding to the voltages of the sensors shown in figa.

Фиг.37D и 37E - графики параметров коррекции для измерений фазы и частоты, показанных на фиг.37B и 37C.Fig. 37D and 37E are graphs of correction parameters for phase and frequency measurements shown in Fig. 37B and 37C.

Фиг.38A-38H - графики необработанных измерений.Figa-38H - graphs of raw measurements.

Фиг.39A-39H - графики скорректированных измерений.Figa-39H - graphs of the adjusted measurements.

Фиг.40A-40H - графики, демонстрирующие поправку на аэрацию.40A-40H are graphs showing aeration correction.

Фиг.41 - блок-схема, демонстрирующая эффект аэрации в трубопроводе.Fig is a block diagram showing the effect of aeration in the pipeline.

Фиг.42 - логическая блок-схема процедуры регулировки настройки.Fig. 42 is a flowchart of a tuning adjustment procedure.

Фиг.43A-43C - графики, демонстрирующие применение процедуры, показанной на фиг.41.Figa-43C are graphs showing the application of the procedure shown in Fig.41.

Фиг.44 - график, позволяющий сравнить производительность цифрового и аналогового расходомеров.Fig. 44 is a graph for comparing the performance of digital and analog flow meters.

Фиг.45 - логическая блок-схема, демонстрирующая работу измерителя с автоматической проверкой.Fig is a logical block diagram showing the operation of the meter with automatic verification.

Фиг.46 - блок-схема двухпроводного цифрового массового расходомера.Fig. 46 is a block diagram of a two-wire digital mass flow meter.

Фиг.47A-47C - графики, демонстрирующие отклик цифрового массового расходомера в условиях влажности и пустоты.Figa-47C are graphs showing the response of a digital mass flow meter in conditions of humidity and void.

Фиг.48A - диаграмма, демонстрирующая результаты испытаний дозирования из пустого состояния.Fig. 48A is a diagram showing dosing test results from an empty state.

Фиг.48B - схема экспериментальной гидродинамической установки.Figv is a diagram of an experimental hydrodynamic installation.

Фиг.49 - график, демонстрирующий ошибки массового расхода относительно перепада наблюдаемой плотности.Fig. 49 is a graph showing mass flow rate errors relative to the difference in observed density.

Фиг.50 - график, демонстрирующий остаточные ошибки массового расхода после применения поправок.Fig. 50 is a graph showing residual mass flow errors after applying the corrections.

Фиг.51 - график, демонстрирующий оперативный отклик цифрового массового расходомера с автоматической проверкой на наступление двухфазного потока.Fig. 51 is a graph showing the operational response of a digital mass flow meter with automatic verification of a two-phase flow.

Фиг.52 - блок-схема цифрового контроллера, реализующего процессор нейронной сети, который можно использовать с цифровым массовым расходомером.Fig. 52 is a block diagram of a digital controller implementing a neural network processor that can be used with a digital mass flow meter.

Фиг.53 - логическая блок-схема метода реализации нейронной сети для прогнозирования ошибки массового расхода и генерации коэффициента коррекции ошибок для коррекции сигнала измерения массового расхода при обнаружении двухфазного потока.Fig. 53 is a flowchart of a method for implementing a neural network for predicting a mass flow rate error and generating an error correction coefficient for correcting a mass flow measurement signal when a two-phase flow is detected.

Фиг.54 - трехмерный график, демонстрирующий изменения затухания в условиях двухфазного потока.Fig. 54 is a three-dimensional graph showing attenuation changes in a two-phase flow.

Фиг.55 - компьютерный интерфейс экспериментальной гидродинамической установки.Fig - computer interface of the experimental hydrodynamic installation.

Фиг.56 - трехмерный график, демонстрирующий истинную ошибку массового расхода в условиях двухфазного потока.Fig. 56 is a three-dimensional graph illustrating the true mass flow rate error under two-phase flow conditions.

Фиг.57 - трехмерный график, демонстрирующий скорректированную ошибку массового расхода в условиях двухфазного потока.Fig. 57 is a three-dimensional graph showing the corrected mass flow rate error under two-phase flow conditions.

Фиг.58 - график, позволяющий сравнить нескорректированный сигнал измерения массового расхода с сигналом измерения массового расхода, скорректированным нейронной сетью.Fig. 58 is a graph that compares an uncorrected mass flow measurement signal with a mass flow measurement signal adjusted by a neural network.

Фиг.59 - логическая блок-схема процедуры компенсации ошибки в условиях многофазного потока.Fig. 59 is a flowchart of an error compensation procedure in a multiphase flow condition.

Фиг.60 - блок-схема цифрового контроллера, реализующего процессор нейронной сети, который можно использовать с цифровым массовым расходомером для потоков многофазной текучей среды.60 is a block diagram of a digital controller that implements a neural network processor that can be used with a digital mass flow meter for multiphase fluid flows.

Фиг.61 - логическая блок-схема способа реализации нейронной сети для прогнозирования ошибки массового расхода и генерации коэффициента коррекции ошибок для коррекции сигнала измерения массового расхода, при ожидании и/или обнаружении многофазных потоков.Fig. 61 is a flowchart of a method for realizing a neural network for predicting a mass flow rate error and generating an error correction coefficient for correcting a mass flow measurement signal when waiting and / or detecting multiphase flows.

Фиг.62 - графическое представление таблицы испытаний для устий скважины, испытываемых на основании фактических испытаний при различных давлениях в скважине и скоростях газа.Fig. 62 is a graphical representation of a test table for wellheads tested based on actual tests at various well pressures and gas velocities.

Фиг.63 - графическое представление необработанных ошибок плотности при различных процентах жидкостной пустотной доли и для скважин при различных скоростях и давлениях.63 is a graphical representation of the raw density errors at various percentages of the liquid void fraction and for wells at various speeds and pressures.

Фиг.64 - графическое представление необработанных ошибок массового расхода при различных процентах жидкостной пустотной доли и для скважин при различных скоростях и давлениях.Fig. 64 is a graphical representation of the unprocessed mass flow rate errors at various percentages of the liquid void fraction and for wells at various speeds and pressures.

Фиг.65 - графическое представление необработанной жидкостной пустотной доли ошибки для скважин при различных скоростях и давлениях.Fig. 65 is a graphical representation of an unprocessed liquid void fraction of error for wells at various speeds and pressures.

Фиг.66 - графическое представление необработанного объемного расхода ошибки для скважин при различных скоростях и давлениях.Fig is a graphical representation of the raw volumetric flow rate error for wells at various speeds and pressures.

Фиг.67 - графическое представление скорректированных жидкостных пустотных долей для скважин при различных скоростях и давлениях.Fig. 67 is a graphical representation of corrected fluid void fractions for wells at various speeds and pressures.

Фиг.68 - графическое представление скорректированного объемного расхода смеси для скважин при различных скоростях и давлениях.Fig - graphical representation of the adjusted volumetric flow rate of the mixture for wells at various speeds and pressures.

Фиг.69 - графическое представление скорректированного массового расхода газа для скважин при различных скоростях и давлениях.Fig - graphical representation of the adjusted mass flow rate of gas for wells at various speeds and pressures.

Фиг.70 - графическое представление скорректированной интегральной вероятности газа испытуемого цифрового расходомера.FIG. 70 is a graphical representation of the adjusted integral gas probability of a test digital flowmeter.

Фиг.71 - графическое представление скорректированной ошибки массового расхода жидкости для скважин при различных скоростях и давлениях.Fig - graphical representation of the adjusted errors of the mass flow rate of the fluid for the wells at various speeds and pressures.

Фиг.72 - графическое представление скорректированной интегральной вероятности газа испытуемого цифрового расходомера.Fig. 72 is a graphical representation of the adjusted integral gas probability of a digital digital flow meter under test.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Обеспечены методы учета эффектов многофазного потока, например, в цифровом расходомере. Многофазный поток может представлять собой, например, двухфазный поток или трехфазный поток. В общем случае, двухфазный поток представляет собой текучую среду, который включает в себя две(а) фазы или компонента. Например, двухфазный поток может включать в себя фазу, которая включает в себя негазообразную текучую среду (например, жидкость) и фазу, которая включает в себя газ. Трехфазный поток представляет собой текучую среду, которая включает в себя три фазы. Например, трехфазный поток может представлять собой текучую среду с газовой фазой и двумя негазообразными жидкостями. Например, трехфазный поток может включать в себя природный газ, нефть и воду. Двухфазный поток может включать в себя, например, природный газ и нефть.Methods are provided for taking into account the effects of a multiphase flow, for example, in a digital flow meter. The multiphase stream may be, for example, a two-phase stream or a three-phase stream. In general, a two-phase flow is a fluid that includes two (a) phases or components. For example, a two-phase flow may include a phase that includes a non-gaseous fluid (e.g., liquid) and a phase that includes a gas. A three-phase flow is a fluid that includes three phases. For example, a three-phase flow may be a fluid with a gas phase and two non-gaseous liquids. For example, a three-phase stream may include natural gas, oil, and water. The two-phase flow may include, for example, natural gas and oil.

Хотя цифровой расходомер продолжает работать при наличии многофазной текучей среды, любые свойства (например, массовый расход и плотность многофазной текучей среды), определяемые цифровым расходомером, могут быть неточными, поскольку определение этих свойств с использованием традиционных методов, в общем случае, основано на предположении, что текучая среда, текущая через расходомер, является однофазный. Таким образом, даже если текучая среда не является однофазной текучей средой, расходомер может продолжать работать и генерировать наблюдаемые значения свойств, например, массового расхода и плотности многофазной текучей среды. Как описано ниже согласно фиг.59-72, в одном варианте реализации, параметры, например, массовый расход и плотность каждой фазы многофазного потока можно определить из наблюдаемого массового расхода и наблюдаемой плотности многофазной текучей среды. В частности, как рассмотрено более подробно ниже, в одном варианте реализации, одно или несколько промежуточных значений, например, объемной доли жидкости и объемного расхода или газовое и негазовое числа Фруда, определяются из наблюдаемого массового расхода и наблюдаемой плотности многофазной текучей среды, и промежуточное(ые) значение(я) можно корректировать с учетом наличия множественных фаз в текучей среде с использованием нейронной сети или другого отображения. Массовый расход и плотность каждой фазы многофазной текучей среды можно определить из скорректированного(ых) промежуточного(ых) значения(й). Использование промежуточного(ых) значения(й) вместо массового расхода и плотности многофазной текучей среды позволяет повысить точность определения массового расхода и плотности каждой фазы многофазной текучей среды.Although the digital flowmeter continues to operate in the presence of a multiphase fluid, any properties (for example, mass flow rate and multiphase fluid density) determined by the digital flowmeter may be inaccurate, since the determination of these properties using traditional methods is generally based on the assumption that the fluid flowing through the flowmeter is single-phase. Thus, even if the fluid is not a single-phase fluid, the flow meter may continue to operate and generate observable property values, for example, mass flow and multiphase fluid density. As described below in FIGS. 59-72, in one embodiment, parameters, for example, mass flow rate and density of each phase of the multiphase flow can be determined from the observed mass flow rate and the observed density of the multiphase fluid. In particular, as discussed in more detail below, in one embodiment, one or more intermediate values, for example, liquid volume fraction and volume flow rate or gas and non-gas Froude numbers, are determined from the observed mass flow rate and the observed density of the multiphase fluid, and the intermediate ( s) value (s) can be adjusted for multiple phases in a fluid using a neural network or other mapping. The mass flow rate and density of each phase of the multiphase fluid can be determined from the adjusted intermediate value (s). Using the intermediate value (s) instead of the mass flow rate and density of the multiphase fluid can improve the accuracy of determining the mass flow rate and density of each phase of the multiphase fluid.

Прежде, чем начать описывать методы со ссылкой на фиг.59, рассмотрим цифровые расходомеры со ссылкой на фиг.1-39. Различные методы учета эффектов многофазного потока, например, в цифровом расходомере рассматриваются, начиная с фиг.40.Before starting to describe the methods with reference to FIG. 59, consider digital flowmeters with reference to FIGS. 1-39. Various methods for taking into account the effects of a multiphase flow, for example, in a digital flowmeter are discussed starting from FIG. 40.

Согласно фиг.1, цифровой массовый расходомер 100 включает в себя цифровой контроллер 105, один или несколько датчиков движения 110, один или несколько возбудителей 115, трубопровод 120 (также именуемый трубкой Вентури) и датчик температуры 125. Цифровой контроллер 105 можно реализовать с использованием одного или нескольких из, например, процессора, вентильной матрицы, программируемой пользователем, ASIC, другой программируемой логики или вентильной матрицы, или программируемой логики с ядром процессора. Цифровой контроллер генерирует измерение массового расхода через трубопровод 120 на основании, по меньшей мере, сигналов, принятых от датчиков движения 110. Цифровой контроллер также предписывает возбудителям 115 создавать движение в трубопроводе 120. Это движение воспринимается датчиками движения 110.1, a digital mass flow meter 100 includes a digital controller 105, one or more motion sensors 110, one or more pathogens 115, a pipe 120 (also referred to as a venturi) and a temperature sensor 125. The digital controller 105 can be implemented using one or several, for example, a processor, a user-programmable gate array, an ASIC, other programmable logic or a gate matrix, or programmable logic with a processor core. The digital controller generates a mass flow measurement through conduit 120 based on at least the signals received from the motion sensors 110. The digital controller also causes pathogens 115 to create movement in the conduit 120. This motion is sensed by the motion sensors 110.

Массовый расход через трубопровод 120 связан с движением, возбуждаемым в трубопроводе вследствие приложения движущей силы, вырабатываемой возбудителями 115. В частности, массовый расход связан с фазой и частотой движения, а также с температурой трубопровода. Цифровой массовый расходомер также может обеспечивать измерение плотности материала, текущего через трубопровод. Плотность связана с частотой движения и температурой трубопровода. Многие из описанных методов применимы к денситометру, который обеспечивает измерение плотности, а не измерение массового расхода.The mass flow rate through the pipe 120 is associated with the movement excited in the pipeline due to the application of the driving force generated by the pathogens 115. In particular, the mass flow rate is associated with the phase and frequency of movement, as well as the temperature of the pipe. A digital mass flowmeter can also measure the density of material flowing through a pipeline. Density is related to the frequency of movement and the temperature of the pipeline. Many of the methods described are applicable to a densitometer, which provides a density measurement rather than a mass flow measurement.

Температура в трубопроводе, которая измеряется с использованием датчика 125 температуры, влияет на некоторые свойства трубопровода, например, его жесткость и размеры. Цифровой контроллер компенсирует эти температурные эффекты. Температура цифрового контроллера 105 влияет, например, на рабочую частоту цифрового контроллера. В общем случае, эффекты температуры контроллера достаточно малы, поэтому ими можно пренебречь. Однако, в ряде случаев, цифровой контроллер может измерять температуру контроллера с использованием полупроводникового устройства и может компенсировать эффекты температуры контроллера.The temperature in the pipeline, which is measured using the temperature sensor 125, affects some properties of the pipeline, for example, its rigidity and size. A digital controller compensates for these temperature effects. The temperature of the digital controller 105 affects, for example, the operating frequency of the digital controller. In general, the temperature effects of the controller are quite small, so they can be neglected. However, in some cases, the digital controller can measure the temperature of the controller using a semiconductor device and can compensate for the effects of the temperature of the controller.

A. Механическая конструкцияA. Mechanical construction

В одном варианте реализации, который показан на фиг.2A и 2B, трубопровод 120 имеет конструкцию, позволяющую вставлять его в магистральную трубу (не показана), небольшая часть которой удалена или зарезервирована для размещения трубопровода. Трубопровод 120 включает в себя монтажные фланцы 12 для подключения к магистральной трубе и центральный коллекторный блок 16, поддерживающий два параллельных плоских контура 18 и 20, которые ориентированы перпендикулярно магистральной трубе. Электромагнитные возбудители 46 и датчики 48 присоединены между концами обоих контуров 18 и 20. Каждый из двух возбудителей 46 соответствует возбудителю 115, показанному на фиг.1, и каждый из двух датчиков 48 соответствует датчику 110, показанному на фиг.1.In one embodiment, which is shown in FIGS. 2A and 2B, conduit 120 is designed to fit into a trunk pipe (not shown), a small portion of which is removed or reserved to accommodate the conduit. The pipe 120 includes mounting flanges 12 for connection to the main pipe and a central manifold block 16 supporting two parallel planar contours 18 and 20 that are oriented perpendicular to the main pipe. Electromagnetic pathogens 46 and sensors 48 are connected between the ends of both circuits 18 and 20. Each of the two pathogens 46 corresponds to the pathogen 115 shown in FIG. 1, and each of the two sensors 48 corresponds to the sensor 110 shown in FIG. 1.

Возбудители 46 на противоположных концах контуров питаются током равной амплитуды, но противоположного знака (т.е., токами, сдвинутыми по фазе на 180°), что заставляет прямолинейные участки 26 контуров 18, 20 поворачиваться относительно компланарного им перпендикулярного бисектора 56, который пересекается с трубой в точке P (фиг.2B). Повторяющееся обращение (например, по синусоидальному закону) тока питания, подаваемого на возбудители, заставляет каждый прямолинейный участок 26 совершать колебательное движение, заметая фигуру в виде галстука-бабочки в горизонтальной плоскости вокруг линии 56-56, которая является осью симметрии контура. Полный поперечный размах контуров на нижних закругленных витках 38 и 40 невелик, порядка 1/16 дюйма для двухфутового прямолинейного участка 26 трубы, имеющей диаметр один дюйм. Частота колебаний обычно составляет примерно от 80 до 90 Гц.Pathogens 46 at opposite ends of the loops are fed with a current of equal amplitude but opposite sign (i.e., currents shifted in phase by 180 °), which causes the straight sections 26 of loops 18, 20 to rotate relative to their perpendicular bisector 56, which intersects with pipe at point P (figv). A repeated rotation (for example, according to a sinusoidal law) of the supply current supplied to the pathogens causes each rectilinear section 26 to oscillate, noticing a figure in the form of a bow tie in a horizontal plane around line 56-56, which is the axis of symmetry of the contour. The full lateral range of the contours on the lower rounded coils 38 and 40 is small, of the order of 1/16 inch for a two-foot straight section of pipe 26 having a diameter of one inch. The oscillation frequency is usually from about 80 to 90 Hz.

B. Движение трубопроводаB. Pipeline movement

Движение прямолинейных участков контуров 18 и 20 показано в трех режимах на фиг.3A, 3B и 3C. В режиме возбуждения, показанном на фиг.3B, контуры возбуждаются со сдвигом фазы 180° относительно их соответствующих точек P, в результате чего два контура поворачиваются синхронно, но в противоположном направлении. Поэтому, соответствующие концы, например A и C периодически сближаются и отдаляются.The movement of the straight sections of the circuits 18 and 20 is shown in three modes in FIGS. 3A, 3B and 3C. In the drive mode shown in FIG. 3B, the loops are driven with a phase shift of 180 ° relative to their respective points P, as a result of which the two loops rotate synchronously, but in the opposite direction. Therefore, the corresponding ends, for example A and C, periodically approach and move away.

Возбуждающее движение, показанное на фиг.3B, порождает движение в кориолисовом режиме, показанное на фиг.3A, которое осуществляется в противоположных направлениях между контурами и, в результате которого, прямолинейные участки 26 слегка перемещаются друг к другу (или друг от друга). Эффект Кориолиса непосредственно связан с mvW, где m - масса материала в поперечном сечении контура, v - скорость, с которой движется масса (объемный расход), W - угловая скорость контура (W = W 0sinωt), и mv - массовый расход. Эффект Кориолиса максимален, когда два прямолинейных участка возбуждаются синусоидально и имеют синусоидально изменяющуюся угловую скорость. При этих условиях, эффект Кориолиса сдвинут по фазе на 90° относительно сигнала возбуждения.The driving motion shown in FIG. 3B gives rise to the Coriolis motion shown in FIG. 3A, which is carried out in opposite directions between the contours and, as a result of which, the straight sections 26 are slightly moved towards each other (or from each other). The Coriolis effect is directly related to mvW , where m is the mass of material in the cross section of the contour, v is the speed with which the mass moves (volume flow), W is the angular velocity of the contour ( W = W 0 sinω t ), and mv is the mass flow. The Coriolis effect is maximum when two rectilinear sections are excited sinusoidally and have a sinusoidally varying angular velocity. Under these conditions, the Coriolis effect is 90 ° out of phase with respect to the excitation signal.

На фиг.3C показано движение в нежелательном общем режиме, при котором контуры отклоняются в одном и том же направлении. Этот тип движения может порождаться осевой вибрацией в магистральной трубе в примере, показанном на фиг.2A и 2B, поскольку контуры перпендикулярны магистральной трубе.FIG. 3C shows motion in an undesirable general mode in which the contours deviate in the same direction. This type of movement can be generated by axial vibration in the main pipe in the example shown in FIGS. 2A and 2B, since the contours are perpendicular to the main pipe.

Тип колебаний, показанный на фиг.3B, называется антисимметричным режимом, а кориолисов режим, показанный на фиг.3A, называется симметричным режимом. Собственная частота колебаний в антисимметричном режиме зависит от торсионной упругости отводов. Обычно резонансная частота антисимметричного режима для трубопроводов, форма которых показана на фиг.2A и 2B, выше резонансной частоты симметричного режима. Для снижения чувствительности к шуму при измерении массового расхода, желательно довести до максимума силу Кориолиса при данном массовом расходе. Как отмечено выше, контуры возбуждаются на своей резонансной частоте, а сила Кориолиса непосредственно связана с частотой, на которой колеблются контуры (т.е., угловой скоростью контуров). Соответственно, контуры возбуждаются в антисимметричном режиме, который обычно имеет более высокую резонансную частоту.The oscillation type shown in FIG. 3B is called the antisymmetric mode, and the Coriolis mode shown in FIG. 3A is called the symmetric mode. The natural frequency of oscillations in the antisymmetric mode depends on the torsion elasticity of the taps. Typically, the resonant frequency of the antisymmetric mode for pipelines, the shape of which is shown in FIGS. 2A and 2B, is higher than the resonant frequency of the symmetric mode. To reduce noise sensitivity when measuring mass flow, it is advisable to maximize the Coriolis force at a given mass flow. As noted above, the loops are excited at their resonant frequency, and the Coriolis force is directly related to the frequency at which the loops oscillate (i.e., the angular velocity of the loops). Accordingly, the circuits are excited in an antisymmetric mode, which usually has a higher resonant frequency.

Другие варианты реализации могут включать в себя другие конструкции трубопровода. Например, в качестве трубопровода можно применять единичный контур или отрезок прямой трубы.Other embodiments may include other piping designs. For example, a single circuit or a straight pipe segment can be used as a pipeline.

C. Электронная конструкцияC. Electronic design

Цифровой контроллер 105 определяет массовый расход путем обработки сигналов, вырабатываемых датчиками 48 (т.е., датчиками движения 110), расположенными на противоположных концах контуров. Сигнал, вырабатываемый каждым датчиком, включает в себя компонент, соответствующий относительной скорости, на которой контуры возбуждаются возбудителем, расположенным после датчика, и компонент, соответствующий относительной скорости контуров, обусловленной силами Кориолиса, создаваемыми в контурах. Контуры возбуждаются в антисимметричном режиме, поэтому компоненты сигналов датчиков, соответствующие скорости возбуждения, равны по величине, но противоположны по знаку. Результирующая сила Кориолиса действует в симметричном режиме, поэтому компоненты сигналов датчиков, соответствующие кориолисовой скорости, равны по величине и знаку. Таким образом, вычитание сигналов нейтрализует компоненты кориолисовой скорости и дает разность, которая пропорциональна скорости возбуждения. Аналогично, суммирование сигналов нейтрализует компоненты скорости возбуждения и дает сумму, которая пропорциональна кориолисовой скорости, которая, в свою очередь, пропорциональна силе Кориолиса. Затем эту сумму можно использовать для определения массового расхода.The digital controller 105 determines mass flow by processing the signals generated by sensors 48 (i.e., motion sensors 110) located at opposite ends of the loops. The signal generated by each sensor includes a component corresponding to the relative speed at which the circuits are excited by the pathogen located after the sensor, and a component corresponding to the relative speed of the circuits due to the Coriolis forces created in the circuits. The circuits are excited in the antisymmetric mode, therefore the components of the sensor signals corresponding to the excitation speed are equal in magnitude but opposite in sign. The resulting Coriolis force acts in a symmetrical mode, therefore, the components of the sensor signals corresponding to the Coriolis speed are equal in magnitude and sign. Thus, subtracting the signals neutralizes the components of the Coriolis velocity and gives a difference that is proportional to the rate of excitation. Similarly, summing the signals neutralizes the components of the excitation speed and gives a sum that is proportional to the Coriolis speed, which, in turn, is proportional to the Coriolis force. This amount can then be used to determine the mass flow rate.

1. Аналоговая система управления1. Analog control system

Цифровой массовый расходомер 100 обеспечивает значительные преимущества над традиционными, аналоговыми массовыми расходомерами. Для использования в дальнейшем рассмотрении, на фиг.4 показана аналоговая система 400 управления традиционного массового расходомера. Каждый датчик 48 выдает сигнал напряжения, причем сигнал VA0 создается датчиком 48a, и сигнал VB0 создается датчиком 48b. VA0 и VB0 соответствуют скорости контуров относительно друг друга в положениях датчиков. До обработки, сигналы VA0 и VB0 усиливаются на соответствующих входных усилителях 405 и 410 для создания сигналов VA1 и VB1. Для коррекции дисбаланса на усилителях и датчиках, входной усилитель 410 имеет переменный коэффициент усиления, который регулируется сигналом баланса, поступающим из контура обратной связи, который содержит синхронный демодулятор 415 и интегратор 420.The digital mass flow meter 100 provides significant advantages over traditional, analog mass flow meters. For use in further consideration, FIG. 4 shows an analog control system 400 of a conventional mass flow meter. Each sensor 48 provides a voltage signal, wherein the signal V A0 is generated by the sensor 48a, and the signal V B0 is generated by the sensor 48b. V A0 and V B0 correspond to the speed of the circuits relative to each other in the positions of the sensors. Prior to processing, the signals V A0 and V B0 are amplified at respective input amplifiers 405 and 410 to produce signals V A1 and V B1 . To correct the imbalance on amplifiers and sensors, the input amplifier 410 has a variable gain, which is controlled by a balance signal coming from a feedback loop that contains a synchronous demodulator 415 and an integrator 420.

На выходе усилителя 405, сигнал VA1 имеет вид:At the output of amplifier 405, the signal V A1 has the form:

Figure 00000001
Figure 00000001

и, на выходе усилителя 410, сигнал VB1 имеет вид:and, at the output of amplifier 410, the signal V B1 has the form:

Figure 00000002
Figure 00000002

где VD и VC являются, соответственно, напряжением возбуждения и кориолисовым напряжением, и ω - круговая частота режима возбуждения.where V D and V C are, respectively, the excitation voltage and the Coriolis voltage, and ω is the circular frequency of the excitation mode.

Напряжения VA1 и VB1 дифференцируются операционным усилителем 425 для создания сигналаVoltages V A1 and V B1 are differentiated by operational amplifier 425 to create a signal

Figure 00000003
Figure 00000003

где VDRV соответствует возбуждающему движению и используется для питания возбудителей. Помимо питания возбудителей, VDRV поступает на детектор 430 пересечения нуля в положительном направлении, который создает выходную прямоугольную волну FDRV, частота которой соответствует частоте сигнала VDRV (ω = 2FDRV). FDRV используется в качестве входного сигнала цифровой схемы 435 фазовой автоподстройки частоты. FDRV также поступает на процессор 440.where V DRV corresponds to the exciting movement and is used to power pathogens. In addition to supplying exciters, the V DRV is supplied to the zero crossing detector 430 in the positive direction, which creates an output square wave F DRV whose frequency corresponds to the frequency of the V DRV signal (ω = 2F DRV ). F DRV is used as an input to digital phase locked loop 435. F DRV also arrives at processor 440.

Напряжения VA1 и VB1 суммируются операционным усилителем 445 для создания сигналаVoltages V A1 and V B1 are summed by the operational amplifier 445 to create a signal

Figure 00000004
Figure 00000004

где VCOR связан с возбуждаемым кориолисовым движением.where V COR is associated with an excited Coriolis movement.

VCOR поступает на синхронный демодулятор 450, который создает выходное напряжение VM, которое прямо пропорционально массе, отбрасывая компоненты VCOR, которые не имеют той же частоты, что и стробирующий сигнал Q, и не синфазны с ним. Схема 435 фазовой автоподстройки частоты создает Q, который является квадратурным опорным сигналом, имеющим такую же частоту (ω), как VDRV, и на 90° сдвинут по фазе относительно VDRV (т.е., синфазен с VCOR). Соответственно, синхронный демодулятор 450 отбрасывает частоты, отличные от ω, поэтому VM соответствует амплитуде VCOR на ω. Эта амплитуда прямо пропорциональна массе в трубопроводе.V COR arrives at synchronous demodulator 450, which produces an output voltage V M that is directly proportional to the mass, discarding V COR components that do not have the same frequency as the gate signal Q and are not in phase with it. A phase locked loop 435 generates Q, which is a quadrature reference signal having the same frequency (ω) as V DRV and is 90 ° out of phase with respect to V DRV (i.e., in phase with V COR ). Accordingly, synchronous demodulator 450 discards frequencies other than ω, therefore, V M corresponds to the amplitude of V COR at ω. This amplitude is directly proportional to the mass in the pipeline.

VM поступает на преобразователь 455 напряжения в частоту, который создает сигнал FM прямоугольной волны, частота которого соответствует амплитуде сигнала VM. Затем процессор 440 делит FM на FDRV для создания измерения массового расхода.V M is supplied to the voltage-to-frequency converter 455, which produces a square wave signal F M whose frequency corresponds to the amplitude of the signal V M. Processor 440 then divides F M by F DRV to create a mass flow measurement.

Цифровая схема 435 фазовой автоподстройки частоты также создает опорный сигнал I, синфазный с VDRV и используемый для стробирования синхронного демодулятора 415 в контуре обратной связи, управляющем усилителем 410. Когда коэффициенты усиления входных усилителей 405 и 410, умноженные на компоненты возбуждения соответствующих входных сигналов, равны, операция суммирования на операционном усилителе 445 создает нулевой компонент возбуждения в сигнале VCOR (т.е., не существует сигнала синфазного с VDRV). Когда коэффициенты усиления входных усилителей 405 и 410 не равны, компонент возбуждения существует в VCOR. Этот компонент возбуждения извлекается синхронным демодулятором 415 и интегрируется интегратором 420 для генерации напряжения ошибки, которое корректирует коэффициент усиления входного усилителя 410. Когда коэффициент усиления слишком высок или слишком низок, синхронный демодулятор 415 создает выходное напряжение, в соответствии с которым интегратор изменяет напряжение ошибки, которое изменяет коэффициент усиления. Когда коэффициент усиления достигает желаемого значения, выходной сигнал синхронного модулятора достигает нуля, и напряжение ошибки перестает изменяться для поддержания желаемого значения коэффициента усиления.The digital phase-locked loop 435 also creates a reference signal I in phase with V DRV and used to gate the synchronous demodulator 415 in the feedback loop controlling the amplifier 410. When the amplification factors of the input amplifiers 405 and 410 times the excitation components of the corresponding input signals are equal , the summing operation on the operational amplifier 445 creates a zero excitation component in the V COR signal (i.e., there is no common mode signal with V DRV ). When the amplification factors of the input amplifiers 405 and 410 are not equal, an excitation component exists in V COR . This excitation component is extracted by the synchronous demodulator 415 and integrated by the integrator 420 to generate an error voltage that corrects the gain of the input amplifier 410. When the gain is too high or too low, the synchronous demodulator 415 produces an output voltage, according to which the integrator changes the error voltage, which changes the gain. When the gain reaches the desired value, the output of the synchronous modulator reaches zero, and the error voltage stops changing to maintain the desired value of the gain.

2. Цифровая система управления2. Digital control system

На фиг.5 показана блок-схема варианта реализации 500 цифрового массового расходомера 100, который включает в себя трубопровод 120, возбудители 46 и датчики 48, показанные на фиг.2A и 2B, совместно с цифровым контроллером 505. Аналоговые сигналы от датчиков 48 преобразуются в цифровые сигналы аналого-цифровыми ("А/Ц") преобразователями 510 и поступают на контроллер 505. А/Ц преобразователи можно реализовать в виде отдельных преобразователей или в виде отдельных каналов единого преобразователя.FIG. 5 shows a block diagram of an embodiment 500 of a digital mass flow meter 100, which includes conduit 120, drivers 46 and sensors 48 shown in FIGS. 2A and 2B, together with a digital controller 505. The analog signals from sensors 48 are converted to digital signals are converted by analog-to-digital (“A / D”) converters 510 to the controller 505. A / D converters can be implemented as separate converters or as separate channels of a single converter.

Цифроаналоговые ("Ц/А") преобразователи 515 преобразуют цифровые сигналы управления от контроллера 505 в аналоговые сигналы для возбуждения возбудителей 46. Использование отдельного сигнала возбуждения для каждого возбудителя имеет ряд преимуществ. Например, система может легко переключаться между симметричным и антисимметричным режимами возбуждения в целях диагностики. В других вариантах реализации, сигналы, вырабатываемые преобразователями 515, можно усиливать с помощью усилителей до подачи на возбудители 46. В еще других вариантах реализации возможно использование единого Ц/А преобразователя для создания сигнала возбуждения, подаваемого на оба возбудителя, причем сигнал возбуждения инвертируется до подачи на один из возбудителей для возбуждения трубопровода 120 в антисимметричном режиме.Digital-to-analog ("D / A") converters 515 convert the digital control signals from the controller 505 into analog signals to drive the pathogens 46. Using a separate drive signal for each pathogen has several advantages. For example, the system can easily switch between symmetric and antisymmetric excitation modes for diagnostic purposes. In other implementations, the signals generated by the converters 515 can be amplified by amplifiers before being fed to the exciters 46. In still other embodiments, a single D / A converter can be used to create an excitation signal applied to both pathogens, the excitation signal being inverted before being fed to one of the pathogens to excite the pipeline 120 in the antisymmetric mode.

Высокоточные резисторы 520 и усилители 525 используются для измерения тока, подаваемого на каждый возбудитель 46. А/Ц преобразователи 530 преобразуют измеренный ток в цифровые сигналы и выдают цифровые сигналы на контроллер 505. Контроллер 505 использует измеренные токи при генерации сигналов возбуждения.High precision resistors 520 and amplifiers 525 are used to measure the current supplied to each driver 46. A / D converters 530 convert the measured current to digital signals and provide digital signals to controller 505. Controller 505 uses the measured currents to generate field signals.

Датчики 535 температуры и датчики 540 давления измеряют, соответственно, температуру и давление на входе 545 и выходе 550 трубопровода. А/Ц преобразователи 555 преобразуют измеренные значения в цифровые сигналы и выдают цифровые сигналы на контроллер 505. Контроллер 505 использует измеренные значения по-разному. Например, разность между измеренными давлениями можно использовать для определения противодавления в трубопроводе. Поскольку жесткость трубопровода изменяется в зависимости от противодавления, контроллер может учитывать жесткость трубопровода на основании определяемого противодавления.Temperature sensors 535 and pressure sensors 540 measure, respectively, the temperature and pressure at the inlet 545 and the outlet 550 of the pipeline. A / D converters 555 convert the measured values to digital signals and provide digital signals to the controller 505. The controller 505 uses the measured values in different ways. For example, the difference between the measured pressures can be used to determine the back pressure in the pipeline. Since the stiffness of the pipeline varies depending on the back pressure, the controller can take into account the stiffness of the pipeline based on the determined back pressure.

Дополнительный датчик температуры 560 измеряет температуру кварцевого генератора 565, используемого А/Ц преобразователями. А/Ц преобразователь 570 преобразует это измерение температуры в цифровой сигнал для использования контроллером 505. Соотношение между входом и выходом А/Ц преобразователей изменяется в зависимости от рабочей частоты преобразователей, и рабочая частота изменяется в зависимости от температуры кварцевого генератора. Соответственно, контроллер использует измерение температуры для регулировки данных, обеспеченных А/Ц преобразователями, или при калибровке системы.An optional temperature sensor 560 measures the temperature of the crystal oscillator 565 used by the A / D converters. An A / D converter 570 converts this temperature measurement into a digital signal for use by the controller 505. The ratio between the input and output of the A / D converters varies depending on the operating frequency of the converters, and the operating frequency varies depending on the temperature of the crystal oscillator. Accordingly, the controller uses temperature measurement to adjust the data provided by the A / D converters, or when calibrating the system.

В варианте реализации, показанном на фиг.5, цифровой контроллер 505 обрабатывает оцифрованные сигналы датчиков, вырабатываемые А/Ц преобразователями 510 согласно процедуре 600, показанной на фиг.6, для генерации измерения массового расхода и сигнала возбуждения, подаваемого на возбудители 46. Первоначально, контроллер собирает данные от датчиков (этап 605). С использованием этих данных, контроллер определяет частоту сигналов датчиков (этап 610), устраняет смещение нуля из сигналов датчиков (этап 615) и определяет амплитуду (этап 620) и фазу (этап 625) сигналов датчиков. Контроллер использует эти вычисленные значения для генерации сигнала возбуждения (этап 630) и для генерации массового расхода и других измерений (этап 635). После генерации сигналов возбуждения и измерений, контроллер собирает новый набор данных и повторяет процедуру. Этапы процедуры 600 можно осуществлять последовательно или параллельно и можно осуществлять в изменяющемся порядке.In the embodiment shown in FIG. 5, the digital controller 505 processes the digitized sensor signals generated by the A / D converters 510 according to the procedure 600 shown in FIG. 6 to generate a mass flow measurement and an excitation signal supplied to the exciters 46. Initially, the controller collects data from the sensors (step 605). Using this data, the controller determines the frequency of the sensor signals (step 610), eliminates the zero offset from the sensor signals (step 615), and determines the amplitude (step 620) and phase (step 625) of the sensor signals. The controller uses these calculated values to generate an excitation signal (step 630) and to generate mass flow and other measurements (step 635). After generating excitation and measurement signals, the controller collects a new data set and repeats the procedure. The steps of procedure 600 may be performed sequentially or in parallel, and may be carried out in a varying manner.

Вследствие соотношений между частотой, смещением нуля, амплитудой и фазой, оценку одного можно использовать для вычисления другого. Благодаря этому повторение вычислений повышает точность. Например, первоначальное определение частоты, используемое при определении смещения нуля в сигналах датчиков, можно уточнить с использованием сигналов датчиков с устраненным смещением. Кроме того, при необходимости, значения, генерируемые для периода, можно использовать в качестве начальных оценок для следующего периода.Due to the relationships between frequency, zero offset, amplitude and phase, an estimate of one can be used to calculate the other. Thanks to this, the repetition of calculations increases accuracy. For example, the initial frequency definition used to determine the zero offset in the sensor signals can be clarified using sensor signals with the offset corrected. In addition, if necessary, the values generated for the period can be used as initial estimates for the next period.

a. Сбор данныхa. Data collection

Для простоты рассмотрения, оцифрованные сигналы от двух датчиков будем обозначать как сигналы SV1 и SV2, причем сигнал SV1 поступает от датчика 48a, а сигнал SV2 поступает от датчика 48b. Хотя новые данные генерируются постоянно, предполагается, что вычисления основаны на данных, соответствующих одному полному периоду обоих датчиков. При значительной буферизации данных, это условие будет выполняться, пока среднее время обработки данных меньше времени на сбор данных. Задачи, подлежащие выполнению в течение периода, включают в себя принятие решения, что период завершен, вычисление частоты периода (или частот SV1 и SV2), вычисление амплитуд SV1 и SV2 и вычисление разности фаз между SV1 и SV2. В некоторых вариантах реализации, эти вычисления повторяются для каждого периода с использованием конечной точки предыдущего периода в качестве начала следующего периода. В других вариантах реализации, периоды перекрываются на 180° или в другой степени (например, 90°), в связи с чем период пересекается с предыдущим или следующим периодом.For simplicity of consideration, the digitized signals from the two sensors will be denoted as signals SV 1 and SV 2 , the signal SV 1 coming from the sensor 48a, and the signal SV 2 coming from the sensor 48b. Although new data is constantly being generated, it is assumed that the calculations are based on data corresponding to one full period of both sensors. With significant data buffering, this condition will be met while the average data processing time is less than the time it takes to collect data. Tasks to be performed during the period include deciding that the period has ended, calculating the frequency of the period (or frequencies SV 1 and SV 2 ), calculating the amplitudes SV 1 and SV 2, and calculating the phase difference between SV 1 and SV 2 . In some implementations, these calculations are repeated for each period using the endpoint of the previous period as the start of the next period. In other embodiments, the periods overlap 180 ° or to another degree (eg, 90 °), and therefore the period overlaps with the previous or next period.

На фиг.7A и 7B показаны два вектора выборочных данных из сигналов SV1 и SV2, которые обозначены, соответственно, sv1_in и sv2_in. Первая выборочная точка каждого вектора известна и соответствует пересечению нуля синусоидальной волной, представленной вектором. Для sv1_in, первая выборочная точка является пересечением нуля от отрицательного значения к положительному значению, тогда как для sv2_in первая выборочная точка является пересечением нуля от положительного значения к отрицательному значению.On figa and 7B shows two vectors of sample data from the signals SV 1 and SV 2 , which are indicated, respectively, sv1_in and sv2_in. The first sample point of each vector is known and corresponds to the intersection of zero with a sine wave represented by the vector. For sv1_in, the first sample point is the zero crossing from a negative value to a positive value, while for sv2_in the first sample point is a zero crossing from a positive value to a negative value.

Фактическая начальная точка периода (т.е., фактическое пересечение нуля) редко будет в точности совпадать с выборочной точкой. По этой причине, начальные выборочные точки (start_sample_SV1 и start_sample_SV2) являются выборочными точками, возникающими непосредственно до начала периода. Для учета разности между первой выборочной точкой и фактическим началом периода, подход также использует позицию (start_offset_SV1 или start_offset_SV2) между начальной выборкой и следующей выборкой, с которой фактически начинается период.The actual starting point of the period (i.e., the actual zero crossing) will rarely exactly match the sample point. For this reason, starting sample points (start_sample_SV1 and start_sample_SV2) are sample points that occur immediately before the start of the period. To account for the difference between the first sample point and the actual start of the period, the approach also uses the position (start_offset_SV1 or start_offset_SV2) between the initial sample and the next sample with which the period actually begins.

Поскольку существует сдвиг фазы между сигналами SV1 и SV2, sv1_in и sv2_in могут начинаться в разных выборочных точках. Если частота дискретизации и разность фаз велики, может существовать разность в несколько выборок между началом sv1_in и началом sv2_in. Эта разность обеспечивает грубую оценку сдвига фазы, и ее можно использовать для проверки вычисленного сдвига фазы, что рассмотрено ниже. Например, при дискретизации на частоте 55 кГц, одна выборка соответствует сдвигу фазы около 0,5 градусов, и один период соответствует примерно 800 выборочным точкам.Since there is a phase shift between the signals SV 1 and SV 2 , sv1_in and sv2_in can start at different sample points. If the sampling rate and the phase difference are large, there may be a difference of several samples between the beginning of sv1_in and the beginning of sv2_in. This difference provides a rough estimate of the phase shift, and it can be used to verify the calculated phase shift, which is discussed below. For example, when sampling at 55 kHz, one sample corresponds to a phase shift of about 0.5 degrees, and one period corresponds to approximately 800 sample points.

Когда контроллер использует функции, например, сумму (A+B) и разность (A-B), где B взвешена так, чтобы иметь ту же амплитуду, что и A, дополнительные переменные (например, start_sample_sum и start_offset_sum) отслеживают начало периода для каждой функции. Функции суммы и разности имеют сдвиг фазы наполовину между SV1 и SV2.When the controller uses functions, for example, the sum (A + B) and the difference (AB), where B is weighted so as to have the same amplitude as A, additional variables (e.g. start_sample_sum and start_offset_sum) track the beginning of the period for each function. The sum and difference functions have a phase shift halfway between SV 1 and SV 2 .

В одном варианте реализации, структура данных, используемая для хранения данных от датчиков, представляет собой циклический список для каждого датчика, емкость которого, по меньшей мере, вдвое превышает максимальное количество выборок в периоде. Благодаря этой структуре данных, обработка может осуществляться на данных для текущего периода, тогда как прерывания или другие методы используются для добавления данных для следующего периода к спискам.In one embodiment, the data structure used to store data from the sensors is a cyclic list for each sensor, the capacity of which is at least twice the maximum number of samples in a period. Due to this data structure, processing can be performed on data for the current period, while interrupts or other methods are used to add data for the next period to the lists.

Обработка осуществляется на данных, соответствующих полному периоду во избежание ошибок при использовании подходов на основе синусоидальных волн. Соответственно, первая задача при сборе данных в течение периода состоит в определении начала и конца периода. При использовании неперекрывающихся периодов, начало периода можно идентифицировать как конец предыдущего периода. При использовании перекрывающихся периодов, и когда периоды перекрываются на 180°, начало периода можно идентифицировать как среднюю точку предыдущего периода или как конечную точку периода, предшествующего предыдущему периоду.Processing is carried out on data corresponding to the full period in order to avoid errors when using approaches based on sine waves. Accordingly, the first task in collecting data during a period is to determine the beginning and end of the period. When using non-overlapping periods, the beginning of the period can be identified as the end of the previous period. When using overlapping periods, and when the periods overlap 180 °, the beginning of the period can be identified as the midpoint of the previous period or as the end point of the period preceding the previous period.

Конец периода можно первоначально оценить на основании параметров предыдущего периода и исходя из того, что параметры не будут изменяться более чем на заранее определенную величину от периода к периоду. Например, пять процентов можно использовать как максимально допустимое изменение от значения последнего периода, что разумно, поскольку, при частотах дискретизации 55 кГц, повторяющееся возрастание или убывание на пять процентов в амплитуде или частоте на протяжении последовательных периодов приведет к изменениям около 5,000 процентов за одну секунду.The end of the period can be initially estimated based on the parameters of the previous period and based on the fact that the parameters will not change by more than a predetermined value from period to period. For example, five percent can be used as the maximum allowable change from the value of the last period, which is reasonable because, at sampling frequencies of 55 kHz, a repeated increase or decrease of five percent in amplitude or frequency over successive periods will lead to changes of about 5,000 percent in one second .

При назначении процентов в качестве максимально допустимого увеличения амплитуды и частоты и допущении максимального изменения фазы в 5° для последовательных периодов, консервативную оценку для верхнего предела на конце периода для сигнала SV1 можно определить как:When assigning percent as the maximum allowable increase in amplitude and frequency and assuming a maximum phase change of 5 ° for successive periods, a conservative estimate for the upper limit at the end of the period for signal SV 1 can be defined as:

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

где start_sample_SV1 это первая выборка sv1_in, sample_rate это частота дискретизации, и est_freq это частота из предыдущего периода. Аналогично можно определить верхний предел на конце периода для сигнала SV2 (end_sample_SV2).where start_sample_SV1 is the first sample sv1_in, sample_rate is the sampling rate, and est_freq is the frequency from the previous period. Similarly, you can define the upper limit at the end of the period for the signal SV2 (end_sample_SV2).

После идентификации конца периода, можно произвести простые проверки, правильно ли обрабатывается период. Период может неправильно обрабатываться, когда, например, трубопровод блокируется, или колебательные сигналы датчиков сильно искажаются. Обработка только пригодных периодов обеспечивает значительное сокращение вычислений.After identifying the end of a period, you can make simple checks to determine if the period is being processed correctly. The period may not be correctly processed when, for example, the pipeline is blocked, or the vibrational signals of the sensors are strongly distorted. Processing only suitable periods provides a significant reduction in calculations.

Один способ определения пригодности периода состоит в проверке определенных точек периода для подтверждения ожидаемого поведения. Как отмечено выше, амплитуды и частота последнего периода дают полезные начальные оценки соответствующих значений для текущего периода. С использованием этих значений, можно проверять точки, соответствующие 30°, 150°, 210° и 330° периода. Если амплитуда и частота в точности совпадают с амплитудой и частотой для предыдущего периода, эти точки будут иметь значения, соответствующие est_amp/2, est_amp/2, -est_amp/2 и -est_amp/2, соответственно, где est_amp - оценочная амплитуда сигнала (т.е., амплитуда из предыдущего периода). Вследствие того, что допустимо пятипроцентное изменение амплитуды и частоты, для каждой четверти периода могут генерироваться неравенства. Для точки 30°, неравенство имеет вид:One way to determine the suitability of a period is to check for specific points in the period to confirm expected behavior. As noted above, the amplitudes and frequencies of the last period provide useful initial estimates of the corresponding values for the current period. Using these values, points corresponding to 30 °, 150 °, 210 ° and 330 ° of the period can be checked. If the amplitude and frequency coincide exactly with the amplitude and frequency for the previous period, these points will have values corresponding to est_amp / 2, est_amp / 2, -est_amp / 2 and -est_amp / 2, respectively, where est_amp is the estimated signal amplitude (t .e., amplitude from the previous period). Due to the fact that a five percent change in amplitude and frequency is permissible, inequalities can be generated for each quarter of the period. For the point 30 °, the inequality has the form:

Figure 00000006
Figure 00000006

Неравенства для других точек имеют тот же вид, где градус члена смещения (x/360) и знак члена est_amp_SV1 имеют соответствующие значения. Эти неравенства можно использовать для проверки, что трубопровод вибрирует надлежащим образом.Inequalities for other points have the same form where the degree of the offset term (x / 360) and the sign of the term est_amp_SV1 have the corresponding values. These inequalities can be used to verify that the piping vibrates properly.

Обработка измерений осуществляется на векторах sv1_in (start:end) и sv2_in (start:end), где:Measurements are processed on the vectors sv1_in (start: end) and sv2_in (start: end), where:

start = min (start_sample_SV1, start_sample_SV2), иstart = min (start_sample_SV1, start_sample_SV2), and

end = max (end_sample_SV1, end_sample_SV2).end = max (end_sample_SV1, end_sample_SV2).

