RU2803043C1 - Method for assessing the state of a coriolis flowmeter for its verification and/or disagnostics - Google Patents
Method for assessing the state of a coriolis flowmeter for its verification and/or disagnostics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2803043C1 RU2803043C1 RU2023112486A RU2023112486A RU2803043C1 RU 2803043 C1 RU2803043 C1 RU 2803043C1 RU 2023112486 A RU2023112486 A RU 2023112486A RU 2023112486 A RU2023112486 A RU 2023112486A RU 2803043 C1 RU2803043 C1 RU 2803043C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- state
- oscillatory system
- flow meter
- parameters
- natural frequencies
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к средствам для измерения массового расхода жидкостей и газов, а именно к кориолисовым расходомерам, в частности к средствам диагностики и поверки кориолисового расходомера и может использоваться в измерительной технике.The present invention relates to means for measuring the mass flow of liquids and gases, namely to Coriolis flow meters, in particular to means for diagnosing and checking a Coriolis flow meter and can be used in measuring technology.
Принцип работы устройств для измерения массового расхода жидкостей и газов, таких как кориолисовы расходомеры, основан на регистрации движений колеблющегося трубопровода с протекающей по нему рабочей средой. Трубопровод кориолисового расходомера может включать в себя одну или более измерительных трубок, совершающих вынужденные колебания на резонансной частоте, причем данная частота пропорциональная плотности находящейся в ней рабочей среды. Датчики, расположенные на измерительных трубках, измеряют относительные колебания в точках, разнесенных по длине измерительной трубки. Когда поток рабочей среды движется по измерительной трубке совершающей колебания, на измерительную трубку со стороны текущей среды действует Кориолисова сила, приводящая к закручиванию измерительной трубки и фазовому сдвигу в колебаниях между точками, разнесенными по длине измерительной трубки. Этот фазовый сдвиг прямо пропорционален массовому расходу:The operating principle of devices for measuring the mass flow of liquids and gases, such as Coriolis flow meters, is based on recording the movements of an oscillating pipeline with a working medium flowing through it. The pipeline of a Coriolis flow meter may include one or more measuring tubes that perform forced oscillations at a resonant frequency, this frequency being proportional to the density of the working medium contained in it. Sensors located on the measuring tubes measure relative vibrations at points spaced along the length of the measuring tube. When the flow of the working medium moves through the measuring tube oscillating, the Coriolis force acts on the measuring tube from the side of the flowing medium, leading to twisting of the measuring tube and a phase shift in oscillations between points spaced along the length of the measuring tube. This phase shift is directly proportional to the mass flow:
где Qm - массовый расход рабочей среды через кориолисов расходомер; G -геометрический параметр расходомера; Е - модуль Юнга; J - момент инерции; Δt - значение фазового сдвига, возникающее из-за действия сил Кориолиса и получаемое с датчиков, расположенных в точках, разнесенных по длине измерительной трубки; Δt0 - значение фазового сдвига при нулевом значении массового расхода через расходомер.where Q m is the mass flow of the working medium through the Coriolis flow meter; G is the geometric parameter of the flow meter; E - Young's modulus; J - moment of inertia; Δt is the phase shift value arising due to the action of Coriolis forces and obtained from sensors located at points spaced along the length of the measuring tube; Δt 0 - the value of the phase shift at zero mass flow through the flow meter.
Группа параметров G, Е и J пропорциональна жесткости колебательной системы кориолисового расходомера. Параметр Δt содержит измеряемое мгновенное значение фазового сдвига. Параметр Δt0 же определяется, как правило, на заводе-изготовителе, при калибровке устройства для измерения массового расхода и не зависит от изменения условий рабочей среды.The group of parameters G, E and J is proportional to the rigidity of the oscillatory system of the Coriolis flow meter. The Δt parameter contains the measured instantaneous phase shift value. The parameter Δt 0 is determined, as a rule, at the manufacturer, during calibration of the device for measuring mass flow and does not depend on changes in working environment conditions.
Проблема заключается в том, что свойства материала измерительных трубок со временем могут изменяться в процессе эксплуатации, возможен износ, загрязнение продуктами отложений рабочей среды, коррозия, эрозия или другие изменения.The problem is that the properties of the material of the measuring tubes may change over time during operation, wear, contamination with deposits of the working environment, corrosion, erosion or other changes are possible.