Разность между начальной и конечной точками для сигнала указывает частоту сигнала.The difference between the start and end points for the signal indicates the frequency of the signal.

b. Определение частотыb. Frequency determination

Частоту дискретизируемой строго синусоидальной волны можно вычислять путем обнаружения перехода между периодами (т.е., путем обнаружения положительных или отрицательных пересечений нуля) и подсчета количества выборок в каждом период. С использованием этого метода, дискретизация, например, синусоидальной волны частоты 82,2 Гц с частотой 55 кГц будет обеспечивать оценку частоты с максимальной ошибкой 0,15 процента. Более высокой точности можно добиться, оценивая дробную часть выборки, на которой фактически происходит пересечение нуля, с использованием, например, start_offset_SV1 и start_offset_SV2. Случайный шум и смещение нуля могут снижать точность этого подхода.The sampling frequency of a strictly sinusoidal wave can be calculated by detecting a transition between periods (i.e., by detecting positive or negative zero intersections) and counting the number of samples in each period. Using this method, sampling, for example, a 82.2 Hz sine wave at 55 kHz will provide a frequency estimate with a maximum error of 0.15 percent. Higher accuracy can be achieved by evaluating the fractional part of the sample at which the zero crossing actually occurs, using, for example, start_offset_SV1 and start_offset_SV2. Random noise and zero offset can reduce the accuracy of this approach.

Согласно фиг.8A и 8B, уточненный метод определения частоты использует квадратичную интерполяцию квадрата синусоидальной волны. Согласно этому методу, вычисляется квадрат синусоидальной волны, производится аппроксимация квадратичной функцией, минимум которой совпадает с точкой минимума возведенной в квадрат синусоидальной волны, и зоны квадратичной функции используются для определения частоты. Если8A and 8B, a refined method for determining the frequency uses quadratic interpolation of the square of the sine wave. According to this method, a square of a sine wave is calculated, an approximation is made by a quadratic function, the minimum of which coincides with the minimum point of the squared sine wave, and the zones of the quadratic function are used to determine the frequency. If

Figure 00000007
Figure 00000007

где sv t - напряжение датчика во время t, A - амплитуда колебаний, x t - угол в радианах во время t (т.е., x t = 2πft), δ - смещение нуля, εt - случайная переменная с распределением N(0,1) и σ - дисперсия шума, то функция, возведенная в квадрат, задается следующим образом:where sv t is the sensor voltage at time t , A is the oscillation amplitude, x t is the angle in radians at t (i.e., x t = 2π ft ), δ is the zero offset, ε t is a random variable with distribution N (0,1) and σ is the noise variance, then the squared function is defined as follows:

Figure 00000008
Figure 00000008

Когда x t близок к 2π, sinx t и sin2 x t можно аппроксимировать функциями x 0t = x t-2π и x 0t2, соответственно. Соответственно, для значений x t, близких к 2π, a t можно аппроксимировать следующим образом:When x t is close to 2π, sin x t and sin 2 x t can be approximated by the functions x 0t = x t -2π and x 0t 2 , respectively. Accordingly, for values of x t close to 2π, a t can be approximated as follows:

Figure 00000009
Figure 00000009

Это строго квадратичная функция (с ненулевым минимумом, предполагая δ=0) плюс шум, причем амплитуда шума зависит от σ и δ. Также можно использовать линейную интерполяцию.This is a strictly quadratic function (with a nonzero minimum, assuming δ = 0) plus noise, and the amplitude of the noise depends on σ and δ. You can also use linear interpolation.

Источники ошибок, связанные с этим методом аппроксимации кривой, представляют собой случайный шум, смещение нуля и отклонение от истинно квадратичной функции. Аппроксимация кривой весьма чувствительна к уровню случайного шума. Смещение нуля в напряжении датчика увеличивает амплитуду шума в функции квадрата синуса и иллюстрирует важность устранения смещения нуля (рассмотренного ниже). При удалении от минимума, квадрат даже строго синусоидальной волны не является строго квадратичным. Наиболее значимым дополнительным членом является член четвертого порядка. Напротив, наиболее значимым дополнительным членом для линейной интерполяции является член третьего порядка.The sources of errors associated with this method of curve fitting are random noise, zero offset, and deviation from a true quadratic function. The curve approximation is very sensitive to the level of random noise. A zero offset in the voltage of the sensor increases the amplitude of the noise as a function of the square of the sine and illustrates the importance of eliminating the zero offset (discussed below). When moving away from the minimum, the square of even a strictly sinusoidal wave is not strictly quadratic. The most significant additional member is a fourth-order member. In contrast, the most significant additional term for linear interpolation is the third-order term.

Степени свободы, связанные с этим методом аппроксимации кривой, связаны с тем, сколько и какие точки данных используются. Минимальное количество равно трем, но можно использовать больше (при более высоких вычислительных затратах) с использованием аппроксимации методом наименьших квадратов. Такая аппроксимация в меньшей степени подвержена случайному шуму. На фиг.8A показано, что квадратичная аппроксимация хороша в пределах около 20° от точки минимума. Использование точек данных, более удаленных от минимума, будет снижать влияние случайного шума, но будет увеличивать ошибки, обусловленные неквадратичными членами (т.е., четвертого порядка и выше) в функции квадрата синуса.The degrees of freedom associated with this curve fitting method are related to how many and which data points are used. The minimum number is three, but more can be used (at higher computational costs) using the least squares approximation. Such an approximation is less susceptible to random noise. On figa shows that the quadratic approximation is good within about 20 ° from the minimum point. Using data points farther from the minimum will reduce the effect of random noise, but will increase errors due to non-quadratic terms (i.e., fourth order and higher) as a function of the sine squared.

На фиг.9 показана процедура 900 для осуществления метода аппроксимации кривой. На первом этапе, контроллер инициализирует переменные (этап 905). Эти переменные включают в себя end_point, наилучшую оценку точки пересечения нуля; ep_int, целочисленное значение, ближайшее к end_point; s[0..i], множество всех выборочных точек; z[k], квадрат выборочной точки, ближайшей к end_point; z[0..n-1], множество квадратов выборочных точек, используемых для вычисления end_point; n, количество выборочных точек, используемых для вычисления end_point (n = 2k + 1); step_length, количество выборок в s между последовательными значениями в z; и iteration_count, счетчик итераций, произведенных контроллером.FIG. 9 shows a procedure 900 for implementing a curve fitting method. In a first step, the controller initializes the variables (step 905). These variables include end_point, the best estimate of the zero crossing point; ep_int, the integer value closest to end_point; s [0..i], the set of all sample points; z [k], the square of the sample point closest to end_point; z [0..n-1], the set of squares of sample points used to calculate end_point; n, the number of sample points used to calculate end_point (n = 2k + 1); step_length, the number of samples in s between consecutive values in z; and iteration_count, a counter of iterations performed by the controller.

Затем контроллер генерирует первую оценку end_point (этап 910). Контроллер генерирует эту оценку путем вычисления оценочной точки пересечения нуля на основании оценочной частоты из предыдущего периода и поиска вокруг оценочной точки пересечения (вперед и назад) для отыскания ближайшей истинной точки пересечения (т.е., появления последовательных выборок с разными знаками). Затем контроллер задает end_point равной выборочной точке, имеющей меньшую величину, чем у выборок, окружающих истинную точку пересечения.The controller then generates a first end_point score (block 910). The controller generates this estimate by calculating the estimated zero crossing point based on the estimated frequency from the previous period and searching around the estimated crossing point (forward and backward) to find the nearest true intersection point (i.e., the appearance of successive samples with different signs). The controller then sets end_point to a sample point, which is smaller than the samples surrounding the true intersection point.

Затем контроллер задает n, количество точек для аппроксимации кривой (этап 915). Контроллер задает n равным 5 для частоты дискретизации 11 кГц и равным 21 для частоты дискретизации 44 кГц. Затем контроллер задает iteration_count равным 0 (этап 920) и увеличивает iteration_count (этап 925), чтобы начать итерационную часть процедуры.Then, the controller sets n, the number of points for approximating the curve (step 915). The controller sets n to 5 for a sampling frequency of 11 kHz and equal to 21 for a sampling frequency of 44 kHz. The controller then sets iteration_count to 0 (step 920) and increases iteration_count (step 925) to start the iteration part of the procedure.

На первом этапе в итерационной части процедуры, контроллер выбирает step_length (этап 930) на основании значения iteration_count. Контроллер задает step_length равной 6, 3 или 1 в зависимости от того, равен ли iteration_count, соответственно, 1, 2 или 3.In the first step in the iteration part of the procedure, the controller selects step_length (step 930) based on the value of iteration_count. The controller sets step_length to 6, 3, or 1, depending on whether iteration_count is 1, 2, or 3, respectively.

Затем контроллер определяет ep_int как целую часть суммы end_point и 0.5 (этап 935) и заполняет массив z (этап 940). Например, когда n равно 5, z[0] = s[ep_int-2*step_length]2, z[1] = s[ep_int-step_length]2, z[2] = s[ep_int]2, z[3] = s[ep_int+step_length]2 и z[4] = s[ep_int+2*step_length]2.The controller then defines ep_int as the integer part of the sum of end_point and 0.5 (step 935) and populates the z array (step 940). For example, when n is 5, z [0] = s [ep_int-2 * step_length] 2 , z [1] = s [ep_int-step_length] 2 , z [2] = s [ep_int] 2 , z [3] = s [ep_int + step_length] 2 and z [4] = s [ep_int + 2 * step_length] 2 .

Затем контроллер использует фильтр, например фильтр Савицкого-Голея, для вычисления сглаженных значений z[k-1], z[k] и z[k+1] (этап 945). Сглаживающие фильтры Савицкого-Голея рассмотрены Прессом (Press) и др. в Numerical Recipes in C, стр. 650-655 (2-е изд., Cambridge University Press, 1995), которая включена посредством ссылки. Затем контроллер осуществляет квадратичную интерполяцию между z[k-1], z[k] и z[k+1] (этап 950) и вычисляет минимальное значение квадратичной функции (z*) и соответствующую позицию (x*) (этап 955).The controller then uses a filter, such as the Savitsky-Golay filter, to calculate the smoothed values of z [k-1], z [k] and z [k + 1] (step 945). The Savitsky-Golay smoothing filters are reviewed by Press et al. In Numerical Recipes in C , pp. 650-655 (2nd ed., Cambridge University Press, 1995), which is incorporated by reference. The controller then performs quadratic interpolation between z [k-1], z [k] and z [k + 1] (step 950) and calculates the minimum value of the quadratic function (z *) and the corresponding position (x *) (step 955).

Если x* находится между точками, соответствующими k-1 и k+1 (этап 960), то контроллер задает end_point равной x (этап 965). Затем, если iteration_count меньше 3 (этап 970), то контроллер увеличивает iteration_count (этап 925) и повторяет итерационную часть процедуры.If x * is between the points corresponding to k-1 and k + 1 (step 960), then the controller sets end_point to x (step 965). Then, if iteration_count is less than 3 (step 970), then the controller increases iteration_count (step 925) and repeats the iterative part of the procedure.

Если x* не находится между точками, соответствующими k-1 и k+1 (этап 960), или если iteration_count равен 3 (этап 970), то контроллер выходит из итерационной части процедуры. Затем контроллер вычисляет частоту на основании разности между конечной точкой и начальной точкой для периода, которая известна (этап 975).If x * is not between the points corresponding to k-1 and k + 1 (step 960), or if iteration_count is 3 (step 970), then the controller leaves the iteration part of the procedure. The controller then calculates the frequency based on the difference between the end point and the start point for the period that is known (step 975).

В сущности, процедура 900 предписывает контроллеру сделать три попытки нацеливания на end_point, с уменьшением step_length при каждой следующей попытке. Если результирующий минимум для какой-либо попытки оказывается за пределами точек, используемых для аппроксимации кривой (т.е. при наличии экстраполяции вместо интерполяции), это говорит о негодности предыдущей или новой оценки и о том, что сокращение размера шага неуместно.In essence, procedure 900 instructs the controller to make three attempts to target end_point, with a decrease in step_length on each subsequent attempt. If the resulting minimum for any attempt falls outside the points used to approximate the curve (i.e., if there is extrapolation instead of interpolation), this indicates the unsuitability of the previous or new estimate and that reducing the step size is inappropriate.

Процедуру 900 можно применять, по меньшей мере, к трем разным синусоидальным волнам, вырабатываемым датчиками. Они включают в себя сигналы SV1 и SV2 и их взвешенную сумму. Кроме того, исходя из того, что смещение нуля устранено, оценки частоты, создаваемые для этих сигналов, являются независимыми. Это справедливо для сигналов SV1 и SV2, поскольку ошибки на каждом из них являются независимыми. Однако это также справедливо для взвешенной суммы, при условии, что массовый расход и соответствующая разность фаз между сигналами SV1 и SV2 достаточно велики для вычисления частоты, чтобы в каждом отдельном случае опираться на разные выборки. Когда это справедливо, случайные ошибки в оценках частоты также будут независимыми.Procedure 900 can be applied to at least three different sine waves generated by the sensors. They include signals SV 1 and SV 2 and their weighted sum. In addition, based on the fact that the zero offset has been eliminated, the frequency estimates created for these signals are independent. This is true for signals SV 1 and SV 2 , since the errors on each of them are independent. However, this is also true for the weighted sum, provided that the mass flow rate and the corresponding phase difference between the signals SV 1 and SV 2 are large enough to calculate the frequency in order to rely on different samples in each individual case. When this is true, random errors in frequency estimates will also be independent.

Три независимые оценки частоты можно комбинировать для обеспечения улучшенной оценки. Эта комбинированная оценка просто является средним трех оценок частоты.Three independent frequency estimates can be combined to provide an improved estimate. This combined estimate is simply the average of three frequency estimates.

c. Компенсация смещения нуляc. Zero Offset Compensation

Важным источником ошибок в кориолисовом передатчике является смещение нуля в напряжении каждого из датчиков. Смещение нуля вносится в сигнал напряжения датчика за счет дрейфа в схеме предварительного усиления и аналого-цифровом преобразователе. Эффект смещения нуля может ухудшаться за счет небольших различий в коэффициентах усиления предусилителя для положительного и отрицательного напряжений вследствие использования дифференциальных схем. Каждый источник ошибок изменяется между передатчиками и будет изменяться с температурой передатчика и, в более общем случае, со временем за счет износа компонента.An important source of errors in the Coriolis transmitter is the zero offset in the voltage of each of the sensors. A zero offset is introduced into the sensor voltage signal due to drift in the pre-amplification circuit and the analog-to-digital converter. The effect of zero bias can be worsened due to small differences in the gain of the preamplifier for positive and negative voltages due to the use of differential circuits. Each source of errors varies between transmitters and will vary with the temperature of the transmitter and, more generally, with time due to component wear.

Ниже подробно рассмотрен иллюстративный метод компенсации смещения нуля, применяемый контроллером. В общем случае, контроллер использует оценку частоты и метод интегрирования для определения смещения нуля в каждом из сигналов датчиков. Затем контроллер устраняет смещение нуля из этих сигналов. После устранения смещения нуля из сигналов SV1 и SV2, контроллер может повторно вычислять частоту этих сигналов для обеспечения улучшенной оценки частоты.An illustrative method for compensating for a zero offset used by the controller is described in detail below. In general, the controller uses a frequency estimate and an integration method to determine the zero offset in each of the sensor signals. The controller then removes the zero offset from these signals. After eliminating the zero offset from the signals SV 1 and SV 2 , the controller can recalculate the frequency of these signals to provide an improved frequency estimate.

d. Определение амплитудыd. Amplitude Definition

Амплитуду колебаний можно использовать во многих случаях. Они включают в себя регулирование колебаний трубопровода посредством обратной связи, балансирование вкладов напряжений датчиков при синтезе колебательных сигналов возбудителя, вычисление сумм и разностей для измерения фазы и вычисление скорости изменения амплитуды в целях коррекции измерений.The amplitude of the oscillations can be used in many cases. They include regulating pipeline vibrations through feedback, balancing the contributions of sensor voltages in the synthesis of vibrational pathogen signals, calculating the sums and differences for measuring the phase, and calculating the rate of change of amplitude in order to correct the measurements.

В одной реализации, контроллер использует оценочные амплитуды сигналов SV1 и SV2 для вычисления суммы и разности сигналов SV1 и SV2 и произведение суммы и разности. До определения суммы и разности, контроллер компенсирует один из сигналов для учета разностей между коэффициентами усиления двух датчиков. Например, контроллер может компенсировать данные для сигнала SV2 на основании отношения амплитуды сигнала SV1 к амплитуде сигнала SV2, чтобы оба сигнала имели одинаковую амплитуду.In one implementation, the controller uses the estimated amplitudes of the signals SV 1 and SV 2 to calculate the sum and difference of the signals SV 1 and SV 2 and the product of the sum and difference. Before determining the sum and the difference, the controller compensates for one of the signals to take into account the differences between the gains of the two sensors. For example, the controller may compensate for the data for the signal SV 2 based on the ratio of the amplitude of the signal SV 1 to the amplitude of the signal SV 2 so that both signals have the same amplitude.

Контроллер может вырабатывать дополнительную оценку частоты на основании вычисленной суммы. Эту оценку можно усреднять с предыдущими оценками частоты для создания уточненной оценки частоты сигналов, или ею можно заменять предыдущие оценки.The controller may generate an additional frequency estimate based on the calculated amount. This estimate can be averaged with previous frequency estimates to create an updated estimate of the signal frequency, or it can replace previous estimates.

Контроллер может вычислять амплитуду согласно методу Фурье для устранения эффектов высших гармоник. Напряжение датчика x(t) в течение периода T (установленного с использованием методов пересечения нуля) можно представить в виде смещения и ряда гармонических членов следующим образом:The controller can calculate the amplitude according to the Fourier method to eliminate the effects of higher harmonics. The sensor voltage x (t) during the period T (established using zero crossing methods) can be represented as an offset and a number of harmonic terms as follows:

Figure 00000010
Figure 00000010

В этом представлении, ненулевое смещение a 0 порождает ненулевые косинусные члены a n. Хотя интересующая нас амплитуда является амплитудой основного компонента (т.е. амплитудой на частоте ω), отслеживание амплитуд высших гармонических компонентов (т.е. на частотах kω, где k больше 1) может иметь значение для диагностики. Значения a n и b n можно вычислять следующим образом:In this representation, a nonzero offset a 0 generates nonzero cosine terms a n . Although the amplitude of interest to us is the amplitude of the main component (i.e., the amplitude at the frequency ω), tracking the amplitudes of the higher harmonic components (i.e., at the frequencies k ω, where k is greater than 1) may be important for diagnostics. The values of a n and b n can be calculated as follows:

Figure 00000011
Figure 00000011

иand

Figure 00000012
Figure 00000012

Амплитуда A n каждой гармоники задается следующим образом:The amplitude A n of each harmonic is defined as follows:

Figure 00000013
Figure 00000013

Интегралы вычисляются с использованием метода Симпсона с квадратичной поправкой (описанный ниже). Основные вычислительные затраты метода сводятся к вычислению строго синусоидальных и косинусоидальных функций.Integrals are calculated using the Simpson quadratic correction method (described below). The main computational costs of the method are reduced to the calculation of strictly sinusoidal and cosine functions.

e. Определение фазыe. Phase determination

Контроллер может использовать несколько подходов для вычисления разности фаз между сигналами SV1 и SV2. Например, контроллер может определять сдвиг фазы каждой гармоники относительно начала отсчета времени t=0 в виде:The controller can use several approaches to calculate the phase difference between the signals SV 1 and SV 2 . For example, the controller can determine the phase shift of each harmonic relative to the time t = 0 in the form:

Figure 00000014
Figure 00000014

Сдвиг фазы интерпретируется применительно к единичному колебательному сигналу как разность между началом периода (т.е. точкой пересечения нуля) и точкой нулевой фазы для компонента SV(t) частоты ω. Поскольку сдвиг фазы является средним по всему колебательному сигналу, его можно использовать как сдвиг фазы от средней точки периода. В идеале, в отсутствие смещения нуля и при постоянной амплитуде колебаний, сдвиг фазы должен быть нулевым для каждого периода. Контроллер может определять разность фаз путем сравнения сдвига фазы каждого напряжения датчика по одному и тому же периоду времени.The phase shift is interpreted in relation to a single oscillatory signal as the difference between the beginning of the period (i.e., the zero crossing point) and the zero phase point for the component SV (t) of frequency ω. Since the phase shift is the average over the entire vibrational signal, it can be used as a phase shift from the midpoint of the period. Ideally, in the absence of a zero bias and at a constant amplitude, the phase shift should be zero for each period. The controller can determine the phase difference by comparing the phase shift of each sensor voltage over the same time period.

Амплитуда и фаза могут генерироваться с использованием метода Фурье, который устраняет эффекты высших гармоник. Этот способ имеет преимущество в том, что он не предполагает, что оба конца трубопроводов колеблются на одной и той же частоте. На первом этапе способа создается оценка частоты с использованием пересечений нуля для измерения времени между началом и концом периода. Если предполагается линейное изменение частоты, эта оценка равна частоте, усредненной по времени в течение периода. С использованием оценочной, предположительно, инвариантной по времени, частоты ω для периода, контроллер вычисляет:Amplitude and phase can be generated using the Fourier method, which eliminates the effects of higher harmonics. This method has the advantage that it does not assume that both ends of the pipelines oscillate at the same frequency. At the first stage of the method, a frequency estimate is created using zero crossings to measure the time between the beginning and the end of the period. If a linear change in frequency is assumed, this estimate is equal to the frequency averaged over time over the period. Using the estimated, presumably time-invariant, frequency ω for the period, the controller calculates:

Figure 00000015
и
Figure 00000015
and

Figure 00000016
Figure 00000016

где SV(t) это колебательный сигнал напряжения датчика (т.е. SV1(t) или SV2(t)). Затем контроллер определяет оценки амплитуды и фазы:where SV (t) is the oscillation signal of the sensor voltage (i.e., SV 1 (t) or SV 2 (t)). The controller then determines the amplitude and phase estimates:

Figure 00000017
и
Figure 00000017
and

Figure 00000018
Figure 00000018

Затем контроллер вычисляет разность фаз, исходя из того, что средняя фаза и частота каждого сигнала датчика представляет весь колебательный сигнал. Поскольку эти частоты различны для SV1 и SV2, соответствующие фазы масштабируются к средней частоте. Кроме того, фазы сдвигаются к одной и той же начальной точке (т.е. средней точке периода на SV1). После масштабирования, они вычитаются для обеспечения разности фаз:The controller then calculates the phase difference based on the fact that the average phase and frequency of each sensor signal represents the entire oscillatory signal. Since these frequencies are different for SV 1 and SV 2 , the corresponding phases are scaled to the middle frequency. In addition, the phases shift to the same starting point (i.e., the midpoint of the period on SV 1 ). After scaling, they are subtracted to provide a phase difference:

Figure 00000019
Figure 00000019

Figure 00000020
и
Figure 00000020
and

Figure 00000021
Figure 00000021

где h - длина выборки, и средние точки заданы через выборки:where h is the length of the sample, and the midpoints are given through the samples:

Figure 00000022
Figure 00000022

В общем случае, фаза и амплитуда не вычисляются по одному и тому же интервалу времени для двух датчиков. Когда расход равен нулю, две средние точки периода совпадают. Однако они расходятся при высоких расходах, поэтому вычисления базируются на наборах выборок, которые не совпадают по времени. Это приводит к повышению фазового шума в условиях изменения массового расхода. При полном расходе, сдвиг фазы в 4° (из 360°) означает, что только 99% выборок в наборах данных SV1 и SV2 совпадают. Еще большие сдвиги фазы можно наблюдать в условиях аэрации, что может приводить к еще большим степеням перекрытия.In the general case, the phase and amplitude are not calculated over the same time interval for two sensors. When the flow rate is zero, the two midpoints of the period coincide. However, they diverge at high costs, so the calculations are based on sets of samples that do not coincide in time. This leads to an increase in phase noise in a changing mass flow rate. At full flow, a phase shift of 4 ° (out of 360 °) means that only 99% of the samples in the SV 1 and SV 2 datasets match. Even larger phase shifts can be observed under aeration conditions, which can lead to even greater degrees of overlap.

На фиг.10 представлен видоизмененный подход 1000, который решает этот вопрос. Сначала контроллер находит частоты (f1, f2) и средние точки (m1, m2) наборов данных (d1, d2) SV1 и SV2 (этап 1005). Предполагая линейный сдвиг по частоте от последнего периода, контроллер вычисляет частоту SV2 в средней точке SV1 (f2m1) и частоту SV1 в средней точке SV2 (f1m2) (этап 1010).Figure 10 presents a modified approach 1000, which solves this issue. First, the controller finds the frequencies (f 1 , f 2 ) and midpoints (m 1 , m 2 ) of the data sets (d 1 , d 2 ) SV 1 and SV 2 (step 1005). Assuming a linear frequency shift from the last period, the controller calculates the frequency SV 2 at the midpoint SV 1 (f 2m1 ) and the frequency SV 1 at the midpoint SV 2 (f 1m2 ) (step 1010).

Затем контроллер вычисляет начальные и конечные точки новых наборов данных (d1m2 и d2m1) со средними точками m2 и m1 соответственно, с предполагаемыми частотами f1m2 и f2m1 (этап 1015). Эти конечные точки не обязаны совпадать с точками пересечения нуля. Однако это не требуется для вычислений на основе Фурье-анализа.The controller then calculates the start and end points of the new data sets (d 1m2 and d 2m1 ) with midpoints m 2 and m 1, respectively, with the estimated frequencies f 1m2 and f 2m1 (step 1015). These endpoints do not have to coincide with the zero crossing points. However, this is not required for calculations based on Fourier analysis.

Затем контроллер осуществляет вычисления методом Фурье фазы и амплитуды на наборах d1 и d2m1, и вышеописанные вычисления разности фаз (этап 1020). Поскольку средние точки d1 и d2m1 идентичны, scale_shift_SV2 всегда равен нулю, и его можно игнорировать. Контроллер повторяет эти вычисления для наборов данных d2 и d1m2 (этап 1025). Затем контроллер генерирует средние значения вычисленной амплитуды и разности фаз для использования при генерации измерений (этап 1030). При наличии достаточного разделения между средними точками m1 и m2, контроллер также может использовать два набора результатов для обеспечения локальных оценок отношений изменения фазы и амплитуды.Then, the controller performs Fourier calculations of the phase and amplitude on the sets d 1 and d 2m1 , and the above-described calculations of the phase difference (step 1020). Since the midpoints d 1 and d 2m1 are identical, scale_shift_SV 2 is always zero and can be ignored. The controller repeats these calculations for the data sets d 2 and d 1m2 (block 1025). The controller then generates average values of the calculated amplitude and phase difference for use in generating measurements (block 1030). If there is sufficient separation between the midpoints m 1 and m 2 , the controller can also use two sets of results to provide local estimates of the relationship between phase change and amplitude.

Контроллер также может использовать разностно-амплитудный метод, который предусматривает вычисление разности между SV1 и SV2, возведение в квадрат вычисленной разности и интегрирование результата. Согласно другому подходу, контроллер синтезирует синусоидальную волну, умножает синусоидальную волну на разность сигналов SV1 и SV2 и интегрирует результат. Контроллер также может интегрировать произведение сигналов SV1 и SV2, которое является синусоидальной волной, имеющей частоту 2f (где f это средняя частота сигналов SV1 и SV2), или может возводить в квадрат произведение и интегрировать результат. Контроллер также может синтезировать косинусоидальную волну, сравниваемую с синусоидальной волной произведения, и умножать синтезированную косинусоидальную волну на синусоидальную волну произведения для создания синусоидальной волны частоты 4f, которую контроллер затем интегрирует. Контроллер также может использовать несколько из этих подходов для создания отдельных измерений фазы и затем может вычислять среднее значение отдельных измерений в качестве окончательного измерения фазы.The controller can also use the difference-amplitude method, which involves calculating the difference between SV 1 and SV 2 , squaring the calculated difference and integrating the result. According to another approach, the controller synthesizes a sine wave, multiplies the sine wave by the difference of the signals SV 1 and SV 2, and integrates the result. The controller can also integrate the product of signals SV 1 and SV 2 , which is a sine wave having a frequency of 2f (where f is the average frequency of the signals SV 1 and SV 2 ), or it can square the product and integrate the result. The controller can also synthesize a cosine wave compared to the sine wave of the product and multiply the synthesized cosine wave by the sine wave of the product to create a 4f sine wave, which the controller then integrates. The controller can also use several of these approaches to create individual phase measurements and then can calculate the average of the individual measurements as the final phase measurement.

Разностно-амплитудный метод начинается с:The difference-amplitude method begins with:

Figure 00000023
Figure 00000023

где φ это разность фаз между датчиками. Основные тригонометрические тождества можно использовать для задания суммы (Sum) и разности (Diff) между сигналами следующим образом:where φ is the phase difference between the sensors. Basic trigonometric identities can be used to specify the sum (Sum) and the difference (Diff) between signals as follows:

Figure 00000024
и
Figure 00000024
and

Figure 00000025
Figure 00000025

Эти функции имеют амплитуды 2A1cos(φ/2) и 2A1sin(φ/2), соответственно. Контроллер вычисляет наборы данных для Sum и Diff из данных для SV1 и SV2 и затем использует один или несколько вышеописанных методов для вычисления амплитуды сигналов, представленных этими наборами данных. Затем контроллер использует вычисленные амплитуды для вычисления разности фаз φ.These functions have amplitudes 2A 1 cos (φ / 2) and 2A 1 sin (φ / 2), respectively. The controller computes the data sets for Sum and Diff from the data for SV 1 and SV 2 and then uses one or more of the above methods to calculate the amplitude of the signals represented by these data sets. The controller then uses the calculated amplitudes to calculate the phase difference φ.

Альтернативно, разность фаз можно вычислять с использованием функции Prod, заданной в виде:Alternatively, the phase difference can be calculated using the Prod function defined as:

Figure 00000026
Figure 00000026

которая является функцией с амплитудой A2sinφ и частотой 2f. Prod можно генерировать выборка за выборкой, и φ можно вычислять из амплитуды результирующей синусоидальной волны.which is a function with amplitude A 2 sinφ and frequency 2f. Prod can be generated sample by sample, and φ can be calculated from the amplitude of the resulting sine wave.

Вычисление фазы, в частности, зависит от точности предыдущих вычислений (т.е. вычисления частот и амплитуд SV1 и SV2). Контроллер может использовать несколько методов для обеспечения отдельных (если не полностью независимых) оценок фазы, которые можно комбинировать для получения улучшенной оценки.The calculation of the phase, in particular, depends on the accuracy of the previous calculations (i.e., the calculation of the frequencies and amplitudes of SV 1 and SV 2 ). The controller may use several methods to provide separate (if not completely independent) phase estimates that can be combined to provide an improved estimate.

f. Генерация сигнала возбужденияf. Excitation signal generation

Контроллер генерирует сигнал возбуждения путем применения коэффициента усиления к разности сигналов SV1 и SV2. Контроллер может применять либо положительный коэффициент усиления (обеспечивающий положительную обратную связь) или отрицательный коэффициент усиления (обеспечивающий отрицательную обратную связь).The controller generates an excitation signal by applying a gain to the difference of the signals SV 1 and SV 2 . The controller can apply either a positive gain (providing positive feedback) or a negative gain (providing negative feedback).

В общем случае, Q трубопровода достаточно высока, благодаря чему трубопровод будет резонировать только на определенных дискретных частотах. Например, самая низкая резонансная частота для некоторых трубопроводов составляет от 65 Гц до 95 Гц, в зависимости от плотности рабочей текучей среды, и независимо от частоты возбуждения. Поэтому желательно возбуждать трубопровод на резонансной частоте для минимизации потери энергии от периода к периоду. Обратная подача напряжения датчика на возбудители позволяет частоте возбуждения перемещаться к резонансной частоте.In general, the Q of the pipeline is quite high, so that the pipeline will resonate only at certain discrete frequencies. For example, the lowest resonant frequency for some pipelines is from 65 Hz to 95 Hz, depending on the density of the working fluid, and regardless of the frequency of excitation. Therefore, it is desirable to energize the pipe at a resonant frequency to minimize energy loss from period to period. The reverse voltage supply of the sensor to the exciters allows the excitation frequency to move to the resonant frequency.

Альтернативно использованию обратной связи для генерации сигнала возбуждения, строго синусоидальные волны, имеющие фазы и частоты, определяемые, как описано выше, можно синтезировать и подавать на возбудители. Этот подход обеспечивает преимущества устранения нежелательных высокочастотных компонентов, например, гармоник резонансной частоты. Этот подход также позволяет компенсировать задержки по времени, вносимые аналого-цифровыми преобразователями, обработкой и цифроаналоговыми преобразователями, чтобы гарантировать, что фаза сигнала возбуждения соответствует средней точке фаз сигналов датчиков. Эту компенсацию можно обеспечивать путем определения задержки по времени компонентов системы и внесения сдвига фазы, соответствующего задержке по времени.As an alternative to using feedback to generate an excitation signal, strictly sinusoidal waves having phases and frequencies determined as described above can be synthesized and applied to pathogens. This approach provides the benefits of eliminating unwanted high frequency components, such as resonant frequency harmonics. This approach also allows you to compensate for the time delays introduced by analog-to-digital converters, processing, and digital-to-analog converters to ensure that the phase of the excitation signal corresponds to the midpoint of the phases of the sensor signals. This compensation can be achieved by determining the time delay of the system components and introducing a phase shift corresponding to the time delay.

Другой подход к возбуждению трубопровода состоит в использовании прямоугольных импульсов. Это другой метод синтеза, причем фиксированные (положительные и отрицательные) источники постоянного тока включаются и выключаются с заданными временными интервалами для обеспечения необходимой энергии. Переключение синхронизируется с фазой напряжения датчика. Преимущество состоит в том, что этот подход не требует цифроаналоговых преобразователей.Another approach to exciting a pipeline is to use square pulses. This is another synthesis method, and fixed (positive and negative) DC sources are turned on and off at predetermined time intervals to provide the necessary energy. The switching is synchronized with the voltage phase of the sensor. The advantage is that this approach does not require digital-to-analog converters.

В общем случае, амплитуда колебаний трубопровода должна быстро достигнуть желаемого значения при пуске, чтобы быстро обеспечить функцию измерения, но должна сделать это без значительного выброса, который может повредить измеритель. Нужного быстрого пуска можно добиться за счет задания очень высокого коэффициента усиления, чтобы наличие случайного шума и высокого Q трубопровода было достаточным для инициирования движения трубопровода. В одной реализации, высокий коэффициент усиления и положительная обратная связь используются для инициирования движения трубопровода. По достижении стабильной работы, система переходит к режиму синтеза для генерации сигналов возбуждения.In the general case, the amplitude of the pipeline oscillations must quickly reach the desired value at start-up in order to quickly provide the measurement function, but it must do this without a significant outlier that could damage the meter. The necessary quick start can be achieved by setting a very high gain so that the presence of random noise and a high Q pipeline is sufficient to initiate the movement of the pipeline. In one implementation, high gain and positive feedback are used to initiate pipeline movement. Upon achieving stable operation, the system switches to a synthesis mode for generating excitation signals.

Согласно фиг.11A-13D, методы синтеза также можно использовать для инициирования движения трубопровода, когда высокого коэффициента усиления недостаточно для этого. Например, если смещение напряжения постоянного тока напряжения датчиков значительно превышает случайный шум, применение высокого коэффициента усиления не будет порождать колебательное движение. Это состояние показано на фиг.11A-11D, согласно которым высокий коэффициент усиления применяется в течение приблизительно 0.3 секунды. Согласно фиг.11A и 11B, благодаря применению высокого коэффициента усиления один из сигналов возбуждения принимает большое положительное значение (фиг.11A), и другой принимает большое отрицательное значение (фиг.11B). Величины сигналов возбуждения изменяются с шумом в сигналах датчиков (фиг.11C и 11D). Однако усиленного шума недостаточно для изменения знака сигналов возбуждения для генерации колебаний.11A-13D, synthesis methods can also be used to initiate pipeline motion when a high gain is not enough. For example, if the DC voltage offset of the voltage of the sensors significantly exceeds random noise, the application of a high gain will not generate oscillatory motion. This state is shown in FIGS. 11A-11D, according to which a high gain is applied for approximately 0.3 seconds. 11A and 11B, due to the use of a high gain, one of the drive signals takes a large positive value (FIG. 11A) and the other takes a large negative value (FIG. 11B). The magnitude of the excitation signals varies with noise in the sensor signals (FIGS. 11C and 11D). However, amplified noise is not enough to change the sign of the excitation signals to generate oscillations.

На фиг.12A-12D показано, что наложение прямоугольной волны по нескольким периодам может надежно обеспечить быстрый запуск колебаний. Колебания трубопровода, имеющего диаметр два дюйма, могут устанавливаться приблизительно за две секунды. Об установлении колебаний трубопровода свидетельствует снижение амплитуды сигналов возбуждения, показанное на фиг.12A и 12B. На фиг.13A-13D показано, что колебания однодюймового трубопровода могут устанавливаться приблизительно за половину секунды.On figa-12D shows that the imposition of a square wave over several periods can reliably provide a quick start oscillations. Fluctuations in a pipeline having a diameter of two inches can be established in approximately two seconds. The establishment of pipeline oscillations is indicated by a decrease in the amplitude of the excitation signals shown in FIGS. 12A and 12B. 13A-13D show that vibrations of a one inch pipe can be established in about half a second.

Прямоугольную волну также можно использовать в ходе работы для решения проблем колебаний трубопровода. Например, в ряде случаев, известно, что трубопроводы расходомера начинают колебаться на гармониках резонансной частоты трубопровода, например, частотах порядка 1,5 кГц. При обнаружении колебаний такой высокой частоты, прямоугольную волну, имеющую более желательную частоту, можно использовать для возврата колебаний трубопровода к резонансной частоте.A square wave can also be used during operation to solve the problems of pipeline vibrations. For example, in some cases, it is known that the pipelines of a flowmeter begin to oscillate at harmonics of the resonant frequency of the pipeline, for example, frequencies of the order of 1.5 kHz. When detecting vibrations of such a high frequency, a square wave having a more desirable frequency can be used to return the vibrations of the pipeline to the resonant frequency.

g. Генерация измеренияg. Measurement generation

Контроллер генерирует цифровым методом измерение массового расхода по аналогии с подходом, используемым аналоговым контроллером. Контроллер также может генерировать другие измерения, например плотность.The controller digitally generates mass flow measurement by analogy with the approach used by the analog controller. The controller can also generate other measurements, such as density.

В одной реализации, контроллер вычисляет массовый расход на основании разности фаз в градусах между двумя сигналами датчиков (phase_diff), частоты колебаний трубопровода (freq) и температуры процесса (temp):In one implementation, the controller calculates the mass flow based on the phase difference in degrees between the two sensor signals (phase_diff), pipeline vibration frequency (freq), and process temperature (temp):

Tz = temp - Tc,T z = temp - T c ,

noneu_mf = tan(π * phase_diff/180), иnoneu_mf = tan (π * phase_diff / 180), and

massflow = 16(MF1*Tz2 + MF2*Tz + MF3) * noneu_mf/freq,massflow = 16 (MF 1 * T z 2 + MF 2 * T z + MF 3 ) * noneu_mf / freq,

где Tc - калибровочная температура, MF1-MF3 - калибровочные постоянные, вычисленные в процедуре калибровки, и noneu_mf - массовый расход в безразмерных единицах.where T c is the calibration temperature, MF 1 -MF 3 are the calibration constants calculated in the calibration procedure, and noneu_mf is the mass flow rate in dimensionless units.

Контроллер вычисляет плотность на основании частоты колебаний трубопровода и температуры процесса:The controller calculates the density based on the oscillation frequency of the pipeline and the process temperature:

Tz = temp - Tc,T z = temp - T c ,

c2 = freq2, иc 2 = freq 2 , and

плотность = (D1*Tz2 + D2*Tz + D3)/c2 + D4*Tz2,density = (D 1 * T z 2 + D 2 * T z + D 3 ) / c 2 + D 4 * T z 2 ,

где D1-D4 - калибровочные постоянные, генерируемые в процедуре калибровки.where D 1 -D 4 are the calibration constants generated in the calibration procedure.

D. Методы интегрированияD. Integration Methods

Существуют многие методы интегрирования, причем разные методы требуют разных уровней вычислительной нагрузки и обеспечивают разные уровни точности. В описанной реализации используются варианты метода Симпсона. Основной метод можно выразить в виде:There are many integration methods, and different methods require different levels of computational load and provide different levels of accuracy. In the described implementation, versions of the Simpson method are used. The main method can be expressed as:

Figure 00000027
Figure 00000027

где tk - время взятия выборки k, yk - соответствующее значение функции и h - длина шага. Это правило можно повторно применять к любому вектору данных с нечетным количеством точек данных (т.е., тремя или более точками), что эквивалентно подгонке и интегрированию кубического сплайна к точкам данных. Если количество точек данных оказывается четным, то можно применять так называемое правило 3/8 на одном конце интервала:where t k is the sampling time k, y k is the corresponding value of the function, and h is the step length. This rule can be reapplied to any data vector with an odd number of data points (i.e., three or more points), which is equivalent to fitting and integrating a cubic spline to data points. If the number of data points is even, then the so-called 3/8 rule can be applied at one end of the interval:

Figure 00000028
Figure 00000028

Как указано выше, каждый период начинается и заканчивается при одном и том же смещении (например, start_offset_SV1) от выборочной точки. Точность методов интегрирования значительно повышается при учете этих смещений. Например, при интегрировании полупериода синусоидальной волны, области, соответствующие частичным выборкам, нужно включить в вычисления во избежание существенного занижения оценки в результате.As indicated above, each period begins and ends at the same offset (for example, start_offset_SV1) from the sample point. The accuracy of integration methods is greatly enhanced by taking these biases into account. For example, when integrating a half-wave of a sine wave, the regions corresponding to partial samples should be included in the calculations to avoid a significant underestimation of the estimate as a result.

В описанных вычислениях интегрируется два типа функций: либо функция синуса, либо функция квадрата синуса. Обе легко аппроксимируются вблизи нуля, где находятся конечные точки. В конечных точках, синусоидальная волна является приблизительно линейной, и функция квадрата синуса является приблизительно квадратичной.In the described calculations, two types of functions are integrated: either the sine function or the function of the square of the sine. Both are easily approximated near zero, where the end points are. At the end points, the sine wave is approximately linear, and the function of the square of the sine is approximately quadratic.

Ввиду этих двух типов функций, были оценены три разных метода интегрирования. Это метод Симпсона без краевой поправки, метод Симпсона с линейной краевой поправкой и метод Симпсона с квадратичной поправкой.In view of these two types of functions, three different integration methods were evaluated. These are the Simpson method without boundary correction, the Simpson method with linear boundary correction, and the Simpson method with quadratic correction.

Методы интегрирования были протестированы путем генерации и дискретизации строгих функций синуса и квадрата синуса, без моделирования какой-либо ошибки аналого-цифрового усечения. Интегралы были вычислены и результаты были сравнены с истинными амплитудами сигналов. Единственный источник ошибки в этих вычислениях был обусловлен методами интегрирования. Полученные результаты представлены в Таблицах A и B.Integration methods were tested by generating and discretizing the strict functions of the sine and square of the sine, without simulating any analog-to-digital truncation error. The integrals were calculated and the results were compared with the true signal amplitudes. The only source of error in these calculations was due to integration methods. The results are presented in Tables A and B.

Таблица A - интегрирование синусоидальной функцииTable A - Integration of the Sinusoidal Function % ошибки (на основании 1000 актов моделирования) % error (based on 1000 acts of modeling) Ср. ошибки (%) Wed errors (%) с.о. ошибки (%) s.o. errors (%) Макс. ошибка (%) Max. error (%) только метод Симпсонаonly simpson method -3,73e-3-3.73e-3 1,33e-31.33e-3 6,17e-36,17e-3 метод Симпсона + линейная поправкаSimpson method + linear correction 3,16e-83.16e-8 4,89e-84.89e-8 1,56e-71,56e-7 метод Симпсона + квадратичная поправкаSimpson method + quadratic correction 2,00e-42,00e-4 2,19e-22,19e-2 5,18e-15.18e-1

Таблица B - интегрирование функции квадрата синусаTable B - Integration of the Sine Square Function % ошибка (на основании 1000 актов моделирования)% error (based on 1000 acts of modeling) Ср. ошибки (%) Wed errors (%) с.о. ошибки (%) s.o. errors (%) Макс. ошибка (%) Max. error (%) только метод Симпсонаonly simpson method -2,21e-6-2.21e-6 1,10e-61,10e-6 4,39e-34.39e-3 метод Симпсона + линейная поправкаSimpson method + linear correction 2,21 e-62.21 e-6 6,93e-76.93e-7 2,52e-62,52e-6 метод Симпсона + квадратичная поправкаSimpson method + quadratic correction 2,15e-112.15e-11 6,83e-116.83e-11 1,88e-101.88e-10

Для синусоидальных функций, метод Симпсона с линейной поправкой не имел смещения с наименьшим стандартным отклонением, тогда как метод Симпсона без поправки имел смещение к отрицательной ошибке, и метод Симпсона с квадратичной поправкой имел относительно высокое стандартное отклонение. Для функций квадрата синуса, ошибки, в общем случае, уменьшаются, причем квадратичная коррекция обеспечивает наилучший результат. На основании эти оценок, линейная коррекция используется при интегрировании синусоидальных функций и квадратичная коррекция используется при интегрировании функций квадрата синуса.For sinusoidal functions, the linearly corrected Simpson method did not have an offset with the smallest standard deviation, while the uncorrected Simpson method had an offset to a negative error, and the quadratic-corrected Simpson method had a relatively high standard deviation. For the functions of the squared sine, errors are generally reduced, and the quadratic correction provides the best result. Based on these estimates, linear correction is used to integrate the sinusoidal functions and quadratic correction is used to integrate the functions of the square sine.

E. Метод синхронной модуляцииE. Synchronous Modulation Method

На фиг.14 показана альтернативная процедура 1400 обработки сигналов датчиков. Процедура 1400 базируется на синхронной модуляции, например, описанной Денисом (Denys) и др., в "Measurement of Voltage Phase for the French Future Defence Plan Against Losses of Synchronism", IEEE Transactions on Power Delivery, 7(1), 62-69, 1992 и Беговичем (Begovic) и др. в "Frequency Tracking in Power Networks in the Presence of Harmonics", IEEE Transactions on Power Delivery, 8(2), 480-486, 1993, которые обе включены посредством ссылки.On Fig shows an alternative procedure 1400 for processing sensor signals. Procedure 1400 is based on synchronous modulation, such as that described by Denys et al., In "Measurement of Voltage Phase for the French Future Defense Plan Against Losses of Synchronism", IEEE Transactions on Power Delivery, 7 (1), 62-69 , 1992 and Begovic et al. In "Frequency Tracking in Power Networks in the Presence of Harmonics", IEEE Transactions on Power Delivery, 8 (2), 480-486, 1993, both of which are incorporated by reference.

Сначала контроллер генерирует начальную оценку номинальной рабочей частоты системы (этап 1405). Затем контроллер пытается измерить отклонение частоты сигнала x[k] (например, SV1) из этой номинальной частоты:First, the controller generates an initial estimate of the nominal operating frequency of the system (step 1405). Then the controller tries to measure the deviation of the signal frequency x [k] (for example, SV 1 ) from this nominal frequency:

Figure 00000029
Figure 00000029

где A - амплитуда синусоидальной части сигнала, ω0 - номинальная частота (например, 88 Гц), Δω - отклонение от номинальной частоты, h - интервал дискретизации, Ф - сдвиг фазы, и ε(k) соответствует добавленным шумам и гармоникам.where A is the amplitude of the sinusoidal part of the signal, ω 0 is the nominal frequency (for example, 88 Hz), Δω is the deviation from the nominal frequency, h is the sampling interval, Φ is the phase shift, and ε (k) corresponds to the added noise and harmonics.

Для генерации этого измерения, контроллер синтезирует два сигнала, которые колеблются на номинальной частоте (этап 1410). Сигналы сдвинуты по фазе на 0 и π/2 и имеют единичную амплитуду. Контроллер умножает каждый из этих сигналов на исходный сигнал для создания сигналов y 1 и y 2 (этап 1415):To generate this measurement, the controller synthesizes two signals that oscillate at the nominal frequency (block 1410). The signals are phase shifted by 0 and π / 2 and have a unit amplitude. The controller multiplies each of these signals by the original signal to create signals y 1 and y 2 (step 1415):

Figure 00000030
и
Figure 00000030
and

Figure 00000031
Figure 00000031

где первые члены y 1 и y 2 являются высокочастотными (например, 176 Гц) компонентами, и вторые члены являются низкочастотными (например, 0 Гц) компонентами. Затем контроллер устраняет высокочастотные компоненты с использованием фильтра низких частот (этап 1420):where the first terms y 1 and y 2 are high-frequency (e.g., 176 Hz) components, and the second terms are low-frequency (e.g., 0 Hz) components. The controller then eliminates the high-frequency components using a low-pass filter (block 1420):

Figure 00000032
и
Figure 00000032
and

Figure 00000033
Figure 00000033

где ε1[k] и ε2[k] представляют фильтрованный шум из исходных сигналов. Контроллер объединяет эти сигналы для создания u[k] (этап 1425):where ε 1 [ k ] and ε 2 [ k ] represent the filtered noise from the original signals. The controller combines these signals to create u [ k ] (block 1425):

Figure 00000034
Figure 00000034

который переносит существенную информацию об отклонении частоты. Как показано, u 1[k] представляет действительную составляющую u[k], а u 2[k] представляет мнимую составляющую.which carries essential information about frequency deviation. As shown, u 1 [ k ] represents the real component u [ k ], and u 2 [ k ] represents the imaginary component.

Контроллер использует действительные и мнимые составляющие u[k] для вычисления отклонения частоты, Δf (этап 1430):The controller uses the real and imaginary components u [ k ] to calculate the frequency deviation, Δ f (step 1430):

Figure 00000035
Figure 00000035

Затем контроллер прибавляет отклонение частоты к номинальной частоте (этап 1435) для получения фактической частоты:The controller then adds the frequency deviation to the nominal frequency (step 1435) to obtain the actual frequency:

Figure 00000036
Figure 00000036

Контроллер также использует действительные и мнимые составляющие u[k] для определения амплитуды исходного сигнала. В частности, контроллер определяет амплитуду как (этап 1440):The controller also uses the real and imaginary components u [ k ] to determine the amplitude of the original signal. In particular, the controller determines the amplitude as (block 1440):

Figure 00000037
Figure 00000037

Затем контроллер определяет разность фаз между двумя сигналами датчиков (этап 1445). Исходя из того, что любой шум (ε1[k] и ε2[k]), оставшийся после применения описанного ниже фильтра низких частот, будет пренебрежимо мал, бесшумные версии y 1'[k] и y 2'[k] (y 1*[k] и y 2*[k]) можно выразить в виде:The controller then determines the phase difference between the two sensor signals (step 1445). Based on the fact that any noise (ε 1 [ k ] and ε 2 [ k ]) remaining after applying the low-pass filter described below will be negligible, silent versions y 1 '[ k ] and y 2 ' [ k ] ( y 1 * [ k ] and y 2 * [ k ]) can be expressed as:

Figure 00000038
и
Figure 00000038
and

Figure 00000039
Figure 00000039

Перемножение этих сигналов дает:Multiplication of these signals gives:

Figure 00000040
Figure 00000040

Фильтрация этого сигнала фильтром низких частот, имеющим частоту среза вблизи 0 Гц, удаляет нежелательный компонент и оставляет:Filtering this signal with a low-pass filter having a cutoff frequency near 0 Hz removes the unwanted component and leaves:

Figure 00000041
Figure 00000041

откуда можно вычислить разность фаз:where can I calculate the phase difference:

Figure 00000042
Figure 00000042

Эта процедура опирается на точность, с которой первоначально оценена рабочая частота, поскольку процедура измеряет только отклонения от этой частоты. Если обеспеченная оценка хороша, можно использовать очень узкополосный фильтр, что делает процедуру очень точной. Для типичных расходомеров, рабочие частоты составляют около 95 Гц (пустой) и 82 Гц (полный). Используется первое определение половины диапазона (88 Гц), что допускает срез фильтра низких частот 13 Гц. Нужно тщательно выбирать частоту среза, поскольку очень малая частота среза может снижать амплитуду синусоидальной волны.This procedure relies on the accuracy with which the operating frequency was originally estimated, since the procedure only measures deviations from this frequency. If the provided rating is good, a very narrow-band filter can be used, which makes the procedure very accurate. For typical flow meters, operating frequencies are around 95 Hz (empty) and 82 Hz (full). The first definition of half the range (88 Hz) is used, which allows a low-pass filter cut-off of 13 Hz. Care must be taken to select the cutoff frequency, since a very low cutoff frequency can reduce the amplitude of the sine wave.

Точность измерения также зависит от применяемых характеристик фильтрации. Ослабление фильтра в мертвой зоне определяет степень режекции гармоник, тогда как уменьшенная частота среза повышает режекцию шума.The accuracy of the measurement also depends on the applied filtering characteristics. The attenuation of the filter in the dead zone determines the degree of harmonic rejection, while the reduced cutoff frequency increases the noise rejection.

F. Измеритель с PI управлениемF. PI meter

На фиг.15A и 15B показан измеритель 1500, имеющий контроллер 1505, который использует другой метод для генерации сигналов, подаваемых на возбудители. Аналого-цифровые преобразователи 1510 цифруют сигналы от датчиков 48 и выдают оцифрованные сигналы на контроллер 1505. Контроллер 1505 использует оцифрованные сигналы для вычисления коэффициентов усиления для каждого возбудителя, причем коэффициенты усиления пригодны для генерации нужных колебаний в трубопроводе. Коэффициенты усиления могут быть либо положительными, либо отрицательными. Затем контроллер 1505 выдает коэффициенты усиления на умножающие цифроаналоговые преобразователи 1515. В других реализациях, два или более умножающих цифроаналоговых преобразователей, расположенных в ряд, можно использовать для реализации одного, более чувствительного умножающего цифроаналогового преобразователя.On figa and 15B shows the meter 1500 having a controller 1505, which uses a different method to generate signals supplied to the pathogen. Analog-to-digital converters 1510 digitize the signals from the sensors 48 and provide the digitized signals to the controller 1505. The controller 1505 uses the digitized signals to calculate the gain for each driver, and the gain is suitable for generating the necessary vibrations in the pipeline. Gain factors can be either positive or negative. The controller 1505 then provides amplification factors to the multiplying digital-to-analog converters 1515. In other implementations, two or more multiplying digital-to-analog converters arranged in a row can be used to implement one, more sensitive, multiplying digital-to-analog converter.

Контроллер 1505 также генерирует сигналы возбуждения с использованием оцифрованных сигналов датчиков. Контроллер 1505 выдает эти сигналы возбуждения на цифроаналоговые преобразователи 1520, которые преобразуют сигналы в аналоговые сигналы, которые затем поступают на умножающие цифроаналоговые преобразователи 1515.Controller 1505 also generates drive signals using digitized sensor signals. Controller 1505 provides these excitation signals to digital-to-analog converters 1520, which convert the signals to analog signals, which are then fed to multiplying digital-to-analog converters 1515.

Умножающие цифроаналоговые преобразователи 1515 умножают аналоговые сигналы на коэффициенты усиления из контроллера 1505 для создания сигналов для возбуждения трубопровода. Затем усилители 1525 усиливают эти сигналы и подают их на возбудители 46. Аналогичные результаты можно получить с помощью контроллера 1505, осуществляющего умножение на умножающем цифроаналоговом преобразователе, причем умножающий цифроаналоговый преобразователь можно заменить стандартным цифроаналоговым преобразователем.Multiplying D / A converters 1515 multiply the analog signals by gains from the controller 1505 to generate signals for driving the pipe. Amplifiers 1525 then amplify these signals and feed them to the exciters 46. Similar results can be obtained using the controller 1505, which performs multiplication on a multiplying digital-to-analog converter, and the multiplying digital-to-analog converter can be replaced with a standard digital-to-analog converter.

На фиг.15B более подробно показан подход к управлению. В контроллере 1505 оцифрованные сигналы датчиков поступают на амплитудный детектор 1550, который определяет измерение, a(t), амплитуды движения трубопровода с использованием, например, вышеописанного метода. Затем сумматор 1555 использует амплитуду a(t) и желаемую амплитуду a 0 для вычисления ошибки e(t) следующим образом:On figv in more detail shows the approach to management. In the controller 1505, the digitized sensor signals are fed to an amplitude detector 1550, which determines the measurement, a ( t ), of the amplitude of movement of the pipeline using, for example, the method described above. The adder 1555 then uses the amplitude a ( t ) and the desired amplitude a 0 to calculate the error e ( t ) as follows:

Figure 00000043
Figure 00000043

Ошибка e(t) используется блоком 1560 пропорционально-интегрального ("PI") управления для генерации коэффициента усиления K 0(t). Этот коэффициент усиления умножается на разность сигналов датчиков для генерации сигнала возбуждения. Блок PI управления допускает высокоскоростной отклик на изменение условий. Амплитудный детектор 1550, сумматор 1555 и блок 1560 PI управления можно реализовать в виде программного обеспечения, выполняемого контроллером 1505, или в виде отдельной схемы.The error e ( t ) is used by the proportional-integral ("PI") control block 1560 to generate a gain K 0 ( t ). This gain is multiplied by the difference of the sensor signals to generate an excitation signal. The PI control unit allows a high-speed response to changing conditions. Amplitude detector 1550, adder 1555, and PI control unit 1560 may be implemented as software executed by controller 1505, or as a separate circuit.

1. Процедура управления1. Management procedure

Измеритель 1500 действует согласно процедуре 1600, показанной на фиг.16. Первоначально, контроллер принимает оцифрованные данные от датчиков (этап 1605). Затем, процедура 1600 включает в себя три параллельных ответвления: ответвление 1610 измерения, ответвление 1615 генерации сигнала возбуждения и ответвление 1620 генерации коэффициента усиления.The meter 1500 operates according to the procedure 1600 shown in Fig.16. Initially, the controller receives digitized data from the sensors (step 1605). Then, the procedure 1600 includes three parallel branches: a measurement branch 1610, an excitation signal generation branch 1615, and a gain generation branch 1620.

В ответвлении 1610 измерения, оцифрованные данные датчиков используются для генерации измерений амплитуды, частоты и фазы, как описано выше (этап 1625). Затем эти измерения используются для вычисления массового расхода (этап 1630) и других переменных процесса. В общем случае, контроллер 1505 реализует ответвление 1610 измерения.In the measurement branch 1610, digitized sensor data is used to generate amplitude, frequency, and phase measurements as described above (block 1625). These measurements are then used to calculate the mass flow (block 1630) and other process variables. In general, the controller 1505 implements a measurement branch 1610.

В ответвлении 1615 генерации сигнала возбуждения, оцифрованные сигналы от двух датчиков дифференцируются для генерации сигнала (этап 1635), который умножается на коэффициент усиления для создания сигнала возбуждения. Как описано выше, эта операция дифференцирования осуществляется контроллером 1505. В общем случае, операция дифференцирования создает взвешенную разность, которая учитывает различия в амплитуде между сигналами датчиков.In the excitation signal generation branch 1615, the digitized signals from the two sensors are differentiated to generate a signal (step 1635), which is multiplied by a gain to create an excitation signal. As described above, this differentiation operation is performed by the controller 1505. In general, the differentiation operation creates a weighted difference that takes into account differences in amplitude between the sensor signals.

В ответвлении 1620 генерации коэффициента усиления, коэффициент усиления вычисляется с использованием блока пропорционально-интегрального управления. Как отмечено выше, определяется амплитуда, a(t), движения трубопровода (этап 1640) и вычитается из желаемой амплитуды a 0 (этап 1645) для вычисления ошибки e(t). Генерация амплитуды, a(t), хотя и показана в виде отдельного этапа, может соответствовать генерации амплитуды на этапе 1625 генерации измерения. Наконец, блок PI управления использует ошибку e(t) для вычисления коэффициента усиления (этап 1650).In the gain generating branch 1620, the gain is calculated using a proportional-integral control unit. As noted above, the amplitude, a ( t ), of the movement of the pipeline (step 1640) is determined and subtracted from the desired amplitude a 0 (step 1645) to calculate the error e ( t ). Amplitude generation, a ( t ), although shown as a separate step, may correspond to amplitude generation in measurement generation step 1625. Finally, the control unit PI uses the error e ( t ) to calculate the gain (block 1650).

Вычисленный коэффициент усиления умножается на сигнал разности для генерации сигнала возбуждения, поступающего на возбудители (этап 1655). Как описано выше, эта операция умножения осуществляется умножающим Ц/А преобразователем или моет осуществляться контроллером.The calculated gain is multiplied by the difference signal to generate an excitation signal supplied to the exciters (step 1655). As described above, this multiplication operation is performed by a D / A multiplying converter, or may be performed by a controller.

2. PI Блок управления2. PI control unit

Задачей блока PI управления является поддержание в трубопроводе строго синусоидальных колебаний, имеющих амплитуду a 0. Трубопровод можно моделировать в виде простой системы груза-пружины, поведение которой можно выразить в виде:The task of the PI control unit is to maintain strictly sinusoidal oscillations with an amplitude a 0 in the pipeline. The pipeline can be modeled as a simple load-spring system, the behavior of which can be expressed as:

Figure 00000044
Figure 00000044

где x - функция времени и выражает смещение груза от точки равновесия, ωn - собственная частота и ζ - коэффициент затухания, который предполагается малым (например, 0.001). Решение этого уравнения движения в виде функции выхода y(t) и входа i(t) аналогично решению для электрической цепи, в которой передаточная функция между подаваемым током, i(s), и воспринимаемым выходным напряжением, y(s), имеет вид:where x is a function of time and expresses the displacement of the load from the equilibrium point, ω n is the natural frequency and ζ is the attenuation coefficient, which is assumed to be small (for example, 0.001). The solution to this equation of motion in the form of a function of the output y ( t ) and input i ( t ) is similar to the solution for an electric circuit in which the transfer function between the supplied current, i ( s ) and the perceived output voltage, y ( s ), has the form:

Figure 00000045
Figure 00000045

Для достижения нужных колебаний в трубопроводе, контур положительной обратной связи, имеющий коэффициент усиления K 0(t), автоматически регулируется «медленным» внешним контуром для получения:To achieve the desired oscillations in the pipeline, a positive feedback loop having a gain of K 0 ( t ) is automatically controlled by a “slow” external loop to obtain:

Figure 00000046
Figure 00000046

Предполагается, что система имеет свойство "две шкалы времени", что означает, что изменения в K 0(t) происходят настолько медленно, что решения уравнения относительно x, представленного выше, можно получить, предполагая постоянное затухание.It is assumed that the system has the “two time scales” property, which means that changes in K 0 ( t ) occur so slowly that solutions to the equation for x presented above can be obtained assuming constant attenuation.

Двучленный блок PI управления, который обеспечивает нулевая ошибка стационарного состояния, можно выразить в виде:The binomial PI control unit, which provides a zero stationary state error, can be expressed as:

Figure 00000047
Figure 00000047

где ошибка, e(t) (т.е., a 0-a(t)), является входом в блок PI управления, и K p и K i - постоянные. В одной реализации, при a 0 = 10, постоянные контроллера K p = 0,02 и K i = 0,0005 обеспечивают отклик, в котором колебания быстро устанавливаются. Однако этот блок PI управления нелинеен, что может приводить к конструкционным и эксплуатационным трудностям.where the error, e ( t ) (i.e., a 0 - a (t)), is the input to the PI control unit, and K p and K i are constants. In one implementation, with a 0 = 10, the controller constants K p = 0.02 and K i = 0.0005 provide a response in which oscillations are quickly established. However, this PI control unit is non-linear, which can lead to structural and operational difficulties.

Линейную модель поведения амплитуды колебаний можно вывести исходя из того, что x(t) равно Aεjωt, что дает:A linear model of the behavior of the amplitude of the oscillations can be derived on the basis that x ( t ) is equal to A ε j ω t , which gives:

Figure 00000048
и
Figure 00000048
and

Figure 00000049
Figure 00000049

Подставляя эти выражения в выражение для колебаний контура и разделяя его на действительные и мнимые члены, получаем:Substituting these expressions into the expression for the oscillations of the contour and dividing it into real and imaginary terms, we obtain:

Figure 00000050
и
Figure 00000050
and

Figure 00000051
Figure 00000051

A(t) также можно выразить в виде: A ( t ) can also be expressed as:

Figure 00000052
Figure 00000052

Решение этого уравнения имеет вид:The solution to this equation has the form:

Figure 00000053
Figure 00000053

Преобразуя переменные путем задания a(t) равной logA(t), уравнение для A(t) можно переписать в виде:Transforming the variables by setting a ( t ) equal to log A ( t ), the equation for A ( t ) can be rewritten in the form:

Figure 00000054
Figure 00000054

где K 0 теперь в явном виде зависит от времени. Применяя лапласово преобразование, получаем:where K 0 now explicitly depends on time. Applying the Laplace transform, we obtain:

Figure 00000055
Figure 00000055

что можно интерпретировать применительно к передаточным функциям, показанным на фиг.17. Эта фигура особенно важна для конструкции контроллеров, поскольку она линейна для всех K 0 и a, с единственным предположением наличия свойства двух шкал времени. Производительность замкнутого контура устойчива согласно этому предположению, благодаря чему можно легко обеспечить быстрые отклики, достижимые на практике.what can be interpreted in relation to the transfer functions shown in Fig.17. This figure is especially important for the design of controllers, since it is linear for all K 0 and a , with the only assumption that there are two timeline properties. Closed loop performance is robust according to this assumption, which makes it easy to provide fast, practical achievable responses.

Согласно фиг.17, член ζωn выражает "возмущение нагрузки", которое должно быть устранено контроллером (т.е. kK 0/2 должно быть равно ζωn, чтобы a(t) была постоянной). Для нулевой ошибки стационарного состояния это подразумевает, что контроллер внешнего контура должен иметь интегратор (или очень большой коэффициент усиления). Поэтому можно предположить, что правильный PI контроллер, C(s), должен иметь вид K p(1+1/sT i), где T i - постоянная. Пропорциональный член необходим для стабильности. Однако член ζωn не влияет на стабильность или конструкцию контроллера, который, вместо этого, основан на передаточной функции открытого контура:According to Figure 17, member ζω n expresses the "load disturbance" which must be eliminated by the controller (i.e. kK 0/2 must be equal ζω n, to a (t) is constant). For a zero stationary state error, this implies that the external loop controller must have an integrator (or a very large gain). Therefore, we can assume that the correct PI controller, C (s), should have the form K p (1 + 1 / sT i ), where T i is a constant. A proportional term is necessary for stability. However, the term ζω n does not affect the stability or design of the controller, which, instead, is based on the transfer function of the open loop:

Figure 00000056
Figure 00000056

На фиг.18 показан корневой годограф для изменяющегося K p. Для малого K p, это корни с медленным докритическим затуханием. При возрастании K p, корни становятся действительными в точке P, в которой коэффициент усиления контроллера равен K p=8/(kT i). Заметим, в частности, что теория не налагает никаких ограничений на выбор T i. Следовательно, отклик, в принципе, можно сделать критически затухающим и сколь угодно быстрым, надлежащим образом выбирая K p и T i.On Fig shows the root locus for the changing K p . For small K p , these are roots with slow subcritical attenuation. With increasing K p , the roots become valid at point P, at which the controller gain is K p = 8 / ( kT i ). We note, in particular, that the theory does not impose any restrictions on the choice of T i . Therefore, the response, in principle, can be made critically damped and arbitrarily fast by properly choosing K p and T i .

Хотя полюсы в точке P являются чисто действительными, это не означает, что в ступенчатом отклике замкнутого контура не происходит выброса. Это проще всего увидеть, рассмотрев передаточную функцию между желаемым значением a 0 и ошибкой e:Although the poles at P are purely valid, this does not mean that no ejection occurs in the stepped response of a closed loop. This is easiest to see by considering the transfer function between the desired value a 0 and error e :

Figure 00000057
Figure 00000057

где p 2 - многочлен второго порядка. При ступенчатом входе, a 0(s)= α/s, отклик можно выразить как αp'(t), где p(t) - обратное преобразование 1/p 2(s) и равно a 1exp(-λ1 t)+a 2exp(-λ2 t). Сигнал p(t) возрастает и затем убывает до нуля, поэтому e(t), которая пропорциональна p', должна изменить знак, подразумевая выброс в a(t). Настройку a 0 можно предварительно фильтровать для получения псевдонастройки a 0*:where p 2 is a second-order polynomial. With a step input, a 0 ( s ) = α / s , the response can be expressed as α p '( t ), where p ( t ) is the inverse transformation 1 / p 2 ( s ) and is equal to a 1 exp (-λ 1 t ) + a 2 exp (-λ 2 t ). The signal p ( t ) increases and then decreases to zero, therefore e ( t ), which is proportional to p ', must change sign, implying a surge in a ( t ). Setting a 0 can be pre-filtered to obtain a psevdonastroyki 0 *:

Figure 00000058
Figure 00000058

где T i это известный параметр контроллера. Благодаря этому предварительному фильтру, действительные полюсы контроллера должны обеспечивать ступенчатые отклики, свободные от выброса. Этот признак полезен, поскольку могут существовать физические ограничения на выброс (например, механическая помеха или перегрузка компонентов).where T i is a known controller parameter. Thanks to this pre-filter, the actual controller poles must provide ejection-free step responses. This feature is useful because there may be physical restrictions on the discharge (e.g. mechanical interference or component overload).

Корневой годограф, показанный на фиг.18, предполагает, что динамика обусловлена только передаточной функцией коэффициента усиления/логарифма амплитуды внутреннего контура (фиг.16) и PI контроллера C(s) внешнего контура (т.е. что логарифм амплитуды a = logA измеряется мгновенно). Однако A это амплитуда колебаний, которая может расти или убывать и, следовательно, не может, в общем случае, быть измерена без учета лежащей в основе синусоиды. Существует несколько методов измерения A, помимо рассмотренных выше. Некоторые из них более пригодны для использования в квазистационарных условиях. Например, можно применять контур фазовой автоподстройки частоты, в котором синусоидальный сигнал s(t) = sin(ωn t0) синхронизируется по фазе с измеренным колебательным сигналом y(t) = A(t)sin(ωn t1). Таким образом, мера амплитуды a = logA задается путем деления этих сигналов (с надлежащими предохранителями и фильтрами). Этот метод, возможно, удовлетворителен вблизи стационарного состояния, но не в условиях установления до синхронизации.The root hodograph shown in Fig. 18 suggests that the dynamics is due only to the transfer function of the gain / logarithm of the amplitude of the inner loop (Fig. 16) and PI of the controller C (s) of the outer loop (i.e., that the logarithm of the amplitude is a = log A measured instantly). However, A is the amplitude of the oscillations, which can increase or decrease and, therefore, cannot, in the general case, be measured without taking into account the underlying sinusoid. There are several methods for measuring A , in addition to those discussed above. Some of them are more suitable for use in quasi-stationary conditions. For example, you can apply a phase-locked loop in which a sinusoidal signal s ( t ) = sin (ω n t + Ф 0 ) is synchronized in phase with the measured oscillatory signal y ( t ) = A ( t ) sin (ω n t + Ф 1 ). Thus, the amplitude measure a = log A is set by dividing these signals (with the appropriate fuses and filters). This method is probably satisfactory near the stationary state, but not under conditions of establishment before synchronization.

Другой подход использует блок отслеживания пиков, который включает в себя детектор пересечения нуля совместно с алгоритмом отслеживания пиков, реализованного в контроллере. Однако методы пересечения нуля могут быть подвержены шуму. Кроме того, результаты блока отслеживания пиков доступны только раз в полупериод, что определяет интервал выборки для обновлений контроллера.Another approach uses a peak tracking unit, which includes a zero crossing detector in conjunction with a peak tracking algorithm implemented in the controller. However, zero crossing methods may be subject to noise. In addition, the results of the peak tracking block are available only once every half-time, which determines the sampling interval for controller updates.

Наконец, можно применять AM детектор. При наличии синусоидальной волны y(t) = Asinωn t, оценку A можно получить из

Figure 00000059
, где F{} - это подходящий фильтр низких частот с единичным коэффициентом усиления постоянного тока. AM детектор является простейшим подходом. Кроме того, он не требует наличия колебаний на любой конкретной частоте и, следовательно, полезен в условиях пуска. Он страдает тем недостатком, что существует утечка гармоник во внутренний контур, что будет влиять на спектр результирующих колебаний. Кроме того, фильтр добавляет дополнительную динамику во внешний контур, что требует нахождения компромисса между скоростью отклика и спектральной чистотой. В частности, эффект фильтра состоит в ограничении выбора наилучшего T i.Finally, an AM detector can be used. If there is a sinusoidal wave y ( t ) = A sinω n t , the estimate of A can be obtained from
Figure 00000059
where F {} is a suitable low-pass filter with a unity gain of direct current. AM detector is the simplest approach. In addition, it does not require oscillations at any particular frequency and, therefore, is useful in starting conditions. It suffers from the disadvantage that there is a leak of harmonics into the internal circuit, which will affect the spectrum of the resulting oscillations. In addition, the filter adds additional dynamics to the external circuit, which requires a compromise between the response speed and spectral purity. In particular, the filter effect is to limit the selection of the best T i .

Ряд Фурье для abs(y) имеет известный вид:The Fourier series for abs ( y ) has a known form:

Figure 00000060
Figure 00000060

Поэтому выходной сигнал нужно масштабировать на n/2 для обеспечения правильного выходного сигнала постоянного тока A, и (четные) гармонические члены a kcos2kωn t нужно отфильтровывать. Поскольку все, что должен сделать фильтр, это пропустить компонент постоянного тока и ослабить все остальные частоты, достаточно фильтра "кирпичная стена" с отсечкой ниже 2ωn. Однако динамика фильтра будет влиять на поведение замкнутого контура. Обычно выбирают фильтр Баттеруорта. Например, фильтр низких частот третьего порядка с конструкцией критической частоты ωb выражается в виде:Therefore, the output signal must be scaled by n / 2 to ensure the correct DC output signal A , and the (even) harmonic terms a k cos2 k ω n t must be filtered out. Since all the filter has to do is skip the DC component and weaken all other frequencies, a brick wall filter with a cut-off below 2ω n is enough. However, the dynamics of the filter will affect the behavior of the closed loop. Usually choose a Butterworth filter. For example, a third-order low-pass filter with a critical frequency design ω b is expressed as:

Figure 00000061
Figure 00000061

При конструктивной частоте отклик на 3 дБ ниже; на 2ωb он равен -18 дБ (0,12), и на 4ωb он равен -36 дБ (0,015). Фильтры Баттеруорта более высокого порядка имеют более крутую характеристику, но большинство их полюсов являются комплексными и могут негативно влиять на корневой годограф контура управления.At a design frequency, the response is 3 dB lower; at 2ω b it is -18 dB (0.12), and at 4ω b it is -36 dB (0.015). Higher-order Butterworth filters have a steeper characteristic, but most of their poles are complex and can adversely affect the root locus of the control loop.

G. Компенсация смещения нуляG. Zero offset compensation

Как отмечено выше, смещение нуля может вноситься в сигнал напряжения датчика за счет дрейфа в схеме предварительного усиления и аналого-цифровым преобразователем. Небольшие различия в коэффициентах усиления предусилителя для положительного и отрицательного напряжений вследствие использования дифференциальных схем могут ухудшать эффект смещения нуля. Ошибки изменяются между передатчиками и с температурой передатчика и износом компонента.As noted above, a zero offset can be introduced into the sensor voltage signal due to drift in the pre-amplification circuit and an analog-to-digital converter. Slight differences in the preamp gain for positive and negative voltages due to the use of differential circuits can worsen the effect of zero bias. Errors vary between transmitters and with transmitter temperature and component wear.

Аналого-цифровые преобразователи аудио-качества (т.е. относительно низкой стоимости) можно применять по экономическим причинам. Эти устройства не имеют стабильности смещения постоянного тока и амплитуды в числе высоких приоритетов. На фиг.19A-19D показано, как изменяются смещение и положительный и отрицательный коэффициенты усиления в зависимости от рабочей температуры микросхемы для одного такого преобразователя (преобразователя AD1879). Повторяемость показанных тенденций ненадежна, и даже при обеспечении температурной компенсации на основании тенденций, остаются остаточное смещение нуля и рассогласование положительных/отрицательных коэффициентов усиления.Analog-to-digital converters of audio quality (i.e., relatively low cost) can be used for economic reasons. These devices do not have DC bias stability and amplitude among the high priorities. On figa-19D shows how to change the offset and positive and negative gains depending on the operating temperature of the chip for one such Converter (Converter AD1879). The repeatability of the trends shown is unreliable, and even with temperature compensation based on the trends, there remains a residual zero offset and a mismatch of positive / negative gain factors.

Если фаза вычисляется с использованием разности по времени между точками пересечения нуля для двух напряжений датчиков, смещение постоянного тока может приводить к фазовым ошибкам. Этот эффект продемонстрирован на фиг.20A-20C. На каждом графике показан вычисленный сдвиг фазы, который измеряется цифровым передатчиком, когда истинный сдвиг фазы равен нулю (т.е. при нулевом расходе).If the phase is calculated using the time difference between the zero crossing points for the two sensor voltages, a DC bias can lead to phase errors. This effect is shown in FIGS. 20A-20C. Each graph shows the calculated phase shift, which is measured by a digital transmitter when the true phase shift is zero (i.e. at zero flow).

На фиг.20A показана фаза, вычисленная на основании полных периодов, начинающихся с положительных пересечений нуля. Среднее значение равно 0,00627 градуса.On figa shows the phase calculated on the basis of the total periods starting with positive zero crossings. The average value is 0.00627 degrees.

На фиг.20B показана фаза, вычисленная начиная с отрицательных пересечений нуля. Среднее значение равно 0,0109 градуса.20B shows a phase calculated starting from negative zero crossings. The average value is 0.0109 degrees.

На фиг.20C показана фаза, вычисленная для каждого полупериода. На фиг.20C данные из фиг.20A и 20B перемежаются. Средняя фаза (-0,00234) ближе к нулю, чем на фиг.20A и 20B, но стандартное отклонение сигнала примерно в шесть раз больше.On figs shows the phase calculated for each half-cycle. In FIG. 20C, the data from FIGS. 20A and 20B are alternated. The middle phase (-0.00234) is closer to zero than in FIGS. 20A and 20B, but the standard deviation of the signal is about six times larger.

Более усовершенствованные методы измерения фазы, например, основанные на методах Фурье, устойчивы к смещению постоянного тока. Однако желательно устранять смещение нуля, даже когда используются эти методы, поскольку данные обрабатываются в пакетах полного периода, разделенных точками пересечения нуля. Это позволяет упростить анализ эффектов, например, амплитудной модуляции, на наблюдаемых фазе и частоте. Кроме того, рассогласование коэффициентов усиления между положительными и отрицательными напряжениями будет вносить ошибки в любой метод измерения.More advanced phase measurement methods, such as those based on Fourier methods, are resistant to DC bias. However, it is desirable to eliminate the zero offset, even when these methods are used, since the data is processed in packets of the full period, separated by zero crossing points. This makes it possible to simplify the analysis of effects, for example, amplitude modulation, at the observed phase and frequency. In addition, a mismatch in the gain between positive and negative voltages will introduce errors into any measurement method.

Метод пересечения нуля для определения фазы можно использовать, чтобы продемонстрировать влияние смещения нуля и ошибки рассогласования коэффициентов усиления, и их последующего удаления. На фиг.21A и 21B показан долговременный дрейф, синхронизированный по фазе с нулевым расходом. Каждая точка представляет среднее значение оперативных данных за одну минуту. На фиг.21A показана средняя фаза, и на фиг.21B показано стандартное отклонение фазы. За несколько часов дрейф становится заметным. Таким образом, даже если обнулять измеритель каждый день, что во многих приложениях считается чрезмерным требованием к обслуживанию, все же будет оставаться значительный дрейф фазы.The zero crossing method for phase determination can be used to demonstrate the effect of zero offset and gain mismatch errors, and their subsequent removal. On figa and 21B shows a long-term drift, synchronized in phase with zero flow. Each point represents the average value of operational data for one minute. On figa shows the middle phase, and figv shows the standard deviation of the phase. In a few hours, the drift becomes noticeable. Thus, even if the meter is zeroed every day, which in many applications is considered an excessive maintenance requirement, significant phase drift will still remain.

1. Метод компенсации1. Payment Method

Метод компенсации смещения напряжения и рассогласования коэффициентов усиления использует вычислительные возможности цифрового передатчика и не требует условия нулевого расхода. Метод использует набор вычислений в каждом периоде, который, при усреднении по разумному периоду (например, 10,000 периодам) и исключении областей сильного изменения (например, изменения настройки, наступления аэрации), сходится к желаемым компенсациям смещения нуля и рассогласования коэффициентов усиления.The method of compensating for voltage bias and mismatch of gain factors uses the computational capabilities of a digital transmitter and does not require a zero flow condition. The method uses a set of calculations in each period, which, when averaged over a reasonable period (for example, 10,000 periods) and excluding areas of strong change (for example, changes in settings, the onset of aeration), converges to the desired compensations for zero offset and mismatch of gain factors.

Предполагая наличие до трех высших гармоник, нужный колебательный сигнал напряжения датчика SV(t) можно выразить в виде:Assuming the presence of up to three higher harmonics, the desired vibrational voltage signal of the sensor SV (t) can be expressed as:

Figure 00000062
,
Figure 00000062
,

где A1 обозначает амплитуду основного частотного компонента и A2-A4 обозначают амплитуды трех гармонических компонентов. Однако, на практике, фактический колебательный сигнал нарушается смещением нуля Z0 (которое имеет значение, близкое к нулю) и рассогласованием между отрицательным и положительным коэффициентами усиления Gn и Gp. Без потери общности, можно предположить, что Gp равен единице, и что Gn задается следующим образом:where A 1 denotes the amplitude of the main frequency component and A 2 -A 4 denote the amplitudes of the three harmonic components. However, in practice, the actual oscillation signal is disturbed by a zero offset of Z 0 (which has a value close to zero) and a mismatch between the negative and positive amplification factors G n and G p . Without loss of generality, we can assume that G p is equal to one, and that G n is defined as follows:

Figure 00000063
Figure 00000063

где εG представляет рассогласование коэффициентов усиления.where ε G represents the mismatch of the gain.

Метод предполагает, что амплитуды Ai и частота ω постоянны. Это правомерно, поскольку оценки Z0 и εG базируются на средних значениях, взятых по большому количеству периодов (например, 10,000 перемежающимся периодам, происходящим в течение примерно 1 минуты работы). При реализации метода, контроллер осуществляет проверку на наличие значительных изменений в частоте и амплитуде, чтобы гарантировать правильность анализа. Наличие высших гармоник обуславливает использование методов Фурье для извлечения информации фазы и амплитуды для конкретных гармоник. Это предусматривает интегрирование SV(t) и умножение на модулирующую функцию синуса или косинуса.The method assumes that the amplitudes A i and frequency ω are constant. This is valid because the estimates of Z 0 and ε G are based on average values taken over a large number of periods (for example, 10,000 intermittent periods occurring over approximately 1 minute of operation). When implementing the method, the controller checks for significant changes in frequency and amplitude to ensure the analysis is correct. The presence of higher harmonics causes the use of Fourier methods to extract phase and amplitude information for specific harmonics. This involves the integration of SV (t) and multiplication by the modulating function of the sine or cosine.

Смещение нуля влияет на пределы интегрирования, а также на вид функции. Поскольку существует смещение нуля, начальная точка для вычисления амплитуды и фазы не совпадает с точкой нулевой фазы периодического колебательного сигнала SV(t). Для смещения нуля Z0, соответствующий сдвиг фазы приблизительно равенZero offset affects the limits of integration, as well as the type of function. Since there is a zero offset, the starting point for calculating the amplitude and phase does not coincide with the zero phase point of the periodic oscillation signal SV (t). For a zero offset of Z 0 , the corresponding phase shift is approximately equal to

Figure 00000064
Figure 00000064

Для малой фазы,

Figure 00000065
с соответствующей задержкой по времени
Figure 00000066
For a small phase,
Figure 00000065
with a corresponding time delay
Figure 00000066

Интегралы масштабируются так, чтобы граничное значение (т.е., когда Z0 и ωG приближаются к нулю) было равно амплитуде соответствующей гармоники. Первые два интеграла, представляющие интерес, таковы:The integrals are scaled so that the boundary value (i.e., when Z 0 and ω G approach zero) is equal to the amplitude of the corresponding harmonic. The first two integrals of interest are as follows:

Figure 00000067
и
Figure 00000067
and

Figure 00000068
Figure 00000068

Эти интегралы представляют то, что на практике вычисляется в ходе нормального Фурье-анализа данных напряжения датчика. Нижний индекс 1 указывает первую гармонику, N и P указывают, соответственно, отрицательный или положительный полупериод, и s и c указывают, соответственно, используется ли синус или косинус в качестве модулирующей функции.These integrals represent what in practice is calculated in the course of a normal Fourier analysis of sensor voltage data. The subscript 1 indicates the first harmonic, N and P indicate, respectively, a negative or positive half-cycle, and s and c indicate, respectively, whether a sine or cosine is used as a modulating function.

Строго говоря, средняя точка пересечения нуля и, следовательно, соответствующие пределы интегрирования должны быть заданы равными π/ω - tz0, а не π/ω + tz0. Однако использование точной средней точки вместо точной точки пересечения нуля позволяет упростить анализ и улучшить численное поведение (в принципе, вследствие ошибок в положении точки пересечения нуля). Единственная ошибка, вносимая при использовании точной средней точки, состоит в том, что малая часть каждого из вышеприведенных интегралов умножается на неверный коэффициент усиления (1 вместо 1 + εG и наоборот). Однако эти ошибки имеют порядок Z02εG и считаются пренебрежимо малыми.Strictly speaking, the midpoint of zero intersection and, consequently, the corresponding integration limits should be set equal to π / ω - t z0 , and not π / ω + t z0 . However, the use of an exact midpoint instead of an exact zero crossing point simplifies the analysis and improves numerical behavior (in principle, due to errors in the position of the zero crossing point). The only mistake made when using the exact midpoint is that a small part of each of the above integrals is multiplied by an incorrect gain (1 instead of 1 + ε G and vice versa). However, these errors are of the order of Z 0 2 ε G and are considered negligibly small.

Используя компьютерную алгебру и предполагая малыми Z0 и εG, оценки первого порядка для интегралов можно вывести в виде:Using computer algebra and assuming small Z 0 and ε G , first-order estimates for integrals can be derived in the form:

Figure 00000069
и
Figure 00000069
and

Figure 00000070
Figure 00000070

Можно определить связанные с ними полезные функции, включающие в себя сумму, разность и отношение интегралов и их оценок. Сумму интегралов можно выразить в виде:You can define useful functions associated with them, including the sum, difference, and ratio of the integrals and their estimates. The sum of the integrals can be expressed as:

Figure 00000071
Figure 00000071

а сумма оценок равна:and the sum of the ratings is:

Figure 00000072
Figure 00000072

Аналогично, разность интегралов можно выразить в виде:Similarly, the difference of the integrals can be expressed as:

Figure 00000073
Figure 00000073

а разность оценок равна:and the difference in estimates is equal to:

Figure 00000074
Figure 00000074

Наконец, отношение интегралов равно:Finally, the ratio of the integrals is equal to:

Figure 00000075
Figure 00000075

а отношение оценок равно:and the ratio of ratings is:

Figure 00000076
Figure 00000076

Соответствующие интегралы от косинуса задаются в виде:The corresponding integrals of cosine are given in the form:

Figure 00000077
и
Figure 00000077
and

Figure 00000078
Figure 00000078

с оценками:with ratings:

Figure 00000079
и
Figure 00000079
and

Figure 00000080
Figure 00000080

и суммами:and amounts:

Figure 00000081
и
Figure 00000081
and

Figure 00000082
Figure 00000082

Интегралы второй гармоники выражаются в виде:The second harmonic integrals are expressed as:

Figure 00000083
и
Figure 00000083
and

Figure 00000084
Figure 00000084

с оценками:

Figure 00000085
иwith ratings:
Figure 00000085
and

Figure 00000086
Figure 00000086

и суммами:and amounts:

Figure 00000087
и
Figure 00000087
and

Figure 00000088
Figure 00000088

Интегралы можно вычислять численными методами для каждого периода. Как рассмотрено ниже, уравнения, позволяющие оценить значения интегралов на основании различных амплитуд и значений смещения нуля и коэффициента усиления, можно преобразовать для получения оценок смещения нуля и коэффициента усиления на основании вычисленных интегралов.Integrals can be calculated numerically for each period. As discussed below, equations that evaluate the values of the integrals based on various amplitudes and values of the zero offset and gain can be converted to obtain estimates of the zero offset and gain based on the calculated integrals.

2. Пример2. Example

Точность оценочных уравнений можно проиллюстрировать на примере. Для каждого основного интеграла предусмотрено три значения: значение "истина" интеграла (вычисленного в Mathcad с использованием интегрирования по Ромбергу), значение, использующее оценочное уравнение, и значение, вычисленное цифровым передатчиком, работающим в режиме моделирования, с использованием метода Симпсона с краевой поправкой.The accuracy of the estimation equations can be illustrated by an example. For each main integral, three values are provided: the "true" value of the integral (calculated in Mathcad using Romberg integration), the value using the estimation equation, and the value calculated by the digital transmitter operating in simulation mode using the Simpson method with boundary correction.

Таким образом, например, значение I1Ps, вычисленное согласноThus, for example, the value of I 1Ps calculated according to

Figure 00000089
,
Figure 00000089
,

равно 0,101353, тогда как оценочное значение (I1Ps_est), вычисленное какis 0.101353, while the estimated value (I 1Ps _ est ), calculated as

Figure 00000090
,
Figure 00000090
,

равно 0,101358. Значение, вычисленное с использованием цифрового передатчика в режиме моделирования, равно 0,101340. Эти вычисления используют значения параметров, приведенные в Таблице C.equal to 0.101358. The value calculated using the digital transmitter in simulation mode is 0.101340. These calculations use the parameter values given in Table C.

Таблица CTable C ПараметрParameter ЗначениеValue КомментарийComment ωω 160π160π Это соответствует частоте = 80 Гц, типичное значение.This corresponds to a frequency of = 80 Hz, a typical value. A1 A 1 0,10.1 Это значение обычно равно 0,3, но может быть меньше в случае аэрации.This value is usually 0.3, but may be less in the case of aeration. A2 A 2 0,010.01 Это значение обычно равно 0,005, но может быть больше в случае аэрации.This value is usually 0.005, but may be greater in the case of aeration. A3 и A4 A 3 and A 4 0,00,0 В режиме цифрового моделирования эффекта Кориолиса требуются только две гармоники, поэтому эти высшие гармоники можно не учитывать. Однако, они малы (<0,002).In digital modeling of the Coriolis effect, only two harmonics are required, therefore these higher harmonics can be ignored. However, they are small (<0.002). Z0 Z 0 0,0010.001 Из практики следует, что это большое значение для смещения нуля.It follows from practice that this is of great importance for zero bias. εG ε G 0,0010.001 Из практики следует, что это большое значение для рассогласования коэффициентов усиления.From practice it follows that this is of great importance for the mismatch of gain.

Точные, оценочные и модельные результаты, полученные с использованием этих значений параметров, приведены в Таблице D.The exact, estimated and model results obtained using these parameter values are shown in Table D.

Таблица DTable D ИнтегралIntegral 'Точное' значение'Exact value ОценкаRating Цифровое моделирование эффекта КориолисаDigital Coriolis Effect Modeling I1Ps I 1Ps 0,1013530,101353 0,1013580,101358 0,1013400,101340 I1Ns I 1Ns 0,0987350.098735 0,0987400.098740 0,0987510,098751 I1Pc I 1pc 0,0074870,007487 0,0074880.007488 0,0075000,007500 I1Nc I 1Nc -0,009496-0.009496 -0,009498-0.009498 -0,009531-0.009531 I2Ps I 2Ps 0,0091490.009149 0,0091510.009151 0,0091180.009118 I2Ns I 2Ns 0,0108570,010857 0,0108590,010859 0,0108850,010885

Таким образом, по меньшей мере, для конкретных выбранных значений, оценки, полученные из уравнений первого порядка, чрезвычайно точны. Когда Z0 и εG приближаются к нулю, ошибки в оценке и моделировании приближаются к нулю.Thus, at least for the particular values selected, estimates obtained from first-order equations are extremely accurate. When Z 0 and ε G approach zero, errors in estimation and modeling approach zero.

3. Реализация3. Implementation

Оценки первого порядка для интегралов задают ряд нелинейных уравнений относительно амплитуд гармоник, смещения нуля и рассогласования коэффициентов усиления. Поскольку уравнения нелинейны, точное решение получить невозможно. Однако аппроксимация, сопровождаемая корректирующими итерациями, обеспечивает достаточную сходимость при ограниченной вычислительной нагрузке.First-order estimates for the integrals give rise to a series of nonlinear equations for the amplitudes of harmonics, zero bias, and gain mismatch. Since the equations are nonlinear, an exact solution cannot be obtained. However, the approximation, accompanied by corrective iterations, provides sufficient convergence with a limited computational load.

Для A1-A4 можно предусмотреть отношения, зависящие от трубопровода. Поэтому, не делается попыток вычисления всех амплитуд A1-A4. Вместо этого, только A1 и A2 оцениваются с использованием заданных выше интегральных уравнений. На основании поведения относительных амплитуд, A3 можно приближенно выразить как A2/2, и A4 можно приближенно выразить как A2/10.For A 1 -A 4 , a relationship depending on the pipeline can be provided. Therefore, no attempt is made to calculate all the amplitudes A 1 -A 4 . Instead, only A 1 and A 2 are estimated using the above integral equations. Based on the behavior of the relative amplitudes, A 3 can be approximately expressed as A 2/2, and A 4 can be approximately expressed as A 2/10.

Метод компенсации смещения нуля можно реализовать согласно процедуре 2200, показанной на фиг.22. В течение каждого периода, контроллер вычисляет интегралы I1Ps, I1Ns, I1Pc I1Nc, I2Ns и связанные с ними функции sum1s, ratio1s, sum1c и sum2s (этап 2205). Для этого требуется минимальная дополнительная вычислительная нагрузка сверх традиционных вычислений методом Фурье, используемых для определения частоты, амплитуды и фазы.The zero offset compensation method can be implemented according to procedure 2200 shown in FIG. During each period, the controller calculates the integrals I 1Ps , I 1Ns , I 1Pc I 1Nc , I 2Ns and the associated functions sum 1s , ratio 1s , sum 1c and sum 2s (step 2205). This requires minimal additional computational burden beyond traditional Fourier calculations used to determine frequency, amplitude and phase.

Каждые 10,000 периодов контроллер проверяет наклон амплитуды напряжение датчика A1 с использованием традиционного метода оценки скорости изменения (этап 2210). Если амплитуда постоянна (этап 2215), то контроллер переходит к вычислениям смещения нуля и рассогласования коэффициентов усиления. Эту проверку можно распространить на тестирование стабильности частоты.Every 10,000 periods, the controller checks the amplitude slope of the voltage sensor A 1 using the traditional method of estimating the rate of change (step 2210). If the amplitude is constant (step 2215), then the controller proceeds to the calculation of the zero offset and the mismatch of the gain. This test can be extended to frequency stability testing.

Для осуществления вычислений, контроллер генерирует средние значения функций (например, sum1s) по последним 10,000 периодам. Затем контроллер определяет первую оценку смещения нуля и рассогласования коэффициентов усиления (этап 2225):To perform the calculations, the controller generates average values of the functions (for example, sum 1s ) over the last 10,000 periods. Then, the controller determines a first estimate of the zero offset and the gain mismatch (block 2225):

Z0 = -Sum1c/2, иZ 0 = -Sum 1c / 2, and

εG = 1/Ratio1s - 1ε G = 1 / Ratio 1s - 1

С использованием этих значений, контроллер вычисляет обратный коэффициент усиления (k) и коэффициент амплитуды (amp_factor) (этап 2230):Using these values, the controller calculates the inverse gain (k) and amplitude coefficient (amp_factor) (step 2230):

k = 1,0/(1,0 + 0,5*εG), иk = 1.0 / (1.0 + 0.5 * ε G ), and

amp_factor = 1 + 50/75*Sum2s/Sum1s amp_factor = 1 + 50/75 * Sum 2s / Sum 1s

Контроллер использует обратный коэффициент усиления и коэффициент амплитуды для выработки первой оценки амплитуды (этап 2235):The controller uses the inverse gain and amplitude coefficient to generate a first amplitude estimate (step 2235):

A1 = k * [Sum1s/2 + 2/π * Z0 * εG * amp_factor], иA 1 = k * [Sum 1s / 2 + 2 / π * Z 0 * ε G * amp_factor], and

A2 = k * [Sum2s/2 - 4/(3 * π) * Z0 * εG]A 2 = k * [Sum 2s / 2 - 4 / (3 * π) * Z 0 * ε G ]

Затем контроллер улучшает оценку посредством следующих вычислений, при необходимости, повторяемых (этап 2240):The controller then improves the estimate through the following calculations, if necessary, repeated (step 2240):

Figure 00000091
Figure 00000091

Контроллер использует стандартные методы проверки на сходимость значений Z0 εG. На практике поправки оказываются малыми после первой итерации, и из практики следует, что достаточно трех итераций.The controller uses standard methods for checking the convergence of the values of Z 0 ε G. In practice, the corrections turn out to be small after the first iteration, and it follows from practice that three iterations are sufficient.

Наконец, контроллер регулирует необработанные данные для исключения Z0 и εG (этап 2245). Затем контроллер повторяет процедуру. После устранения смещения нуля и рассогласования коэффициентов усиления из необработанных данных, функции (т.е. sum1s), используемые при генерации последующих значений Z0 и εG, базируются на скорректированных данных. Соответственно, эти последующие значения Z0 и εG отражают остаточные смещение нуля и рассогласование коэффициентов усиления, и суммируются с ранее сгенерированными значениями для создания фактических смещения нуля и рассогласования коэффициентов усиления. Согласно одному подходу к регулировке необработанных данных, контроллер генерирует регулировочные параметры (например, S1_off и S2_off), которые используются при преобразовании аналоговых сигналов от датчиков в цифровые данные.Finally, the controller adjusts the raw data to exclude Z 0 and ε G (step 2245). Then the controller repeats the procedure. After eliminating the zero offset and the mismatch of the gain from the raw data, the functions (i.e., sum 1s ) used to generate the subsequent values of Z 0 and ε G are based on the adjusted data. Accordingly, these subsequent values of Z 0 and ε G reflect the residual zero offset and the gain mismatch, and are combined with previously generated values to create the actual zero offset and gain mismatch. According to one approach to adjusting raw data, the controller generates adjustments (eg, S1_off and S2_off) that are used to convert the analog signals from the sensors to digital data.

На фиг.23A-23C, 24A и 24B показаны результаты, полученные с использованием процедуры 2200. Краткосрочное поведение проиллюстрировано на фиг.23A-23C. Здесь показаны последовательные оценки фазы, полученные через пять минут после пуска, предусмотренные, чтобы дать процедуре время начать оказывать влияние на выходной сигнал. Фаза показана на основании положительных пересечений нуля, отрицательных пересечений нуля и их обоих.On figa-23C, 24A and 24B shows the results obtained using the procedure 2200. Short-term behavior is illustrated in figa-23C. Shown here are consecutive phase estimates obtained five minutes after the start, provided to give the procedure time to begin to influence the output signal. The phase is shown based on positive zero crossings, negative zero crossings, and both of them.

Разность между положительным и отрицательным средними значениями снижена с коэффициентом 20, при соответствующем снижении среднего смещения нуля в перемеженном наборе данных. Соответствующее стандартное отклонение снижено с коэффициентом приблизительно 6.The difference between the positive and negative average values is reduced by a factor of 20, with a corresponding decrease in the average zero offset in the interleaved data set. The corresponding standard deviation is reduced by a factor of approximately 6.

Более долгосрочное поведение показано на фиг.24A и 24B. Первоначально большое смещение нуля быстро корректируется, и затем сдвиг фазы остается вблизи нуля в течение многих часов. Среднее смещение фазы, за исключением нескольких первых значений, составляет 6,14e-6, что явно указывает на то, что процедура успешно компенсирует изменения в смещении напряжения и дисбалансе коэффициентов усиления.Longer-term behavior is shown in FIGS. 24A and 24B. Initially, a large zero offset is quickly corrected, and then the phase shift remains near zero for many hours. The average phase displacement, with the exception of the first few values, is 6.14e -6 , which clearly indicates that the procedure successfully compensates for changes in voltage bias and gain imbalance.

Типичные значения Z0 и εG для цифрового кориолисова измерителя составляют Z0 = -7,923e-4 и εG = -1,754e-5 для сигнала SV1, и Z0 = -8,038e-4 и εG = +6,93e-4 для сигнала SV2.Typical values of Z 0 and ε G for a digital Coriolis meter are Z 0 = -7.923e -4 and ε G = -1.754e -5 for signal SV 1 , and Z 0 = -8.038e -4 and ε G = +6, 93e -4 for the SV 2 signal.