Например, от протекающей рабочей среды возможно образование налета на стенках измерительных трубок, плотность которого отлична от плотности рабочей среды, что может негативно сказываться на определении плотности. Другие процессы, например, коррозия или эрозия, приводят к отклонению жесткости измерительной трубки от своего изначального значения. В свою очередь, это приводит к увеличению погрешности оценки измеряемых параметров процесса, например, массового расхода, поскольку состояние системы, описанное калибровочными коэффициентами, будет отличаться от реального. Если, к примеру, в случае отклонения параметра Δt0 проблема решается обнулением данного значения, и достаточно лишь отслеживать момент изменения нулевого сдвига, то в случае изменения жесткости колебательной системы необходима специальная процедура, которая будет выявлять возможные изменения свойств материала измерительной трубки, параметров ее поперечного сечения и ее жесткость, с последующим указанием неточности определения массового расхода средством измерения.For example, from a flowing working medium, deposits may form on the walls of the measuring tubes, the density of which is different from the density of the working medium, which can negatively affect the determination of density. Other processes, such as corrosion or erosion, cause the stiffness of the measuring tube to deviate from its original value. In turn, this leads to an increase in the error in estimating the measured process parameters, for example, mass flow, since the state of the system described by the calibration coefficients will differ from the real one. If, for example, in the case of a deviation of the parameter Δt 0 , the problem is solved by zeroing this value, and it is enough to only monitor the moment of change in the zero shift, then in the case of a change in the rigidity of the oscillatory system, a special procedure is necessary that will identify possible changes in the properties of the material of the measuring tube, the parameters of its transverse cross-section and its rigidity, followed by an indication of the inaccuracy in determining the mass flow by the measuring instrument.
Известен «Вибрационный расходомер, а также способы и диагностика для поверки измерителя» по патенту RU 2628661. В данном изобретении предлагается преодолевать вышеизложенные проблемы путем возбуждений колебаний расходомера в одномодовом режиме, определения амплитудно-частотных характеристик с помощью тензометрических датчиков с последующим определением жесткости измерителя, после чего предлагается выдавать заключение типа «годен/не годен» по отношению к проблемам, связанным с налетом, эрозией, коррозией и другими повреждениями измерителя.The “Vibration flow meter, as well as methods and diagnostics for checking the meter” is known according to patent RU 2628661. This invention proposes to overcome the above problems by exciting oscillations of the flow meter in a single-mode mode, determining the amplitude-frequency characteristics using strain gauges with subsequent determination of the stiffness of the meter, after which is proposed to issue a pass/fail determination in relation to problems associated with plaque, erosion, corrosion and other damage to the meter.
Недостатком данного способа является повышенное требование к точности определения амплитуды колебаний. Точность определения амплитуды колебаний на резонансной моде равна точности определения коэффициента передачи, который и определяет точность измерения расхода. То есть, если необходимо определять погрешность расходомера на уровне 0.2% от измеряемой величины, то точность измерения амплитуды механических колебаний должна быть не хуже 0,1% от измеряемой величины.The disadvantage of this method is the increased requirement for the accuracy of determining the amplitude of oscillations. The accuracy of determining the amplitude of oscillations at the resonant mode is equal to the accuracy of determining the transmission coefficient, which determines the accuracy of flow measurement. That is, if it is necessary to determine the flowmeter error at the level of 0.2% of the measured value, then the accuracy of measuring the amplitude of mechanical vibrations must be no worse than 0.1% of the measured value.
Кроме того, значительный недостаток предлагаемого в вышеназванном патенте способа, заключен в определении амплитудно-частотных характеристик на одной форме колебаний. Из-за того, что измерение проводится на одной форме, а силы Кориолиса, действующие на измерительную трубку при протекании рабочей среды, дают другой вид формы изгиба, то в определенном ряде случаев изменения локальной жесткости измерительной трубки можно не обнаружить возникшую погрешность измерения расходомера.In addition, a significant drawback of the method proposed in the above-mentioned patent lies in the determination of the amplitude-frequency characteristics on one vibration mode. Due to the fact that the measurement is carried out on one form, and the Coriolis forces acting on the measuring tube during the flow of the working medium give a different type of bending shape, then in a certain number of cases, changes in the local stiffness of the measuring tube may not detect the resulting measurement error of the flow meter.