H. Динамический анализH. Dynamic analysis

В общем случае, традиционные вычисления измерения для кориолисовых измерителей предполагают, что частота и амплитуда колебаний на каждой стороне трубопровода постоянны, и что частота на каждой стороне трубопровода одинакова и равна так называемой резонансной частоте. Фазы, в общем случае, не измеряются отдельно на каждой стороне трубопровода, и разность фаз между двумя сторонами предполагается постоянной на протяжении процесса измерения. Точные измерения частоты, фазы и амплитуды в каждый полупериод с использованием цифрового измерителя демонстрируют, что эти предположения справедливы только, когда значения параметров усредняются по периоду времени порядка секунд. При наблюдении на 100 Гц или более высоких частотах, эти параметры демонстрируют заметное изменение. Например, в ходе нормальной работы, значения частоты и амплитуды SV1 могут демонстрировать сильную отрицательную корреляцию с соответствующими значениями SV2. Соответственно, традиционные алгоритмы измерения подвержены шуму, обусловленному этими динамическими изменениями. Шум повышается при возрастании скорости вычисления измерений. Другие шумовые члены могут обуславливаться физическими факторами, например, динамикой трубки Вентури, динамическими нелинейностями (например, изменением жесткости трубки Вентури с амплитудой), или динамическими последствиями напряжений датчиков, обеспечивающих данные скорости вместо данных абсолютного положения.In general, traditional measurement calculations for Coriolis meters assume that the frequency and amplitude of oscillations on each side of the pipeline are constant, and that the frequency on each side of the pipeline is the same and equal to the so-called resonant frequency. Phases, in general, are not measured separately on each side of the pipeline, and the phase difference between the two sides is assumed to be constant throughout the measurement process. Accurate measurements of frequency, phase, and amplitude in each half-cycle using a digital meter demonstrate that these assumptions are valid only when parameter values are averaged over a time period of the order of seconds. When observed at 100 Hz or higher frequencies, these parameters show a noticeable change. For example, during normal operation, the frequency and amplitude values of SV 1 may show a strong negative correlation with the corresponding SV 2 values. Accordingly, traditional measurement algorithms are subject to noise due to these dynamic changes. Noise increases with increasing measurement calculation speed. Other noise terms can be caused by physical factors, such as the dynamics of the venturi, dynamic nonlinearities (e.g., changes in the stiffness of the venturi with amplitude), or the dynamic effects of voltage sensors that provide speed data instead of absolute position data.

Описанные методы используют высокую точность цифрового измерителя для отслеживания и компенсации динамического поведения трубопровода для снижения шума с целью обеспечения более точных измерений переменных процесса, например, массового расхода и плотности. Это достигается за счет мониторинга и компенсации таких эффектов, как скоростей изменения частоты, фазы и амплитуды, динамики трубки Вентури и динамических физических неидеальностей. Вычисление разности фаз, при котором не предполагается одна и та же частота на каждой стороне, уже описано выше. Другие методы компенсации описаны ниже.The described methods use the high accuracy of a digital meter to track and compensate for the dynamic behavior of the pipeline to reduce noise in order to provide more accurate measurements of process variables, such as mass flow and density. This is achieved by monitoring and compensating for effects such as rates of change of frequency, phase and amplitude, the dynamics of the venturi and dynamic physical imperfections. The calculation of the phase difference, in which the same frequency is not assumed on each side, has already been described above. Other compensation methods are described below.

Мониторинг и компенсация динамических эффектов может осуществляться на уровне отдельных датчиков для обеспечения скорректированных оценок фазы, частоты, амплитуды или других параметров. Дополнительная компенсация также может осуществляться на уровне трубопровода, где данные от обоих датчиков объединяются, например, при вычислении разности фаз и средней частоты. Эти два уровня можно использовать совместно для обеспечения полной компенсации.Monitoring and compensation of dynamic effects can be carried out at the level of individual sensors to provide adjusted estimates of phase, frequency, amplitude or other parameters. Additional compensation can also be carried out at the pipeline level, where data from both sensors are combined, for example, when calculating the phase difference and the average frequency. These two levels can be used together to provide full compensation.

Таким образом, измерения мгновенного массового расхода и плотности расходомером можно усовершенствовать путем моделирования и учета динамических эффектов работы расходомера. В общем случае, 80% или более фазового шума в кориолисовом расходомере можно приписать динамике трубки Вентури (иногда именуемой "звоном"), а не измеряемым условиям процесса. Применение динамической модели может снижать фазовый шум с коэффициентом от 4 до 10, приводя к значительному повышению производительности измерения расхода. Единая модель эффективна для всех расходов и амплитуд колебаний. В общем случае, вычислительные требования пренебрежимо малы.Thus, measurements of the instantaneous mass flow rate and density of the flowmeter can be improved by modeling and accounting for the dynamic effects of the flowmeter. In general, 80% or more of the phase noise in a Coriolis flowmeter can be attributed to the dynamics of the venturi (sometimes referred to as “ringing”) rather than the measured process conditions. The use of a dynamic model can reduce phase noise with a factor of 4 to 10, leading to a significant increase in the performance of flow measurement. A single model is effective for all costs and amplitudes. In general, computational requirements are negligible.

Динамический анализ можно осуществлять на каждом из сигналов датчиков отдельно друг от друга. Это позволяет избежать или, по меньшей мере, задержать моделирование динамического взаимодействия между двумя сторонами трубопровода, которое, вероятно, значительно сложнее, чем динамика на каждом датчике. Кроме того, анализ отдельных сигналов датчиков, скорее всего, приведет к успеху в условиях, например порционного пуска и аэрации, когда две стороны трубопровода подвергаются действию разных сил со стороны рабочей текучей среды.Dynamic analysis can be performed on each of the sensor signals separately from each other. This avoids or at least delays the simulation of dynamic interaction between the two sides of the pipeline, which is probably much more complicated than the dynamics on each sensor. In addition, the analysis of individual sensor signals is likely to succeed in conditions such as batch start-up and aeration, when two sides of the pipeline are exposed to different forces from the working fluid.

В общем случае, при динамическом анализе рассматривается влияние изменения со временем амплитуды, частоты и фазы на вычисленные значения этих параметров. Хотя частоту и амплитуду легко задать для отдельных напряжений датчиков, фаза традиционно задается применительно к разности между напряжениями датчиков. Однако при использовании Фурье-анализа, фазу для отдельного датчика можно задавать применительно к разности между средней точкой периода и средней 180° фазовой точкой.In the general case, the dynamic analysis considers the influence of the change in time of the amplitude, frequency, and phase on the calculated values of these parameters. Although the frequency and amplitude are easy to set for individual sensor voltages, the phase is traditionally set in relation to the difference between the sensor voltages. However, when using the Fourier analysis, the phase for an individual sensor can be set in relation to the difference between the midpoint of the period and the midpoint of 180 ° phase point.

Три типа динамических эффектов представляют собой ошибку измерения и так называемые эффекты "обратной связи" и "скорости". Ошибка измерения обусловлена тем, что алгоритмы для вычисления амплитуды и фазы предполагают, что частота, амплитуда и фаза постоянны в течение интервала времени, представляющего интерес. Производительность алгоритмов измерения можно повысить, внося поправки в изменения этих параметров.Three types of dynamic effects are measurement error and the so-called “feedback” and “speed” effects. The measurement error is due to the fact that the algorithms for calculating the amplitude and phase assume that the frequency, amplitude and phase are constant during the time interval of interest. The performance of measurement algorithms can be improved by amending the changes in these parameters.

Эффект обратной связи обусловлен подводом энергии к трубопроводу, при котором, с учетом утечки энергии из трубопровода, поддерживается постоянная амплитуда колебаний. Необходимость в дополнительном подводе энергии к трубопроводу выявляется только, когда амплитуда колебаний начинает отклоняться от желаемой настройки. В результате, член затухания в уравнении движения для колеблющегося трубопровода отличен от нуля и постоянно колеблется вокруг нуля. Хотя собственная частота трубопровода не изменяется, она маскируется сдвигами в пересечениях нуля (т.е. изменениями фазы), связанными с этими малыми изменениями амплитуды.The feedback effect is due to the supply of energy to the pipeline, in which, taking into account energy leakage from the pipeline, a constant amplitude of oscillations is maintained. The need for additional energy supply to the pipeline is revealed only when the amplitude of the oscillations begins to deviate from the desired setting. As a result, the damping term in the equation of motion for an oscillating pipeline is nonzero and constantly oscillates around zero. Although the natural frequency of the pipeline does not change, it is masked by shifts at zero crossings (i.e., phase changes) associated with these small changes in amplitude.

Эффект скорости обусловлен тем, что напряжения датчиков отражают скорость трубопровода, но анализируются, как будто они представляют позицию трубопровода. Следствием этого является то, что скорость изменения амплитуды оказывает влияние на наблюдаемые частоту и фазу, даже если истинные значения этих параметров постоянны.The speed effect is due to the fact that the sensor voltages reflect the speed of the pipeline, but are analyzed as if they represent the position of the pipeline. The consequence of this is that the rate of change of the amplitude affects the observed frequency and phase, even if the true values of these parameters are constant.

1. Компенсация для амплитудной модуляции на уровне датчиков1. Compensation for amplitude modulation at the sensor level

Один подход к коррекции динамических эффектов предусматривает мониторинг амплитуд сигналов датчиков и производство регулировок на основании изменений в амплитудах. В целях анализа динамических эффектов, предполагается, что оценки фазы, частоты и амплитуды можно определить для каждого напряжения датчика в течение каждого периода. Как показано на фиг.25, вычисления базируются на полных, но перекрывающихся периодах. Каждый период начинается в точке пересечения нуля, посередине предыдущего периода. Положительные периоды начинаются с положительных напряжений сразу же после начального пересечения нуля, тогда как отрицательные периоды начинаются с отрицательных напряжений. Таким образом, период n является положительным, а периоды n-1 и n+1 являются отрицательными. Предполагается, что коррекция смещения нуля произведена так, чтобы смещение нуля было пренебрежимо малым. Предполагается также, что высшие гармоники могут присутствовать.One approach to the correction of dynamic effects involves monitoring the amplitudes of sensor signals and making adjustments based on changes in amplitudes. In order to analyze dynamic effects, it is assumed that estimates of phase, frequency, and amplitude can be determined for each sensor voltage over each period. As shown in FIG. 25, the calculations are based on complete but overlapping periods. Each period begins at the intersection of zero, in the middle of the previous period. Positive periods begin with positive voltages immediately after the initial zero crossing, while negative periods begin with negative voltages. Thus, period n is positive, and periods n-1 and n + 1 are negative. It is assumed that the correction of the zero offset was made so that the zero offset was negligible. It is also assumed that higher harmonics may be present.

Предполагается линейное изменение амплитуды, частоты и фазы. Исходя из этого предположения, среднее значение каждого параметра в течение периода равно мгновенному значению параметра в средней точке периода. Поскольку периоды перекрываются на 180 градусов, среднее значение для периода равно начальному значению для следующего периода.A linear change in amplitude, frequency and phase is assumed. Based on this assumption, the average value of each parameter during the period is equal to the instantaneous value of the parameter at the midpoint of the period. Since the periods overlap 180 degrees, the average value for the period is equal to the initial value for the next period.

Например, период n представляет собой интервал времени от 0 до 2π/ω. Средние значения амплитуды, частоты и фазы равны мгновенным значениям в средней точке, π/ω, которая также является начальной точкой для периода n+1, который представляет собой интервал времени от π/ω до 3π/ω. Конечно, эти временные границы являются приближенными, поскольку ω также изменяется со временем.For example, the period n represents a time interval from 0 to 2π / ω. The average values of the amplitude, frequency, and phase are equal to the instantaneous values at the midpoint, π / ω, which is also the starting point for the period n + 1, which is the time interval from π / ω to 3π / ω. Of course, these time limits are approximate, since ω also varies with time.

a. Процедура компенсации динамических эффектовa. Dynamic Effect Compensation Procedure

Контроллер учитывает динамические эффекты согласно процедуре 2600, представленной на фиг.26. Сначала контроллер создает оценку частоты (этап 2605) с использованием пересечений нуля для измерения времени между началом и концом периода, как описано выше. Исходя из того, что частота изменяется линейно, эта оценка равна частоте, усредненной по времени в течение периода.The controller takes into account dynamic effects according to procedure 2600, presented in Fig.26. The controller first creates a frequency estimate (block 2605) using zero crossings to measure the time between the beginning and the end of the period, as described above. Based on the fact that the frequency varies linearly, this estimate is equal to the frequency averaged over time during the period.

Затем контроллер использует оценочную частоту для генерации первой оценки амплитуды и фазы с использованием вышеописанного метода Фурье (этап 2610). Как отмечено выше, этот метод устраняет эффекты высших гармоник.The controller then uses the estimated frequency to generate a first estimate of the amplitude and phase using the Fourier method described above (step 2610). As noted above, this method eliminates the effects of higher harmonics.

Фаза интерпретируется применительно к единичному колебательному сигналу как разность между началом периода (т.е. точкой пересечения нуля) и точкой нулевой фазы для компонента SV(t) частоты ω, выражаемая как сдвиг фазы. Поскольку сдвиг фазы является средним по всему колебательному сигналу, его можно использовать как сдвиг фазы от средней точки периода. В идеале, в отсутствие смещения нуля и при постоянной амплитуде колебаний, сдвиг фазы должен быть нулевым для каждого периода. Однако на практике он демонстрирует высокий уровень изменения и обеспечивает хорошую основу для коррекции массового расхода с учетом динамических изменений амплитуды.The phase is interpreted in relation to a single oscillatory signal as the difference between the beginning of the period (i.e., the zero crossing point) and the zero phase point for the component SV (t) of frequency ω, expressed as a phase shift. Since the phase shift is the average over the entire vibrational signal, it can be used as a phase shift from the midpoint of the period. Ideally, in the absence of a zero bias and at a constant amplitude, the phase shift should be zero for each period. However, in practice, it exhibits a high level of variation and provides a good basis for correcting mass flow taking into account dynamic changes in amplitude.

Затем контроллер вычисляет разность фаз (этап 2615). Хотя возможны различные определения разности фаз, анализ предполагает, что средняя фаза и частота каждого сигнала датчика представляет весь колебательный сигнал. Поскольку эти частоты различны для SV1 и SV2, соответствующие фазы масштабируются к средней частоте. Кроме того, фазы сдвигаются к одной и той же начальной точке (т.е. средней точке периода на SV1). После масштабирования, они вычитаются для обеспечения разности фаз.The controller then calculates the phase difference (step 2615). Although various definitions of the phase difference are possible, the analysis assumes that the average phase and frequency of each sensor signal represents the entire oscillatory signal. Since these frequencies are different for SV1 and SV2, the corresponding phases are scaled to the middle frequency. In addition, the phases shift to the same starting point (i.e., the midpoint of the period on SV1). After scaling, they are subtracted to provide a phase difference.

Затем контроллер определяет скорость изменения амплитуды для периода n (этап 2620):Then, the controller determines the rate of change of amplitude for the period n (step 2620):

Figure 00000092
Figure 00000092

Это вычисление предполагает, что амплитуда из периода n+1 доступна при вычислении скорости изменения периода n. Это возможно, если поправки делаются спустя один период после получения необработанных вычислений амплитуды. Преимущество наличия точной оценки скорости изменения и, следовательно, хорошей коррекции измерения, перевешивает задержку в обеспечении скорректированных измерений, которая, в одной реализации, составляет порядка 5 миллисекунд. Наиболее недавно сгенерированная информация всегда используется для управления трубопроводом (т.е. для генерации сигнала возбуждения).This calculation assumes that the amplitude from period n + 1 is available when calculating the rate of change of period n. This is possible if corrections are made one period after receiving the raw amplitude calculations. The advantage of having an accurate estimate of the rate of change and, therefore, good measurement correction outweighs the delay in providing corrected measurements, which, in one implementation, is of the order of 5 milliseconds. The most recently generated information is always used to control the pipeline (i.e. to generate an excitation signal).

При желании, уточненную оценку скорости изменения можно вычислять после применения коррекции амплитуды (как описано ниже). В итоге, итерация сходится к наилучшим значениям амплитуды и скорости изменения.If desired, an updated estimate of the rate of change can be calculated after applying the amplitude correction (as described below). As a result, the iteration converges to the best values of the amplitude and rate of change.

b. Частотная компенсация эффектов обратной связи и скоростиb. Frequency compensation of feedback effects and speed

Как отмечено выше, динамические аспекты контура обратной связи вносят зависящие от времени сдвиги в фазу вследствие малых отклонений амплитуды от настройки. В результате, измеренная частота, которая базируется на пересечениях нуля, отличается от собственной частоты трубопровода. Если используются датчики скорости, возникает дополнительный сдвиг по фазе. Этот дополнительный сдвиг также связан с изменениями в амплитуде позиции трубопровода. Динамический анализ позволяет отслеживать и компенсировать эти эффекты. Соответственно, контроллер использует вычисленную скорость изменения амплитуды для корректировки оценки частоты (этап 2625).As noted above, the dynamic aspects of the feedback loop introduce time-dependent phase shifts due to small amplitude deviations from the setting. As a result, the measured frequency, which is based on zero crossings, differs from the natural frequency of the pipeline. If speed sensors are used, an additional phase shift occurs. This additional shift is also associated with changes in the amplitude of the position of the pipeline. Dynamic analysis allows you to track and compensate for these effects. Accordingly, the controller uses the calculated amplitude change rate to adjust the frequency estimate (block 2625).

Позицию колеблющегося трубопровода в контуре обратной связи, который применяется для поддержания постоянной амплитуды колебаний трубопровода, можно выразить в виде:The position of the oscillating pipeline in the feedback loop, which is used to maintain a constant amplitude of the oscillations of the pipeline, can be expressed as:

Figure 00000093
Figure 00000093

где θ(t) - фазовая задержка, обусловленная эффектом обратной связи. Механическая Q колеблющегося трубопровода обычно составляет порядка 1000, что предусматривает малые отклонения амплитуды и фазы. При этих условиях, θ(t) задается следующим образом:where θ (t) is the phase delay due to the feedback effect. The mechanical Q of an oscillating pipeline is usually of the order of 1000, which provides for small deviations in amplitude and phase. Under these conditions, θ (t) is defined as follows:

Figure 00000094
Figure 00000094

Поскольку каждый датчик измеряет скорость:Since each sensor measures speed:

Figure 00000095
Figure 00000095

где γ(t) - фазовая задержка, обусловленная эффектом скорости:where γ (t) is the phase delay due to the speed effect:

Figure 00000096
Figure 00000096

Поскольку механическая Q трубопровода обычно составляет порядка 1000, и, следовательно, изменения в амплитуде и фазе малы, резонно предположить:Since the mechanical Q of a pipeline is usually of the order of 1000, and therefore the changes in amplitude and phase are small, it is reasonable to assume:

Figure 00000097
Figure 00000097

Это означает, что выражение для SV(t) можно упростить до:This means that the expression for SV (t) can be simplified to:

Figure 00000098
Figure 00000098

и, по некоторым причинам, выражение для фазовой задержки из-за смещения скорости можно упростить до:and, for some reason, the expression for phase delay due to velocity displacement can be simplified to:

Figure 00000099
Figure 00000099

Суммирование фазовых задержек вследствие эффектов обратной связи и скорости дает полную фазовую задержку:Summing the phase delays due to feedback and speed effects gives the total phase delay:

Figure 00000100
Figure 00000100

и следующее выражение для SV(t):and the following expression for SV (t):

Figure 00000101
Figure 00000101

Это позволяет отличить фактическую частоту колебаний от собственной частоты колебаний. Хотя первая является наблюдаемой, последняя полезна для вычислений плотности. В течение любого разумного периода времени и предполагая надлежащее управление амплитудой, средние значения этих двух частот будут совпадать (поскольку средняя скорость изменения амплитуды должна быть равна нулю). Однако, для усовершенствованного измерения мгновенной плотности, желательно вносить поправки в фактическую частоту колебаний на динамические эффекты для получения собственной частоты. Это особенно полезно при работе с аэрированными текучими средами, мгновенная плотность которых может быстро меняться со временем.This makes it possible to distinguish the actual oscillation frequency from the natural oscillation frequency. Although the former is observable, the latter is useful for density calculations. Over any reasonable period of time and assuming proper amplitude control, the average values of these two frequencies will coincide (since the average rate of change of amplitude should be zero). However, for an improved measurement of instantaneous density, it is advisable to correct the actual frequency of the oscillations for dynamic effects to obtain the natural frequency. This is especially useful when working with aerated fluids, whose instantaneous density can change rapidly over time.

Наблюдаемая частота, отслеживаемая в течение периода n, ограничивается пересечениями нуля, происходящими в средних точках периодов n-1 и n+1. Фазовая задержка, обусловленная изменением скорости, будет оказывать влияние на наблюдаемые начало и конец периода:The observed frequency, monitored during period n, is limited by zero crossings occurring at the midpoints of periods n-1 and n + 1. The phase delay due to a change in speed will affect the observed beginning and end of the period:

Figure 00000102
Figure 00000102

На основании этого анализа, коррекцию можно применять с использованием интегрированного ошибочного члена:Based on this analysis, the correction can be applied using the integrated error term:

Figure 00000103
и
Figure 00000103
and

Figure 00000104
Figure 00000104

где значение error_summ при пуске (т.е. значение в нулевом периоде) равно:where the value of error_summ at startup (i.e. the value in the zero period) is:

Figure 00000105
Figure 00000105

Хотя эти уравнения включают в себя постоянный член, имеющий значение 1/8π2, фактические данные говорят о том, что более пригоден постоянный член 1/8π. Это различие можно объяснить несмоделированной динамикой, которую можно определить путем дополнительного анализа.Although these equations include a constant term that has a value of 1 / 8π 2 , evidence suggests that a constant term of 1 / 8π is more suitable. This difference can be explained by unmodeled dynamics, which can be determined by additional analysis.

Рассмотренные выше вычисления предполагают, что истинная амплитуда колебаний, A, доступна. Однако, на практике, можно наблюдать только напряжение датчика SV. Это напряжение датчика можно выразить в виде:The above calculations assume that the true oscillation amplitude, A, is available. However, in practice, only the voltage of the SV sensor can be observed. This sensor voltage can be expressed as:

Figure 00000106
.
Figure 00000106
.

Амплитуда, amp_SV(t), в этом выражении равна:The amplitude, amp_SV (t), in this expression is:

Figure 00000107
Figure 00000107

Скорость изменения этой амплитуды равна:The rate of change of this amplitude is:

Figure 00000108
Figure 00000108

поэтому можно использовать следующую оценку:therefore, the following estimate can be used:

Figure 00000109
.
Figure 00000109
.

c. Применение частотной компенсации эффектов обратной связи и скоростиc. Apply frequency compensation for feedback and speed effects

На фиг.27A-32B показано, как применение процедуры 2600 улучшает оценку собственной частоты и, следовательно, плотности процесса, для реальных данных из измерителя, имеющего трубопровод диаметром один дюйм. На каждой из фигур показано 10,000 выборок, собранных в течение всего лишь 1 минуты.On figa-32B shows how the application of procedure 2600 improves the assessment of the natural frequency and, therefore, the density of the process, for real data from a meter having a pipe with a diameter of one inch. Each of the figures shows 10,000 samples collected in just 1 minute.

На фиг.27A и 27B показаны амплитудные и частотные данные из SV1, полученные посредством применения случайных изменений к настройке амплитуды. Поскольку трубопровод наполнен водой и поток отсутствует, собственная частота постоянна. Однако наблюдаемая частота существенно изменяется при изменении амплитуды. Среднее значение частоты равно 81,41 Гц, со стандартным отклонением 0,057 Гц.27A and 27B show amplitude and frequency data from SV 1 obtained by applying random changes to the amplitude setting. Since the pipeline is filled with water and there is no flow, the natural frequency is constant. However, the observed frequency changes significantly with a change in amplitude. The average frequency value is 81.41 Hz, with a standard deviation of 0.057 Hz.

На фиг.28A и 28B показаны, соответственно, отклонение частоты от среднего значения и корректирующий член, генерируемый согласно процедуре 2600. Грубые отклонения очень хорошо согласуются. Однако существует дополнительное изменение частоты, не связанное с изменениями амплитуды. Другая важная особенность, показанная на фиг.28B, состоит в том, что среднее близко к нулю в результате правильной инициализации вышеописанного ошибочного члена.On figa and 28B, respectively, shows the deviation of the frequency from the average value and the correction term generated according to procedure 2600. Gross deviations are very well consistent. However, there is an additional change in frequency that is not associated with changes in amplitude. Another important feature shown in FIG. 28B is that the mean is close to zero as a result of the correct initialization of the above error term.

На фиг.29A и 29B необработанные частотные данные (фиг.29A) сравниваются с результатами применения корректирующей функции (фиг.29B). Сдвиг в средней частоте пренебрежимо мал, а стандартное отклонение снизилось с коэффициентом 4,4. Из фиг.29B следует, что в скорректированных частотных данных существует остаточная структура. Предполагается, что дополнительный анализ, на основании изменения фазы в течение периода и его влияния на наблюдаемую частоту, позволит дополнительно понизить шум.In FIGS. 29A and 29B, the raw frequency data (FIG. 29A) are compared with the results of applying the correction function (FIG. 29B). The shift in the middle frequency is negligible, and the standard deviation decreased with a factor of 4.4. From figv follows that in the adjusted frequency data there is a residual structure. It is assumed that additional analysis, based on the phase change during the period and its effect on the observed frequency, will further reduce noise.

На фиг.30A и 30B показано соответствующее влияние на среднюю частоту, полученную усреднением мгновенных частот напряжения датчика. Поскольку средняя частота используется для вычисления плотности рабочей текучей среды, понижение шума (здесь, с коэффициентом 5,2) скажется на вычислении плотности.On figa and 30B shows the corresponding effect on the average frequency obtained by averaging the instantaneous frequency voltage of the sensor. Since the average frequency is used to calculate the density of the working fluid, noise reduction (here, with a factor of 5.2) will affect the density calculation.

На фиг.31A и 31B показаны необработанная и скорректированная средние частоты для трубопровода диаметром 2 дюйма, настройка амплитуды которого является случайной величиной. 2" трубка Вентури демонстрирует меньшее изменение частоты, чем 1", как для необработанных, так и для скорректированных данных. Коэффициент понижения шума равен 4,0.On figa and 31B shows the raw and adjusted mid-frequencies for the pipeline with a diameter of 2 inches, the amplitude setting of which is a random variable. The 2 "venturi shows a smaller frequency change than 1" for both raw and adjusted data. The noise reduction coefficient is 4.0.

На фиг.32A и 32B показаны более типичные результаты с реальными данными потока для однодюймовой трубки Вентури. Алгоритм произвольной настройки заменен нормальной постоянной настройкой. В результате, изменение амплитуды оказывается меньше, чем в предыдущих примерах, что приводит к меньшему коэффициенту понижения шума 1,5.32A and 32B show more typical results with real flow data for a one inch Venturi. The random tuning algorithm is replaced by the normal constant tuning. As a result, the amplitude change is smaller than in the previous examples, which leads to a lower noise reduction coefficient of 1.5.

d. Компенсация измерения фазы для амплитудной модуляцииd. Phase Compensation for Amplitude Modulation

Согласно фиг.26, контроллер затем компенсирует измерение фазы с учетом амплитудной модуляции, предполагая обеспеченное выше вычисление фазы (этап 2630). В описанных выше вычислениях фазы методом Фурье предполагается, что амплитуда колебаний постоянна на протяжении периода данных, на котором производятся вычисления. В этом разделе описана коррекция, которая предполагает линейное изменение амплитуды на протяжении периода данных.26, the controller then compensates for the phase measurement taking into account amplitude modulation, assuming the phase calculation provided above (step 2630). In the Fourier method described above, it is assumed that the amplitude of the oscillations is constant throughout the data period over which the calculations are made. This section describes a correction that assumes a linear change in amplitude over a period of data.

Игнорируя высшие гармоники и исходя из того, что любое смещение нуля устранено, выражение для напряжения датчика задается следующим образом:Ignoring the higher harmonics and assuming that any zero offset has been eliminated, the expression for the sensor voltage is specified as follows:

Figure 00000110
,
Figure 00000110
,

где λA - постоянная, соответствующая относительному изменению амплитуды со временем. Как рассмотрено выше, интегралы I1 и I2 можно выразить в виде:where λ A is a constant corresponding to a relative change in amplitude with time. As discussed above, the integrals I 1 and I 2 can be expressed as:

Figure 00000111
и
Figure 00000111
and

Figure 00000112
Figure 00000112

Оценивая эти интегралы, получаем:Estimating these integrals, we obtain:

Figure 00000113
и
Figure 00000113
and

Figure 00000114
Figure 00000114

Подставляя эти выражения в вычисление амплитуды и разлагая в ряд по λA, получаем:Substituting these expressions in the calculation of the amplitude and expanding in a series of λ A , we obtain:

Figure 00000115
Figure 00000115

Предполагая λA малым и пренебрегая всеми членами после члена первого порядка, это выражение можно свести к:Assuming λ A small and neglecting all terms after the first-order term, this expression can be reduced to:

Figure 00000116
Figure 00000116

Это равно амплитуде SV(t) в средней точке периода (t = π/ω). Соответственно, вычисление амплитуды обеспечивает необходимый результат без коррекции.This is equal to the amplitude SV (t) at the midpoint of the period (t = π / ω). Accordingly, the calculation of the amplitude provides the desired result without correction.

Для вычисления фазы, предполагается, что истинные разность фаз и частота постоянны, и что смещения напряжения не существует, что означает, что значение фазы должно быть равно нулю. Однако, в результате амплитудной модуляции, коррекция, подлежащая применению к необработанным данным фазы для компенсации амплитудной модуляции, имеет вид:To calculate the phase, it is assumed that the true phase difference and frequency are constant, and that no voltage bias exists, which means that the phase value must be zero. However, as a result of amplitude modulation, the correction to be applied to the raw phase data to compensate for amplitude modulation has the form:

Figure 00000117
Figure 00000117

Исходя из того, что выражение в скобках мало, функцию арктангенса можно игнорировать.Based on the fact that the expression in parentheses is small, the arctangent function can be ignored.

Более детальный анализ учитывает эффекты высших гармоник. Исходя из того, что напряжение датчика можно выразить в виде:A more detailed analysis takes into account the effects of higher harmonics. Based on the fact that the sensor voltage can be expressed as:

Figure 00000118
,
Figure 00000118
,

в соответствии с чем амплитуды всех гармоник возрастают с одинаковой относительной скоростью в течение периода, результирующие интегралы можно выразить в виде:according to which the amplitudes of all harmonics increase at the same relative speed during the period, the resulting integrals can be expressed as:

Figure 00000119
Figure 00000119

иand

Figure 00000120
Figure 00000120

для положительных периодов, иfor positive periods, and

Figure 00000121
Figure 00000121

для отрицательных периодов.for negative periods.

Для амплитуды, подставляя эти выражения в вычисления, получаем, что на вычисление амплитуды влияют только члены второго порядка и выше, поэтому для аппроксимации первого порядка для амплитуды коррекция не требуется. Для фазы, корректирующий член имеет вид:For the amplitude, substituting these expressions in the calculations, we find that the calculation of the amplitude is affected only by members of the second order and higher, therefore, for the approximation of the first order for the amplitude, correction is not required. For phase, the correction term has the form:

Figure 00000122
Figure 00000122

для положительных периодов, иfor positive periods, and

Figure 00000123
Figure 00000123

для отрицательных периодов. Эти корректирующие члены предполагают, что известны амплитуды высших гармоник. Хотя их можно вычислить с использованием обычного метода Фурье, можно также аппроксимировать некоторые или все из них с использованием предполагаемых отношений между гармониками. Например, для одной реализации трубопровода диаметром один дюйм, типичные отношения амплитуд составляют A1 = 1,0, A2 = 0,01, A3 = 0,005 и A4 = 0,001.for negative periods. These corrective terms suggest that amplitudes of higher harmonics are known. Although they can be calculated using the usual Fourier method, some or all of them can also be approximated using the estimated harmonics. For example, for one implementation of a pipeline with a diameter of one inch, typical amplitude ratios are A 1 = 1.0, A 2 = 0.01, A 3 = 0.005, and A 4 = 0.001.

e. Применение компенсации амплитудной модуляции к фазеe. Apply amplitude modulation compensation to phase

Моделирование производилось с использованием цифрового передатчика, включающего в себя моделирование высших гармоник и амплитудной модуляции. В одном примере используются f = 80 Гц, A1(t=0) = 0.3, A2 = 0, A3 = 0, A4 = 0, X A = 1e-5 * 48 кГц (частота дискретизации) = 0,47622, что соответствует высокой скорости изменения амплитуды, но без высших гармоник. Теория прогнозирует сдвиг фазы -0,02706 градуса, при моделировании по 1000 периодов среднее смещение составляет -0,02714 градуса, со стандартным отклонением лишь 2,17e-6. Различие между моделью и теорией (прибл. 0,3% ошибки моделирование) обусловлено тем, что теория предполагает линейное изменение амплитуды по каждому периоду, тогда как при моделировании генерируется экспоненциальное изменение амплитуды.Modeling was performed using a digital transmitter, which includes modeling of higher harmonics and amplitude modulation. In one example, f = 80 Hz, A 1 (t = 0) = 0.3, A 2 = 0, A 3 = 0, A 4 = 0, X A = 1e-5 * 48 kHz (sampling frequency) = 0, are used 47622, which corresponds to a high rate of change in amplitude, but without higher harmonics. The theory predicts a phase shift of -0.02706 degrees, when modeling over 1000 periods, the average displacement is -0.02714 degrees, with a standard deviation of only 2.17e-6. The difference between the model and theory (approx. 0.3% of the modeling error) is due to the fact that the theory assumes a linear change in the amplitude for each period, while an exponential change in the amplitude is generated during the simulation.

Второй пример включает в себя вторую гармонику и имеет параметры f = 80 Гц, A1(t=0) = 0,3, A2(t=0) = 0,003, A3 = 0, A4 = 0, λA = -1e-6 * 48 кГц (частота дискретизации) = -0,047622. В этом примере, теория прогнозирует сдвиг фазы, равный +2,706e-3, ±2.66% для положительных или отрицательных периодов. Моделирование дает 2,714e-3±2,66%, т.е., опять же, хорошее совпадение.The second example includes the second harmonic and has parameters f = 80 Hz, A 1 (t = 0) = 0.3, A 2 (t = 0) = 0.003, A 3 = 0, A 4 = 0, λ A = -1e-6 * 48 kHz (sampling frequency) = -0.047622. In this example, the theory predicts a phase shift of + 2.706e-3, ± 2.66% for positive or negative periods. Modeling gives 2.714e-3 ± 2.66%, i.e., again, a good match.

На фиг.33A-34B приведены примеры того, как эта коррекция улучшает реальные данные расходомера. На фиг.33A показаны необработанные данные фазы из SV1, собранные из трубопровода диаметром 1", в котором низкий расход резонно предполагается постоянным. На фиг.33B показан коэффициент коррекции, вычисленный с использованием вышеописанной формулы, а на фиг.33C показана результирующая скорректированная фаза. Наиболее заметная особенность состоит в том, что коррекция повысила дисперсию фазового сигнала, хотя и произвела общее снижение стандартного отклонения разности фаз (т.е., SV2 - SV1) с коэффициентом 1,26, как показано на фиг.34A и 34B. Повышение производительности обусловлено тем, что эта коррекция улучшает корреляцию между двумя фазами, приводя к снижению измененной разности фаз. Метод столь же хорошо работает в других состояниях потока и при других размерах трубопровода.On figa-34B shows examples of how this correction improves the actual data of the flow meter. Fig. 33A shows the raw phase data from SV 1 collected from a 1 "diameter pipeline in which a low flow rate is reasonably assumed to be constant. Fig. 33B shows a correction coefficient calculated using the above formula, and Fig. 33C shows the resulting corrected phase The most noticeable feature is that the correction increased the dispersion of the phase signal, although it produced a general decrease in the standard deviation of the phase difference (ie, SV 2 - SV 1 ) with a factor of 1.26, as shown in FIGS. 34A and 34B Promotion zvoditelnosti is because this correction improves the correlation between the two phases, leading to a decrease in the phase difference. The method works equally well in other flow conditions and other conduit sizes.

f. Компенсация эффекта скорости для измерения фазыf. Speed effect compensation for phase measurement

На вычисление измерения фазы также влияет эффект скорости. Весьма эффективный и простой коэффициент коррекции, в радианах, имеет видThe calculation of the phase measurement is also affected by the speed effect. A very effective and simple correction factor, in radians, has the form

Figure 00000124
Figure 00000124

где ΔSV(t k) это относительная скорость изменения амплитуды, которую можно выразить в виде:where Δ SV ( t k ) is the relative rate of change of amplitude, which can be expressed as:

Figure 00000125
Figure 00000125

где t k это время завершения периода, для которого определяется ΔSV(t k), t k+1 это время завершения следующего периода, и t k-1 это время завершения предыдущего периода. ΔSV это оценка скорости изменения SV, масштабированная его абсолютным значением, которая также именуется пропорциональной скоростью изменения SV.where t k is the end time of the period for which Δ SV ( t k ) is determined, t k + 1 is the end time of the next period, and t k-1 is the end time of the previous period. Δ SV is an estimate of the rate of change of SV , scaled by its absolute value, which is also called the proportional rate of change of SV .

На фиг.35A-35E показан этот метод. На фиг.35A показаны необработанные данные фазы от одного датчика (SV1), после применения вышеописанных поправок на амплитудную модуляцию. На фиг.35B показан коэффициент коррекции в градусах, вычисленный с использованием вышеприведенного уравнения, а на фиг.35C показана результирующая скорректированная фаза. Заметим, что стандартное отклонение скорректированной фазы фактически увеличилось относительно необработанных данных. Однако, когда соответствующие вычисления производятся на другом датчике (SV2), наблюдается увеличение отрицательной корреляции (от -0.8 до -0.9) между фазами двух сигналов. В результате, вычисления разности фаз на основании необработанных измерениях фазы (фиг.35D) имеют значительно больший шум, чем скорректированные измерения фазы (фиг.35E).On figa-35E shows this method. On figa shows the raw phase data from one sensor (SV 1 ), after applying the above correction for amplitude modulation. FIG. 35B shows a correction coefficient in degrees calculated using the above equation, and FIG. 35C shows the resulting corrected phase. Note that the standard deviation of the corrected phase actually increased relative to the raw data. However, when the corresponding calculations are performed on another sensor (SV 2 ), an increase in the negative correlation (from -0.8 to -0.9) between the phases of the two signals is observed. As a result, the calculation of the phase difference based on the raw phase measurements (Fig. 35D) has significantly greater noise than the corrected phase measurements (Fig. 355E).

Сравнение фиг.35D и 35E демонстрирует преимущество этого метода понижения шума. Из фиг.35E сразу видно, что переменная процесса уменьшается, и что измерение обладает заметной периодичностью, причем периоды характерны, возможно, для плохо отрегулированного насоса. Ничего подобного нельзя различить в нескорректированных данных разности фаз, представленных на фиг.35D.A comparison of Figs. 35D and 35E demonstrates the advantage of this noise reduction technique. From FIG. 3-5 it is immediately evident that the process variable is reduced, and that the measurement has a noticeable periodicity, and the periods are typical, possibly for a poorly adjusted pump. Nothing of the kind can be distinguished in the uncorrected phase difference data presented in FIG. 35D.

g. Применение понижения шума на уровне датчиковg. Application of noise reduction at the sensor level

Комбинация вышеописанных методов понижения фазового шума позволяет значительно улучшить измерение мгновенной разности фаз в различных состояниях потока, проиллюстрированных на фиг.36A-36L. На каждом графике показано три измерения разности фаз, вычисляемые одновременно в реальном времени цифровым кориолисовым передатчиком, работающим на однодюймовом трубопроводе. Средняя полоса 3600 показывает данные фазы, вычисленные с использованием простого метода разницы по времени. Внешняя полоса 3605 показывает данные фазы, вычисленные с использованием вышеописанного метода Фурье.The combination of the above phase noise reduction methods can significantly improve the measurement of the instantaneous phase difference in different flow conditions, illustrated in figa-36L. Each graph shows three measurements of the phase difference, calculated simultaneously in real time by a digital Coriolis transmitter operating on a one-inch pipeline. The middle bar 3600 shows phase data calculated using a simple time difference method. Outer band 3605 shows phase data calculated using the Fourier method described above.

Возможно, неожиданно, что метод Фурье, который использует гораздо больше данных, более сложный анализ и значительно более высокую вычислительную нагрузку, дает более шумное вычисление. Это можно объяснить чувствительностью метода Фурье к вышеописанным динамическим эффектам. Внутренняя полоса данных 3610 показывает те же данные Фурье после применения методов понижения шума на уровне датчиков. Можно видеть, что в каждом случае происходит существенное понижение шума, о чем свидетельствуют значения стандартного отклонения, представленные на каждом графике.Perhaps unexpectedly, the Fourier method, which uses much more data, more sophisticated analysis, and significantly higher computational load, produces a noisier calculation. This can be explained by the sensitivity of the Fourier method to the above dynamic effects. Internal data band 3610 shows the same Fourier data after applying noise reduction methods at the sensor level. You can see that in each case there is a significant decrease in noise, as evidenced by the values of the standard deviation presented on each graph.

На фиг.36A показаны измерения в отсутствие потока, при полном трубопроводе и в отсутствие шума насоса. На фиг.36B показаны измерения в отсутствие потока, при полном трубопроводе и при включенных насосах. На фиг.36C показаны измерения при пустом, влажном трубопроводе. На фиг.36D показаны измерения при низком расходе. На фиг.36E показаны измерения при высоком расходе. На фиг.36F показаны измерения при высоком расходе и амплитуде колебаний 0,03 В. На фиг.36G показаны измерения при низком расходе с низкой аэрацией. На фиг.36H показаны измерения при низком расходе с высокой аэрацией. На фиг.36I показаны измерения при высоком расходе с низкой аэрацией. На фиг.36J показаны измерения при высоком расходе с высокой аэрацией. На фиг.36K показаны измерения при переходе от пустого состояния к высокому расходу. На фиг.36L показаны измерения при переходе от высокого расхода к пустому состоянию.On figa shows measurements in the absence of flow, with a full pipeline and in the absence of pump noise. Fig. 36B shows measurements in the absence of flow, with full piping and with the pumps turned on. On figs shows measurements with an empty, wet pipeline. Fig. 36D shows measurements at a low flow rate. 36E shows measurements at high flow rates. Fig. 36F shows measurements at a high flow rate and an oscillation amplitude of 0.03 V. Fig. 36G shows measurements at a low flow rate with low aeration. Fig. 36H shows low flow measurements with high aeration. On figi shows measurements at high flow rate with low aeration. 36J shows measurements at high flow rate with high aeration. Fig. 36K shows measurements during the transition from an empty state to a high flow rate. Fig. 36L shows measurements during the transition from a high flow rate to an empty state.

2. Динамическое моделирование на уровне трубки Вентури2. Dynamic simulation at the venturi

Динамическую модель можно внедрять на двух основных стадиях. На первой стадии, модель создается с использованием методов идентификации системы. Трубка Вентури "стимулируется" для проявления своей динамики, при этом истинные значения массового расхода и плотности поддерживаются постоянными. Отклик трубки Вентури измеряется и используется при генерации динамической модели. На второй стадии, модель применяется к нормальным данным потока. Эффекты динамики трубки Вентури прогнозируются для фазы и частоты. Затем прогнозируемые значения вычитаются из наблюдаемых данных с образованием остаточной фазы и частоты, которые должны определяться только процессом. Каждая стадия более подробно описана ниже.A dynamic model can be implemented in two main stages. At the first stage, a model is created using system identification methods. The venturi is “stimulated” to manifest its dynamics, while the true mass flow and density are kept constant. The response of a venturi is measured and used to generate a dynamic model. In the second stage, the model is applied to normal flow data. The effects of the dynamics of a venturi are predicted for phase and frequency. Then the predicted values are subtracted from the observed data with the formation of the residual phase and frequency, which should be determined only by the process. Each stage is described in more detail below.

a. Идентификация системыa. System identification

Идентификация системы начинается с состояния, когда трубка Вентури наполнена водой, в отсутствие потока. Амплитуду колебаний, которая обычно поддерживается постоянной, изменяют, назначая произвольную настройку между 0,05 В и 0,3 В, где 0.3 В является обычным значением. Результирующие напряжения датчиков показаны на фиг.37A, а на фиг.37B и 37C показаны, соответственно, соответствующие вычисленные значения фазы и частоты. Эти значения вычисляются один раз за период. Показано, что фаза и частота в высокой степени "структурированы". Поскольку фаза и частота, соответствующие массовому расходу, постоянны, эта структура, скорее всего, связана с динамикой трубки Вентури. Наблюдаемые переменные, которые будут предсказывать эту структуру, когда не известно, постоянны ли истинные фаза и частота, можно выразить в виде, представленном ниже.System identification begins when the venturi is full of water in the absence of flow. The oscillation amplitude, which is usually kept constant, is changed by assigning an arbitrary setting between 0.05 V and 0.3 V, where 0.3 V is the usual value. The resulting sensor voltages are shown in FIG. 37A, and FIG. 37B and 37C respectively show the corresponding calculated phase and frequency values. These values are calculated once per period. It is shown that the phase and frequency are highly “structured”. Since the phase and frequency corresponding to the mass flow rate are constant, this structure is most likely related to the dynamics of the venturi. The observed variables that will predict this structure when it is not known whether the true phase and frequency are constant can be expressed in the form presented below.

Прежде всего, как отмечено выше, ΔSV(t k) можно выразить в виде:First of all, as noted above, Δ SV ( t k ) can be expressed as:

Figure 00000126
Figure 00000126

Это выражение можно использовать для определения ΔSV1 и ΔSV2.This expression can be used to determine ΔSV 1 and ΔSV 2 .

Фаза трубки Вентури связана с Δ-, что выражается как ΔSV1 - ΔSV2, а частота связана с Δ+, что выражается как ΔSV1 + ΔSV2. Эти параметры показаны на фиг.37D и 37E. Сравнивая фиг.37B с фиг.37D и фиг.37C с фиг.37E, можно видеть необычное соотношение между Δ- и фазой и между Δ+ и частотой.The phase of the venturi is associated with Δ - , which is expressed as ΔSV 1 - ΔSV 2 , and the frequency is associated with Δ + , which is expressed as ΔSV 1 + ΔSV 2 . These parameters are shown in Fig.37D and 37E. Comparing FIG. 37B with FIG. 37D and FIG. 37C with FIG. 37E, an unusual relationship between Δ - and phase and between Δ + and frequency can be seen.

Некоторую поправку на динамику трубки Вентури можно получить, вычитая кратное соответствующей функции предсказания из фазы и/или частоты. Улучшенные результаты можно получить с использованием модели в виде:Some correction for the dynamics of the venturi can be obtained by subtracting a multiple of the corresponding prediction function from the phase and / or frequency. Improved results can be obtained using the model in the form of:

Figure 00000127
Figure 00000127

где y(k) - выходной сигнал (т.е. фаза или частота) и u - функция предсказания (т.е., Δ- или Δ+). Метод идентификации системы предусматривает значения для порядков n и m, и коэффициенты a i и b j, образующие многочлены, зависящие от времени. Значение y(k) можно вычислять каждый период и вычитать из наблюдаемой фазы или частоты для получения остаточного значения процесса.where y ( k ) is the output signal (i.e., phase or frequency) and u is the prediction function (i.e., Δ - or Δ + ). The system identification method provides values for orders n and m , and coefficients a i and b j forming polynomials that depend on time. The y ( k ) value can be calculated every period and subtracted from the observed phase or frequency to obtain the residual value of the process.

Следует понимать, что, даже в отсутствие динамических поправок, цифровой расходомер дает очень хорошую точность на протяжении длительного периода времени. Например, при объединении порции в 200 кг, устройство легко достигает повторяемости менее 0,03%. Целью динамического моделирования является повышение динамической точности. Таким образом, необработанные и скомпенсированные значения должны иметь близкие средние значения, но пониженную "дисперсию" или "стандартное отклонение".It should be understood that, even in the absence of dynamic corrections, the digital flowmeter gives very good accuracy over a long period of time. For example, when combining a portion of 200 kg, the device easily achieves a repeatability of less than 0.03%. The goal of dynamic modeling is to increase dynamic accuracy. Thus, unprocessed and compensated values should have close average values, but reduced “variance” or “standard deviation”.

На фиг.38A и 39A показаны необработанные и скорректированные значения частоты. Средние значения сходны, но стандартное отклонение снижено с коэффициентом 3,25. Хотя резкие отклонения по частоте устранены, в остаточном шуме остается заметная "структура". Эта структура выглядит не связанной с функцией Δ+. Используемая модель является простой моделью первого порядка, где m = n = 1.On figa and 39A shows the raw and adjusted frequency values. The average values are similar, but the standard deviation is reduced by a factor of 3.25. Although sharp frequency deviations have been eliminated, a noticeable “structure” remains in the residual noise. This structure does not appear to be related to the Δ + function. The model used is a simple first-order model, where m = n = 1.

На фиг.38B и 39B показана соответствующая коррекция фазы. Среднее значение подвергается минимальному влиянию, тогда как стандартное отклонение снижается с коэффициентом 7,9. Порядки модели n = 2 и m = 10. Создается впечатление, что в остаточном шуме сохранилась некоторая структура. Предполагается, что эта структура обусловлена недостаточным возбуждением фазовой динамики изменениями настройки.On figv and 39B shows the corresponding phase correction. The average value is minimally affected, while the standard deviation is reduced by a factor of 7.9. The model orders are n = 2 and m = 10. It seems that some structure has been preserved in the residual noise. It is assumed that this structure is due to insufficient excitation of the phase dynamics by tuning changes.

Более эффективная идентификация фазы была достигнута путем дополнительного моделирования динамики трубки Вентури путем непрерывного встряхивания трубки Вентури в ходе сбора данных (изменения настройки по-прежнему производятся). На фиг.38C и 39C показаны эффекты коррекции при этих условиях. Показано, что стандартное отклонение снизилось с коэффициентом 31. Эта более эффективная модель используется в дальнейших рассмотрениях.A more efficient phase identification was achieved by further modeling the dynamics of the venturi by continuously shaking the venturi during data collection (changes are still being made). FIGS. 38C and 39C show correction effects under these conditions. It was shown that the standard deviation decreased by a factor of 31. This more efficient model is used in further considerations.

b. Применение к данным потокаb. Apply to stream data

Реальное испытание идентифицированной модели заключается в усовершенствованиях, которые она обеспечивает для новых данных. Вначале полезно сделать несколько наблюдений. Прежде всего, средняя фаза, усредненная по, например, десяти секундам или более, дает достаточную точность. В показанных примерах, значения фазы отмечены на графике при частоте 82 Гц или близкой к ней. Зарегистрированное стандартное отклонение будет составлять примерно 1/3 от показанных значений при усреднении до 10 Гц и 1/9 при усреднении до 1 Гц. Для справки, на однодюймовой трубке Вентури, разность фаз в один градус соответствует расходу около 1 кг/с.The real test of the identified model is the improvements that it provides for new data. At first, it is useful to make a few observations. First of all, the middle phase, averaged over, for example, ten seconds or more, gives sufficient accuracy. In the examples shown, the phase values are marked on the graph at a frequency of 82 Hz or close to it. The registered standard deviation will be approximately 1/3 of the displayed values when averaged to 10 Hz and 1/9 when averaged to 1 Hz. For reference, on a one-inch Venturi, a phase difference of one degree corresponds to a flow rate of about 1 kg / s.

Предполагаемое преимущество метода состоит в обеспечении значительно лучшего динамического отклика на истинный процесс изменения, а не в повышении средней точности. Поэтому, в нижеследующих примерах, где расход не равен нулю, малые ступенчатые изменения расхода вносятся каждые десять секунд или около того, в ожидании, что скорректированная фаза более отчетливо продемонстрирует ступенчатые изменения.The alleged advantage of the method is to provide a significantly better dynamic response to the true process of change, and not to increase the average accuracy. Therefore, in the following examples, where the flow rate is not equal to zero, small stepwise flow changes are made every ten seconds or so, in the expectation that the corrected phase will more clearly show step changes.

На фиг.38D и 39D показана коррекция, применяемая к полной трубке Вентури при нулевом расходе, как после пуска. Эффект занавеса, характерный для пуска, отчетливо наблюдается в необработанных данных (фиг.38D), но устраняется коррекцией (фиг.39D), что приводит к снижению стандартного отклонения с коэффициентом 23 по всему набору данных. Заметим, что скорректированное измерение сильно напоминает белый шум, и это свидетельствует о том, что динамика трубки Вентури в основном понята.On fig.38D and 39D shows the correction applied to a full venturi at zero flow rate, as after starting. The curtain effect characteristic of the start-up is clearly observed in the raw data (Fig.38D), but is eliminated by correction (Fig.39D), which leads to a decrease in the standard deviation with a coefficient of 23 over the entire data set. Note that the corrected measurement strongly resembles white noise, and this indicates that the dynamics of the venturi are largely understood.

На фиг.38E и 39E показана результирующая поправка на "осушенную" трубку Вентури. Шум снизился с коэффициентом 6.5 или около того. Заметим, однако, что в шуме, похоже, присутствует некоторая остаточная структура.FIGS. 38E and 39E show the resulting correction for a “drained” venturi. Noise decreased by a factor of 6.5 or so. Note, however, that there appears to be some residual structure in the noise.

Проиллюстрированы также эффекты метода при низком (фиг.38F и 39F), среднем (фиг.38G и 39G) и высоком (фиг.38H и 39H) расходах, каждый со ступенчатыми изменениями расхода каждые десять секунд. В каждом случае, схема такая же: скорректированные средние расходы (фиг.39F-39H) идентичны необработанным средним расходам (фиг.38F-38H), но динамический шум значительно снижается. На фиг.39H, это приводит к проявлению ступенчатых изменений, которые прежде утопали в шуме (фиг.38H).The effects of the method are also illustrated at low (Fig. 38F and 39F), average (Fig. 38G and 39G) and high (Fig. 38H and 39H) flows, each with stepwise changes in flow every ten seconds. In each case, the pattern is the same: the adjusted average costs (Fig. 39F-39H) are identical to the unprocessed average costs (Fig. 38F-38H), but the dynamic noise is significantly reduced. On fig.39H, this leads to the manifestation of step changes, which were previously buried in noise (fig.38H).

3. Развитие методов динамического мониторинга и компенсации3. Development of dynamic monitoring and compensation methods

В предыдущих разделах были описаны различные методы (физическое моделирование, идентификация системы, гистерезис), используемые для мониторинга и компенсации различных аспектов динамического поведения (частотного и фазового шума, обусловленного амплитудной модуляцией, эффектом скорости, динамикой трубки Вентури на уровне датчиков и на уровне трубки Вентури). Путем естественного развития, аналогичные методы, хорошо известные практическим специалистам по управлению и/или оборудованию, в том числе, специалистам по искусственному интеллекту, нейронным сетям, нечеткой логике и генетическим алгоритмам, а также классическим методам моделирования и идентификации, можно применять к этим и другим аспектам динамической производительности измерителя. В частности, они могут включать в себя мониторинг и компенсацию изменения частоты, амплитуды и/или фазы на уровне датчиков, а также средней частоты и разности фаз на уровне трубки Вентури, поскольку эти изменения происходят в каждом интервале измерения, равно, как и во время между интервалами измерения (когда интервалы измерения не перекрываются).The previous sections described various methods (physical modeling, system identification, hysteresis) used to monitor and compensate for various aspects of dynamic behavior (frequency and phase noise due to amplitude modulation, velocity effect, dynamics of the venturi at the sensor level and at the level of the venturi ) Through natural development, similar methods well known to practical specialists in control and / or equipment, including specialists in artificial intelligence, neural networks, fuzzy logic and genetic algorithms, as well as classical methods of modeling and identification, can be applied to these and other aspects of the dynamic performance of the meter. In particular, they may include monitoring and compensation of changes in frequency, amplitude and / or phase at the level of the sensors, as well as the average frequency and phase difference at the level of the venturi, since these changes occur in each measurement interval, as well as during between measurement intervals (when measurement intervals do not overlap).

Этот метод является новым при обеспечении снижения шума и улучшения динамического отклика для обработки изменений измерения. Поэтому метод, предположительно, будет весьма ценным применительно к измерению расхода.This method is new in providing noise reduction and improved dynamic response for processing measurement changes. Therefore, the method is expected to be very valuable in relation to flow measurement.

I. Аэрация (двухфазный поток)I. Aeration (two-phase flow)

Цифровой расходомер обеспечивает повышенную производительность при наличии аэрации (также известной как двухфазный поток) в трубопроводе. Аэрация приводит к потерям энергии в трубопроводе, которые могут оказывать существенное отрицательное влияние на измерения, производимые массовым расходомером, и могут привести к блокировке трубопровода. Эксперименты показали, что цифровой расходомер имеет существенно повышенную производительность при наличии аэрации относительно традиционных, аналоговых расходомеров. Это повышение производительности можно объяснить способностью измерителя обеспечивать очень широкий диапазон коэффициента усиления, для использования отрицательной обратной связи, для точного вычисления измерений на очень низких уровнях амплитуды и для компенсации динамических эффектов, например, скорости изменения амплитуды и динамики трубки Вентури. Повышение производительности также можно объяснить тем, что измеритель использует алгоритм точного цифрового управления амплитудой.The digital flowmeter provides increased productivity with aeration (also known as two-phase flow) in the pipeline. Aeration leads to energy losses in the pipeline, which can have a significant negative effect on the measurements made by the mass flow meter, and can lead to blocking of the pipeline. Experiments have shown that a digital flowmeter has significantly improved performance when there is aeration relative to traditional, analogue flowmeters. This increase in productivity can be explained by the ability of the meter to provide a very wide range of gain, to use negative feedback, to accurately calculate measurements at very low amplitude levels and to compensate for dynamic effects, such as the rate of change of amplitude and dynamics of the venturi. The increase in performance can also be explained by the fact that the meter uses an algorithm for precise digital amplitude control.

Цифровой расходомер обнаруживает наступление аэрации, когда необходимый коэффициент усиления возбудителя растет одновременно с падением наблюдаемой плотности текучей среды. Затем цифровой расходомер может непосредственно реагировать на обнаруженную аэрацию. В общем случае, измеритель отслеживает наличие аэрации, сравнивая наблюдаемую плотность материала, текущего через трубопровод (т.е., измерение плотности, полученное нормальными методами измерения), с известной плотностью материала без аэрации. Контроллер определяет уровень аэрации на основании любого различия между наблюдаемой и фактической плотностями. Затем контроллер соответственно корректирует измерение массового расхода.A digital flowmeter detects the onset of aeration when the required pathogen gain increases simultaneously with a drop in the observed fluid density. The digital flow meter can then respond directly to detected aeration. In general, the meter tracks the presence of aeration by comparing the observed density of the material flowing through the pipeline (i.e., the density measurement obtained by normal measurement methods) with the known density of the material without aeration. The controller determines the aeration level based on any difference between the observed and actual densities. The controller then adjusts the mass flow measurement accordingly.

Контроллер определяет плотность материала без аэрации путем мониторинга плотности по периодам времени, в течение которых аэрация отсутствует (т.е., периодам, в течение которых плотность имеет стабильное значение). Альтернативно, система управления, к которой подключен контроллер, может обеспечивать плотность без аэрации в качестве параметра инициализации.The controller determines the density of the material without aeration by monitoring the density over time periods during which there is no aeration (i.e., periods during which density has a stable value). Alternatively, the control system to which the controller is connected may provide density without aeration as an initialization parameter.

В одной реализации, контроллер использует три поправки для учета эффектов аэрации: поправку на пузырьковый эффект, поправку на эффект затухания и поправку на дисбаланс датчиков. На фиг.40A-40H показаны эффекты процедуры коррекции.In one implementation, the controller uses three corrections to account for aeration effects: correction for the bubble effect, correction for the attenuation effect, and correction for the imbalance of the sensors. 40A-40H show the effects of the correction procedure.

На фиг.40A показана ошибка в измерении фазы при снижении измеренной плотности (т.е., с ростом аэрации) для разных массовых расходов, в отсутствие коррекции аэрация. Показано, что фазовая ошибка отрицательна, и его величина возрастает при увеличении аэрации. На фиг.40B показано, что результирующая ошибка массового расхода также отрицательна. Также важно отметить, что цифровой расходомер работает на высоких уровнях аэрации. Напротив, как указано вертикальной линией 4000, традиционные аналоговые измерители имеют тенденцию к блокировке при наличии низких уровней аэрации.On figa shows the error in the measurement of the phase with a decrease in the measured density (i.e., with increasing aeration) for different mass flow rates, in the absence of correction of aeration. It is shown that the phase error is negative, and its value increases with increasing aeration. FIG. 40B shows that the resulting mass flow rate error is also negative. It is also important to note that the digital flowmeter operates at high aeration levels. On the contrary, as indicated by the vertical line 4000, traditional analog meters have a tendency to block in the presence of low levels of aeration.

Блокировка происходит, когда расходомер неспособен обеспечивать существенно большой коэффициент усиления возбудителя для обеспечения большого тока возбуждения при низких амплитудах колебаний. Если уровень затухания требует более высокого коэффициента усиления возбудителя, чем может обеспечить трубка Вентури для поддержания колебаний с определенной амплитудой, то недостаточная энергия возбуждения поступает на трубопровод. Это приводит к падению амплитуды колебаний, что, в свою очередь, приводит к подаче еще меньшей энергии возбуждения вследствие ограничения по максимальному коэффициенту усиления. В результате, происходит катастрофический коллапс, и колебание трубки Вентури оказывается невозможным, пока затухание не снизится до уровня, при котором расходомер сможет выдать соответствующее требование к коэффициенту усиления возбудителя.Blocking occurs when the flowmeter is unable to provide a substantially large gain of the pathogen to provide a large excitation current at low oscillation amplitudes. If the attenuation level requires a higher gain of the pathogen than the Venturi can provide to maintain oscillations with a certain amplitude, then insufficient excitation energy is supplied to the pipeline. This leads to a decrease in the amplitude of the oscillations, which, in turn, leads to the supply of even lower excitation energy due to the limitation on the maximum gain. As a result, a catastrophic collapse occurs, and the oscillation of the venturi is impossible until the attenuation drops to a level at which the flowmeter can give the corresponding requirement for the gain of the pathogen.

Поправка на пузырьковый эффект базируется на предположении, что массовый расход снижается по мере того, как уровень аэрации, также именуемый пустотной долей, возрастает. Не пытаясь прогнозировать фактическое соотношение между пустотной долей и пузырьковым эффектом, эта коррекция предполагает, с хорошим теоретическим обоснованием, что влияние на наблюдаемый массовый расход будет таким же, как влияние на наблюдаемую плотность. Поскольку истинная плотность текучей среды известна, поправка на пузырьковый эффект корректирует массовый расход в той же пропорции. Эта коррекция является линейной регулировкой, которая одинакова для всех расходов. На фиг.40C и 40D показаны, соответственно, остаточная фаза и ошибки массового расхода после поправки на пузырьковый эффект. Показано, что остаточные ошибки теперь положительны и существенно меньше по величине, чем исходные ошибки.The correction for the bubble effect is based on the assumption that the mass flow rate decreases as the level of aeration, also called the void fraction, increases. Without trying to predict the actual relationship between the void fraction and the bubble effect, this correction suggests, with good theoretical justification, that the effect on the observed mass flow rate will be the same as the effect on the observed density. Since the true density of the fluid is known, the correction for the bubble effect corrects the mass flow rate in the same proportion. This correction is a linear adjustment that is the same for all expenses. 40C and 40D show, respectively, the residual phase and mass flow rate errors after correction for the bubble effect. It is shown that the residual errors are now positive and significantly smaller in magnitude than the initial errors.

Поправка на коэффициент затухания учитывает затухание движения трубопровода вследствие аэрации. В общем случае, поправка на коэффициент затухания базируется на следующем соотношении между наблюдаемой фазой, φobs, и фактической фазой, φtrue:The attenuation coefficient correction takes into account the attenuation of the pipe movement due to aeration. In general, the correction for the attenuation coefficient is based on the following relationship between the observed phase, φ obs , and the actual phase, φ true :

Figure 00000128
Figure 00000128

где λ - коэффициент затухания и k - постоянная. На фиг.40E показана поправка на затухание для разных массовых расходов и разных уровней аэрации. На фиг.40F показана остаточная фазовая ошибка после поправки на затухание. Показано, что фазовая ошибка существенно снижается относительно фазовой ошибки, оставшейся после поправки на пузырьковый эффект.where λ is the attenuation coefficient and k is a constant. 40E shows attenuation correction for different mass flow rates and different aeration levels. 40F shows the residual phase error after attenuation correction. It is shown that the phase error is significantly reduced relative to the phase error remaining after correction for the bubble effect.

Коррекция баланса датчиков базируется на различиях в плотности между разными концами трубопровода. Согласно фиг.41, перепад давления между входом и выходом трубопровода приводит к увеличению размера пузырька от входа к выходу. Поскольку материал течет последовательно через два контура трубопровода, пузырьки на входной стороне трубопровода (т.е. стороне, соседствующей с первой парой датчик/возбудитель) будут меньше пузырьков на выходной стороне трубопровода (т.е. стороне, соседствующей со второй парой датчик/возбудитель). Это различие в размере пузырька приводит к различию в массе и плотности между двумя концами трубопровода. Это различие отражается в сигналах датчиков (SV1 и SV2). Соответственно, коррекция баланса датчиков базируется на отношении двух сигналов датчиков.Sensor balance correction is based on differences in density between different ends of the pipeline. According to Fig. 41, the pressure difference between the inlet and the outlet of the pipeline leads to an increase in the size of the bubble from the inlet to the outlet. Since the material flows sequentially through two piping contours, the bubbles on the inlet side of the pipeline (i.e. the side adjacent to the first sensor / exciter pair) will be smaller than the bubbles on the outlet side of the pipeline (i.e. the side adjacent to the second sensor / exciter pair ) This difference in bubble size leads to a difference in mass and density between the two ends of the pipeline. This difference is reflected in the sensor signals (SV 1 and SV 2 ). Accordingly, the correction of the balance of the sensors is based on the ratio of the two sensor signals.

На фиг.40G показана коррекция баланса датчиков для разных массовых расходов и разных уровней аэрации. На фиг.40H показана остаточная фазовая ошибка после применения коррекции баланса датчиков. При низких расходах и низких уровнях аэрации, фазовая ошибка улучшается относительно фазовой ошибки, оставшейся после поправки на затухание.Fig. 40G shows the correction of the balance of the sensors for different mass flow rates and different levels of aeration. 40H shows a residual phase error after applying sensor balance correction. At low flow rates and low aeration levels, the phase error improves with respect to the phase error remaining after attenuation correction.

Также можно использовать другие коэффициенты коррекции. Например, можно отслеживать фазовый угол каждого сигнала датчика. В общем случае, средний фазовый угол для сигнала должен быть равен нулю. Однако средний фазовый угол имеет тенденцию к увеличению при увеличении аэрации. Соответственно, коэффициент коррекции можно генерировать на основании значения среднего фазового угла. Другой коэффициент коррекции может быть основан на температуре трубопровода. В общем случае, вследствие применения коэффициентов коррекции ошибки массового расхода поддерживаются на уровне одного процента или менее. Кроме того, предполагается, что эти коэффициенты коррекции применимы в широком диапазоне расходов и уровней аэрации.You can also use other correction factors. For example, you can track the phase angle of each sensor signal. In general, the average phase angle for a signal should be zero. However, the average phase angle tends to increase with increasing aeration. Accordingly, a correction factor can be generated based on the average phase angle value. Another correction factor may be based on the temperature of the pipeline. In general, due to the use of correction factors, mass flow rate errors are maintained at one percent or less. In addition, it is assumed that these correction factors are applicable over a wide range of flow rates and aeration levels.

J. Регулировка настройкиJ. Adjustment

Цифровой расходомер обеспечивает улучшенную регулировку настройки для амплитуды колебаний трубопровода. В аналоговом измерителе, управление посредством обратной связи используется для поддержания амплитуды колебаний трубопровода на фиксированном уровне, соответствующем нужному пиковому напряжению датчика (например, 0,3 В). Стабильная амплитуда колебаний приводит к уменьшению дисперсии частоты и измерений фазы.The digital flowmeter provides improved tuning adjustment for the amplitude of fluctuations in the pipeline. In an analog meter, feedback control is used to maintain the amplitude of the pipeline fluctuations at a fixed level corresponding to the desired peak voltage of the sensor (for example, 0.3 V). A stable oscillation amplitude leads to a decrease in the frequency dispersion and phase measurements.

В общем случае, желательна большая амплитуда колебаний, поскольку такая большая амплитуда обеспечивает большой кориолисов сигнал в целях измерения. Большая амплитуда колебаний также приводит к сохранению более высокого уровня энергии в трубопроводе, что обеспечивает повышенную устойчивость к внешним вибрациям.In general, a large oscillation amplitude is desired, since such a large amplitude provides a large Coriolis signal for measurement purposes. The large amplitude of the oscillations also leads to the conservation of a higher energy level in the pipeline, which provides increased resistance to external vibrations.

Могут возникать обстоятельства, при которых невозможно поддерживать большую амплитуду колебаний вследствие ограничений по току, подаваемому на возбудители. Например, в одной реализации аналогового передатчика, ток ограничивается величиной 100 мА в целях безопасности. Это обычно в 5-10 раз меньше тока, необходимого для поддержания желаемой амплитуды колебаний. Однако если рабочая текучая среда обеспечивает значительное дополнительное затухание (например, посредством двухфазного потока), то оптимальная амплитуда уже может не быть устойчивой.Circumstances may arise in which it is impossible to maintain a large amplitude of oscillations due to restrictions on the current supplied to the pathogens. For example, in one implementation of an analog transmitter, the current is limited to 100 mA for safety reasons. This is usually 5-10 times less than the current required to maintain the desired oscillation amplitude. However, if the working fluid provides significant additional attenuation (for example, by means of a two-phase flow), then the optimal amplitude may no longer be stable.

Аналогично, маломощный расходомер, например двухпроводный измеритель, описанный ниже, может иметь в своем распоряжении значительно меньшую мощность для возбуждения трубопровода. Кроме того, уровень мощности может изменяться, когда трубопровод возбуждается разрядом конденсатора.Similarly, a low-power flow meter, for example a two-wire meter, described below, may have significantly lower power to drive the pipeline. In addition, the power level may change when the pipeline is excited by the discharge of a capacitor.

Согласно фиг.42, процедуру управления 4200, реализованную контроллером цифрового расходомера, можно использовать для выбора наивысшей устойчивой настройки при данном максимально допустимом уровне тока. В общем случае, процедура осуществляется каждый раз при выборе желаемого выходного тока возбуждения, что обычно происходит один раз за период или один раз за полупериод, если используются перемежающиеся периоды.42, the 4200 control procedure implemented by the digital flow meter controller can be used to select the highest stable setting at a given maximum allowable current level. In general, the procedure is carried out each time the desired output excitation current is selected, which usually occurs once per period or once per half period, if intermittent periods are used.

Контроллер начинает с установления настройки, равной значению по умолчанию (например, 0,3 В), и инициализации фильтрованных представлений напряжения датчика (filtered_SV) и тока возбуждения (filtered_DC) (этап 4205). Каждый раз при осуществлении процедуры, контроллер обновляет фильтрованные значения на основании текущих значений напряжения датчика (SV) и тока возбуждения (DC) (этап 4210). Например, контроллер может генерировать новое значение для filtered_SV как сумму девяноста девяти процентов от filtered_SV и одного процента от SV.The controller starts by setting the default value (for example, 0.3 V), and initializing the filtered representations of the sensor voltage (filtered_SV) and field current (filtered_DC) (step 4205). Each time the procedure is performed, the controller updates the filtered values based on the current values of the sensor voltage (SV) and the excitation current (DC) (step 4210). For example, the controller may generate a new value for filtered_SV as the sum of ninety-nine percent of filtered_SV and one percent of SV.

Затем контроллер определяет, приостановлена ли процедура для обеспечения времени на вступление в силу предыдущих регулировок настройки (этап 4215). Приостановка процедуры указывается счетчиком периодов приостановки, имеющим значение большее нуля. Если процедура приостановлена, контроллер не осуществляет других действий в течение периода и уменьшает счетчик периодов приостановки (этап 4220).The controller then determines whether the procedure is paused to allow time for the entry into force of previous tuning adjustments (step 4215). The suspension of the procedure is indicated by the suspension period counter, which has a value greater than zero. If the procedure is suspended, the controller takes no other actions during the period and decreases the counter of the suspension periods (step 4220).

Если процедура не приостановлена, контроллер определяет, превышает ли фильтрованный ток возбуждения пороговый уровень (этап 4225). В одной реализации, пороговый уровень составляет девяносто пять процентов от максимально допустимого тока. Если ток превышает порог, контроллер уменьшает настройку (этап 4230). Чтобы дать время измерителю стабилизироваться после изменения настройки, контроллер затем реализует приостановку процедуры, устанавливая счетчик периодов приостановки равным соответствующему значению (например, 100) (этап 4235).If the procedure is not suspended, the controller determines whether the filtered field current exceeds a threshold level (block 4225). In one implementation, the threshold level is ninety-five percent of the maximum allowable current. If the current exceeds a threshold, the controller decreases the setting (step 4230). To give the meter time to stabilize after changing the setting, the controller then pauses the procedure by setting the pause period counter to the corresponding value (for example, 100) (step 4235).

Если процедура не приостановлена, контроллер определяет, меньше ли фильтрованный ток возбуждения, чем пороговый уровень (этап 4240), и меньше ли настройка, чем максимальная разрешенная настройка (этап 4245). В одной реализации, пороговый уровень равен семидесяти процентам максимально допустимого тока. При выполнении обоих условий, контроллер определяет возможную новую настройку (этап 4250). В одной реализации, контроллер определяет новую настройку как восемьдесят процентов максимально допустимого тока, умноженные на отношение filtered_SV к filtered_DC. Во избежание малых изменений (т.е. дрожания) настройки, контроллер затем определяет, на достаточную ли величину возможная новая настройка превышает текущую настройку (этап 4255). В одной реализации, возможная новая настройка должна превышать текущую настройку на 0,02 В и на десять процентов.If the procedure is not paused, the controller determines whether the filtered field current is less than the threshold level (step 4240), and whether the setting is less than the maximum allowed setting (step 4245). In one implementation, the threshold level is seventy percent of the maximum allowable current. If both conditions are met, the controller determines a possible new setting (step 4250). In one implementation, the controller defines the new setting as eighty percent of the maximum allowable current multiplied by the ratio of filtered_SV to filtered_DC. In order to avoid small changes (i.e., jitter) of the setting, the controller then determines whether the possible new setting exceeds the current setting by a sufficient amount (step 4255). In one implementation, a possible new setting should exceed the current setting by 0.02 V and ten percent.

Если возможная новая настройка достаточно велика, контроллер определяет, превышает ли она максимальную разрешенную настройку (этап 4260). Если да, контроллер задает настройку равной максимальной разрешенной настройке (этап 4265). В противном случае, контроллер задает настройку равной возможной новой настройке (этап 4270). Контроллер затем реализует приостановку процедуры, устанавливая счетчик периодов приостановки равным соответствующему значению (этап 4235).If the possible new setting is large enough, the controller determines whether it exceeds the maximum allowed setting (step 4260). If so, the controller sets the setting to the maximum allowed setting (step 4265). Otherwise, the controller sets the setting equal to the possible new setting (step 4270). The controller then implements the suspension of the procedure by setting the counter of the suspension periods to the corresponding value (block 4235).

На фиг.43A-43C показано выполнение процедуры регулировки настройки. Согласно фиг.43C, система начинает с настройки 0,3 В. Примерно на восьмой секунде работы, аэрация приводит к падению наблюдаемой плотности материала в трубопроводе (фиг.43A). Увеличенное затухание, сопровождающее аэрацию, приводит к увеличению тока возбуждения (фиг.43B) и увеличению шума в напряжении датчика (фиг.43C). В это время не происходит никаких изменений, поскольку измеритель способен поддерживать желаемую настройку.On figa-43C shows the implementation of the adjustment procedure settings. According to Fig. 43C, the system starts with a setting of 0.3 V. At about the eighth second of operation, aeration leads to a drop in the observed density of the material in the pipeline (Fig. 43A). The increased attenuation accompanying aeration leads to an increase in the excitation current (Fig. 43B) and an increase in noise in the voltage of the sensor (Fig. 43C). No changes occur at this time, as the meter is able to support the desired setting.

Примерно на пятнадцатой секунде работы, аэрация возрастает, и наблюдаемая плотность дополнительно снижается (фиг.43A). При этом уровне аэрации, ток возбудителя (фиг.43B) достигает максимального значения, которого недостаточно для поддержания настройки 0,3 В. Соответственно, напряжение датчика падает до 0,26 В (фиг.43C), уровня напряжения, который позволяет поддерживать максимальный ток возбудителя. В связи с этим, контроллер регулирует настройку (примерно на 28 секунде работы) до уровня (0,23 В), который не требует генерации максимального тока возбудителя.At about the fifteenth second of operation, aeration increases and the observed density is further reduced (Fig. 43A). At this aeration level, the exciter current (Fig. 43B) reaches a maximum value that is not enough to maintain a setting of 0.3 V. Accordingly, the sensor voltage drops to 0.26 V (Fig. 43C), a voltage level that allows you to maintain the maximum current pathogen. In this regard, the controller adjusts the setting (approximately 28 seconds of operation) to a level (0.23 V), which does not require the generation of the maximum exciter current.

Примерно на 38 секунде работы, уровень аэрации снижается, и наблюдаемая плотность возрастает (фиг.43A). Это приводит к снижению тока возбуждения (фиг.43B). На 40 секунде работы, контроллер реагирует на это условие, увеличивая настройку (фиг.43C). Уровень аэрации снижается, и наблюдаемая плотность снова возрастает примерно на 48 секунде работы, и контроллер реагирует увеличением настройки до 0,3 В.At approximately 38 seconds of operation, the aeration level decreases and the observed density increases (Fig. 43A). This leads to a decrease in the field current (Fig. 43B). At 40 seconds of operation, the controller responds to this condition by increasing the setting (FIG. 43C). The aeration level decreases, and the observed density increases again by approximately 48 seconds of operation, and the controller responds by increasing the setting to 0.3 V.

K. Результаты производительностиK. Performance Results

Цифровой расходомер продемонстрировал заметное повышение производительности относительно традиционных аналоговых расходомеров. В одном эксперименте проверяли способность двух типов измерителей точно измерять порцию материала. В каждом случае, порцию пропускали через соответствующий расходомер в бак, где порцию взвешивали. Для порций весом 1200 и 2400 фунтов, аналоговый измеритель обеспечил среднее смещение 500 фунтов, с повторяемостью в 200 фунтов. Напротив, цифровой измеритель обеспечил среднее смещение 40 фунтов, с повторяемостью два фунта, что, очевидно, является существенным улучшением.The digital flowmeter has shown a marked increase in performance relative to traditional analog flowmeters. In one experiment, the ability of two types of meters to accurately measure a portion of a material was tested. In each case, a portion was passed through an appropriate flow meter into the tank, where the portion was weighed. For portions weighing 1,200 and 2,400 pounds, the analog meter provided an average displacement of 500 pounds, with a repeatability of 200 pounds. In contrast, the digital meter provided an average bias of 40 pounds, with repeatability of two pounds, which is obviously a significant improvement.

В каждом случае, трубопровод и окружающие трубы были пусты в начале порции. Это важно во многих порционных приложениях, где не практично начинать порцию с полным трубопроводом. Порции заканчивались с полной трубкой Вентури. Ожидается некоторое положительное смещение, поскольку расходомер измеряет материал, которым нужно заполнить трубу до начала наполнения бака взвешивания. Задержки в пуске, или смещения, обусловленные аэрацией потока или низкими амплитудами колебаний, скорее всего, вносят отрицательные смещения. Для реальных порционных приложений, самым важным вопросом является повторяемость измерения.In each case, the piping and surrounding pipes were empty at the start of the serving. This is important in many batch applications where it is not practical to start a batch with full piping. Servings ended with a full venturi. Some positive bias is expected, as the flow meter measures the material that needs to be filled in the pipe before filling the weighing tank. Delays in start-up, or displacements due to flow aeration or low oscillation amplitudes, are likely to introduce negative biases. For real batch applications, the most important issue is measurement repeatability.

Результаты показывают, что с аналоговым расходомером существуют большие отрицательные смещения и повторяемость только 200 фунтов. Это объясняется наличием периода времени до пуска после наступления потока (в течение которого расход не измеряется) и ошибками измерения, пока не будет достигнута полная амплитуда колебаний. В отличие от него, цифровой расходомер достигает положительного смещения, что объясняется наполнением пустой трубы, и повторяемости в два фунта.The results show that with an analog flowmeter there are large negative biases and a repeatability of only 200 pounds. This is explained by the presence of a period of time before start-up after the onset of the flow (during which the flow rate is not measured) and measurement errors until the full amplitude of the oscillations is reached. In contrast, the digital flowmeter achieves a positive bias due to the filling of an empty pipe, and repeatability of two pounds.

В другом эксперименте сравнивали общую точность измерения для двух типов измерителей. На фиг.44 показана точность и соответствующая недостоверность измерений, производимых двумя типами измерителей на разных процентах максимального рекомендованного расхода измерителей. На высоких расходах (т.е., расходах в 25% или более от максимального расхода), аналоговый измеритель создает измерения, которые соответствуют фактическим значениям в пределах 0,15% или менее, по сравнению с 0,005% или менее для цифрового измерителя. На более низких расходах, смещение аналогового измерителя составляет порядка 1,5%, по сравнению с 0,25% для цифрового измерителя.In another experiment, the overall measurement accuracy for two types of meters was compared. On Fig shows the accuracy and corresponding uncertainty of measurements made by two types of meters at different percentages of the maximum recommended flow meters. At high flow rates (i.e., flow rates of 25% or more of the maximum flow rate), the analog meter creates measurements that correspond to actual values within 0.15% or less, compared with 0.005% or less for a digital meter. At lower costs, the analog meter offset is on the order of 1.5%, compared with 0.25% for the digital meter.

L. Измеритель с автоматической проверкойL. Meter with automatic verification

Цифровой расходомер можно использовать в системе управления, которая включает в себя датчики с автоматической проверкой. Для этого, цифровой расходомер можно реализовать в виде измерителя с автоматической проверкой. Измерители и другие датчики с автоматической проверкой описаны в патенте США № 5570300 под названием "SELF-VALIDATING SENSORS", которая включена посредством ссылки.A digital flowmeter can be used in a control system that includes sensors with automatic verification. For this, a digital flowmeter can be implemented as a meter with automatic verification. Meters and other sensors with automatic verification are described in US patent No. 5570300 under the name "SELF-VALIDATING SENSORS", which is incorporated by reference.

В общем случае, измеритель с автоматической проверкой обеспечивает, на основании всей информации, доступной измерителю, наилучшую оценку значения отслеживаемого параметра (например, массового расхода). Поскольку наилучшая оценка базируется, отчасти, на неизмерительных данных, наилучшая оценка не всегда согласуется со значением, указанным данными текущего, возможно, сбойного, измерения. Измеритель с автоматической проверкой также обеспечивает информацию о недостоверности и надежности наилучшей оценки, а также информацию о рабочем состоянии датчика. Информация недостоверности выводится из известного анализа недостоверности и обеспечивается даже в отсутствие сбоев.In general, a meter with automatic verification provides, based on all the information available to the meter, the best estimate of the value of the parameter being monitored (for example, mass flow). Since the best estimate is based in part on non-measuring data, the best estimate is not always consistent with the value indicated by the current, possibly failed, measurement. The meter with automatic verification also provides information on the unreliability and reliability of the best estimate, as well as information on the operational status of the sensor. Unreliability information is derived from a known unreliability analysis and is provided even in the absence of failures.

В общем случае, измеритель с автоматической проверкой обеспечивает четыре основных параметра: проверенное значение измерения (VMV), проверенная недостоверность (VU), указание (статус MV) состояния, в котором было произведено измерение, и состояние устройства. VMV это наилучшая оценка измерителя для значения измеренного параметра. VU и статус MV связаны с VMV. Измеритель создает отдельные VMV, VU и статус MV для каждого измерения. Состояние устройства указывает рабочее состояние измерителя.In general, a meter with automatic verification provides four main parameters: the verified measurement value (VMV), the verified uncertainty (VU), the indication (status MV) of the state in which the measurement was made, and the status of the device. VMV is the best meter rating for the measured parameter value. VU and MV status are associated with VMV. The meter creates separate VMV, VU and MV status for each measurement. Device status indicates the operational status of the meter.

Измеритель также может обеспечивать другую информацию. Например, по запросу от системы управления, измеритель может обеспечивать детальную диагностическую информацию о состоянии измерителя. Кроме того, когда измерение превышает заранее определенный предел или близко к его превышению, измеритель может выдавать сигнал тревоги на систему управления. Разные уровни тревоги можно использовать для указания степени, в которой измерение отклонилось от заранее определенного значения.The meter may also provide other information. For example, upon request from the control system, the meter can provide detailed diagnostic information about the status of the meter. In addition, when the measurement exceeds or is close to exceeding a predetermined limit, the meter can issue an alarm to the control system. Different alarm levels can be used to indicate the degree to which the measurement deviated from a predetermined value.

VMV и VU являются численными значениями. Например, VMV может быть измерением температуры, оцениваемым при 200°С, и VU, недостоверность VMV, может составлять 9°. В этом случае, существует высокая вероятность (обычно 95%) того, что фактическая измеряемая температура оказывается в пределах огибающей VMV и определяется VU (т.е., от 191 до 209°С).VMV and VU are numerical values. For example, VMV may be a temperature measurement evaluated at 200 ° C, and VU, the uncertainty of VMV may be 9 °. In this case, there is a high probability (usually 95%) that the actual measured temperature falls within the envelope of the VMV and is determined by the VU (i.e., from 191 to 209 ° C).

Контроллер генерирует VMV на основании лежащих в основе данных от датчиков. Сначала контроллер выводит необработанное значение измерения (RMV), которое базируется на сигналах от датчиков. В общем случае, когда контроллер не обнаруживает аномалий, контроллер имеет номинальную доверительность в RMV и задает VMV равным RMV. Когда контроллер обнаруживает аномалию в датчике, контроллер не задает VMV равным RMV. Вместо этого, контроллер задает VMV равным значению, которое контроллер считает лучшей оценкой, чем RMV фактического параметра.The controller generates a VMV based on the underlying data from the sensors. The controller first outputs the raw measurement value (RMV), which is based on the signals from the sensors. In general, when the controller does not detect anomalies, the controller has a nominal confidence of RMV and sets the VMV to RMV. When the controller detects an anomaly in the sensor, the controller does not set the VMV to RMV. Instead, the controller sets the VMV to a value that the controller considers to be a better estimate than the RMV of the actual parameter.

Контроллер генерирует VU на основании необработанного сигнала недостоверности (RU), который является результатом динамического анализа недостоверности RMV. Контроллер осуществляет этот анализ недостоверности в течение каждого периода дискретизации. Анализ недостоверности, первоначально описанный в "Describing Uncertainties in Single Sample Experiments", S.J. Kline & F.A. McClintock, Mech. Eng., 75, 3-8 (1953), широко применяется и достиг статуса международного стандарта калибровки. В сущности, анализ недостоверности обеспечивает указание "качества" измерения. Каждое измерение сопряжено с ошибкой, которая, конечно, неизвестна. Однако разумный предел этой ошибки часто может выражаться одним числом недостоверности (ANSI/ASME PTC 19.1-1985 Часть 1, Недостоверность измерений: инструменты и оборудование).The controller generates a VU based on a raw unreliability signal (RU), which is the result of a dynamic RMV invalid analysis. The controller performs this uncertainty analysis during each sampling period. Unreliability analysis originally described in Describing Uncertainties in Single Sample Experiments, SJ Kline & FA McClintock, Mech. Eng. 75, 3-8 (1953), is widely used and has reached the status of an international calibration standard. In essence, an analysis of uncertainty provides an indication of the "quality" of a measurement. Each measurement is associated with an error, which, of course, is unknown. However, the reasonable limit of this error can often be expressed by a single number of unreliability (ANSI / ASME PTC 19.1-1985 Part 1, Unreliability of measurements: instruments and equipment).

Согласно описанию, приведенному Kline & McClintock, для любого наблюдаемого измерения M, недостоверность M, w M, можно определить следующим образом:As described by Kline & McClintock, for any observable measurement of M , the uncertainty of M , w M can be determined as follows:

Figure 00000129
,
Figure 00000129
,

где M истинно (M true) при определенном уровне доверительности (обычно 95%). Эту недостоверность легко выразить в относительной форме как пропорцию измерения (т.е. w M/M).where M is true ( M true ) at a certain level of confidence (usually 95%). This uncertainty is easily expressed in relative form as the proportion of the measurement (i.e., w M / M ).

В общем случае, VU имеет ненулевое значение даже в идеальных условиях (т.е. безотказная работа датчика в контролируемых, лабораторных условиях). Причина в том, что измерение, производимое датчиком, никогда не бывает абсолютно достоверным, и всегда существует возможность ошибки. Как и с VMV, когда контроллер не обнаруживает аномалий, контроллер задает VU равной RU. Когда контроллер обнаруживает отказ, который лишь частично влияет на надежность RMV, контроллер обычно осуществляет новый анализ недостоверности, который учитывает эффекты отказа, и задает VU равной результатам этого анализа. Контроллер задает VU равной значению на основании предыдущей производительности, когда контроллер определяет, что RMV не опирается на фактическое измеренное значение.In general, VU has a non-zero value even under ideal conditions (i.e., sensor failure-free operation under controlled, laboratory conditions). The reason is that the measurement made by the sensor is never absolutely reliable, and there is always the possibility of error. As with VMV, when the controller does not detect anomalies, the controller sets the VU to RU. When the controller detects a failure that only partially affects the reliability of the RMV, the controller usually carries out a new uncertainty analysis that takes into account the effects of the failure and sets the VU equal to the results of this analysis. The controller sets the VU equal to the value based on previous performance when the controller determines that the RMV is not based on the actual measured value.

Чтобы гарантировать, что система управления правильно использует VMV и VU, статус MV обеспечивает информацию о том, как они вычислены. Контроллер создает VMV и VU во всех условиях - даже когда датчики бездействуют. Системе управления нужно знать, базируются ли VMV и VU на "живых" или исторических данных. Например, если система управления использует VMV и VU в управлении посредством обратной связи, и датчики бездействуют, система управления должна знать, что VMV и VU определены на основании прошлой производительности.To ensure that the management system uses VMV and VU correctly, the MV status provides information on how they are calculated. The controller creates VMV and VU in all conditions - even when the sensors are idle. The management system needs to know whether VMVs and VUs are based on live or historical data. For example, if the control system uses VMV and VU in feedback control and the sensors are inactive, the control system should know that the VMV and VU are determined based on past performance.

Статус MV базируется на ожидаемой устойчивости любого аномального состояния и на уверенности контроллера в RMV. Четыре основных состояния для состояния MV генерируются согласно Таблице 1.MV status is based on the expected stability of any abnormal condition and on the controller's confidence in RMV. The four main states for the MV state are generated according to Table 1.

Таблица 1Table 1 Ожидаемая устойчивостьExpected sustainability Уверенность в RMVConfidence in RMV Статус MV MV status не применимаnot applicable номинальнаяnominal CLEARClear не применимаnot applicable сниженнаяreduced BLURREDBLURRED короткаяshort нульzero DAZZLEDDAZZLED длиннаяlong нульzero BLINDBLIND

Статус MV CLEAR возникает, когда RMV находится в нормальном диапазоне для данных условий процесса. Статус MV DAZZLED указывает, что RMV совершенно ненормальное, но предполагается, что аномалия имеет короткую длительность. Обычно контроллер задает статус MV равным DAZZLED, когда происходит внезапное изменение сигнала от одного из датчиков, и контроллер не способен отчетливо установить, обусловлено ли это изменение еще не продиагностированным отказом датчика или же резким изменением измеряемой переменной. Статус MV BLURRED указывает, что RMV ненормально, но разумно связано с измеряемым параметром. Например, контроллер может задать статус MV равным BLURRED, когда RMV является зашумленным сигналом. Статус MV BLIND указывает, что RMV совершенно ненадежно, и что отказ, предположительно, является устойчивым.The MV CLEAR status occurs when the RMV is in the normal range for these process conditions. The MV DAZZLED status indicates that RMV is completely abnormal, but it is assumed that the anomaly has a short duration. Typically, the controller sets the MV status to DAZZLED when a sudden change in the signal from one of the sensors occurs, and the controller is not able to clearly determine whether this change is due to an undetected failure of the sensor or a sharp change in the measured variable. The MV BLURRED status indicates that RMV is abnormal, but reasonably related to the measured parameter. For example, the controller may set the MV status to BLURRED when the RMV is a noisy signal. The BLIND MV status indicates that RMV is completely unreliable, and that failure is supposedly robust.

Два дополнительных состояния для статуса MV является UNVALIDATED и SECURE. Статус MV является UNVALIDATED, когда контроллер не осуществляет проверку VMV. Статус MV является SECURE, когда VMV генерируется из избыточных измерений, в которых контроллер имеет номинальную доверительность.Two additional states for MV status are UNVALIDATED and SECURE. The MV status is UNVALIDATED when the controller does not perform a VMV check. MV status is SECURE when VMV is generated from redundant measurements in which the controller has a nominal confidence.

Состояние устройства представляет собой общее, дискретное значение, выражающее исправность измерителя. Оно используется, прежде всего, процедурами обнаружения и устранения отказов в системе управления. Обычно состояние 32 устройства представляет собой одно из шести состояний, каждое из которых указывает то или иное рабочее состояние измерителя. Эти состояния таковы: GOOD, TESTING, SUSPECT, IMPAIRED, BAD или CRITICAL. Состояние устройства GOOD означает, что измеритель находится в нормальном состоянии. Состояние устройства TESTING означает, что измеритель осуществляет самопроверку, и что эта самопроверка может отвечать за любое временное снижение качества измерения. Состояние устройства SUSPECT означает, что измеритель выдал аномальный отклик, но контроллер не имеет детального диагноза отказа. Состояние устройства IMPAIRED означает, что измеритель испытал диагностированный отказ, который оказал незначительное влияние на производительность. Состояние устройства BAD означает, что измеритель серьезно поврежден и требует ремонта. Наконец, состояние устройства CRITICAL означает, что измеритель поврежден до такой степени, что измеритель может вызвать (или уже вызвал) риск, например, утечки, возгорания или взрыва.The device status is a general, discrete value, expressing the health of the meter. It is used, first of all, by the procedures for detecting and eliminating failures in the control system. Typically, device state 32 is one of six states, each of which indicates a particular operational state of the meter. These states are: GOOD, TESTING, SUSPECT, IMPAIRED, BAD, or CRITICAL. GOOD device status means that the meter is in normal condition. The status of the TESTING device means that the meter is performing a self-test and that this self-test can be responsible for any temporary decrease in the quality of the measurement. The status of the SUSPECT device means that the meter returned an abnormal response, but the controller does not have a detailed failure diagnosis. IMPAIRED device status means that the meter has experienced a diagnosed failure, which has had a slight impact on performance. The status of the BAD device means that the meter is seriously damaged and needs repair. Finally, the state of the CRITICAL device means that the meter is damaged to such an extent that the meter can cause (or has already caused) a risk, for example, leakage, fire or explosion.

На фиг.45 показана процедура 4500, согласно которой контроллер измерителя с автоматической проверкой обрабатывает оцифрованные сигналы датчиков для генерации сигналов возбуждения и проверенного измерения массового расхода совместно с недостоверностью и состоянием измерения. Первоначально, контроллер собирает данные от датчиков (этап 4505). С использованием этих данных, контроллер определяет частоту сигналов датчиков (этап 4510). Если частота попадает в ожидаемый диапазон (этап 4515), контроллер устраняет смещение нуля из сигналов датчиков (этап 4520) и определяет амплитуду (этап 4525) и фазу (этап 4530) сигналов датчиков. Контроллер использует эти вычисленные значения для генерации сигнала возбуждения (этап 4535) и для генерации необработанного измерения массового расхода и других измерений (этап 4540).On Fig shows a procedure 4500, according to which the meter controller with automatic verification processes the digitized sensor signals to generate excitation signals and a verified measurement of mass flow together with the uncertainty and measurement status. Initially, the controller collects data from the sensors (step 4505). Using this data, the controller determines the frequency of the sensor signals (step 4510). If the frequency falls within the expected range (step 4515), the controller eliminates the zero offset from the sensor signals (step 4520) and determines the amplitude (step 4525) and phase (step 4530) of the sensor signals. The controller uses these calculated values to generate an excitation signal (step 4535) and to generate an unprocessed mass flow measurement and other measurements (step 4540).

Если частота не попадает в ожидаемый диапазон (этап 4515), то контроллер реализует процедуру блокировки (этап 4545) для определения, застопорился ли трубопровод, и соответствующего реагирования. В процедуре блокировки, контроллер максимизирует коэффициент усиления возбудителя и осуществляет расширенный поиск пересечений нуля для определения, колеблется ли вообще трубопровод.If the frequency does not fall within the expected range (step 4515), then the controller implements a blocking procedure (step 4545) to determine if the pipeline has stalled and to respond accordingly. In the blocking procedure, the controller maximizes the gain of the pathogen and performs an advanced search for zero crossings to determine if the pipeline is oscillating at all.

Если трубопровод не колеблется правильно (т.е., если он не колеблется или колеблется на неприемлемо высокой частоте (например, на высшей гармонике резонансной частоты)) (этап 4550), контроллер пытается восстановить нормальное колебательное движение (этап 4555) трубопровода, например, подавая на возбудители прямоугольную волну. Попытавшись восстановить колебательное движение, контроллер задает статус MV, равный DAZZLED (этап 4560), и генерирует пустые необработанные значения измерения (этап 4565). Если трубопровод колеблется правильно (этап 4550), контроллер устраняет смещение нуля (этап 4520) и переходит к рассмотренным выше действиям.If the pipeline does not oscillate correctly (i.e., if it does not oscillate or oscillates at an unacceptably high frequency (for example, at the highest harmonic of the resonant frequency)) (step 4550), the controller attempts to restore normal vibrational motion (step 4555) of the pipeline, for example, giving a square wave to the pathogens. Trying to restore the oscillatory motion, the controller sets the MV status to DAZZLED (step 4560) and generates empty raw measurement values (step 4565). If the pipeline oscillates correctly (step 4550), the controller eliminates the zero offset (step 4520) and proceeds to the above steps.

После генерации необработанных значений измерения (этапы 4540 или 4565), контроллер осуществляет диагностику (этап 4570) для определения, правильно ли работает измеритель (этап 4575). (Заметим, что контроллер не обязан осуществлять эту диагностику в течение каждого периода.)After generating the raw measurement values (steps 4540 or 4565), the controller performs diagnostics (step 4570) to determine if the meter is working correctly (step 4575). (Note that the controller is not required to perform this diagnostics during each period.)

Затем контроллер осуществляет анализ недостоверности (этап 4580) для генерации необработанного значения недостоверности. С использованием необработанных измерений, результатов диагностики и другой информации, контроллер генерирует VMV, VU, статус MV и состояние устройства (этап 4585). Затем контроллер собирает новый набор данных и повторяет процедуру. Этапы процедуры 4500 можно осуществлять последовательно или параллельно и можно осуществлять в изменяющемся порядке.The controller then performs an unreliability analysis (block 4580) to generate an unprocessed unreliability value. Using raw measurements, diagnostic results, and other information, the controller generates VMV, VU, MV status, and device status (step 4585). The controller then collects a new data set and repeats the procedure. The steps of procedure 4500 can be performed sequentially or in parallel and can be performed in a changing order.

В другом примере, при обнаружении аэрации, поправки массового расхода применяются, как описано выше, статус MV получает значение BLURRED, и недостоверность увеличивается, чтобы отражать вероятную ошибку метода коррекции. Например, для трубки Вентури, работающей на 50% расхода, в нормальных условиях эксплуатации, недостоверность должна составлять порядка 0,1 - 0,2% расхода. Если аэрация происходит и корректируется с использованием вышеописанных методов, недостоверность должна увеличиваться, возможно, до 2% показания. Значения недостоверности должны снижаться при улучшении понимания эффектов аэрации и повышении способности компенсировать аэрацию. В порционных случаях, когда недостоверность расхода является переменной (например, высокой в начале/конце при дозировании из/в пустое состояние, или в ходе временных инцидентов аэрации или кавитации), недостоверность полной порции будет отражать взвешенную важность периодов высокой недостоверности относительно остатка порции с номинальной низкой недостоверностью. Это весьма полезная метрика качества в фискальных и других измерительных приложениях.In another example, when aeration is detected, mass flow rate corrections are applied as described above, the MV status is set to BLURRED, and the uncertainty increases to reflect the likely error of the correction method. For example, for a Venturi tube operating at 50% flow rate under normal operating conditions, the uncertainty should be about 0.1 - 0.2% of the flow rate. If aeration occurs and is corrected using the methods described above, the uncertainty should increase, possibly up to 2% of the reading. Uncertainty values should decrease with a better understanding of the effects of aeration and an increased ability to compensate for aeration. In portioned cases, when the flow uncertainty is variable (e.g., high at the beginning / end when dosing from / to the empty state, or during temporary aeration or cavitation incidents), the uncertainty of the full portion will reflect the weighted importance of periods of high uncertainty relative to the remaining portion with a nominal low inaccuracy. This is a very useful quality metric in fiscal and other measurement applications.

M. Двухпроводный расходомерM. Two-wire flowmeter

Согласно фиг.46, вышеописанные методы можно использовать для реализации "двухпроводного" кориолисова расходомера 4600, который осуществляет двустороннюю связь по паре проводов 4605. Схема питания 4610 принимает мощность для работы цифрового контроллера 4615 и для питания возбудителя(ей) 4620, создающих вибрацию трубопровода 4625. Например, схема питания может включать в себя схему постоянного выхода 4630, которая выдает рабочую мощность на контроллер и конденсатор возбуждения 4635, который заряжается с использованием избыточной мощности. Схема питания может принимать мощность по проводам 4605 или по второй паре проводов. Цифровой контроллер принимает сигналы от одного или нескольких датчиков 4640.According to Fig. 46, the above methods can be used to implement a "two-wire" Coriolis flowmeter 4600, which provides two-way communication over a pair of wires 4605. The power supply circuit 4610 receives power for the operation of the digital controller 4615 and for supplying the exciter (s) 4620, creating vibration of the pipeline 4625 For example, a power circuit may include a constant output circuit 4630 that provides operating power to a controller and an excitation capacitor 4635 that is charged using excess power. The power circuit may receive power over wires 4605 or over a second pair of wires. A digital controller receives signals from one or more 4640 sensors.

Когда конденсатор возбуждения достаточно заряжен, контроллер 4615 разряжает конденсатор 4635 для возбуждения трубопровода 4625. Например, контроллер может возбуждать трубопровод через каждые 10 периодов. Контроллер 4615 принимает и анализирует сигналы от датчиков 4640 для создания измерения массового расхода, которое контроллер затем передает по проводам 4605.When the drive capacitor is sufficiently charged, the controller 4615 discharges the capacitor 4635 to drive the pipe 4625. For example, the controller can drive the pipe every 10 periods. Controller 4615 receives and analyzes signals from sensors 4640 to create a mass flow measurement, which the controller then passes through wires 4605.

N. Дозирование из пустого состоянияN. Empty Dosing

Цифровой массовый расходомер 100 обеспечивает повышенную производительность при работе в условиях вызывающего применения, которое называется дозированием из пустого состояния. Существует много способов, в частности в пищевой и нефтехимической промышленности, где высокая точность и прямое измерение массового расхода, обеспечиваемые кориолисовой технологией, имеет преимущество в измерении порций материала. Однако, во многих случаях, гарантировать, что расходомер остается заполненным текучей средой от начала до конца порции, непрактично и весьма неэффективно. Например, при наполнении и опустошении танкера трудно избежать увлечения воздуха. При обработке пищи, гигиенические правила могут требовать очистки труб между порциями.The digital mass flow meter 100 provides increased productivity when operating in a challenging environment called dosing from an empty state. There are many methods, in particular in the food and petrochemical industries, where the high accuracy and direct mass flow measurement provided by Coriolis technology has the advantage of measuring portions of the material. However, in many cases, ensuring that the flowmeter remains filled with fluid from the beginning to the end of the portion is impractical and highly inefficient. For example, when filling and emptying a tanker, it is difficult to avoid air entrainment. When processing food, hygiene rules may require cleaning pipes between batches.

В традиционных кориолисовых измерителях, дозирование из пустого состояния может приводить к большим ошибкам. Например, гидравлический удар и требование высокого коэффициента усиления могут быть обусловлены наступлением потока в пустой трубке Вентури, что приводит к большим ошибкам измерения и блокировке.In traditional Coriolis meters, dosing from an empty state can lead to large errors. For example, water hammer and high gain may be due to flow in an empty venturi, which leads to large measurement errors and blockage.

Цифровой массовый расходомер 100 устойчив к условиям, возникающим при дозировании из пустого состояния. В частности, контроллер амплитуды имеет быстрый отклик; высокий диапазон коэффициента усиления предотвращает блокировку трубки Вентури; данные измерения можно вычислять вплоть до 0,1% нормальной амплитуды колебаний; и существует поправка на скорость изменения амплитуды.The digital mass flow meter 100 is resistant to dosing conditions from an empty state. In particular, the amplitude controller has a fast response; high gain range prevents blocking of venturi; measurement data can be calculated up to 0.1% of the normal amplitude of oscillations; and there is a correction for the rate of change of amplitude.

Эти характеристики представлены на фиг.47A-47C, где показан отклик цифрового массового расходомера 100, возбуждающего влажную и пустую 25 мм трубку Вентури в течение первых секунд наступления полного потока. Согласно фиг.47A, коэффициент усиления возбуждения, необходимый для возбуждения влажной и пустой трубки до наступления потока (примерно за 4,0 секунды), имеет значение около 0,1, которое выше, чем значение около 0,034, необходимое для полной трубки Вентури. Наступление потока характеризуется существенным увеличением коэффициента усиления и соответствующим падением амплитуды колебаний. Согласно фиг.47B, примерно через 1,0 секунду после инициирования, выбор сниженной настройки способствует стабилизации амплитуды при установлении режима полного потока. Спустя примерно 2,75 секунды, последние остатки увлеченного воздуха удаляются, традиционная настройка восстанавливается, и коэффициент усиления возбуждения предполагает номинальное значение 0,034. Поведение необработанной и скорректированной разности фаз показано на фиг.47C.These characteristics are shown in FIGS. 47A-47C, where the response of a digital mass flow meter 100 is shown to excite a wet and empty 25 mm venturi during the first seconds of full flow. According to FIG. 47A, the excitation gain necessary to excite a wet and empty tube before flow (in about 4.0 seconds) has a value of about 0.1, which is higher than a value of about 0.034 required for a full venturi. The onset of flow is characterized by a significant increase in gain and a corresponding decrease in the amplitude of oscillations. According to FIG. 47B, about 1.0 second after initiation, selecting a reduced setting helps to stabilize the amplitude when the full flow mode is established. After approximately 2.75 seconds, the last remaining entrained air is removed, the traditional setting is restored, and the excitation gain assumes a nominal value of 0.034. The behavior of the untreated and adjusted phase difference is shown in FIG. 47C.

Согласно фиг.47A-47C, данные фазы непрерывно задаются на протяжении перехода. В подобных обстоятельствах, аналоговая система управления блокируется и не способна обеспечивать данные измерения, пока необходимый коэффициент усиления возбуждения не возвратится к значению, близкому к номиналу, и длительная процедура пуска не завершится. Также показано, что поправка на скорость изменения амплитуды отчетливо демонстрирует преимущество, особенно спустя 1,0 секунду. Колебания в амплитуде приводят к существенным отклонениям в вычислениях фазы в частотном и временном измерениях, но они существенно снижаются в скорректированном измерении фазы. Даже в самой трудной части перехода, от 0,4 до 1,0 секунды, коррекция обеспечивает некоторое понижение шума.According figa-47C, these phases are continuously set during the transition. In such circumstances, the analog control system is blocked and is not able to provide measurement data until the required field amplification coefficient returns to a value close to the nominal value and a long start-up procedure is completed. It is also shown that the correction for the rate of change of amplitude clearly demonstrates an advantage, especially after 1.0 second. Oscillations in amplitude lead to significant deviations in phase calculations in the frequency and time dimensions, but they decrease significantly in the corrected phase measurement. Even in the most difficult part of the transition, from 0.4 to 1.0 seconds, the correction provides some noise reduction.

Конечно, все еще существуют ошибочные данные в этом интервале. Например, поток, генерирующий разность фаз свыше около 5°, физически невозможен. Однако, с точки зрения датчика с автоматической проверкой, например, рассмотренного выше, это измерение фазы все еще составляет необработанные данные, которые можно корректировать. В некоторых реализациях, процесс проверки более высокого уровня может идентифицировать данные из интервала 0,4-1,0 секунд как не представляющие истинное значение процесса (на основании коэффициента усиления, амплитуды и других внутренних параметров) и может генерировать массовый расход DAZZLED для подавления экстремальных значений измерения.Of course, erroneous data still exists in this interval. For example, a stream generating a phase difference in excess of about 5 ° is physically impossible. However, from the point of view of a sensor with automatic verification, for example, discussed above, this phase measurement still constitutes raw data that can be corrected. In some implementations, a higher-level verification process can identify data from the interval 0.4-1.0 seconds as not representing the true value of the process (based on gain, amplitude, and other internal parameters) and can generate DAZZLED mass flow to suppress extreme values measurements.

Согласно фиг.48A, отклик цифрового массового расходомера 100 на наступление потока приводит к повышению точности и повторяемости. На фиг.48B показана иллюстративная гидродинамическая установка 4800. При получении результатов, показанных на фиг.48A, как и при получении результатов, показанных на фиг.44, текучую среду прокачивали через магнитный расходомер 4810 и кориолисов расходомер 4820 в бак взвешивания 4830, при этом кориолисов расходомер представляет собой цифровой расходомер или традиционный аналоговый расходомер. Клапаны 4840 и 4860 использовали, чтобы гарантировать, что магнитный расходомер 4810 всегда полон, тогда как трубка Вентури кориолисова расходомер 4820 в начале каждой порции пуста. В начале порции, сумматоры в магнитном расходомере 4810 и в кориолисовом расходомере 4820 сбрасывали, и поток начинался. В конце порции, запорный клапан 4850 закрывали и суммы замораживали (следовательно, кориолисов расходомер 4820 был полон в конце порции). Регистрировали три суммы, одну от магнитного расходомера 4810, одну от кориолисова расходомера 4820 и одну от весов, связанных с баком взвешивания 4830. Не предполагается, что эти суммы согласуются, поскольку существует конечная задержка по времени до кориолисова расходомера 4820, и затем, наконец, бак взвешивания 4830 наблюдает поток текучей среды. Таким образом, можно ожидать, что магнитный расходомер 4810 зарегистрирует наивысший суммарный расход, кориолисов расходомер 4820 зарегистрирует второй после наивысшего суммарного расхода, и бак взвешивания 4830 зарегистрирует наименьший суммарный расход.According figa, the response of the digital mass flow meter 100 to the onset of flow leads to increased accuracy and repeatability. 48B shows an illustrative hydrodynamic installation 4800. Upon receipt of the results shown in FIG. 48A, as well as upon receipt of the results shown in FIG. 44, fluid was pumped through a magnetic flowmeter 4810 and Coriolis flowmeter 4820 into a weighing tank 4830, wherein Coriolis flowmeter is a digital flowmeter or a traditional analog flowmeter. Valves 4840 and 4860 were used to ensure that the 4810 magnetic flowmeter is always full, while the 4820 Coriolis flowmeter tube is empty at the start of each batch. At the start of the batch, the adders in the magnetic flowmeter 4810 and in the Coriolis flowmeter 4820 were reset and the flow started. At the end of the batch, the 4850 shutoff valve was closed and the amounts were frozen (therefore, the 4820 Coriolis flowmeter was full at the end of the batch). Three amounts were recorded, one from the 4810 magnetic flowmeter, one from the 4820 Coriolis flowmeter, and one from the weights associated with the 4830 weighing tank. These sums are not assumed to be consistent since there is a finite time delay to the 4820 Coriolis flowmeter, and then finally a weighing tank 4830 observes the flow of fluid. Thus, it can be expected that the magnetic flowmeter 4810 will record the highest total flow rate, the Coriolis flowmeter 4820 will register the second after the highest total flow rate, and the weighing tank 4830 will record the lowest total flow rate.

На фиг.48A показаны результаты, полученные из ряда пробных прогонов с использованием гидродинамической установки 4800, показанной на фиг.48B, причем при каждом пробном прогоне через гидродинамическую установку проходит около 550 кг материала. Показанное отслеживаемое значение представляет собой смещение, наблюдаемое между весами и магнитным расходомером 4810 или кориолисовым расходомером 4820. Как объяснено выше, предполагается, что от обоих инструментов поступают положительные смещения. Магнитный расходомер 4810 (всегда полный) выдает согласованно положительное смещение, с повторяемостью (определенной здесь как максимальная разность в зарегистрированных значениях для идентичных экспериментов) 4.0 кг. Аналоговая система управления, связанная с магнитным расходомером 4810, генерирует большие отрицательные смещения, со средним значением -164,2 кг и повторяемостью 87,7 кг. Эта низкая производительность объясняется неспособностью аналоговой системы управления работать с наступлением потока и изменяющимся временем, необходимым для перезапуска трубки Вентури. Напротив, цифровой кориолисов массовый расходомер 4820 демонстрирует среднее значение положительного смещения 25,6 кг и повторяемость 0,6 кг.On figa shows the results obtained from a series of test runs using the hydrodynamic installation 4800, shown in figv, and with each test run through the hydrodynamic installation passes about 550 kg of material. The tracking value shown is the offset observed between the balance and the 4810 magnetic flowmeter or 4820 Coriolis flowmeter. As explained above, it is assumed that both instruments are receiving positive offsets. The 4810 magnetic flowmeter (always full) produces a consistent positive bias, with a repeatability (defined here as the maximum difference in recorded values for identical experiments) of 4.0 kg. The analog control system associated with the 4810 magnetic flowmeter generates large negative offsets, with an average value of -164.2 kg and a repeatability of 87.7 kg. This low performance is due to the inability of the analog control system to work with the onset of flow and the varying time required to restart the venturi. In contrast, the 4820 Digital Coriolis mass flowmeter shows an average positive offset of 25.6 kg and a repeatability of 0.6 kg.

Было бы трудно оценить истинный массовый расход через трубку Вентури, при условии, что она первоначально находится в пустом состоянии. Как и ожидалось, зарегистрированная суммарная масса оказывается между массой, определенной магнитным расходомером 4810, и массой, определенной с помощью весов. В промышленном применении, вопрос повторяемости часто имеет более важное значение, поскольку рецепты порции часто регулируются в соответствии со смещениями. Конечно, повторяемость процесса наполнения находится на нижней границе повторяемости суммарной массы, определенной кориолисовым расходомером. Сходной повторяемости можно добиться в произвольном промышленном способе серийного производства. Кроме того, как показано, цифровой массовый расходомер 100 обеспечивает существенное повышение производительности над его аналоговым эквивалентом (магнитным расходомером 4810) в тех же условиях. Опять же, можно заключить, что цифровой массовый расходомер 100 в этих условиях не является значительным источником ошибки измерения.It would be difficult to estimate the true mass flow through the venturi, provided that it is initially empty. As expected, the recorded total mass is between the mass determined by the magnetic flowmeter 4810, and the mass determined using the scales. In industrial applications, the issue of repeatability is often more important as portion recipes are often adjusted according to bias. Of course, the repeatability of the filling process is at the lower limit of the repeatability of the total mass determined by the Coriolis flowmeter. Similar repeatability can be achieved in an arbitrary industrial batch production process. In addition, as shown, the digital mass flow meter 100 provides a significant increase in performance over its analogue equivalent (magnetic flowmeter 4810) under the same conditions. Again, it can be concluded that the digital mass flow meter 100 under these conditions is not a significant source of measurement error.

O. Двухфазный потокO. Two-phase flow

Как рассмотрено выше со ссылкой на фиг.40A, двухфазный поток, обусловленный аэрацией, является другим состоянием потока, которое создает трудности для аналоговых систем управления и аналоговых массовых расходомеров. Двухфазный поток может быть спорадическим или непрерывным и возникает, когда материал в расходомере включает в себя газовый компонент и жидкостный компонент, перемещающиеся по трубке Вентури. Базовые механизмы весьма сходны со случаем дозирования из пустого состояния тем, что динамика двухфазного газожидкостного потока вызывает высокое затухание. Для поддержания колебаний требуется высокий коэффициент усиления возбуждения. Однако максимальный коэффициент усиления возбуждения аналоговой системы управления обычно достигается на низких уровнях доли газа в двухфазном материале, в результате чего трубка Вентури блокируется.As discussed above with reference to FIG. 40A, a two-phase flow caused by aeration is another flow condition that creates difficulties for analog control systems and analog mass flowmeters. A two-phase flow can be sporadic or continuous and occurs when the material in the flowmeter includes a gas component and a liquid component moving through a venturi. The basic mechanisms are very similar to the case of dosing from an empty state in that the dynamics of a two-phase gas-liquid flow causes high attenuation. To maintain oscillation, a high excitation gain is required. However, the maximum excitation gain of the analog control system is usually achieved at low levels of the gas fraction in the two-phase material, as a result of which the venturi is blocked.

Цифровой массовый расходомер 100 способен поддерживать колебания при наличии двухфазного потока. В итоге, ни в одном из проведенных до сих пор лабораторных экспериментов не удалось заблокировать трубку любого размера ни при каком уровне газовой фазы под управлением цифрового контроллера 105. Напротив, типичная аналоговая система управления блокируется при доле газовой фазы около 2%.The digital mass flow meter 100 is capable of supporting fluctuations in the presence of a two-phase flow. As a result, in none of the laboratory experiments carried out so far, it was possible to block a tube of any size at any gas phase level under the control of a digital controller 105. On the contrary, a typical analog control system is blocked when the gas phase fraction is about 2%.

Поддержание колебаний это только первый шаг в получении удовлетворительной производительности измерения от расходомера. Как было кратко рассмотрено выше, простая модель, именуемая "пузырьковой" моделью, была построена в качестве одного метода прогнозирования ошибки массового расхода.Maintaining oscillation is only the first step in obtaining a satisfactory measurement performance from the flowmeter. As was briefly discussed above, a simple model called the “bubble” model was constructed as one method for predicting mass flow rate errors.

В модели "пузырьков" или "эффективной массы", сфера или пузырек газа низкой плотности окружается текучей средой более высокой плотности. Если оба подлежат ускорению (например, в вибрирующей трубке), то пузырек движется в текучей среде, приводя к спаду наблюдаемой инерции системы в целом. Определив пустотную долю α как объемную долю газа, получаем, что эффективная масса падает с коэффициентом R, гдеIn a “bubble” or “effective mass” model, a sphere or bubble of a low-density gas is surrounded by a higher-density fluid. If both are subject to acceleration (for example, in a vibrating tube), then the bubble moves in a fluid, leading to a decrease in the observed inertia of the system as a whole. Defining the void fraction α as the volume fraction of gas, we find that the effective mass decreases with coefficient R , where

Figure 00000130
Figure 00000130

Применительно к кориолисову расходомеру, модель прогнозирует, что наблюдаемый массовый расход будет меньше истинного массового расхода с коэффициентом R, как и, в более общем случае, наблюдаемая плотность. На фиг.49 показаны наблюдаемые ошибки массового расхода для ряда прогонов на разных расходах, все с использованием 25 мм трубки Вентури с горизонтальным выравниванием, и для смеси воды и воздуха при температуре окружающей среды. По оси x отложен наблюдаемый спад плотности, а не пустотная доля. В лабораторных условиях можно вычислить пустотную долю, например, измерив давление и расход газа до его смешивания с текучей средой, совместно с давлением двухфазной смеси. Однако в заводских условиях доступен лишь наблюдаемый спад плотности, а истинная пустотная доля недоступна. Заметим, что с аналоговым расходомером, воздушно-водные смеси со спадом плотности свыше 5% вызывают заглушение трубки Вентури, что не позволяет собирать данные.For a Coriolis flowmeter, the model predicts that the observed mass flow rate will be less than the true mass flow rate with coefficient R , as, in the more general case, the observed density. 49 shows the observed mass flow rate errors for a series of runs at different flow rates, all using a 25 mm horizontal alignment venturi, and for a mixture of water and air at ambient temperature. The x-axis represents the observed decrease in density, not the void fraction. In laboratory conditions, the void fraction can be calculated, for example, by measuring the pressure and flow rate of the gas before it is mixed with the fluid, together with the pressure of the two-phase mixture. However, under factory conditions, only the observed decrease in density is available, and the true void fraction is not available. Note that with an analog flowmeter, air-water mixtures with a density drop of more than 5% cause the Venturi to be silenced, which does not allow data collection.

Пунктирная линия 4910 показывает соотношение между ошибкой массового расхода и спадом плотности, прогнозируемое пузырьковой моделью. Экспериментальные данные следуют аналогичному набору кривых, хотя модель почти всегда прогнозирует более отрицательную ошибку массового расхода. Как рассмотрено выше согласно фиг.40A, можно вывести эмпирические поправки массового расхода на основании наблюдаемой плотности, а также некоторых других внутренне наблюдаемых переменных, например, коэффициента усиления возбуждения и отношения напряжений датчиков. Разумно предположить, что плотность чистой жидкости известна или выводима. Например, во многих приложениях плотность текучей среды относительно постоянна (в особенности, если температурный коэффициент заложен в программное обеспечение контроллера).The dashed line 4910 shows the relationship between the mass flow rate error and the density drop predicted by the bubble model. The experimental data follow a similar set of curves, although the model almost always predicts a more negative mass flow rate error. As discussed above with reference to FIG. 40A, empirical mass flow rate corrections can be derived based on the observed density, as well as some other internally observable variables, such as excitation gain and sensor voltage ratios. It is reasonable to assume that the density of the pure fluid is known or deducible. For example, in many applications, the density of the fluid is relatively constant (especially if the temperature coefficient is embedded in the controller software).

На фиг.50 показаны скорректированные измерения массового расхода. Коррекция базируется на аппроксимации методом наименьших квадратов нескольких внутренних переменных, а также самой пузырьковой модели. Процесс коррекции ограничен только применимостью и менее пригоден для пониженных расходов (наибольшие ошибки наблюдаются для 1,5-1,6 кг/с). При горизонтальной ориентации, газовая и жидкая фазы начинают разделяться при пониженных расходах, и наблюдаются значительно более высокие ошибки массового расхода. В этих обстоятельствах, предположения пузырьковой модели уже не верны. Однако коррекция справедлива для более высоких расходов. В ходе оперативных экспериментальных испытаний, аналогичный алгоритм коррекции ограничивался ошибками массового расхода в пределах около 2,5% показания массового расхода.On Fig shows the corrected measurements of mass flow. Correction is based on the least squares approximation of several internal variables, as well as the bubble model itself. The correction process is limited only by applicability and is less suitable for lower costs (the largest errors are observed for 1.5-1.6 kg / s). With a horizontal orientation, the gas and liquid phases begin to separate at reduced flow rates, and significantly higher mass flow rate errors are observed. In these circumstances, the assumptions of the bubble model are no longer true. However, the correction is valid for higher costs. During operational experimental tests, a similar correction algorithm was limited to mass flow rate errors within about 2.5% of the mass flow rate reading.

На фиг.51 показано, как цифровой массовый расходомер 100 с автоматической проверкой реагирует на наступление двухфазного потока при измерении массового расхода. Нижний колебательный сигнал 5110 демонстрирует нескорректированное измерение массового расхода в состоянии двухфазного потока, и верхний колебательный сигнал 5120 демонстрирует скорректированное измерение массового расхода и границу недостоверности в том же состоянии двухфазного потока. При однофазном потоке (до t = 7 с), измерение массового расхода находится в состоянии CLEAR и имеет малую недостоверность около 0,2% показания массового расхода. При наступлении двухфазного потока активируется ряд процессов. Во-первых, двухфазный поток обнаруживается на основании поведения внутренних наблюдаемых параметров. Во-вторых, применяется способ коррекции измерения, и выходное состояние измерения совместно со скорректированным измерением задается равным BLURRED. В-третьих, недостоверность массового расхода возрастает с уровнем пустотной доли до максимума, составляющего около 2,3% показания массового расхода. Для сравнения, нескорректированное измерение массового расхода 5110 показано сразу под скорректированным измерением массового расхода 5120. Таким образом, пользователь имеет возможность продолжить работу со сниженным качеством скорректированного массового расхода, переключившись на альтернативное измерение, если доступно, или остановив процесс.On Fig shows how a digital mass flow meter 100 with automatic verification responds to the onset of a two-phase flow when measuring mass flow. The lower vibrational signal 5110 shows an uncorrected measurement of the mass flow rate in the two-phase flow state, and the upper vibrational signal 5120 shows the corrected measurement of the mass flow rate and the margin of uncertainty in the same state of the two-phase flow. With a single-phase flow (up to t = 7 s), the mass flow measurement is in the CLEAR state and has a low uncertainty of about 0.2% of the mass flow reading. When a two-phase flow occurs, a number of processes are activated. First, a two-phase flow is detected based on the behavior of the internal observable parameters. Secondly, the measurement correction method is applied, and the output state of the measurement together with the corrected measurement is set to BLURRED. Thirdly, the unreliability of the mass flow rate increases with the level of the void fraction to a maximum of about 2.3% of the mass flow rate indication. For comparison, an uncorrected mass flow measurement 5110 is shown immediately below the adjusted mass flow measurement 5120. Thus, the user can continue to work with reduced quality of the adjusted mass flow, switching to an alternative measurement, if available, or stopping the process.

P. Применение нейронных сетейP. Application of neural networks

Другой метод повышения точности измерения массового расхода в условиях двухфазного потока предусматривает использование нейронной сети для прогнозирования ошибки массового расхода и для генерации коэффициента коррекции ошибок для коррекции любой ошибки в измерении массового расхода, обусловленной эффектами двухфазного потока. Коэффициент коррекции генерируется с использованием внутренних наблюдаемых параметров, подаваемых на цифровой сигнальный процессор и нейронную сеть, и демонстрирует сохранение ошибок в пределах 2%. Внутренние наблюдаемые параметры могут включать в себя температуру, давление, коэффициент усиления, спад плотности и наблюдаемый расход.Another method for improving the accuracy of measuring mass flow in a two-phase flow environment involves using a neural network to predict mass flow error and to generate an error correction coefficient to correct any error in mass flow measurement due to the effects of two-phase flow. The correction coefficient is generated using the internal observable parameters supplied to the digital signal processor and neural network, and demonstrates the preservation of errors within 2%. Internal observable parameters may include temperature, pressure, gain, density drop, and observed flow rate.

На фиг.52 показан цифровой контроллер 5200, который можно использовать вместо цифрового контроллера 105 или 505 цифровых массовых расходомеров 100, 500, показанных на фиг.1 и 5. В этой реализации цифрового контроллера 5200, датчики 5204 процесса, подключенные к трубке Вентури, генерируют сигналы процесса, включающие в себя один или несколько сигналов датчиков, сигнал температуры и один или несколько сигналов давления (как описано выше). Аналоговые сигналы процесса преобразуются в цифровые данные сигналов А/Ц преобразователями 5206 и сохраняются в буферах памяти 5208 данных сигналов датчиков и возбудителей для использования цифровым контроллером 5200. Возбудители 5245, подключенные к трубке Вентури, генерируют сигнал тока возбуждения и могут передавать этот сигнал на А/Ц преобразователи 5206. Затем сигнал тока возбуждения преобразуется в цифровые данные и сохраняется в буферах памяти 5208 данных сигналов датчиков и возбудителей. Альтернативно, цифровой сигнал коэффициента усиления возбуждения и цифровой сигнал тока возбуждения могут генерироваться модулем 5235 регулировки амплитуды и передаваться в буферы памяти 5208 данных сигналов датчиков и возбудителей для сохранения и использования цифровым контроллером 5200.52 shows a digital controller 5200 that can be used in place of the digital controller 105 or 505 of the digital mass flow meters 100, 500 shown in FIGS. 1 and 5. In this implementation of the digital controller 5200, process sensors 5204 connected to the venturi generate process signals including one or more sensor signals, a temperature signal and one or more pressure signals (as described above). The analog process signals are converted to digital data of the A / D signals by converters 5206 and stored in the memory buffers 5208 of the sensor and exciter signal data for use by the 5200 digital controller. The exciters 5245 connected to the venturi generate an excitation current signal and can transmit this signal to A / D converters 5206. Then, the excitation current signal is converted into digital data and stored in the data buffers 5208 of the sensor and exciter signals. Alternatively, the digital field amplification signal and the digital field current signal may be generated by the amplitude adjustment module 5235 and transmitted to the memory buffers 5208 of the sensor and driver signals for storage and use by the 5200 digital controller.

Цифровые данные сигналов датчиков и возбудителей процесса дополнительно анализируются и обрабатываются модулем 5210 обработки параметров датчиков и возбудителей, который генерирует физические параметры, включающие в себя частоту, фазу, ток, затухание и амплитуду колебаний. Модуль 5212 вычисления необработанного измерения массового расхода генерирует необработанный сигнал измерения массового расхода с использованием методов, рассмотренных выше применительно к расходомеру 500.The digital data of the signals of the sensors and pathogens of the process are additionally analyzed and processed by the module 5210 for processing parameters of the sensors and pathogens, which generates physical parameters including the frequency, phase, current, attenuation and amplitude of the oscillations. The raw mass flow measurement module 5212 generates a raw mass flow measurement signal using the methods discussed above with respect to the flow meter 500.

Конечный автомат 5215 состояний потока принимает в качестве входных сигналов физические параметры от модуля 5210 обработки параметров датчиков и возбудителей, необработанный сигнал измерения массового расхода и измерение плотности 5214, которое вычисляется, как описано выше. Затем конечный автомат 5215 состояний потока обнаруживает состояние потока материала, проходящего через цифровой массовый расходомер 100. В частности, конечный автомат 5215 состояний потока определяет, находится ли материал в состоянии однофазного потока или в состоянии двухфазного потока. Конечный автомат состояний потока 5215 также вводит необработанный сигнал измерения массового расхода в блок 5230 вывода измерения массового расхода.The state machine 5215 flow conditions takes as input signals the physical parameters from the module 5210 processing parameters of the sensors and pathogens, the raw signal of the measurement of mass flow and density measurement 5214, which is calculated as described above. Then, the state machine 5215 flow states detects the state of the flow of material passing through the digital mass flow meter 100. In particular, the state machine 5215 flow states determines whether the material is in a single-phase flow state or in a two-phase flow state. The state machine state of the flow 5215 also enters the raw signal of the measurement of mass flow in block 5230 output measurement of mass flow.

При обнаружении состояния однофазного потока, выходной блок 5230 проверяет необработанный сигнал измерения массового расхода и может осуществлять анализ недостоверности для генерации параметра недостоверности, связанного с проверенным измерением массового расхода. В частности, когда конечный автомат 5215 обнаруживает наличие состояния однофазного потока, коэффициент коррекции не применяется к необработанному измерению массового расхода, и выходной блок 5230 проверяет измерение массового расхода. Если контроллер 5200 не обнаруживает ошибки при производстве измерения, выходной блок 5230 может присвоить измерению традиционный параметр недостоверности, связанный с безотказным измерением, и может задать флаг состояния, связанный с измерением, равным CLEAR. Если контроллер 5200 обнаруживает ошибки при производстве измерения, выходной блок 5230 может изменить параметр недостоверности, придав ему более высокое значение недостоверности, и может задать флаг состояния равным другому значению, например BLURRED.When a single-phase flow condition is detected, the output unit 5230 checks the raw mass flow measurement signal and can perform an unreliability analysis to generate an unreliability parameter associated with the verified mass flow measurement. In particular, when the state machine 5215 detects the presence of a single-phase flow state, the correction coefficient does not apply to the raw mass flow measurement, and the output unit 5230 checks the mass flow measurement. If the 5200 controller does not detect errors during the measurement, the output unit 5230 can assign a traditional uncertainty parameter associated with the fail-safe measurement to the measurement and can set the status flag associated with the measurement to CLEAR. If the 5200 controller detects errors during the measurement, the output unit 5230 can change the uncertainty parameter to give it a higher uncertainty value, and can set the status flag to a different value, such as BLURRED.

Когда конечный автомат состояний потока 5215 обнаруживает наличие состояния двухфазного потока, модуль 5220 коррекции ошибок двухфазного потока принимает необработанный сигнал измерения массового расхода. Модуль 5220 коррекции ошибок двухфазного потока включает в себя процессор нейронной сети для прогнозирования ошибки массового расхода и для вычисления коэффициента коррекции ошибок. Процессор нейронной сети можно реализовать в программной процедуре или, альтернативно, можно реализовать как отдельный программируемый аппаратный процессор. Работа процессора нейронной сети более подробно описана ниже.When the flow state machine 5215 detects the presence of a two-phase flow state, the two-phase flow error correction module 5220 receives the raw mass flow measurement signal. Two-phase flow error correction module 5220 includes a neural network processor for predicting mass flow rate errors and for calculating error correction coefficient. A neural network processor can be implemented in a software procedure or, alternatively, can be implemented as a separate programmable hardware processor. The operation of the neural network processor is described in more detail below.

Модуль 5225 коэффициентов и обучения нейронной сети сохраняет заранее определенный набор коэффициентов нейронной сети, которые используются процессором нейронной сети. Модуль 5225 коэффициентов и обучения нейронной сети также может осуществлять функцию оперативного обучения с использованием обучающих данных, что позволяет вычислять обновленный набор коэффициентов для использования нейронной сетью. Хотя заранее определенный набор коэффициентов нейронной сети генерируется в ходе обширных лабораторных испытаний и экспериментов на основании известных двухфазных массовых расходов, функция оперативного обучения, осуществляемая модулем 5225, может применяться на начальной стадии ввода расходомера в эксплуатацию или каждый раз при инициализации расходомера.A neural network coefficient and training module 5225 stores a predetermined set of neural network coefficients that are used by the neural network processor. Module 5225 coefficients and training the neural network can also carry out the function of online learning using training data, which allows you to calculate an updated set of coefficients for use by the neural network. Although a predetermined set of neural network coefficients is generated during extensive laboratory tests and experiments based on known two-phase mass flow rates, the on-line learning function provided by module 5225 can be used at the initial stage of commissioning the flowmeter or each time the flowmeter is initialized.

Коэффициент коррекции ошибок, генерируемый модулем 5220 коррекции ошибок, поступает на блок 5230 вывода измерения массового расхода. С использованием необработанного измерения массового расхода и коэффициента коррекции ошибок (если, будучи принято от модуля коррекции ошибок 5220, он указывает двухфазный поток), блок 5230 вывода измерения массового расхода применяет коэффициент коррекции ошибок к необработанному измерению массового расхода для генерации скорректированного измерения массового расхода. Затем блок 5230 вывода измерения массового расхода проверяет скорректированное измерение массового расхода и может осуществлять анализ недостоверности для генерации параметра недостоверности, связанного с проверенным измерением массового расхода. Таким образом, блок 5230 вывода измерения массового расхода генерирует проверенный сигнал измерения массового расхода, который может включать в себя недостоверность и состояние, связанные с каждым проверенным измерением массового расхода, и состояние устройства.The error correction coefficient generated by the error correction unit 5220 is supplied to the mass flow measurement output unit 5230. Using the raw mass flow measurement and the error correction coefficient (if received from the error correction module 5220, it indicates a two-phase flow), the mass flow measurement output unit 5230 applies the error correction coefficient to the raw mass flow measurement to generate a corrected mass flow measurement. Then, the mass flow measurement output unit 5230 verifies the corrected mass flow measurement and can perform an unreliability analysis to generate an unreliability parameter associated with the verified mass flow measurement. Thus, the mass flow measurement output unit 5230 generates a verified mass flow measurement signal, which may include the inaccuracy and condition associated with each verified mass flow measurement and the state of the device.

Модуль 5210 обработки параметров датчика также вводит параметр затухания и параметр амплитуды колебаний (описанные выше) в модуль 5235 регулировки амплитуды. Модуль 5235 регулировки амплитуды дополнительно обрабатывает параметр затухания и параметр амплитуды колебаний и генерирует цифровые сигналы возбуждения. Цифровые сигналы возбуждения преобразуются в аналоговые сигналы возбуждения Ц/А преобразователями 5240 для оперирования возбудителями 5245, подключенными к трубке Вентури цифрового расходомера. В альтернативной реализации, модуль 5235 регулировки амплитуды может обрабатывать параметр затухания и параметр амплитуды колебаний и генерировать аналоговые сигналы возбуждения для оперирования возбудителями 5245 напрямую.The sensor parameter processing module 5210 also introduces a damping parameter and an oscillation amplitude parameter (described above) into the amplitude adjustment module 5235. The amplitude adjustment module 5235 further processes the attenuation parameter and the oscillation amplitude parameter and generates digital excitation signals. Digital excitation signals are converted to analog excitation signals by D / A converters 5240 to operate with exciters 5245 connected to the venturi of the digital flowmeter. In an alternative implementation, the amplitude control module 5235 may process the attenuation parameter and the oscillation amplitude parameter and generate analog excitation signals for directly operating the exciters 5245.

На фиг.53 показана процедура 5250, осуществляемая цифровым контроллером 5200. После начала обработки (этап 5251), сигналы измерения, генерируемые датчиками процесса 5204 и возбудителями 5245, количественно оцениваются в процессе аналого-цифрового преобразования (как описано выше), и буферы памяти 5208 заполняются цифровыми данными датчиков и возбудителей (этап 5252). Для каждого нового цикла обработки, модуль 5210 обработки параметров датчиков и возбудителей извлекает данные датчиков и возбудителей из буферов 5208 и вычисляет переменные датчиков и возбудителей из данных датчиков (этап 5254). В частности, модуль 5210 обработки параметров датчиков и возбудителей вычисляет напряжения датчиков, частоты датчиков, ток возбуждения и коэффициент усиления возбуждения.On Fig shows the procedure 5250, carried out by the digital controller 5200. After the start of processing (step 5251), the measurement signals generated by the process sensors 5204 and pathogens 5245 are quantified during the analog-to-digital conversion (as described above), and memory buffers 5208 filled with digital data from sensors and pathogens (step 5252). For each new processing cycle, the sensor and pathogen parameter processing module 5210 retrieves the sensor and pathogen data from buffers 5208 and calculates the sensor and pathogen variables from the sensor data (block 5254). In particular, the sensor and pathogen parameter processing module 5210 calculates sensor voltages, sensor frequencies, field current, and field gain.

Модуль 5210 обработки параметров датчиков и возбудителей выполняет процедуру обработки diagnose_flow_condition (этап 5256) для вычисления статистических значений, включающих в себя среднее значение, стандартное отклонение и наклон для каждой из переменных датчиков и возбудителей. На основании статистики, вычисленной для каждой из переменных датчиков и возбудителей, конечный автомат 5215 состояний потока обнаруживает переходы между любыми тремя пригодными состояниями потока: FLOW_CONDITION_SHOCK, FLOW_CONDITION_HOMOGENEOUS и FLOW_CONDITION_MIXED.The sensor and pathogen parameter processing module 5210 performs a diagnose_flow_condition processing procedure (block 5256) to calculate statistical values including an average value, standard deviation, and slope for each of the sensor and pathogen variables. Based on statistics computed for each of the variable sensors and pathogens, the state machine 5215 of the flow states detects transitions between any three suitable flow states: FLOW_CONDITION_SHOCK, FLOW_CONDITION_HOMOGENEOUS and FLOW_CONDITION_MIXED.

Если обнаружено состояние FLOW_CONDITION_SHOCK (этап 5258), процесс анализа измерения массового расхода не осуществляется по причине нерегулярности входных сигналов датчика. По выходу из этого состояния, процедура обработки начинает новый цикл (этап 5251). Затем процедура обработки ищет новый синусоидальный сигнал для отслеживания в данных сигналов датчиков и возобновляет обработку. В порядке этого процесса слежения, процедура обработки должна найти начало и конец синусоидальной волны с использованием вышеописанного метода пересечения нуля. Если состояние FLOW_CONDITION_SHOCK не обнаружено, процедура обработки вычисляет необработанное измерение массового расхода материала, текущего через расходомер 100 (этап 5260).If the status FLOW_CONDITION_SHOCK is detected (step 5258), the mass flow measurement analysis process is not performed due to the irregularity of the sensor input signals. Upon exiting this state, the processing procedure begins a new cycle (step 5251). Then, the processing procedure searches for a new sinusoidal signal to track in the sensor signals data and resumes processing. In order of this tracking process, the processing procedure must find the beginning and end of the sine wave using the above zero crossing method. If the status FLOW_CONDITION_SHOCK is not detected, the processing procedure calculates the raw measurement of the mass flow rate of the material flowing through the flow meter 100 (step 5260).

Если двухфазный поток не обнаружен (т.е. обнаружено состояние FLOW_CONDITION_HOMOGENOUS) (этап 5270), материал, текущий через расходомер 100, считается однофазным материалом. При этом проверенный массовый расход генерируется из необработанного измерения массового расхода (этап 5272) блоком 5230 вывода измерения массового расхода. В этот момент, проверенный массовый расход совместно с его параметром недостоверности и флагом состояния можно передавать на другой контроллер процесса. Затем начинается новый цикл обработки (этап 5251).If a two-phase flow is not detected (i.e., the status FLOW_CONDITION_HOMOGENOUS is detected) (step 5270), the material flowing through the flow meter 100 is considered to be a single-phase material. In this case, the verified mass flow rate is generated from the raw mass flow measurement (block 5272) by the mass flow measurement output unit 5230. At this point, the verified mass flow rate together with its unreliability parameter and status flag can be transferred to another process controller. Then begins a new processing cycle (step 5251).

Если обнаружен двухфазный поток (т.е. обнаружено состояние FLOW_CONDITION_MIXED) (этап 5270), материал, текущий через расходомер 100, считается двухфазным материалом. В этом случае, модуль 5220 коррекции ошибок двухфазного потока прогнозирует ошибку массового расхода и генерирует коэффициент коррекции ошибок с использованием процессора нейронной сети (этап 5274). Скорректированный массовый расход генерируется блоком 5230 вывода измерения массового расхода с использованием коэффициента коррекции ошибок (этап 5276). Затем проверенный массовый расход может генерироваться из скорректированного массового расхода. В этот момент, проверенный массовый расход совместно с его параметром недостоверности и флагом состояния можно передавать на другой контроллер процесса. Затем начинается новый цикл обработки (этап 5251).If a two-phase flow is detected (i.e., the FLOW_CONDITION_MIXED state is detected) (step 5270), the material flowing through the flow meter 100 is considered a two-phase material. In this case, the two-phase flow error correction module 5220 predicts the mass flow rate error and generates an error correction coefficient using the neural network processor (block 5274). The corrected mass flow rate is generated by the mass flow measurement output unit 5230 using the error correction coefficient (block 5276). Then, the verified mass flow rate can be generated from the adjusted mass flow rate. At this point, the verified mass flow rate together with its unreliability parameter and status flag can be transferred to another process controller. Then begins a new processing cycle (step 5251).

Согласно фиг.52, процессор нейронной сети, образующий часть модуля 5220 коррекции ошибок двухфазного потока, представляет собой нейронную сеть с прямой связью, которая обеспечивает непараметрическую инфраструктуру для представления нелинейного функционального отображения между входным и выходным пространствами. Нейронная сеть применяется для прогнозирования ошибок массового расхода в состояниях двухфазного потока в цифровом массовом расходомере. Когда ошибка предсказана нейронной сетью, коэффициент коррекции ошибок применяется к двухфазному измерению массового расхода для коррекции ошибок. Таким образом, система позволяет оперативно прогнозировать ошибки посредством нейронной сети с использованием только внутренних наблюдаемых параметров, выводимых из сигнала датчика, переменных датчика и статистики датчика.52, a neural network processor forming part of a two-phase flow error correction module 5220 is a direct-coupled neural network that provides a non-parametric infrastructure for representing a non-linear functional mapping between input and output spaces. A neural network is used to predict mass flow errors in two-phase flow states in a digital mass flow meter. When the error is predicted by the neural network, the error correction coefficient is applied to the two-phase mass flow measurement for error correction. Thus, the system allows you to quickly predict errors through the neural network using only the internal observable parameters derived from the sensor signal, sensor variables, and sensor statistics.

Из различных доступных моделей нейронной сети, для реализации цифрового расходомера использовались сети на основе многоуровневого перцептрона (MLP) и радиальных базисных функций (RBF). MLP с одним скрытым уровнем (каждый блок имеет сигмоидальную функцию активации) может одинаково хорошо аппроксимировать любое непрерывное отображение. Поэтому, этот тип нейронной сети пригоден для моделирования нелинейного соотношения между ошибкой массового расхода расходомера в условиях двухфазного потока и некоторыми внутренними параметрами расходомера.Of the various neural network models available, networks based on a multilevel perceptron (MLP) and radial basis functions (RBF) were used to implement a digital flowmeter. MLP with one hidden level (each block has a sigmoidal activation function) can equally well approximate any continuous display. Therefore, this type of neural network is suitable for modeling a nonlinear relationship between the error of the mass flow rate of a flow meter in a two-phase flow and some internal parameters of the flow meter.

Весовые коэффициенты сети, необходимые для осуществления нужного отображения, определяются в процессе обучения или оптимизации. В ходе контролируемого обучения, нейронная сеть повторно представляется обучающей последовательностью (множеством входных примеров x i и соответствующих нужных выходов d i), и весовые коэффициенты обновляются таким образом, чтобы минимизировать функцию ошибок. Для задачи интерполяции, связанной с настоящим методом, подходящей функцией ошибок является ошибка суммы квадратов, которую, для MLP с одним выходом, можно представить в виде:The network weights needed to implement the desired display are determined during training or optimization. During supervised training, the neural network is repeatedly represented by the training sequence (a set of input examples x i and the corresponding desired outputs d i ), and the weights are updated so as to minimize the error function. For the interpolation problem associated with this method, a suitable error function is the error of the sum of squares, which, for MLP with one output, can be represented as:

Figure 00000131
,
Figure 00000131
,

где d i - цель, соответствующая входу x i; y i - фактический отклик нейронной сети на x i и P - количество примеров в обучающей последовательности.where d i is the target corresponding to the input x i ; y i is the actual response of the neural network to x i and P is the number of examples in the training sequence.

Альтернативная архитектура нейронной сети, которая использовалась, представляет собой сеть RBF. Методы RBF основаны на методах осуществления точных интерполяций множества точек данных в многомерном пространстве. Сеть RBF, в общем случае, имеет простую архитектуру из двух уровней весовых коэффициентов, в которой первый уровень содержит параметры базисных функций, и второй уровень образует линейные комбинации активации базисных функций для генерации выходов. Это достигается путем представления выхода сети линейной суперпозицией базисных функций, по одной для каждой точки данных в обучающей последовательности. В этой форме, обучение проходит быстрее, чем для сети MLP.The alternative neural network architecture that was used is the RBF network. RBF methods are based on methods for performing precise interpolations of multiple data points in multidimensional space. The RBF network, in general, has a simple architecture of two levels of weighting coefficients, in which the first level contains the parameters of the basis functions, and the second level forms linear combinations of activation of the basis functions for generating outputs. This is achieved by presenting the network output as a linear superposition of basic functions, one for each data point in the training sequence. In this form, training is faster than for the MLP network.

Внутренние параметры датчика, представляющие интерес, включают в себя наблюдаемую плотность, затухание, наблюдаемый расход и температуру. Ниже рассмотрен каждый из этих параметров.The internal sensor parameters of interest include observed density, attenuation, observed flow rate, and temperature. Each of these options is discussed below.

1. Наблюдаемая плотность1. Observed density

Наиболее распространенная метрика двухфазного потока представляет собой пустотную (или газовую) долю, определенную как объемная доля газа. УравнениеThe most common two-phase flow metric is the void (or gas) fraction, defined as the volume fraction of gas. The equation

Figure 00000132
Figure 00000132

моделирует ошибку массового расхода при данной пустотной доле. Для кориолисова массового расходомера, регистрируемая плотность рабочей текучей среды обеспечивает косвенную меру пустотной доли, исходя из того, что "истинная" плотность жидкости известна. Эта регистрируемая плотность процесса подвержена ошибкам, сходным с ошибками в измерении массового расхода при наличии двухфазного потока. Эти ошибки имеют высокую повторяемость, и спад плотности является достаточно монотонным, но нелинейным индикатором пустотной доли, который можно оперативно отслеживать в расходомере. Заметим, что за пределами лабораторных условий, истинную пустотную долю невозможно независимо оценивать, напротив, ее нужно моделировать, как описано выше.models the mass flow rate error for a given void fraction. For a Coriolis mass flowmeter, the recorded density of the working fluid provides an indirect measure of the void fraction, based on the fact that the "true" density of the fluid is known. This recorded process density is subject to errors similar to errors in mass flow measurement in the presence of a two-phase flow. These errors have high repeatability, and the density drop is a fairly monotonous, but non-linear indicator of the void fraction, which can be quickly monitored in the flow meter. Note that outside the laboratory conditions, the true void fraction cannot be independently evaluated; on the contrary, it must be modeled as described above.

Информацию об "истинной" плотности однофазной жидкости (возможно, включающую в себя температурный коэффициент) можно получить оперативно или ее может задавать пользователь. Оба подхода были реализованы и показали хорошие результаты.Information about the "true" density of a single-phase liquid (possibly including a temperature coefficient) can be obtained promptly or it can be set by the user. Both approaches were implemented and showed good results.

В целях этих описаний, спад плотности будет использоваться в качестве параметра оси x на графиках, показывающих поведение двухфазного потока. Заметим, что в 3D графиках, показанных на фиг.54 и 56-57, которые отражают результаты 134 оперативных экспериментов, полный диапазон точек спада плотности невозможен при высоких расходах в силу ограничений на давление воздуха в гидродинамической установке. Кроме того, эффекты температуры, хотя и не показанные на графиках, были определены экспериментально.For the purposes of these descriptions, the density drop will be used as a parameter of the x axis in graphs showing the behavior of a two-phase flow. Note that in the 3D graphs shown in Figs. 54 and 56-57, which reflect the results of 134 operational experiments, the full range of density decay points is not possible at high flow rates due to restrictions on air pressure in the hydrodynamic installation. In addition, the effects of temperature, although not shown in the graphs, were determined experimentally.

2. Затухание2. Attenuation

Большинство кориолисовых расходомеров использует положительную обратную связь для поддержания колебаний трубки Вентури. Сигналы датчиков обеспечивают частоту и фазу колебания трубки Вентури, которые умножаются на коэффициент усиления возбуждения K0 для обеспечения токов, поступающих на возбудители 5245:Most Coriolis flowmeters use positive feedback to maintain the vibrations of the venturi. The sensor signals provide the frequency and phase of the oscillation of the venturi, which are multiplied by the excitation gain K 0 to provide currents to the exciters 5245:

Figure 00000133
Figure 00000133

Обычно коэффициент усиления возбуждения модифицируется, чтобы гарантировать постоянную амплитуду колебаний, и он примерно пропорционален коэффициенту затухания трубки Вентури.Typically, the excitation gain is modified to ensure a constant oscillation amplitude, and it is approximately proportional to the attenuation coefficient of the venturi.

Одним из наиболее характерных признаков двухфазного потока является быстрый рост затухания. Например, нормально работающая 25 мм трубка Вентури имеет VA = 0,3 В, ID = 10 мА и, следовательно, K0 = 0,033. При двухфазном потоке, значения могут достигать экстремальных значений VA = 0,03 В, ID = 100 мА и K0 = 3,3, со стократным увеличеним. На фиг.54 показано, как изменяется затухание при двухфазном потоке.One of the most characteristic features of a two-phase flow is the rapid increase in attenuation. For example, a normally working 25 mm venturi has V A = 0.3 V, I D = 10 mA and, therefore, K 0 = 0.033. With a two-phase flow, the values can reach extreme values V A = 0.03 V, I D = 100 mA and K 0 = 3.3, with a hundredfold increase. On Fig shows how the attenuation changes in a two-phase flow.

3. Наблюдаемые расход и температура3. Observed flow rate and temperature

Согласно фиг.49, ошибка массового расхода изменяется с истинным расходом. Также наблюдается изменение температуры. Однако истинный массовый расход недоступен в самом передатчике (или цифровом контроллере), когда расходомер используется в двухфазном потоке. Однако наблюдаемый (ошибочный) расход, равно, как и температура, можно использовать в качестве входных параметров процессора нейронной сети.According to FIG. 49, the mass flow rate error varies with the true flow rate. A change in temperature is also observed. However, the true mass flow rate is not available in the transmitter itself (or the digital controller) when the flowmeter is used in a two-phase flow. However, the observed (erroneous) flow rate, as well as temperature, can be used as input parameters of the neural network processor.

Q. Сетевое обучение и оперативная коррекция ошибок массового расходаQ. Network training and operational correction of mass flow errors

Реализация нейронно-сетевого анализа для прогнозирования ошибок измерения массового расхода включает в себя обучение процессора нейронной сети распознавать шаблон ошибок массового расхода в обучающих экспериментальных данных, тестирование производительности процессора нейронной сети на новом наборе экспериментальных данных и оперативную реализацию процессора нейронной сети для прогнозирования и коррекции ошибок измерения.The implementation of neural network analysis for predicting mass flow measurement errors includes training the neural network processor to recognize the mass flow error pattern in the training experimental data, testing the performance of the neural network processor on a new set of experimental data, and the operational implementation of the neural network processor to predict and correct measurement errors .

Качество прогнозирования процессора нейронной сети зависит от богатства обучающих данных. Для сбора данных нейронной сети, был проведен ряд экспериментов на двухфазной воздушно-водной смеси с использованием экспериментальной гидродинамической установки 5500, показанной на фиг.55. Контур потока включает в себя главный измеритель 5510, кориолисов расходомер SEVA® 100 с автоматической проверкой и ответвитель 5520 для переноса материала из трубки Вентури на весы 5530. Кориолисов расходомер 100 имеет функцию суммирования, которая может запускаться внешними сигналами. Управление гидродинамической установкой устроено так, что ответвитель потока 5520 (подающий поток на весы) и кориолисово суммирование запускаются главным измерителем 5510 в начале эксперимента, и, опять же, после того, как главный измеритель 5510 зарегистрирует 100 кг потока. Суммарное показание весов используется как опорная точка для вычисления ошибки массового расхода путем сравнения с суммированным потоком из цифрового расходомера 100, когда главный измеритель 5510 действует как дополнительная проверка. Недостоверность экспериментальной установки оценивается примерно на 0,1% типичных размеров порции в 100 кг. Для однофазных экспериментов, цифровой расходомер 100 доставляет суммарный массовый расход в пределах 0,2% суммарного показания весов. Для экспериментов с двухфазным потоком, воздух впрыскивается в поток после главного измерителя 5510 и до кориолисова расходомера 100. При низких расходах, достигаются спады плотности до 30%. При более высоких расходах достигаются, по меньшей мере, 15% спады плотности.The quality of prediction of a neural network processor depends on the richness of training data. To collect neural network data, a series of experiments were conducted on a two-phase air-water mixture using the experimental hydrodynamic unit 5500, shown in Fig. 55. The flow circuit includes a main meter 5510, a SEVA® 100 Coriolis meter with automatic verification, and a 5520 coupler for transferring material from the venturi to the 5530. The Coriolis meter 100 has a summing function that can be triggered by external signals. The control of the hydrodynamic installation is such that the 5520 stream coupler (feed stream to the balance) and Coriolis summation are started by the main meter 5510 at the beginning of the experiment, and, again, after the main meter 5510 registers 100 kg of flow. The total reading of the balance is used as a reference point for calculating the mass flow rate error by comparing with the totalized flow from the digital flowmeter 100 when the main meter 5510 acts as an additional check. The unreliability of the experimental setup is estimated at approximately 0.1% of typical portion sizes of 100 kg. For single-phase experiments, the digital flow meter 100 delivers a total mass flow rate within 0.2% of the total weight reading. For experiments with a two-phase flow, air is injected into the flow after the main meter 5510 and to the Coriolis flow meter 100. At low flow rates, density drops of up to 30% are achieved. At higher costs, at least 15% density drops are achieved.

В конце каждой порции, кориолисов расходомер 100 выдает среднее по порции для каждого из следующих параметров: температуры, затухания, плотности, расхода и суммарного (нескорректированного) потока. Эти параметры, таким образом, доступны для использования в качестве входных данных процессора нейронной сети.At the end of each batch, Coriolis flow meter 100 provides an average batch for each of the following parameters: temperature, attenuation, density, flow rate, and total (uncorrected) flow. These parameters are thus available for use as input to a neural network processor.

Выход или цель нейронной сети является ошибкой массового расхода в процентах:The output or target of a neural network is a mass flow rate error as a percentage:

Figure 00000134
Figure 00000134

На фиг.56 показано, как ошибка массового расхода изменяется в зависимости от расхода и спада плотности. Хотя общая тенденция соответствует пузырьковой модели, существуют дополнительные признаки, представляющие интерес. Например, при высоких расходах и низких спадах плотности, ошибка массового расхода становится немного положительной (примерно на 1%), тогда как пузырьковая модель предсказывает только отрицательную ошибку. Из фиг.56 следует, что в этой области экспериментального пространства и для этой конструкции трубки Вентури происходит какой-то другой физический процесс для преодоления эффектов пропадающей массы двухфазного потока.56 shows how the mass flow rate error varies with flow rate and density decline. Although the general trend is consistent with the bubble model, there are additional features of interest. For example, at high flow rates and low density drops, the mass flow error becomes slightly positive (about 1%), while the bubble model predicts only a negative error. From Fig. 56 it follows that in this region of the experimental space and for this design of the Venturi, some other physical process takes place to overcome the effects of the missing mass of the two-phase flow.

Наилучшие результаты были получены с использованием только четырех входных параметров нейронной сети: температуры, затухания, спада плотности и наблюдаемого расхода. Возможно, менее удовлетворительным является результат, что наилучшая аппроксимация была достигнута с использованием нейронной сети самой по себе, а не коррекции пузырьковой модели или упрощенной аппроксимации кривой.The best results were obtained using only four input parameters of the neural network: temperature, attenuation, density decline and observed flow rate. Perhaps less satisfactory is the result that the best approximation was achieved using the neural network itself, and not the correction of the bubble model or simplified approximation of the curve.

Как часть реализации, нейронную сеть MLP использовали для оперативной реализации. Сравнения между сетями RBF и MLP с одинаковыми наборами данных и вводами показали, в целом, близкую производительность на испытательном наборе. Таким образом, резонно предположить, что входной набор, обеспечивающий наилучшую конструкцию RBF, также будет обеспечивать хорошую (если не лучшую) конструкцию MLP. Нейронные сети MLP обучали с использованием алгоритма масштабированного сопряженного градиента. Возможности Neural Network Toolbox программного пакета MATLAB® использовали для обучения нейронной сети. После исследования дополнительных вариантов конструкции, наивысшая производительность обеспечивается сетью MLP 4-9-1, имеющей в качестве входов температуру, затухание, спад плотности и расход, совместно с ошибкой массового расхода в качестве выхода.As part of the implementation, the MLP neural network was used for operational implementation. Comparisons between RBF and MLP networks with the same datasets and inputs showed, on the whole, similar performance on the test set. Thus, it is reasonable to assume that an input set providing the best RBF design will also provide a good (if not better) MLP design. MLP neural networks were trained using a scaled conjugate gradient algorithm. The capabilities of the Neural Network Toolbox of the MATLAB® software package were used to train a neural network. After exploring additional design options, the highest performance is provided by the MLP 4-9-1 network, which has inputs, such as temperature, attenuation, density drop and flow rate, together with a mass flow rate error as an output.

Согласно проверочному набору, наилучшая нейронная сеть обеспечивала предсказания массового расхода в пределах 2% истинного значения. Процедуры для обнаружения и коррекции двухфазного потока были закодированы и включены в цифровой кориолисов передатчик. На фиг.57 показана остаточная ошибка массового расхода при оперативной коррекции по 134 новым экспериментам. Все ошибки ограничены 2%, и большинство из них значительно меньше. Случайный разброс обусловлен, главным образом, остаточной ошибкой в алгоритме коррекции нейронной сети (как указано выше, недостоверность гидродинамической установки составляет 0,1%). Любая очевидная тенденция в данных предусматривает объем дополнительной коррекции. Эти ошибки, конечно, относятся к среднему скорректированному массовому расходу (т.е. по порции).According to the test set, the best neural network provided predictions of mass flow within 2% of the true value. Procedures for detecting and correcting a two-phase flow were encoded and incorporated into a digital Coriolis transmitter. On Fig shows the residual error of mass flow during operational correction for 134 new experiments. All errors are limited to 2%, and most of them are much smaller. The random spread is mainly due to the residual error in the algorithm for correcting the neural network (as indicated above, the uncertainty of the hydrodynamic setup is 0.1%). Any obvious trend in the data involves the amount of additional correction. These errors, of course, refer to the average corrected mass flow rate (i.e., per serving).

На фиг.58 показано, как оперативные обнаружение и коррекция двухфазного потока отражается в интерфейсе с автоматической проверкой, генерируемом для измерения массового расхода. На графике, нижняя, непрерывная линия 5810 представляет необработанный массовый расход. Верхняя линия 5820 представляет измерение, окруженное полосой недостоверности, и представляет скорректированный или проверенный массовый расход. Пунктирная линия 5830 представляет массовый расход из главного измерителя, который расположен до точки впрыска воздуха (фиг.55).On Fig shows how the operational detection and correction of a two-phase flow is reflected in the interface with the automatic verification generated to measure the mass flow. In the graph, the bottom, continuous line 5810 represents the raw mass flow rate. Top line 5820 represents a measurement surrounded by a band of uncertainty and represents a corrected or verified mass flow rate. The dotted line 5830 represents the mass flow rate from the main meter, which is located to the point of air injection (Fig. 55).

Для однофазного потока (до t = 5 с), измерение массового расхода имеет состояние значения измерения CLEAR и малую недостоверность около 0,2% показания. Когда обнаружен двухфазный поток, коррекция нейронной сети применяется каждый перемеженный период (т.е. с частотой 180 Гц), на основании значений внутренних параметров, усредненных (с использованием движущегося окна) по последней секунде. При наличии двухфазного потока, состояние значения измерения задается равным BLURRED, и недостоверность возрастает для отражения снижения точности скорректированного измерения. Нескорректированное измерение (нижняя толстая линия) демонстрирует большую ошибку смещения около 30%.For a single-phase flow (up to t = 5 s), the mass flow measurement has a CLEAR measurement value state and a small uncertainty of about 0.2% of the reading. When a two-phase flow is detected, neural network correction is applied every interleaved period (i.e., with a frequency of 180 Hz), based on the values of internal parameters averaged (using a moving window) over the last second. If there is a two-phase flow, the state of the measurement value is set to BLURRED, and the uncertainty increases to reflect a decrease in the accuracy of the corrected measurement. An uncorrected measurement (lower thick line) shows a large bias error of about 30%.

Показание главного измерителя согласуется в первом приближении со скорректированным измерением массового расхода. Наблюдаемая задержка в его отклике на наступление двухфазного потока объясняется задержками связи в системе управления установки, и его отклик, напоминающий квадратную волну, обусловлен частотой обновления системы управления только один раз в секунду. Необработанное и скорректированное измерения от цифрового передатчика демонстрируют более высокую степень изменения, чем при однофазном потоке. Показание главного измерителя обеспечивает полезную меру водной фазы, входящей в двухфазную зону, и существует отчетливое подобие между показанием главного измерителя и 'средним' скорректированным показанием. Однако пробковый режим и сжимаемость воздуха в сложной трехмерной геометрии трубки Вентури могут приводить не только к изменениям расхода, но при этом мгновенный массовый расход в систему отличается от массового расхода из системы.The reading of the main meter is consistent in a first approximation with the corrected measurement of mass flow. The observed delay in its response to the onset of a two-phase flow is due to communication delays in the control system of the installation, and its response, resembling a square wave, is due to the frequency of updating the control system only once per second. Raw and corrected measurements from a digital transmitter show a higher degree of change than with a single-phase flow. The reading of the main meter provides a useful measure of the aqueous phase entering the two-phase zone, and there is a clear similarity between the reading of the main meter and the 'average' corrected reading. However, the cork mode and air compressibility in the complex three-dimensional geometry of the Venturi can not only lead to changes in flow, but the instantaneous mass flow into the system differs from the mass flow from the system.

С использованием подхода обработки датчика с автоматической проверкой, измерение не просто помечается датчиком как хорошее или плохое. Вместо этого, если происходит отказ, по возможности применяется коррекция, и качество результирующего измерения указывается посредством состояния BLURRED и повышенной недостоверности. Таким образом, пользователь оценивает требования и варианты, зависящие от применения, для принятия решения, продолжать ли работу со сниженным качеством скорректированного массового расхода, переключиться ли на альтернативное измерение, если доступно, или остановить процесс. Если двухфазный поток присутствует только в течение части пропускаемой порции (например, в начале или конце), будет пропорциональное взвешивание в зависимости от недостоверности суммарной массы порции.Using a sensor processing approach with automatic verification, the measurement is not just marked by the sensor as good or bad. Instead, if a failure occurs, correction is applied whenever possible, and the quality of the resulting measurement is indicated by the BLURRED state and the increased uncertainty. Thus, the user evaluates the requirements and application-specific options to decide whether to continue working with reduced quality of the adjusted mass flow rate, whether to switch to an alternative measurement, if available, or to stop the process. If a two-phase flow is present only during a portion of a skipped portion (for example, at the beginning or end), there will be proportional weighting depending on the uncertainty of the total mass of the portion.

Многофазные потокиMultiphase flows

На фиг.59 показан иллюстративный процесс 5900, используемый для определения зависящего от фазы свойства фазы, включенной в многофазную рабочую текучую среду. Например, способ 5900 можно использовать для определения массового расхода и плотности каждой фазы многофазной рабочей текучей среды.59 illustrates an exemplary process 5900 used to determine the phase-dependent property of a phase included in a multiphase working fluid. For example, method 5900 can be used to determine the mass flow rate and density of each phase of a multiphase working fluid.

Как описано ниже, наблюдаемое промежуточное значение определяется на основании, например, массового расхода и плотности многофазной рабочей текучей среды (также именуемых совокупным массовым расходом и совокупной плотностью, соответственно), определяемых, например, кориолисовым измерителем. Хотя кориолисов измеритель продолжает работать при наличии многофазной рабочей текучей среды, наличие многофазной текучей среды оказывает влияние на движение трубки Вентури (или трубопровода), которая входит в состав кориолисова измерителя. Таким образом, выходные сигналы, определяемые измерителем, могут быть неточными, поскольку измеритель работает исходя из того, что рабочая текучая среда включает в себя одну фазу. Эти выходные сигналы можно называть наблюдаемыми свойствами или необработанными свойствами многофазной текучей среды. Таким образом, в одной реализации, наблюдаемое промежуточное значение определяется на основании наблюдаемых или необработанных свойств многофазной текучей среды. Другие реализации могут определять промежуточное значение на основании скорректированной формы наблюдаемого свойства(-ств). Для коррекции неточностей, наблюдаемое промежуточное значение вводится, например, в нейронную сеть для создания скорректированного промежуточного значения, которое учитывает эффекты использования многофазной рабочей текучей среды. Скорректированное промежуточное значение используется для определения массового расхода и плотности каждой фазы многофазной рабочей текучей среды. Использование промежуточного значения вместо наблюдаемого массового расхода и плотности многофазной рабочей текучей среды может способствовать повышению точности определения массового расхода и плотности каждой фазы многофазной рабочей текучей среды.As described below, the observed intermediate value is determined based, for example, on the mass flow rate and multiphase working fluid density (also referred to as total mass flow rate and total density, respectively), as determined, for example, by a Coriolis meter. Although the Coriolis meter continues to operate in the presence of a multiphase working fluid, the presence of a multiphase fluid affects the movement of the venturi (or pipe) that is part of the Coriolis meter. Thus, the output signals detected by the meter may be inaccurate, because the meter operates on the assumption that the working fluid includes one phase. These output signals may be called observable properties or raw properties of a multiphase fluid. Thus, in one implementation, the observed intermediate value is determined based on the observed or untreated properties of the multiphase fluid. Other implementations may determine an intermediate value based on the adjusted form of the observed property (s). To correct inaccuracies, the observed intermediate value is introduced, for example, into the neural network to create a corrected intermediate value that takes into account the effects of using a multiphase working fluid. The adjusted intermediate value is used to determine the mass flow rate and density of each phase of the multiphase working fluid. The use of an intermediate value instead of the observed mass flow rate and density of the multiphase working fluid can improve the accuracy of determining the mass flow and density of each phase of the multiphase working fluid.

Многофазная рабочая текучая среда пропускается через вибрационную трубку Вентури (5905). В вибрационной трубке Вентури создается движение (5910). Вибрационная трубка Вентури может представлять собой, например, трубопровод 120, рассмотренный выше согласно фиг.1. Многофазную рабочую текучую среду также можно называть многофазным потоком. Многофазная текучая среда может быть двухфазной текучей средой, трехфазной текучей средой или текучей средой, которая включает в себя более трех фаз. В общем случае, каждую фазу многофазной текучей среды можно рассматривать как составляющую или компонент многофазной текучей среды. Например, двухфазная текучая среда может включать в себя негазовую фазу и газовую фазу. Негазовая фаза может быть жидкостью, например, нефтью, и газовая фаза может быть газом, например, воздухом. Трехфазная текучая среда может включать в себя две негазовые фазы и одну газовую фазу или одну негазовую фазу и две газовые фазы. Например, трехфазная текучая среда может включать в себя газ и две жидкости, например, воду и нефть. В другом примере, трехфазная текучая среда может включать в себя газ, жидкость и твердое тело (например, песок). Дополнительно, многофазная текучая среда может представлять собой влажный газ. Хотя влажный газ может быть любой из вышеописанных многофазных текучих сред, влажный газ, в общем случае, состоит из более 95% газовой фазы по объему. Способ 5900 можно применять к любой многофазной текучей среде.A multiphase working fluid is passed through a venturi (5905). A movement is generated in the venturi (5910). The venturi vibration tube may, for example, be a conduit 120, discussed above with respect to FIG. 1. A multiphase working fluid may also be called a multiphase flow. A multiphase fluid may be a biphasic fluid, a three-phase fluid, or a fluid that includes more than three phases. In general, each phase of a multiphase fluid can be considered as a component or component of a multiphase fluid. For example, a two-phase fluid may include a non-gas phase and a gas phase. The non-gas phase may be a liquid, for example, oil, and the gas phase may be a gas, for example, air. A three-phase fluid may include two non-gas phases and one gas phase or one non-gas phase and two gas phases. For example, a three-phase fluid may include a gas and two liquids, for example, water and oil. In another example, a three-phase fluid may include gas, liquid, and a solid (e.g., sand). Additionally, the multiphase fluid may be a wet gas. Although the wet gas may be any of the multiphase fluids described above, the wet gas generally consists of more than 95% of the gas phase by volume. Method 5900 can be applied to any multiphase fluid.

Первое свойство многофазной текучей среды можно определить на основании движения вибрационной трубки Вентури (5915). Первым свойством многофазной текучей среды может быть наблюдаемый массовый расход и/или наблюдаемая плотность текучей среды, текущей через вибрационную трубку Вентури. Таким образом, в иллюстративном способе 5900, первым свойством может быть массовый расход или плотность многофазной текучей среды. Свойства, определяемые из многофазной текучей среды, можно называть наблюдаемыми, или необработанными, свойствами в отличие от истинных (или, по меньшей мере, скорректированных) свойств многофазной текучей среды. Наблюдаемые массовый расход и плотность многофазной текучей среды, в общем случае, не согласуются с массовым расходом и плотностью каждой из отдельных фаз многофазной текучей среды вследствие воздействия многофазной текучей среды на движение трубки Вентури. Например, если многофазная текучая среда имеет сравнительно низкую объемную долю газа (например, многофазная текучая среда включает в себя больше жидкости, чем газа), наблюдаемая плотность и наблюдаемый массовый расход многофазной текучей среды, полученные из трубки Вентури, имеют тенденцию быть ниже, чем фактические плотность и массовый расход негазовой фазы. Хотя первое свойство, в общем случае, является наблюдаемым свойством, в некоторых реализациях, первое свойство может быть скорректированным или фактическим свойством. Скорректированное или фактическое свойство можно получить, например, из модели или отображения.The first property of a multiphase fluid can be determined based on the movement of a vibrating venturi (5915). The first property of a multiphase fluid may be the observed mass flow rate and / or the observed density of the fluid flowing through the venturi. Thus, in the illustrative method 5900, the first property may be mass flow rate or multiphase fluid density. Properties determined from a multiphase fluid may be called observable, or untreated, properties in contrast to the true (or at least adjusted) properties of the multiphase fluid. The observed mass flow rate and density of the multiphase fluid are generally not consistent with the mass flow rate and density of each of the individual phases of the multiphase fluid due to the effect of the multiphase fluid on the movement of the venturi. For example, if a multiphase fluid has a relatively low gas volume fraction (for example, a multiphase fluid includes more liquid than gas), the observed density and the observed mass flow rate of the multiphase fluid obtained from the venturi tend to be lower than the actual density and mass flow rate of the non-gas phase. Although the first property is, in the general case, an observable property, in some implementations, the first property can be an adjusted or actual property. The adjusted or actual property can be obtained, for example, from a model or display.

Как рассмотрено согласно фиг.1, массовый расход связан с движением, возбуждаемым в вибрационной трубке Вентури. В частности, массовый расход связан с фазовым и частотным поведением движения трубки Вентури и температурой трубки Вентури. Дополнительно, плотность текучей среды связана с частотой движения и температурой трубки Вентури. Таким образом, поскольку текучая среда, текущая через трубку Вентури, включает в себя более одной фазы, вибрационная трубка Вентури обеспечивает массовый расход и плотность многофазной текучей среды, а не массовый расход и плотность каждой фазы многофазной текучей среды. Как более подробно описано ниже, способ 5900 можно использовать для определения свойств каждой фазы многофазной текучей среды.As discussed in accordance with FIG. 1, the mass flow rate is related to the movement excited in the venturi. In particular, the mass flow rate is associated with the phase and frequency behavior of the movement of the venturi and the temperature of the venturi. Additionally, the density of the fluid is related to the speed and temperature of the venturi. Thus, since the fluid flowing through the venturi includes more than one phase, the venturi provides mass flow and density of the multiphase fluid, rather than the mass flow and density of each phase of the multiphase fluid. As described in more detail below, method 5900 can be used to determine the properties of each phase of a multiphase fluid.

В общем случае, для определения свойств отдельных фаз в многофазной текучей среде, временами может требоваться дополнительная информация (например, известные плотности материалов в отдельных фазах) или дополнительные измерения (например, давление многофазной текучей среды или обводненность многофазной текучей среды). Однако свойства многофазной текучей среды, измеренные измерителем, обычно определяются модификацией или коррекцией традиционных методов однофазных измерений вследствие влияния многофазного потока на трубку Вентури по сравнению с однофазным потоком.In general, to determine the properties of individual phases in a multiphase fluid, additional information (e.g., known densities of materials in the individual phases) or additional measurements (e.g., multiphase fluid pressure or water cut of a multiphase fluid) may be required at times. However, the properties of a multiphase fluid measured by a meter are usually determined by the modification or correction of traditional single-phase measurement methods due to the effect of the multiphase flow on the venturi compared to a single-phase flow.

Таким образом, в некоторых реализациях, помимо свойства, определяемого на основании движения трубопровода, например первого свойства, рассмотренного выше, дополнительные или "внешние" свойства многофазной текучей среды, например, температура, давление и обводненность, можно измерять и использовать в способе 5900, например, в качестве дополнительных входов отображения или для помощи в определении расходов отдельных компонентов многофазной текучей среды. Дополнительные свойства можно измерять устройством, отличным от расходомера. Например, обводненность многофазной текучей среды, которая представляет часть многофазной текучей среды, т.е. воду, можно определять с помощью измерителя обводненности. Дополнительное свойство также может включать в себя давление, связанное с трубкой Вентури. Давление, связанное с трубкой Вентури, может представлять собой, например, давление многофазной рабочей текучей среды на входе трубки Вентури и/или перепад давлений на трубке Вентури.Thus, in some implementations, in addition to the property determined based on the movement of the pipeline, for example, the first property discussed above, the additional or “external” properties of the multiphase fluid, for example, temperature, pressure, and water cut, can be measured and used in method 5900, for example , as additional display inputs or to help determine the flow rates of individual components of a multiphase fluid. Additional properties can be measured with a device other than a flowmeter. For example, the water cut of a multiphase fluid that is part of a multiphase fluid, i.e. water can be determined using a water cut meter. An additional property may also include pressure associated with the venturi. The pressure associated with the venturi may be, for example, the pressure of the multiphase working fluid at the inlet of the venturi and / or the pressure drop across the venturi.

Наблюдаемое промежуточное значение, связанное с многофазной рабочей текучей средой, определяется на основании первого свойства (5920). В некоторых реализациях, второе свойство многофазной текучей среды также можно определить на основании движения трубопровода. Например, в такой реализации, наблюдаемый массовый расход многофазной текучей среды и наблюдаемую плотность многофазной текучей среды можно определить на основании движения трубопровода, и оба эти наблюдаемые свойства можно использовать для определения одного или нескольких наблюдаемых промежуточных значений (например, объемной доли жидкости и объемного расхода или газового числа Фруда и негазового числа Фруда, как описано ниже). В некоторых реализациях, наблюдаемые промежуточные значения могут быть промежуточными значениями на основании одного или нескольких скорректированных или фактических свойств.The observed intermediate value associated with the multiphase working fluid is determined based on the first property (5920). In some implementations, the second property of the multiphase fluid can also be determined based on the movement of the pipeline. For example, in such an implementation, the observed mass flow rate of the multiphase fluid and the observed density of the multiphase fluid can be determined based on the movement of the pipe, and both of these observed properties can be used to determine one or more observed intermediate values (e.g., liquid volume fraction and volume flow rate or gas Froude number and non-gas Froude number, as described below). In some implementations, observed intermediate values may be intermediate values based on one or more adjusted or actual properties.

В общем случае, наблюдаемое промежуточное значение (или значения) - это значение, связанное с многофазной текучей средой, которое отражает неточности, обусловленные включением более чем одной фазы в многофазной текучей среде. Наблюдаемое промежуточное значение может быть, например, объемной долей многофазной рабочей текучей среды. Объемная доля может быть объемной долей жидкости, которая задает часть многофазной текучей среды, которая не является газом. Объемная доля также может быть объемной долей газа, которая задает часть многофазной текучей среды, которая является газом. В общем случае, объемная доля является безразмерной величиной, которую можно выразить в процентах. Объемную долю газа также можно называть пустотной долей. Если многофазная текучая среда включает в себя жидкости и газы, сумма объемных долей жидкости и газа равна 100%. В других реализациях, наблюдаемое промежуточное значение может быть объемным расходом многофазной текучей среды.In general, the observed intermediate value (or values) is a value associated with a multiphase fluid that reflects inaccuracies due to the inclusion of more than one phase in the multiphase fluid. The observed intermediate value may, for example, be the volume fraction of a multiphase working fluid. The volume fraction may be a volume fraction of a liquid that defines a portion of a multiphase fluid that is not a gas. The volume fraction may also be the volume fraction of gas, which defines the portion of the multiphase fluid that is gas. In general, the volume fraction is a dimensionless quantity that can be expressed as a percentage. The volume fraction of gas can also be called the void fraction. If the multiphase fluid includes liquids and gases, the sum of the volume fractions of the liquid and gas is 100%. In other implementations, the observed intermediate value may be the volumetric flow rate of a multiphase fluid.

В другой реализации, наблюдаемые промежуточные значения могут включать в себя негазовое число Фруда и газовое число Фруда. Числа Фруда представляют собой безразмерные величины, которые могут представлять сопротивление объекта, движущегося через текучую среду, и которые можно использовать для описания многофазных текучих сред. В этой реализации, наблюдаемое промежуточное значение может быть негазовым числом Фруда и/или газовым числом Фруда. Наблюдаемое газовое число Фруда можно вычислять с использованием следующего уравнения, где m ag - наблюдаемый массовый расход газа, ρg - оценка плотности газовой фазы на основании законов идеального газа, ρl - оценка плотности жидкости в негазовой фазе многофазной текучей среды, A - площадь поперечного сечения трубки Вентури, D - диаметр трубки Вентури и g - ускорение свободного падения:In another implementation, observed intermediate values may include the non-gas Froude number and the gas Froude number. Froude numbers are dimensionless quantities that can represent the resistance of an object moving through a fluid and that can be used to describe multiphase fluids. In this implementation, the observed intermediate value may be a non-gas Froude number and / or a gas Froude number. The observed gas Froude number can be calculated using the following equation, where m a g is the observed gas mass flow rate, ρ g is the estimate of the density of the gas phase based on the laws of an ideal gas, ρ l is the estimate of the density of the liquid in the non-gas phase of the multiphase fluid, A is the area the cross section of the venturi, D is the diameter of the venturi and g is the acceleration of gravity:

Figure 00000135
,
Figure 00000135
,

где

Figure 00000136
наблюдаемая скорость газа
Figure 00000137
.Where
Figure 00000136
observed gas velocity
Figure 00000137
.

Аналогично, негазовое число Фруда (которое может быть жидкостным числом Фруда) можно вычислять с использованием следующего уравнения, где m al - наблюдаемый массовый расход жидкости:Similarly, the non-gas Froude number (which may be the liquid Froude number) can be calculated using the following equation, where m a l is the observed mass flow rate of the liquid:

Figure 00000138
Figure 00000138

Как рассмотрено более подробно ниже, наблюдаемое промежуточное значение вводится в отображение, которое задает соотношение между наблюдаемым промежуточным значением и скорректированным промежуточным значением. Отображение может представлять собой, например, нейронную сеть, многочлен, функцию, или любой другой тип отображения. До ввода наблюдаемого промежуточного значения в отображение, наблюдаемое промежуточное значение можно фильтровать или преобразовывать для снижения шума измерения и процесса. Например, линейные фильтры можно применять к наблюдаемому промежуточному значению для снижения шума измерения. Временную постоянную линейного фильтра можно задать равным значению, которое отражает время отклика измерительных приборов (например, 1 секунду), чтобы фильтр оставался устойчивым к фактическим изменениям в текучей среде, текущей через трубку Вентури (например, осадкам негазообразной текучей среды), и в то же время был способен снижать шум измерения.As discussed in more detail below, the observed intermediate value is entered into a display that sets the relationship between the observed intermediate value and the adjusted intermediate value. The mapping may be, for example, a neural network, polynomial, function, or any other type of mapping. Prior to entering the observed intermediate value into the display, the observed intermediate value can be filtered or converted to reduce measurement and process noise. For example, linear filters can be applied to an observed intermediate value to reduce measurement noise. The time constant of the linear filter can be set to a value that reflects the response time of the measuring instruments (for example, 1 second) so that the filter remains resistant to actual changes in the fluid flowing through the venturi (for example, sediments of a non-gaseous fluid), and at the same time time was able to reduce measurement noise.

Построение отображения для коррекции или улучшения многофазного измерения предусматривает сбор данных в условиях эксперимента, где истинные или опорные измерения обеспечиваются дополнительным калиброванным оборудованием. В общем случае, непрактично проводить эксперименты, охватывающие все мыслимые многофазные условия, вследствие ограничений испытательного оборудования и/или стоимости и времени, связанных с производством, возможно, тысяч экспериментов. Дополнительно, вряд ли возможно поддерживать условия многофазного потока в точности постоянными в течение сколько-нибудь продолжительного периода времени, вследствие внутренне нестабильных состояний потока, которые имеют место в многофазных условиях. Соответственно, обычно требуется вычислять средние значения любых относящихся к делу параметров, включая наблюдаемые и истинные или опорные значения параметров, на протяжении каждого эксперимента, длительность которого обычно может составлять от 30 с до 120 с. Таким образом, отображение можно построить из экспериментальных данных, где каждая точка данных выводится из среднего значения данных по периоду, например, от 30 с до 120 с.Constructing a display to correct or improve multiphase measurement involves collecting data in an experimental environment where true or reference measurements are provided with additional calibrated equipment. In the general case, it is impractical to conduct experiments covering all conceivable multiphase conditions, due to the limitations of the test equipment and / or the cost and time associated with the production of possibly thousands of experiments. Additionally, it is hardly possible to maintain multiphase flow conditions exactly constant over any extended period of time, due to the internally unstable flow conditions that occur under multiphase conditions. Accordingly, it is usually required to calculate the average values of any relevant parameters, including the observed and true or reference parameter values, for each experiment, the duration of which can usually be from 30 s to 120 s. Thus, the mapping can be constructed from experimental data, where each data point is derived from the average value of the data for the period, for example, from 30 s to 120 s.

Трудности могут возникать при применении результирующего отображения в измерителе в ходе многофазного потока в реальном времени, благодаря чему конкретные значения параметров, наблюдаемых в измерителе, не включаются в отображение, полученное из ранее собранных экспериментальных данных. Это может происходить двумя основными путями. В первом варианте, хотя условия, в которых находится измеритель, усредненные по временной шкале примерно от 15 до 120 секунд, соответствуют условиям, охватываемым отображением, мгновенные значения параметров могут выпадать из области, вследствие шума измерения и/или мгновенных изменений фактических условий вследствие нестабильностей, присущих многофазному потоку. Как описано выше, этот эффект можно до некоторой степени ослабить усреднением по времени или фильтрацией параметров, используемых в качестве входов в функцию отображения, хотя существует компромисс между эффектами понижения шума такой фильтрации и реактивностью измерителя к фактическим изменениям условий в многофазном потоке. Альтернативно, усредненные значения параметров могут выпадать из отображения, поскольку, например, не было экономически оправдано охватывать все возможные многофазные условия на стадии эксперимента.Difficulties may arise when applying the resultant display in the meter during multiphase flow in real time, due to which the specific values of the parameters observed in the meter are not included in the display obtained from previously collected experimental data. This can happen in two main ways. In the first embodiment, although the conditions in which the meter is located, averaged over a time scale of about 15 to 120 seconds, correspond to the conditions covered by the display, the instantaneous values of the parameters may fall out of the area due to measurement noise and / or instantaneous changes in actual conditions due to instabilities, inherent in multiphase flow. As described above, this effect can be weakened to some extent by averaging over time or filtering the parameters used as inputs to the display function, although there is a compromise between the effects of noise reduction of such filtering and the reactivity of the meter to actual changes in conditions in a multiphase flow. Alternatively, the averaged values of the parameters may fall out of the display, since, for example, it was not economically feasible to cover all possible multiphase conditions at the experimental stage.

Может быть не выгодно применять функцию отображения (нейронную сеть, многочлен или другую функцию) к данным, которые выпадают из области, для которой предназначено отображение. Применение отображения к таким данным может приводить к генерации низкокачественных измерений. Соответственно, можно применять процедуры покрытия оболочкой, чтобы гарантировать, что поведение процедуры отображения пригодно для значений параметров вне отображаемой области, независимо от причин, по которым параметры оказываются вне отображаемой области. Данные, которые включены в область, можно называть пригодными данными.It may not be beneficial to apply the mapping function (neural network, polynomial, or other function) to data that falls out of the area for which mapping is intended. Applying a mapping to such data can lead to the generation of low-quality measurements. Accordingly, it is possible to apply wrapping procedures to ensure that the behavior of the display procedure is suitable for parameter values outside the displayed area, regardless of the reasons why the parameters are outside the displayed area. The data that is included in the region may be called suitable data.

Таким образом, наблюдаемое промежуточное значение можно "покрывать оболочкой" до ввода наблюдаемого промежуточного значения в отображение. Для реализаций, которые включают в себя отображения с одним входом, область подходящих данных можно задать посредством одного или нескольких пределов, диапазона или порога. В других реализациях, могут существовать отображения с более чем одним входом. В этих реализациях, область подходящих данных можно задать рядом линий, кривых поверхностей. Соответственно, с возрастанием количества входов отображения, задание области подходящих данных усложняется. Таким образом, может быть желательно использовать отображения с меньшим числом входов. Вышеописанные газовое и жидкостное числа Фруда являются примерами наблюдаемых промежуточных значений, которые можно подавать в отображение без дополнительных входов. Таким образом, использование газового и негазового чисел Фруда может способствовать сокращению количества входов в отображение, что также может способствовать упрощению процесса покрытия оболочкой. Дополнительно, использование меньшего числа входов отображения может приводить к упрощению отображения, что может способствовать снижению вычислительных ресурсов, используемых отображением, и способствовать повышению скорости определения скорректированных промежуточных значений на основании отображения.Thus, the observed intermediate value can be “wrapped” before the observed intermediate value is entered into the display. For implementations that include single-input mappings, the area of suitable data can be defined by one or more limits, range, or threshold. In other implementations, mappings with more than one input may exist. In these implementations, the area of suitable data can be defined by a series of lines, curved surfaces. Accordingly, with an increase in the number of display inputs, defining an area of suitable data is complicated. Thus, it may be desirable to use mappings with fewer inputs. The above-described gas and liquid Froude numbers are examples of observed intermediate values that can be displayed without additional inputs. Thus, the use of gas and non-gas Froude numbers can help reduce the number of entries in the display, which can also help simplify the process of coating the shell. Additionally, the use of a smaller number of display inputs can lead to a simplified display, which can help reduce the computing resources used by the display and increase the speed of determining the adjusted intermediate values based on the display.

Наблюдаемое промежуточное значение, имеющее значение, находящееся вне заданной области, можно определить как непригодное для ввода в отображение. В общем случае, заданы правила коррекции наблюдаемого промежуточного значения, которое определено как находящееся вне заданной области. Например, наблюдаемое промежуточное значение, которое находится вне заданной области, может игнорироваться отображением (например, наблюдаемое промежуточное значение, не скорректированное посредством отображения), наблюдаемое промежуточное значение может вовсе не вводиться в отображение, к наблюдаемому промежуточному значению можно применять фиксированную коррекцию, а не коррекцию, определяемую отображением, или можно применять коррекцию, соответствующую коррекции, которая будет применяться к значению, ближайшему к наблюдаемому промежуточному значению. Можно реализовать другие правила коррекции наблюдаемого промежуточного значения, которое находится вне заданной области. В общем случае, покрытие оболочкой относится к конкретному отображению и определяется для каждого отображения.An observed intermediate value having a value that is outside the specified area can be defined as unsuitable for input into the display. In general, rules for correcting the observed intermediate value are defined, which are defined as being outside a given area. For example, the observed intermediate value that is outside the specified area may be ignored by the display (for example, the observed intermediate value not corrected by the display), the observed intermediate value may not be entered into the display at all, a fixed correction can be applied to the observed intermediate value, not correction determined by the display, or you can apply a correction corresponding to the correction, which will be applied to the value closest to the observed omezhutochnomu value. You can implement other rules for the correction of the observed intermediate value, which is outside the specified area. In general, a wrapper refers to a particular display and is defined for each display.

Скорректированное промежуточное значение определяется на основании отображения между наблюдаемым промежуточным значением и скорректированным промежуточным значением (5925). Отображение может представлять собой нейронную сеть, статистическую модель, многочлен, функцию, или любой другой тип отображения. Нейронную сеть или другое отображение можно обучать данными, полученными из многофазной текучей среды, для которой значения составляющих фаз известны. Аналогично покрытию оболочкой, описанному выше согласно (5920), скорректированное наблюдаемое значение можно покрывать оболочкой, или иначе проверять, до его использования в дальнейшей обработке. Зависящее от фазы свойство многофазной рабочей текучей среды можно определить на основании скорректированного промежуточного значения (5930). С использованием одного или нескольких из наблюдаемых промежуточных значений, рассмотренных выше, а не значения, непосредственно из трубки Вентури (например, массового расхода многофазной жидкости) можно повысить точность способа 5900. Зависящее от фазы свойство может быть, например, массовым расходом и/или плотностью негазовой и газовой фаз многофазной текучей среды.The adjusted intermediate value is determined based on the mapping between the observed intermediate value and the adjusted intermediate value (5925). A mapping may be a neural network, a statistical model, a polynomial, a function, or any other type of mapping. A neural network or other mapping can be trained with data obtained from a multiphase fluid for which the values of the constituent phases are known. Similar to the coating of the shell described above according to (5920), the corrected observed value can be coated, or otherwise verified, before use in further processing. The phase-dependent property of the multiphase working fluid can be determined based on the adjusted intermediate value (5930). Using one or more of the observed intermediate values discussed above rather than directly from a venturi (for example, mass flow rate of a multiphase fluid) can improve the accuracy of method 5900. The phase-dependent property may be, for example, mass flow rate and / or density non-gas and gas phases of a multiphase fluid.

Иллюстративный способ, описанный согласно фиг.59, можно реализовать программными или аппаратными средствами. На фиг.60 и 61 описан пример реализации. Согласно фиг.60 и 61, необязательные компоненты обозначены пунктиром. В частности, на фиг.60 и 61 показано применение цифрового расходомера к текучей среде, имеющей множественные фазы, которые предполагаются часто встречающимися (например, в вышеописанном способе серийного производства), или к потоку текучей среды, имеющей неоднородную смесь составляющих (одну или несколько газовых составляющих и/или одну или несколько жидкостных составляющих).The illustrative method described in accordance with FIG. 59 may be implemented in software or hardware. On Fig and 61 describes an example implementation. 60 and 61, optional components are indicated by a dotted line. In particular, FIGS. 60 and 61 show the application of a digital flow meter to a fluid having multiple phases that are often encountered (for example, in the above batch production method), or to a fluid stream having an inhomogeneous mixture of components (one or more gas constituents and / or one or more liquid constituents).

На фиг.60 показан цифровой контроллер 6200, который можно использовать вместо цифрового контроллера 105 или 505 цифровых массовых расходомеров 100, 500, показанных на фиг.1 и 5. В этой реализации цифрового контроллера 6200, датчики способа 6204, подключенные к трубке Вентури, генерируют сигналы способа, включающие в себя один или несколько сигналов датчиков, сигнал температуры и один или несколько сигналов давления (как описано выше). Аналоговые сигналы способа преобразуются в цифровые данные сигналов А/Ц преобразователями 6206 и сохраняются в буферах памяти 6208 данных сигналов датчиков и возбудителей для использования цифровым контроллером 6200. Возбудители 6245, подключенные к трубке Вентури, генерируют сигнал тока возбуждения и могут передавать этот сигнал на А/Ц преобразователи 6206. Затем сигнал тока возбуждения преобразуется в цифровые данные и сохраняется в буферах памяти 6208 данных сигналов датчиков и возбудителей. Альтернативно, цифровой сигнал коэффициента усиления возбуждения и цифровой сигнал тока возбуждения могут генерироваться модулем регулировки амплитуды 6235 и передаваться в буферы памяти 6208 данных сигналов датчиков и возбудителей для сохранения и использования цифровым контроллером 6200.60 shows a digital controller 6200 that can be used in place of the digital controller 105 or 505 of the digital mass flow meters 100, 500 shown in FIGS. 1 and 5. In this implementation of the digital controller 6200, method 6204 sensors connected to a venturi generate method signals including one or more sensor signals, a temperature signal and one or more pressure signals (as described above). The analog signals of the method are converted into digital data of the A / D signals by converters 6206 and stored in the memory data buffers 6208 of the sensor and exciter signals for use by the digital controller 6200. The exciters 6245 connected to the Venturi tube generate an excitation current signal and can transmit this signal to A / D converters 6206. Then, the excitation current signal is converted into digital data and stored in the data buffers of the sensor and exciter signals 6208. Alternatively, a digital drive gain signal and a digital drive current signal may be generated by an amplitude control module 6235 and transmitted to the memory buffers 6208 of the sensor and driver signals for storage and use by the digital controller 6200.

Цифровые данные сигналов датчиков и возбудителей способа дополнительно анализируются и обрабатываются модулем 6210 обработки параметров датчиков и возбудителей, который генерирует физические параметры, включающие в себя частоту, фазу, ток, затухание и амплитуду колебаний. Модуль 6212 вычисления необработанного измерения массового расхода генерирует необработанный сигнал измерения массового расхода с использованием методов, рассмотренных выше применительно к расходомеру 500.The digital data of the signals of the sensors and pathogens of the method are further analyzed and processed by the module 6210 for processing the parameters of the sensors and pathogens, which generates physical parameters including the frequency, phase, current, attenuation and amplitude of the oscillations. The raw mass flow measurement calculation module 6212 generates a raw mass flow measurement signal using the methods discussed above with respect to the flow meter 500.

Вместо того, чтобы включать в себя специализированный конечный автомат состояний потока, например 5215, рассмотренный в связи с расходомером 5200, модуль коррекции ошибок многофазного потока с одной или несколькими нейронными сетями принимает, в качестве входа, физические параметры от модуля 6210 обработки параметров датчиков и возбудителей, необработанный сигнал измерения массового расхода и измерение плотности 6214, которое вычисляется, как описано выше. Например, если рабочая текучая среда представляет собой известный двухфазный (например, газовую и жидкостную составляющие), трехфазный (например, газовую и две жидкостные составляющие) или другой многофазный поток (например, одну или несколько газовых и одну или несколько жидкостных составляющих), определение состояния потока может не потребоваться. В этом примере, рабочая текучая среда может быть влажным газом, про который известно, что он включают в себя объемную долю газа (gvf) и объемную долю жидкости (lvf). Влажный газ может включать в себя, например, природный газ, жидкий нефтепродукт и воду. Соответственно, измерение массового расхода, рассмотренное ниже, может автоматически определять измерение массового расхода каждой фазы многофазной рабочей текучей среды. Специализированную нейронную сеть для каждого состояния многофазного потока можно использовать в модуле 6220 коррекции ошибок многофазного потока. Альтернативно или дополнительно, можно использовать единую нейронную сеть, которая распознает двухфазный и/или трехфазный (или состоящий из большего количества фаз) поток и применяет коэффициенты коррекции на основании фактического состояния многофазного потока.Instead of including a specialized finite state flow state machine, for example 5215, considered in connection with a 5200 flowmeter, a multiphase flow error correction module with one or more neural networks accepts, as an input, physical parameters from a sensor and pathogen parameter processing module 6210 , a raw mass flow measurement signal and a density measurement 6214, which is calculated as described above. For example, if the working fluid is a known two-phase (for example, gas and liquid components), three-phase (for example, gas and two liquid components) or other multiphase flow (for example, one or more gas and one or more liquid components), state determination flow may not be required. In this example, the working fluid may be a moist gas, which is known to include a gas volume fraction (gvf) and a liquid volume fraction (lvf). Wet gas may include, for example, natural gas, liquid oil, and water. Accordingly, the mass flow measurement discussed below can automatically determine the mass flow measurement of each phase of a multiphase working fluid. A dedicated neural network for each state of the multiphase flow can be used in the multiphase flow error correction module 6220. Alternatively or additionally, you can use a single neural network that recognizes a two-phase and / or three-phase (or consisting of more phases) flow and applies correction factors based on the actual state of the multiphase flow.

В условиях многофазного потока, модуль 6220 коррекции ошибок многофазного потока принимает необработанный (или наблюдаемый) сигнал измерения массового расхода и необработанный сигнал плотности. Наблюдаемые сигналы измерения массового расхода и плотности отражают массовый расход и плотность многофазной рабочей текучей среды, а не массовый расход и плотность каждой фазы, включенной в многофазную рабочую текучую среду. Модуль 6220 коррекции ошибок многофазного потока включает в себя процессор нейронной сети для прогнозирования ошибки массового расхода, что обусловлено наличием многофазной рабочей текучей среды. Процессор нейронной сети можно реализовать в программной процедуре или, альтернативно, можно реализовать как отдельный программируемый аппаратный процессор. Работа процессора нейронной сети более подробно описана ниже.In multiphase flow conditions, the multiphase flow error correction module 6220 receives an unprocessed (or observed) mass flow measurement signal and an unprocessed density signal. The observed mass flow and density measurement signals reflect the mass flow and density of the multiphase working fluid, and not the mass flow and density of each phase included in the multiphase working fluid. The multiphase flow error correction module 6220 includes a neural network processor for predicting a mass flow rate error due to the presence of a multiphase working fluid. A neural network processor can be implemented in a software procedure or, alternatively, can be implemented as a separate programmable hardware processor. The operation of the neural network processor is described in more detail below.

Входными сигналами процессора нейронной сети могут быть наблюдаемые промежуточные значения, определяемые из необработанных сигналов измерения массового расхода и измерения плотности. В этой реализации, модуль 6220 коррекции ошибок многофазного потока определяет наблюдаемые промежуточные значения, например, наблюдаемые промежуточные значения, рассмотренные выше согласно фиг.59, из необработанных (или наблюдаемых) значений массового расхода и плотности многофазной рабочей текучей среды. Наблюдаемые промежуточные значения вводятся в процессор нейронной сети и корректируются. Скорректированные наблюдаемые промежуточные значения выводятся на блок 6230 вывода измерения массового расхода. В других реализациях, наблюдаемые (или необработанные) измерение массового расхода и плотность можно вводить в нейронную сеть.The input signals of the neural network processor can be observed intermediate values determined from the raw signals of the measurement of mass flow and density measurement. In this implementation, the multiphase flow error correction module 6220 determines the observed intermediate values, for example, the observed intermediate values discussed above in accordance with FIG. 59, from the unprocessed (or observed) mass flow rates and multiphase working fluid density. Observed intermediate values are entered into the neural network processor and adjusted. The corrected observed intermediate values are output to a mass flow measurement output unit 6230. In other implementations, observable (or untreated) mass flow rate and density measurements can be entered into the neural network.

Модуль 6225 коэффициентов и обучения нейронной сети сохраняет заранее определенный набор или наборы коэффициентов нейронной сети, которые используются процессором нейронной сети для каждого состояния многофазного потока. Модуль 6225 коэффициентов и обучения нейронной сети также может осуществлять функцию оперативного обучения с использованием обучающих данных, что позволяет вычислять обновленный набор коэффициентов для использования нейронной сетью. Хотя заранее определенный набор коэффициентов нейронной сети генерируется в ходе обширных лабораторных испытаний и экспериментов на основании известных двухфазного, трехфазного или многофазного массовых расходов, функция оперативного обучения, осуществляемая модулем 6225, может применяться на начальной стадии ввода расходомера в эксплуатацию или каждый раз при инициализации расходомера.The neural network coefficient and training module 6225 stores a predetermined set or sets of neural network coefficients that are used by the neural network processor for each multiphase flow state. Module 6225 coefficients and training the neural network can also carry out the function of online learning using training data, which allows you to calculate an updated set of coefficients for use by the neural network. Although a predetermined set of neural network coefficients is generated during extensive laboratory tests and experiments based on known two-phase, three-phase, or multiphase mass flow rates, the on-line learning function provided by module 6225 can be used at the initial stage of commissioning the flowmeter or each time the flowmeter is initialized.

Скорректированные промежуточные значения из нейронной сети поступают на блок 6230 вывода измерения массового расхода. С использованием скорректированных промежуточных значений, блок 6230 вывода измерения массового расхода определяет массовый расход каждой фазы многофазной рабочей текучей среды. В некоторых реализациях, блок 6230 вывода измерения массового расхода проверяет измерения массового расхода для фаз и может осуществлять анализ недостоверности для генерации параметра недостоверности, связанного с проверкой.The adjusted intermediate values from the neural network are fed to the mass flow measurement output unit 6230. Using the adjusted intermediate values, the mass flow measurement output unit 6230 determines the mass flow rate of each phase of the multiphase working fluid. In some implementations, the mass flow measurement output unit 6230 verifies the mass flow measurements for the phases and may perform an invalid analysis to generate an invalid parameter associated with the verification.

Модуль 6210 обработки параметров датчика также вводит параметр затухания и параметр амплитуды колебаний (описанные выше) в модуль 6235 регулировки амплитуды. Модуль 6235 регулировки амплитуды дополнительно обрабатывает параметр затухания и параметр амплитуды колебаний и генерирует цифровые сигналы возбуждения. Цифровые сигналы возбуждения преобразуются в аналоговые сигналы возбуждения Ц/А преобразователями 6240 для оперирования возбудителями 6245, подключенными к трубке Вентури цифрового расходомера. В некоторых реализациях, модуль 6235 регулировки амплитуды может обрабатывать параметр затухания и параметр амплитуды колебаний и генерировать аналоговые сигналы возбуждения для оперирования возбудителями 6245 напрямую.The sensor parameter processing module 6210 also introduces a damping parameter and an oscillation amplitude parameter (described above) into the amplitude adjustment module 6235. The amplitude adjustment module 6235 further processes the attenuation parameter and the oscillation amplitude parameter and generates digital excitation signals. Digital excitation signals are converted into analog D / A excitation signals by converters 6240 for operating exciters 6245 connected to the venturi of the digital flowmeter. In some implementations, the amplitude control module 6235 can process the attenuation parameter and the oscillation amplitude parameter and generate analog excitation signals to operate the exciters 6245 directly.

На фиг.61 показана процедура 6250, осуществляемая цифровым контроллером 6200. После начала обработки (6251), сигналы измерения, генерируемые датчиками процесса 6204 и возбудителями 6245, количественно оцениваются в процессе аналого-цифрового преобразования (как описано выше), и буферы памяти 6208 заполняются цифровыми данными датчиков и возбудителей (6252). Для каждого нового периода обработки, модуль 6210 обработки параметров датчиков и возбудителей извлекает данные датчиков и возбудителей из буферов 6208 и вычисляет переменные датчиков и возбудителей из данных датчиков (6254). В частности, модуль 6210 обработки параметров датчиков и возбудителей вычисляет напряжения датчиков, частоты датчиков, ток возбуждения и коэффициент усиления возбуждения.On Fig shows the procedure 6250, carried out by the digital controller 6200. After the start of processing (6251), the measurement signals generated by the process sensors 6204 and pathogens 6245 are quantified during the analog-to-digital conversion (as described above), and the memory buffers 6208 are filled digital data of sensors and pathogens (6252). For each new processing period, the sensor and pathogen parameter processing module 6210 retrieves the sensor and pathogen data from buffers 6208 and calculates the sensor and pathogen variables from the sensor data (6254). In particular, the sensor and pathogen parameter processing module 6210 calculates sensor voltages, sensor frequencies, field current, and field gain.

Модуль 6210 обработки параметров датчиков и возбудителей выполняет необязательную процедуру обработки diagnose_flow_condition (6256) для вычисления статистических значений, включающих в себя среднее значение, стандартное отклонение и наклон для каждой из переменных датчиков и возбудителей. Необязательную процедуру обработки diagnose_flow_condition ( 6256) можно использовать, например, для идентификации состояния двухфазного потока и/или для определения, включает ли в себя жидкостный компонент двухфазного потока отдельные жидкостные составляющие, например, нефть и воду. На основании статистики, вычисленной для каждой из переменных датчиков и возбудителей, можно использовать необязательный конечный автомат состояний потока (6258) для обнаружения переходов между любыми тремя пригодными состояниями потока: FLOW_CONDITION_SHOCK, FLOW_CONDITION_HOMOGENEOUS и FLOW_CONDITION_MIXED. Однако, если известно, что рабочая текучая среда уже включают в себя неоднородную смесь, способ может автоматически переходить от этапа 6254 к вычислению необработанного измерения массового расхода 6260.The sensor and pathogen parameter processing module 6210 performs an optional diagnose_flow_condition (6256) processing routine to calculate statistical values including the mean, standard deviation, and slope for each of the variable sensors and pathogens. The optional diagnose_flow_condition (6256) processing procedure can be used, for example, to identify the state of a two-phase stream and / or to determine whether the liquid component of a two-phase stream includes separate liquid components, for example, oil and water. Based on the statistics computed for each of the variable sensors and pathogens, you can use the optional state flow state machine (6258) to detect transitions between any three suitable flow conditions: FLOW_CONDITION_SHOCK, FLOW_CONDITION_HOMOGENEOUS and FLOW_CONDITION_MIXED. However, if it is known that the working fluid already includes a heterogeneous mixture, the method may automatically proceed from step 6254 to calculating the raw measurement of mass flow rate 6260.

Если обнаружено состояние FLOW_CONDITION_SHOCK (6258), способ анализа измерения массового расхода не осуществляется по причине нерегулярности входных сигналов датчика. По выходу из этого состояния, процедура обработки начинает новый цикл (6251). Затем процедура обработки ищет новый синусоидальный сигнал для отслеживания в данных сигналов датчиков и возобновляет обработку. В порядке этого способа слежения, процедура обработки должна найти начало и конец синусоидальной волны с использованием вышеописанного метода пересечения нуля. Если состояние FLOW_CONDITION_SHOCK не обнаружено, процедура обработки вычисляет необработанное измерение массового расхода материала, текущего через расходомер 100 (6260).If the status FLOW_CONDITION_SHOCK (6258) is detected, the method for analyzing the measurement of mass flow is not performed due to the irregularity of the sensor input signals. Upon exiting this state, the processing procedure begins a new cycle (6251). Then, the processing procedure searches for a new sinusoidal signal to track in the sensor signals data and resumes processing. In order of this tracking method, the processing procedure must find the beginning and end of the sine wave using the above zero crossing method. If the status FLOW_CONDITION_SHOCK is not found, the processing procedure calculates the raw measurement of the mass flow rate of the material flowing through the flow meter 100 (6260).

Если заранее известно, что многофазный поток существует в отслеживаемом способе, материал, текущий через расходомер 100, считается, например, двухфазным или трехфазным материалом. Например, материал, текущий через расходомер 100, может быть многофазной рабочей текучей средой, например, влажным газом. В этом случае, модуль 6220 коррекции ошибок многофазного потока определяет наблюдаемое промежуточное значение и, с использованием процессора(ов) нейронной сети, корректирует наблюдаемое промежуточное значение с использованием (6274). Зависящие от фазы свойства каждой фазы многофазной текучей среды определяются блоком 6230 вывода измерения массового расхода с использованием скорректированного промежуточного значения (6276). Затем начинается новый цикл обработки (6251).If it is known in advance that a multiphase flow exists in a monitored method, the material flowing through the flow meter 100 is considered, for example, to be a two-phase or three-phase material. For example, the material flowing through the flow meter 100 may be a multiphase working fluid, for example, wet gas. In this case, the multiphase flow error correction module 6220 determines the observed intermediate value and, using the neural network processor (s), corrects the observed intermediate value using (6274). The phase-dependent properties of each phase of the multiphase fluid are determined by the mass flow measurement output unit 6230 using the adjusted intermediate value (6276). Then begins a new processing cycle (6251).

Согласно фиг.60, процессор нейронной сети, образующий часть модуля 6220 коррекции ошибок двухфазного потока, может представлять собой нейронную сеть с прямой связью, которая обеспечивает непараметрическую инфраструктуру для представления нелинейного функционального отображения между входным и выходным пространствами. Из различных доступных моделей нейронной сети, для реализации цифрового расходомера использовались сети на основе многоуровневого перцептрона (MLP) и радиальных базисных функций (RBF). MLP с одним скрытым уровнем (каждый блок имеет сигмоидальную функцию активации) может одинаково хорошо аппроксимировать любое непрерывное отображение.60, a neural network processor forming part of a two-phase flow error correction module 6220 may be a direct-coupled neural network that provides a non-parametric infrastructure for representing a non-linear functional mapping between input and output spaces. Of the various neural network models available, networks based on a multilevel perceptron (MLP) and radial basis functions (RBF) were used to implement a digital flowmeter. MLP with one hidden level (each block has a sigmoidal activation function) can equally well approximate any continuous display.

В одном примере, цифровой расходомер 6200 может обрабатывать поток, про который известно, что он является трехфазной текучей средой. Например, трехфазный поток может быть, в основном, природным газом, с жидкостной составляющей, которая включает в себя смесь нефти и воды. В других примерах, такой же или аналогичный способ можно применять к двухфазной текучей среде или текучей среде, содержащей более трех составляющих в смешанной текучей среде.In one example, the 6200 digital flowmeter can process a stream that is known to be a three-phase fluid. For example, a three-phase stream can be mainly natural gas, with a liquid component, which includes a mixture of oil and water. In other examples, the same or similar method can be applied to a biphasic fluid or a fluid containing more than three components in a mixed fluid.

В частности, действие трубки Вентури поддержано в трехфазном потоке. Основные измерения частоты и фазы, амплитуды и коэффициенты усиления возбуждения датчиков получаются из сигналов датчиков и необходимого тока. Основные измерения используются, с использованием любых доступных внешних входов и информации, зависящей от способа или применения, для генерации оценок текучей среды в целом и многокомпонентного массового и объемного расходов.In particular, the action of the venturi is maintained in a three-phase flow. The main measurements of frequency and phase, amplitudes and amplification factors of the excitation of the sensors are obtained from the sensor signals and the required current. Basic measurements are used, using any available external inputs and information depending on the method or application, to generate estimates of the fluid as a whole and multicomponent mass and volume flows.

Например, оценки текучей среды в целом и многокомпонентного массового и объемного расходов могут генерироваться следующим образом. Оценки частоты, фазы и/или амплитуды можно улучшить с использованием известных корреляций между значениями, например, скорость изменения амплитудной коррекции. Необработанные оценки массового расхода и плотности смеси можно получить из наилучших оценок частоты, фазы, температуры трубки Вентури и калибровочных постоянных. Простая линейная коррекция применяется к измерению плотности для наблюдаемого давления текучей среды. В некоторых реализациях, наблюдаемое давление текучей среды можно получить из внешнего входа. Поскольку давление расширяет и усиливает трубку Вентури, что может привести к ошибке в необработанной плотности, простое переменное смещение может хорошо работать, если плотности газа, ожидаемые в повторяемом способе или смешанной текучей среде, в то время, как более полная коррекция может включать в себя дополнительные члены для переменной плотности текучей среды, если изменения в концентрациях жидкостной и/или газовой составляющей предусмотрены в способе. Передатчик может включать в себя параметры конфигурации, задающие ожидаемые плотности жидкости (с температурной компенсаций) и опорную плотность газа.For example, estimates of the fluid as a whole and multicomponent mass and volumetric flow rates can be generated as follows. Estimates of frequency, phase and / or amplitude can be improved using known correlations between values, for example, the rate of change of the amplitude correction. Raw estimates of the mass flow rate and density of the mixture can be obtained from the best estimates of the frequency, phase, temperature of the venturi and calibration constants. A simple linear correction is applied to density measurement for the observed fluid pressure. In some implementations, the observed fluid pressure can be obtained from an external inlet. Since the pressure expands and strengthens the venturi, which can lead to an error in the raw density, a simple variable displacement can work well if the gas densities expected in a repeatable method or mixed fluid, while a more complete correction may include additional terms for variable fluid density, if changes in the concentrations of the liquid and / or gas component are provided for in the method. The transmitter may include configuration parameters that specify the expected density of the liquid (with temperature compensation) and the reference density of the gas.

В трехфазной смеси текучей среды, фиксированную обводненность (WC) можно предполагать или можно измерять. Обводненность определяется как доля воды в смеси. Температура текучей среды измеряется для вычисления оценки истинной плотности текучей среды (D1) из обводненности и плотности чистой нефти (Doil) и плотности воды (Dwater). Оценка истинной плотности текучей среды учитывает известное изменение Doil и Dwater в зависимости от температуры текучей среды и давления текучей среды.In a three-phase fluid mixture, fixed water cut (WC) can be assumed or can be measured. Water cut is defined as the proportion of water in the mixture. The temperature of the fluid is measured to calculate an estimate of the true density of the fluid (D 1 ) from the water cut and density of pure oil (D oil ) and the density of water (D water ). Estimating the true density of the fluid takes into account the known change in D oil and D water depending on the temperature of the fluid and the pressure of the fluid.

Figure 00000139
Figure 00000139

Предусмотрена модель (на основании, например, модели идеального газа) для изменения плотности газа (Dg) в зависимости от наблюдаемого давления текучей среды и температуры текучей среды, которые можно получить из внешних входов, и необработанная объемная доля жидкости (raw_LVF) из необработанной плотности смеси (raw_Dm) вычисляется с использованиемA model is provided (based, for example, on an ideal gas model) for changing the gas density (D g ) depending on the observed fluid pressure and fluid temperature, which can be obtained from external inputs, and the untreated volume fraction of the liquid (raw_LVF) from the untreated density blends (raw_Dm) calculated using

Figure 00000140
Figure 00000140

Необработанные объемные расходы смеси из необработанной смеси вычисляются с использованиемThe raw volumetric flow rates of the mixture from the raw mixture are calculated using

Figure 00000141
Figure 00000141

Нейронная сеть, обученная с помощью экспериментальных данных, используется для генерации скорректированных оценок необработанной объемной доли жидкости и необработанных объемных расходов, как показано ниже. В нижеприведенных уравнениях, переменная "nnfunction" представляет нейронную сеть.A neural network trained using experimental data is used to generate adjusted estimates of the raw volume fraction of the liquid and the raw volume flow, as shown below. In the equations below, the variable "nnfunction" represents a neural network.

Figure 00000142
Figure 00000142

Необработанная объемная доля жидкости (raw_LVF) равна 100 - объемная доля газа (GVF). Дополнительно, необработанная объемная доля жидкости тесно связана со спадом плотности. Необработанный объемный расход можно масштабировать как скорость, например, в рамках того же подхода, нейронные сети можно комбинировать, но можно использовать разные вводы.The raw volume fraction of liquid (raw_LVF) is 100 - volume fraction of gas (GVF). Additionally, the untreated volume fraction of the liquid is closely related to the decline in density. Raw volume flow can be scaled as speed, for example, as part of the same approach, neural networks can be combined, but different inputs can be used.

Расходы жидкости и газа вычисляются с использованием следующих соотношений:The flow rates of liquid and gas are calculated using the following relationships:

Figure 00000143
Figure 00000143

Измеритель обводненности можно использовать для обеспечения измерения, используемого в качестве дополнительного ввода в нейронную(ые) сеть(и), и для помощи в точном разделении потока жидкости на составные части. Для помощи в точном разделении потока жидкости, можно использовать следующие соотношения:The water cut meter can be used to provide a measurement used as an additional input to the neural network (s), and to assist in accurately dividing the fluid flow into its constituent parts. To aid in accurate separation of fluid flow, the following relationships can be used:

Figure 00000144
Figure 00000144

Figure 00000145
Figure 00000145

Альтернативно или дополнительно, можно определить наблюдаемые газовое и негазовое числа Фруда, скорректированные с использованием нейронной сети, и затем использовать их при определении массовых расходов компонентов многофазной текучей среды. Например, газовое число Фруда можно определить на основании следующего уравнения, где m ag - наблюдаемый массовый расход газа, ρg - оценка плотности газовой фазы многофазной текучей среды на основании законов идеального газа, ρl - оценка плотности жидкости в негазовой фазе многофазной текучей среды, A - площадь поперечного сечения трубки Вентури, D - диаметр трубки Вентури и g - ускорение свободного падения. Наблюдаемый массовый расход газа является функцией известной или предполагаемой плотности компонентов в многофазном потоке, наблюдаемой плотности многофазной текучей среды (наблюдаемой совокупной плотности) и наблюдаемого массового расхода многофазной текучей среды (наблюдаемого совокупного массового расхода).Alternatively or additionally, it is possible to determine the observed gaseous and non-gaseous Froude numbers corrected using a neural network, and then use them to determine the mass flow rates of the components of a multiphase fluid. For example, the Froude gas number can be determined on the basis of the following equation, where m a g is the observed gas mass flow rate, ρ g is the density estimation of the gas phase of a multiphase fluid based on the laws of an ideal gas, ρ l is an estimate of the density of a liquid in a non-gas phase of a multiphase fluid , A is the cross-sectional area of the venturi, D is the diameter of the venturi, and g is the gravitational acceleration. The observed mass flow rate of gas is a function of the known or estimated density of the components in the multiphase flow, the observed density of the multiphase fluid (the observed total density) and the observed mass flow rate of the multiphase fluid (the observed total mass flow).

Figure 00000146
,
Figure 00000146
,

где

Figure 00000147
наблюдаемая скорость газа
Figure 00000148
Where
Figure 00000147
observed gas velocity
Figure 00000148

Аналогично, наблюдаемое негазовое число Фруда (которое может быть жидкостным числом Фруда) можно вычислять с использованием следующего уравнения, где m al - наблюдаемый массовый расход жидкости, K - постоянная, заданная выше согласно газовому числу Фруда, и V al - наблюдаемая скорость жидкости, определяемая аналогично наблюдаемой скорости газа, как показано выше:Similarly, the observed non-gas Froude number (which may be the liquid Froude number) can be calculated using the following equation, where m a l is the observed mass flow rate of the fluid, K is the constant given above according to the Froude gas number, and V a l is the observed fluid velocity determined similarly to the observed gas velocity, as shown above:

Figure 00000149
Figure 00000149

Наблюдаемые газовое и негазовое числа Фруда затем корректируются с использованием нейронной сети:The observed gas and non-gas Froude numbers are then adjusted using a neural network:

Скорректированное газовое число Фруда = nnflinction (наблюдаемое газовое число Фруда, наблюдаемое негазовое число Фруда)Corrected Froude gas number = nnflinction (observed Froude gas number, observed non-gas Froude number)

Скорректированное негазовое число Фруда = nnflinction (наблюдаемое газовое число Фруда, наблюдаемое негазовое число Фруда)Corrected non-gas Froude number = nnflinction (observed gas Froude number, observed non-gas Froude number)

Определив скорректированные газовое и негазовое числа Фруда, можно определить массовый расход для газового и негазового компонентов многофазной текучей среды. В частности, после получения скорректированных значений газового и негазового чисел Фруда, значения всех параметров для негазовых и газовых компонентов многофазной текучей среды, кроме массового расхода известны. Таким образом, скорректированный массовый расход негазовых и газовых компонентов многофазной текучей среды можно определить на основании вышеприведенных уравнений, которые используются для определения наблюдаемых чисел Фруда.By determining the corrected gas and non-gas Froude numbers, one can determine the mass flow rate for the gas and non-gas components of a multiphase fluid. In particular, after obtaining the corrected values of the gas and non-gas Froude numbers, the values of all parameters for non-gas and gas components of a multiphase fluid, except mass flow, are known. Thus, the corrected mass flow rate of non-gas and gas components of a multiphase fluid can be determined based on the above equations, which are used to determine the observed Froude numbers.

Дополнительно, как и в реализации с использованием объемной доли жидкости и объемного расхода в качестве входных сигналов нейронной сети, измеритель обводненности можно использовать в помощь разделению многофазной текучей среды на составные части. Например, измеритель обводненности может обеспечивать обводненность (WC) многофазной текучей среды, которая указывает долю воды в многофазной текучей среде, и WC можно использовать в помощь разделению многофазной текучей среды на составные части с использованием следующих уравнений:Additionally, as in the implementation using the liquid volume fraction and volumetric flow rate as input signals of the neural network, the water cut meter can be used to help separate the multiphase fluid into its constituent parts. For example, a water cut meter can provide a water cut (WC) of a multiphase fluid that indicates the proportion of water in a multiphase fluid, and a WC can be used to help separate the multiphase fluid into its constituents using the following equations:

Figure 00000150
Figure 00000150

Как рассмотрено согласно фиг.59, в ряде случаев, нейронная сеть может вырабатывать более точные поправки наблюдаемых газового и негазового чисел Фруда, чем других наблюдаемых промежуточных значений. Таким образом, использование наблюдаемых газового и негазового чисел Фруда в качестве входов в нейронную сеть может давать более точное определение свойств компонентов потока, образующих многофазную текучую среду.As discussed in accordance with FIG. 59, in some cases, a neural network can generate more accurate corrections of the observed gas and non-gas Froude numbers than other observed intermediate values. Thus, the use of the observed gas and non-gas Froude numbers as inputs into the neural network can provide a more accurate determination of the properties of the components of the stream forming a multiphase fluid.

Вышеприведенное описание обеспечивает обзор различных цифровых кориолисовых массовых расходомеров, описывающий предпосылки, реализацию, примеры их работы и сравнение с предыдущими аналоговыми контроллерами и передатчиками. Было получено несколько усовершенствований по сравнению с аналоговым контроллером в отношении производительности, включающие в себя: высокоточное управление действием трубки Вентури, даже при работе на очень низких амплитудах; поддержание действия трубки Вентури даже в условиях сильного затухания; высокую точность и высокую скорость измерения; компенсацию динамических изменений амплитуды; компенсацию двухфазного потока и дозирование в/из пустого состояния. Это сочетание преимуществ предполагает, что цифровой массовый расходомер представляет значительный шаг вперед, а не просто постепенная эволюция аналоговой технологии. Способность работать с двухфазным потоком и внешней вибрацией означает, что цифровой массовый расходомер 100 дает повышенную производительность в традиционных кориолисовых приложениях, в то же время расширяя диапазон применений, к которым можно применять потоковую технологию. Цифровая платформа также является полезным и гибким средством для осуществления исследований путем кориолисова измерения, поскольку она дает высокие точность, вычислительную мощность и скорости передачи данных.The above description provides an overview of various digital Coriolis mass flow meters, describing the background, implementation, examples of their operation and comparison with previous analog controllers and transmitters. Several improvements were obtained compared to the analog controller in terms of performance, including: high-precision control of the action of the venturi, even when working at very low amplitudes; maintaining the action of the venturi even in conditions of strong attenuation; high accuracy and high measurement speed; compensation of dynamic changes in amplitude; two-phase flow compensation and dosing to / from an empty state. This combination of advantages suggests that the digital mass flow meter represents a significant step forward, and not just the gradual evolution of analog technology. The ability to work with two-phase flow and external vibration means that the digital mass flow meter 100 provides increased performance in traditional Coriolis applications, while expanding the range of applications to which streaming technology can be applied. The digital platform is also a useful and flexible tool for conducting research through Coriolis measurement, because it provides high accuracy, processing power and data transfer rates.

Дополнительное применение цифрового расходомера 6200 к трехфазной текучей среде, например, влажному газу, содержащему газовый (метан) и жидкостный компонент (нефть и воду), описано и показано со ссылкой на фиг.62-72. На фиг.62 показано графическое представление таблицы испытаний для устий скважины, испытываемых на основании фактических испытаний при различных давлениях в скважине и скоростях газа. На фиг.62 показано графическое представление необработанных ошибок плотности при различных процентах жидкостной пустотной доли и для скважин при различных скоростях и давлениях. На фиг.64 показано графическое представление необработанных ошибок массового расхода при различных процентах жидкостной пустотной доли и для скважин при различных скоростях и давлениях. На фиг.65 показано графическое представление необработанной жидкостной пустотной доли ошибки для скважин при различных скоростях и давлениях. На фиг.66 показано графическое представление необработанного объемного расхода ошибки для скважин при различных скоростях и давлениях. На фиг.67 показано графическое представление скорректированных жидкостных пустотных долей для скважин при различных скоростях и давлениях. На фиг.68 показано графическое представление скорректированного объемного расхода смеси для скважин при различных скоростях и давлениях. На фиг.69 показано графическое представление скорректированного массового расхода газа для скважин при различных скоростях и давлениях. На фиг.70 показано графическое представление скорректированной интегральной вероятности газа испытуемого цифрового расходомера. На фиг.71 показано графическое представление скорректированной ошибки массового расхода жидкости для скважин при различных скоростях и давлениях. На фиг.72 показано графическое представление скорректированной интегральной вероятности газа испытуемого цифрового расходомера.An additional application of the 6200 digital flowmeter to a three-phase fluid, for example a wet gas containing a gas (methane) and a liquid component (oil and water), is described and shown with reference to FIGS. 62-72. On Fig shows a graphical representation of the test table for wellheads, tested on the basis of actual tests at various pressure in the well and gas velocities. On Fig shows a graphical representation of the raw density errors at different percentages of the liquid void fraction and for wells at different speeds and pressures. On Fig shows a graphical representation of the raw mass flow rate errors at various percentages of the liquid void fraction and for wells at various speeds and pressures. On Fig shows a graphical representation of the untreated liquid void fraction of error for wells at various speeds and pressures. On Fig shows a graphical representation of the raw volumetric flow rate error for wells at different speeds and pressures. On Fig shows a graphical representation of the corrected fluid void fraction for wells at different speeds and pressures. On Fig shows a graphical representation of the adjusted volumetric flow rate of the mixture for wells at various speeds and pressures. On Fig shows a graphical representation of the adjusted mass flow rate of gas for wells at various speeds and pressures. On Fig shows a graphical representation of the adjusted integral probability of gas of the tested digital flowmeter. On Fig shows a graphical representation of the corrected errors of the mass flow rate of the fluid for wells at various speeds and pressures. On Fig shows a graphical representation of the adjusted integral probability of gas of the tested digital flowmeter.

Согласно фиг.62-72, тестовые испытания на влажном газе, содержащем воду и воздух, охватывают параметры испытательной скважины для разнообразных измерителей. Охваченные точки объемного расхода жидкостной фракции (LVF = 100% - GVF), включают в себя: 0,0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0%. В отношении обнаруженных ошибок массового расхода и плотности, ошибки массового расхода и плотности газожидкостной смеси, предположительно, без объёмного содержания жидкости, статический миксер для управления стабильного профиля потока в условиях эксплуатации и положительные ошибки плотности вследствие объёмного содержания жидкости в измерителе. Положительные ошибки плотности вследствие объемного содержания жидкости в измерителе максимальны при низких расходах и при низких плотностях газа. Отрицательные ошибки массового расхода аналогичны откликам двухфазного кориолисова измерителя.According to Figs. 62-72, wet gas test tests containing water and air encompass test well parameters for a variety of meters. Covered points of the volumetric flow rate of the liquid fraction (LVF = 100% - GVF) include: 0.0; 0.2; 0.4; 0.6; 0.8; 1.0; 1.5; 2.0; 3.0; 4.0; 5.0%. With respect to the detected mass flow rate and density errors, the mass flow rate and density errors of the gas-liquid mixture, presumably without a volumetric liquid content, a static mixer to control a stable flow profile under operating conditions and positive density errors due to the volumetric liquid content in the meter. Positive density errors due to the volumetric liquid content in the meter are maximum at low flow rates and at low gas densities. Negative mass flow rate errors are similar to the responses of a two-phase Coriolis meter.

Применимые стратегии моделирования используют наблюдаемый массовый расход и наблюдаемую плотность для применения коэффициентов коррекции или аппроксимацию кривой для собранных данных для создания реальных измерений, например, измерения плотности в реальной плотности. Однако широкий диапазон плотности газа, например 175-900 psi (12-62 бар), способствует также дополнительным подходам. Например, были идентифицированы альтернативные параметры, включающие в себя параметры модели, которые включают в себя два основных параметра ошибок. В частности, объемный расход смеси (предположительно, без скольжения между фазами) - на основании отношения масса/плотность и объемной доли жидкости (LVF), т.е. 100% - GVF. Поправки для каждого из них обеспечиваются с использованием их необработанных значений и дополнительных данных давления (только). На основании скорректированных значений LVF и объемного расхода, массовые расходы газового и жидкостного компонентов можно вычислить следующим образом:Applicable modeling strategies use the observed mass flow rate and the observed density to apply correction factors or curve fitting for the collected data to create real-world measurements, such as density measurements in real density. However, a wide range of gas densities, for example 175–900 psi (12–62 bar), also contributes to complementary approaches. For example, alternative parameters have been identified, including model parameters, which include two main error parameters. In particular, the volumetric flow rate of the mixture (presumably without slipping between the phases) is based on the mass / density ratio and the volume fraction of liquid (LVF), i.e. 100% - GVF. Corrections for each of them are provided using their raw values and additional pressure data (only). Based on the adjusted LVF and volumetric flow rates, the mass flow rates of the gas and liquid components can be calculated as follows:

Figure 00000151
Figure 00000151

Figure 00000152
Figure 00000152

Результирующие ошибки показаны на фиг.69-72. Модель охватывает широкий диапазон условий, включающий в себя различные давления и расходы. Более ограниченный набор условий может обеспечивать улучшенные результаты, например, более высокое давление, приводящее к меньшим необработанным ошибкам, "естественному" рабочему диапазону для измерителя, очень высоким перепадам давления с высокими LVF и скоростью и/или необходимости в анализе калибровки измерителя для влажного газа.The resulting errors are shown in FIGS. 69-72. The model covers a wide range of conditions, including various pressures and flows. A more limited set of conditions can provide improved results, for example, higher pressure, resulting in less unprocessed errors, a “natural” operating range for the meter, very high pressure drops with high LVF and speed and / or the need to analyze the meter’s calibration for wet gas.

Модель можно расширить или модифицировать так, чтобы основные "поправки" давления, которые могут включать в себя подгонку необработанных данных посредством аппроксимации кривой к непосредственно выводимым фактическим измерениям, например, без истинного коэффициента коррекции, и применяются к плотности до применения к нейронной сети. Текущие входы зависят от текучей среды, например, объемный расход зависит от фактической плотности текучей среды. Размерность входов можно уменьшить, например, путем преобразования объемного расхода в скорость, затем выразить скорость как процент от максимальной скорости, на которой может работать трубопровод, с последующей нормализацией данных для определения составляющих. Рабочие давления могут включать в себя давление потока 60 бар, с перепадом 2-3 бар, и будут поддерживать более высокие рабочие давления в диапазоне от 150 psi (10,34 бар) до 1000 psi (68,94 бар). Испытания калибровки детальной модели, приведенные на фиг.62-72, используют природный газ в диапазоне приблизительно 375 psi (25,86 бар) от устья скважины. Калибровку трубки Вентури также можно определять на основании перепада давления.The model can be expanded or modified so that the main "corrections" of pressure, which may include fitting the raw data by approximating the curve to directly inferred actual measurements, for example, without a true correction factor, are applied to the density before being applied to the neural network. Current inputs depend on the fluid, for example, the volumetric flow rate depends on the actual density of the fluid. The dimension of the inputs can be reduced, for example, by converting the volume flow to speed, then express the speed as a percentage of the maximum speed at which the pipeline can operate, followed by normalizing the data to determine the components. Operating pressures may include a flow pressure of 60 bar, with a differential of 2-3 bar, and will support higher operating pressures in the range of 150 psi (10.34 bar) to 1000 psi (68.94 bar). The calibration tests of the detailed model shown in FIGS. 62-72 use natural gas in the range of approximately 375 psi (25.86 bar) from the wellhead. The calibration of the venturi can also be determined based on the differential pressure.

R. Текст исходного кодаR. Source Code Text

Следующий исходный код, который настоящим включен в эту заявку, используется для реализации процедуры обработки массового расхода в соответствии с одной реализацией расходомера. Очевидно, что можно реализовать процедуру обработки массового расхода с использованием другого компьютерного кода, не отклоняясь от объема описанных методов. Таким образом, ни вышеприведенное описание, ни следующий текст исходного кода не призваны ограничивать описанные методы.The following source code, which is hereby incorporated into this application, is used to implement a mass flow rate processing procedure in accordance with one flowmeter implementation. Obviously, it is possible to implement a mass flow rate processing procedure using another computer code without deviating from the scope of the described methods. Thus, neither the above description, nor the following source code text is intended to limit the described methods.

Текст исходного кодаSource code

Figure 00000153
Figure 00000153

/* вычисление массового расхода в безразмерных единицах *// * calculation of mass flow in dimensionless units * /

Figure 00000154
Figure 00000154

/* преобразование к техническим единицам *// * conversion to engineering units * /

Figure 00000155
Figure 00000155

/* применение коррекции двухфазного потока при необходимости *// * applying two-phase flow correction if necessary * /

Figure 00000156
Figure 00000156

/* вызов нейронной сети для вычисления коррекции массового расхода *// * call the neural network to calculate the correction of mass flow * /

t = VMV_temp_stats.mean; // средняя температура VMVt = VMV_temp_stats.mean; // average temperature VMV

x = RMV_dens_stats.mean; // средняя плотность RMVx = RMV_dens_stats.mean; // average density RMV

Figure 00000157
Figure 00000157

m = RMV_mass_stats.mean; // средний массовый расход RMV;m = RMV_mass_stats.mean; // average mass flow rate RMV;

g = коэффициент усиления_stats.mean; // средний коэффициент усиления;g = gain_stats.mean; // average gain;

Figure 00000158
Figure 00000158

S. Примечание относительно авторских правS. Copyright Notice

Часть раскрытия этого патентного документа содержит материал, подлежащий защите авторских прав. Владелец авторских прав не возражает против факсимильного воспроизведения патентного документа или раскрытия патента, когда он имеет вид файла или записей патента в Патентном ведомстве США, но в противном случае сохраняет за собой все авторские права.Part of the disclosure of this patent document contains material subject to copyright protection. The copyright holder does not object to the facsimile reproduction of a patent document or patent disclosure when it is in the form of a file or patent records in the US Patent Office, but otherwise retains all copyrights.

Другие реализации находятся в объеме нижеприведенной формулы изобретения.Other implementations are within the scope of the following claims.

Claims (25)

1. Способ определения свойства многофазной рабочей текучей среды, содержащий этапы, на которых
пропускают многофазную рабочую текучую среду через вибрационную трубку Вентури,
создают движение в вибрационной трубке Вентури,
определяют первое наблюдаемое свойство многофазной рабочей текучей среды на основании движения вибрационной трубки Вентури,
определяют наблюдаемое промежуточное значение, связанное с многофазной рабочей текучей средой, на основании первого наблюдаемого свойства,
определяют скорректированное промежуточное значение на основании отображения между наблюдаемым промежуточным значением и предыдущим скорректированным промежуточным значением, и
определяют зависящее от фазы свойство фазы многофазной рабочей текучей среды на основании скорректированного промежуточного значения.
1. A method for determining the properties of a multiphase working fluid, comprising stages in which
passing a multiphase working fluid through a venturi
create movement in a venturi vibration tube,
determining the first observable property of the multiphase working fluid based on the movement of the vibrating venturi,
determining the observed intermediate value associated with the multiphase working fluid based on the first observed property,
determining the corrected intermediate value based on a mapping between the observed intermediate value and the previous corrected intermediate value, and
determining the phase-dependent phase property of the multiphase working fluid based on the adjusted intermediate value.
2. Способ по п.1, в котором отображение является нейронной сетью.2. The method of claim 1, wherein the mapping is a neural network. 3. Способ по п.2, дополнительно содержащий этапы, на которых определяют, что наблюдаемое промежуточное значение находится в первой заданной области значений до определения скорректированного промежуточного значения, и
определяют, что скорректированное промежуточное значение находится во второй заданной области значений до определения зависящего от фазы свойства фазы многофазной рабочей текучей среды.
3. The method according to claim 2, additionally containing phases in which it is determined that the observed intermediate value is in the first predetermined range of values until the corrected intermediate value is determined, and
determining that the adjusted intermediate value is in the second predetermined range of values until the phase-dependent property of the phase of the multiphase working fluid is determined.
4. Способ по п.1, в котором многофазная рабочая текучая среда является влажным газом.4. The method according to claim 1, in which the multiphase working fluid is a wet gas. 5. Способ по п.4, в котором
многофазная рабочая текучая среда включает в себя первую фазу и вторую фазу,
первая фаза включает в себя негазообразную текучую среду, а вторая фаза включает в себя газ.
5. The method according to claim 4, in which
a multiphase working fluid includes a first phase and a second phase,
the first phase includes a non-gaseous fluid, and the second phase includes a gas.
6. Способ по п.4, в котором многофазная рабочая текучая среда включает в себя
первую фазу, включающую в себя первую негазообразную текучую среду, и
вторую фазу, включающую в себя вторую негазообразную текучую среду, и
третью фазу, включающую в себя газ.
6. The method according to claim 4, in which the multiphase working fluid includes
a first phase including a first non-gaseous fluid, and
a second phase including a second non-gaseous fluid, and
the third phase, which includes gas.
7. Способ по п.1, в котором на этапе определения первого наблюдаемого свойства многофазной рабочей текучей среды определяют второе наблюдаемое свойство многофазной рабочей текучей среды.7. The method according to claim 1, in which at the stage of determining the first observed property of the multiphase working fluid, the second observed property of the multiphase working fluid is determined. 8. Способ по п.7, в котором первое наблюдаемое свойство многофазной рабочей текучей среды представляет собой массовый расход, а второе наблюдаемое свойство представляет собой плотность.8. The method according to claim 7, in which the first observed property of the multiphase working fluid is a mass flow rate, and the second observed property is a density. 9. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором принимают одно или более измерений, соответствующих дополнительному свойству рабочей текучей среды.9. The method according to claim 1, further comprising the step of taking one or more measurements corresponding to an additional property of the working fluid. 10. Способ по п.9, в котором
дополнительное свойство многофазной текучей среды включает в себя одно или более из температуры многофазной текучей среды, давления, связанного с многофазной текучей средой, и обводненности многофазной текучей среды, и
на этапе определения наблюдаемого промежуточного значения, связанного с многофазной рабочей текучей средой, на основании первого наблюдаемого свойства определяют промежуточное значение на основании первого наблюдаемого свойства и дополнительного свойства.
10. The method according to claim 9, in which
an additional property of the multiphase fluid includes one or more of the temperature of the multiphase fluid, the pressure associated with the multiphase fluid, and the water cut of the multiphase fluid, and
in the step of determining the observed intermediate value associated with the multiphase working fluid, based on the first observed property, the intermediate value is determined based on the first observed property and the additional property.
11. Способ по п.1, в котором на этапе определения наблюдаемого промежуточного значения, связанного с многофазной рабочей текучей средой, на основании первого наблюдаемого свойства определяют объемную долю, связанную с количеством негазообразной текучей среды в многофазной рабочей текучей среде, и объемный расход многофазной текучей среды.11. The method according to claim 1, wherein in the step of determining the observed intermediate value associated with the multiphase working fluid, based on the first observed property, the volume fraction associated with the amount of non-gaseous fluid in the multiphase working fluid and the volume flow of the multiphase fluid are determined Wednesday. 12. Способ по п.1, в котором на этапе определения наблюдаемого промежуточного значения, связанного с многофазной рабочей текучей средой, на основании первого наблюдаемого свойства определяют первое число Фруда, соответствующее негазовой фазе многофазной текучей среды, и второе число Фруда, соответствующее газовой фазе многофазной текучей среды.12. The method according to claim 1, wherein in the step of determining the observed intermediate value associated with the multiphase working fluid, based on the first observed property, the first Froude number corresponding to the non-gas phase of the multiphase fluid and the second Froude number corresponding to the multiphase gas phase are determined fluid medium. 13. Способ по п.1, в котором на этапе определения зависящего от фазы свойства фазы многофазной рабочей текучей среды на основании скорректированного промежуточного значения определяют массовый расход негазовой фазы многофазной текучей среды.13. The method according to claim 1, wherein in the step of determining the phase-dependent phase property of the multiphase working fluid, the mass flow rate of the non-gas phase of the multiphase fluid is determined based on the adjusted intermediate value. 14. Расходомер, содержащий
вибрационную трубку Вентури, причем трубка Вентури содержит многофазную текучую среду,
возбудитель, подключенный к трубке Вентури и способный придавать движение трубке Вентури, чтобы трубка Вентури вибрировала,
датчик, подключенный к трубке Вентури и способный воспринимать движение трубки Вентури и генерировать сигнал датчика, и
контроллер, принимающий сигнал датчика и выполненный с возможностью:
определения первого наблюдаемого свойства многофазной рабочей текучей среды на основании движения вибрационной трубки Вентури,
определения наблюдаемого промежуточного значения, связанного с многофазной рабочей текучей средой, на основании первого наблюдаемого свойства,
определения скорректированного промежуточного значения на основании отображения между наблюдаемым промежуточным значением и предыдущим скорректированным промежуточным значением, и
определения зависящего от фазы свойства фазы многофазной рабочей текучей среды на основании скорректированного промежуточного значения.
14. A flow meter containing
a vibration venturi, wherein the venturi contains a multiphase fluid,
a pathogen connected to the venturi and capable of imparting movement to the venturi so that the venturi vibrates,
a sensor connected to the venturi and capable of sensing the movement of the venturi and generate a sensor signal, and
a controller receiving a sensor signal and configured to:
determining a first observable property of a multiphase working fluid based on the movement of a vibrating venturi,
determining the observed intermediate value associated with the multiphase working fluid based on the first observed property,
determining the adjusted intermediate value based on the mapping between the observed intermediate value and the previous adjusted intermediate value, and
determining the phase-dependent phase property of the multiphase working fluid based on the adjusted intermediate value.
15. Расходомер по п.14, в котором отображение представляет собой нейронную сеть, способную определять ошибку в промежуточном значении, обусловленную наличием многофазной рабочей текучей среды.15. The flowmeter of claim 14, wherein the display is a neural network capable of detecting an error in an intermediate value due to the presence of a multiphase working fluid. 16. Расходомер по п.14, в котором контроллер дополнительно выполнен с возможностью
определения того, что наблюдаемое промежуточное значение находится в первой заданной области значений до определения скорректированного промежуточного значения, и
определения того, что скорректированное промежуточное значение находится во второй заданной области значений до определения зависящего от фазы свойства фазы многофазной рабочей текучей среды.
16. The flow meter according to 14, in which the controller is additionally configured
determining that the observed intermediate value is in the first predetermined range of values until the corrected intermediate value is determined, and
determining that the adjusted intermediate value is in the second predetermined range of values until the phase-dependent property of the phase of the multiphase working fluid is determined.
17. Расходомер по п.14, в котором многофазная рабочая текучая среда является влажным газом.17. The flow meter according to 14, in which the multiphase working fluid is a wet gas. 18. Расходомер по п.14, в котором определение первого наблюдаемого свойства многофазной рабочей текучей среды включает в себя определение второго наблюдаемого свойства многофазной рабочей текучей среды.18. The flowmeter of claim 14, wherein determining the first observable property of the multiphase working fluid includes determining a second observable property of the multiphase working fluid. 19. Расходомер по п.18, в котором первое наблюдаемое свойство многофазной рабочей текучей среды представляет собой массовый расход, и второе наблюдаемое свойство представляет собой плотность.19. The flow meter according to claim 18, wherein the first observable property of the multiphase working fluid is mass flow and the second observable property is density. 20. Расходомер по п.18, в котором контроллер дополнительно выполнен с возможностью приема одного или более измерений, соответствующих второму наблюдаемому свойству рабочей текучей среды.20. The flow meter according to claim 18, wherein the controller is further configured to receive one or more measurements corresponding to a second observable property of the working fluid. 21. Расходомер по п.14, в котором определение наблюдаемого промежуточного значения, связанного с многофазной рабочей текучей средой, на основании первого наблюдаемого свойства включает в себя определение первого числа Фруда, соответствующего негазовой фазе многофазной текучей среды, и второго числа Фруда, соответствующего газовой фазе многофазной текучей среды.21. The flow meter of claim 14, wherein determining the observed intermediate value associated with the multiphase working fluid based on the first observed property includes determining a first Froude number corresponding to the non-gas phase of the multiphase fluid and a second Froude number corresponding to the gas phase multiphase fluid. 22. Передатчик расходомера, содержащий
по меньшей мере, одно устройство обработки, и
запоминающее устройство, причем в запоминающем устройстве хранятся инструкции, предписывающие, по меньшей мере, одному устройству обработки
определять первое наблюдаемое свойство многофазной рабочей текучей среды на основании движения вибрационной трубки Вентури,
определять наблюдаемое промежуточное значение, связанное с многофазной рабочей текучей средой, на основании первого наблюдаемого свойства,
определять скорректированное промежуточное значение на основании отображения между наблюдаемым промежуточным значением и предыдущим скорректированным промежуточным значением, и
определять зависящее от фазы свойство фазы многофазной рабочей текучей среды на основании скорректированного промежуточного значения.
22. The transmitter of the flow meter, containing
at least one processing device, and
a storage device, wherein the storage device stores instructions instructing at least one processing device
determine the first observable property of the multiphase working fluid based on the movement of the vibrating venturi,
determine the observed intermediate value associated with the multiphase working fluid based on the first observed property,
determine the adjusted intermediate value based on the mapping between the observed intermediate value and the previous adjusted intermediate value, and
determine the phase-dependent phase property of the multiphase working fluid based on the adjusted intermediate value.
23. Передатчик по п.22, в котором многофазная рабочая текучая среда является влажным газом.23. The transmitter of claim 22, wherein the multiphase working fluid is wet gas. 24. Передатчик по п.22, в котором в запоминающем устройстве дополнительно хранятся инструкции, предписывающие, по меньшей мере, одному устройству обработки принимать одно или более измерений, соответствующих второму наблюдаемому свойству рабочей текучей среды.24. The transmitter of claim 22, wherein the storage device further stores instructions instructing the at least one processing device to take one or more measurements corresponding to a second observable property of the working fluid. 25. Передатчик по п.22, в котором определение наблюдаемого промежуточного значения, связанного с многофазной рабочей текучей средой, на основании первого наблюдаемого свойства включает в себя определение первого числа Фруда, соответствующего негазовой фазе многофазной текучей среды, и второго числа Фруда, соответствующего газовой фазе многофазной текучей среды. 25. The transmitter of claim 22, wherein determining the observed intermediate value associated with the multiphase working fluid based on the first observed property includes determining a first Froude number corresponding to the non-gas phase of the multiphase fluid and a second Froude number corresponding to the gas phase multiphase fluid.
RU2009111287/28A 2006-08-28 2007-08-28 Wet gas measurement RU2453816C2 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US82375306P 2006-08-28 2006-08-28
US60/823,753 2006-08-28
US91314807P 2007-04-20 2007-04-20
US60/913,148 2007-04-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009111287A RU2009111287A (en) 2010-10-10
RU2453816C2 true RU2453816C2 (en) 2012-06-20

Family

ID=44024503

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009111287/28A RU2453816C2 (en) 2006-08-28 2007-08-28 Wet gas measurement

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2453816C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2659323C2 (en) * 2016-10-17 2018-06-29 Общество С Ограниченной Ответственностью "Газпром Трансгаз Краснодар" Method of gravimetric determination of mechanical impurities in natural gas by deposition of particles from natural gas
RU224296U1 (en) * 2024-01-09 2024-03-20 Кожушков Павел Артемович VIBRATION FLOWMETER WITH TWO STRAIGHT HIGH PRESSURE MEASURING PIPES

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115420342B (en) * 2022-11-03 2023-03-24 海默新宸水下技术(上海)有限公司 Wet natural gas metering method based on gas fraction fitting
CN115994629B (en) * 2023-03-23 2023-06-20 南京信息工程大学 GN-RBF-based air humidity prediction method and system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2140068C1 (en) * 1991-10-08 1999-10-20 Микро Моушн, Инк. Densimeter with vibrating tube
US20060156831A1 (en) * 2004-03-19 2006-07-20 Endress + Hauser Flowtec Ag Coriolis mass measuring device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2140068C1 (en) * 1991-10-08 1999-10-20 Микро Моушн, Инк. Densimeter with vibrating tube
US20060156831A1 (en) * 2004-03-19 2006-07-20 Endress + Hauser Flowtec Ag Coriolis mass measuring device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2659323C2 (en) * 2016-10-17 2018-06-29 Общество С Ограниченной Ответственностью "Газпром Трансгаз Краснодар" Method of gravimetric determination of mechanical impurities in natural gas by deposition of particles from natural gas
RU224296U1 (en) * 2024-01-09 2024-03-20 Кожушков Павел Артемович VIBRATION FLOWMETER WITH TWO STRAIGHT HIGH PRESSURE MEASURING PIPES

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009111287A (en) 2010-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7617055B2 (en) Wet gas measurement
US6981424B2 (en) Correcting for two-phase flow in a digital flowmeter
EP0919793B1 (en) Coriolis flowmeter with digital control system
US7404336B2 (en) Correcting for two-phase flow in a digital flowmeter
US7124646B2 (en) Correcting for two-phase flow in a digital flowmeter
US9046401B2 (en) Correcting for two-phase flow in a digital flowmeter
US9200936B2 (en) Digital flowmeter
CA2658810C (en) Wet gas measurement
RU2453816C2 (en) Wet gas measurement
EP1484585B1 (en) Coriolis flowmeter with digital control system
Henry et al. Wet gas measurement
DE FR KORREKTUR FÜR EINE ZWEIPHASENSTRÖMUNG IN EINEM DIGITALEN DURCHFLUSSMESSER CORRECTION D’UN ECOULEMENT BIPHASIQUE DANS UN DEBITMETRE NUMERIQUE