Известен способ контроля характеристик колебаний в кориолисовом расходомере, который вставляется в трубопровод, (расходомере) включающем колебательную систему, способную совершать механические колебания, колебательная система имеет, по меньшей мере, одну измерительную трубку через которую может течь среда, возбуждение колебательной системы, по меньшей мере, одним возбудителем для выполнения механических колебаний в соответствии с входным сигналом возбуждения, который демонстрирует временные модуляции сигнала, происходящие во временных интервалах, регистрацию датчиком хотя бы одной переменной реакции вызванных механических колебаний колебательной системы, моделирование возбужденной колебательной системы с помощью цифровой модели, которая включает, по меньшей мере, один подбираемый параметр и определение того, превышено ли соответствующее предельное значение, по меньшей мере, одним, интерактивно определенным значением параметра по меньшей мере для одного подбираемого параметра или по меньшей мере одной переменной, полученной из по меньшей мере одного, интерактивно установленного значения параметра; указанное моделирование возбужденной колебательной системы с помощью цифровой модели включает: возбуждение цифровой модели таким же образом, как и колебательной системы; вычисление переменной отклика моделирования имитируемых колебаний согласно цифровой модели, выполняемое по множеству модуляций сигнала, итеративное согласование, по меньшей мере, одного подбираемого параметра таким образом, что переменная отклика моделирования итеративно приближается к переменной отклика (см. US 8950274).There is a known method for monitoring the characteristics of oscillations in a Coriolis flow meter, which is inserted into a pipeline (flow meter) including an oscillatory system capable of performing mechanical vibrations, the oscillatory system has at least one measuring tube through which a medium can flow, excitation of the oscillatory system, at least , one exciter for performing mechanical oscillations in accordance with the input excitation signal, which demonstrates temporal modulations of the signal occurring in time intervals, registration by the sensor of at least one variable response of the induced mechanical oscillations of the oscillatory system, modeling of the excited oscillatory system using a digital model that includes, at least one fit parameter and determining whether a corresponding limit value is exceeded by at least one interactively determined parameter value for at least one fit parameter or at least one variable derived from the at least one interactively determined parameter values; said modeling of the excited oscillatory system using a digital model includes: excitation of the digital model in the same way as the oscillatory system; calculating the response variable of the simulation of the simulated oscillations according to the digital model, performed over a plurality of signal modulations, iteratively matching at least one selected parameter such that the response variable of the simulation iteratively approaches the response variable (see US 8950274).
Известен способ оценки состояния датчика кориолисового расходомера для поверки и/или диагностики кориолисового расходомера, включающий возбуждение механических колебаний колебательной системы, измерение механических колебаний при помощи по меньшей мере одного датчика колебаний, оценку параметров колебательной системы на основе измеренных колебаний и численной модели колебательной системы, отличающийся тем, что при заводской настройке измеряют параметры колебательной системы датчика кориолисового расходомера в виде ее исходных параметров, являющихся функциями ее состояния, составляют по ним численную модель колебательной системы, соответствующую исходному состоянию датчика кориолисового расходомера, принимающую в качестве входных данных измеренные значения собственных форм и частот колебательной системы датчика кориолисового расходомера и выдающую в качестве выходных данных степень соответствия поданных на вход собственных форм и частот исходному состоянию колебательной системы датчика кориолисового расходомера, и сохраняют эту численную модель, во время оценки состояния датчика кориолисового расходомера измеряют собственные формы и частоты колебательной системы и оценивают, насколько собственные формы и частоты колебательной системы соответствуют численной модели колебательной системы датчика кориолисового расходомера в исходном состоянии, и по результату оценки делают вывод о состоянии датчика кориолисового расходомера (см. RU 2773633).There is a known method for assessing the state of a Coriolis flow meter sensor for verification and/or diagnostics of a Coriolis flow meter, including excitation of mechanical vibrations of the oscillatory system, measurement of mechanical vibrations using at least one vibration sensor, estimation of the parameters of the oscillatory system based on the measured vibrations and a numerical model of the oscillatory system, characterized in that during the factory setting, the parameters of the oscillatory system of the Coriolis flow meter sensor are measured in the form of its initial parameters, which are functions of its state, and a numerical model of the oscillatory system is compiled from them, corresponding to the initial state of the Coriolis flow meter sensor, taking as input data the measured values of natural forms and frequencies oscillatory system of the Coriolis flow meter sensor and produces as output data the degree of correspondence of the natural forms and frequencies supplied to the input to the initial state of the oscillatory system of the Coriolis flow meter sensor, and saves this numerical model; while assessing the state of the Coriolis flow meter sensor, the natural forms and frequencies of the oscillatory system are measured and evaluated , to what extent the natural shapes and frequencies of the oscillatory system correspond to the numerical model of the oscillatory system of the Coriolis flow meter sensor in the initial state, and based on the assessment result, a conclusion is made about the state of the Coriolis flow meter sensor (see. RU 2773633).
Недостатком данного способа является необходимость калибровки коэффициентов по температуре и зависимость этих коэффициентов от ошибки определения температуры, например, при неравномерном распределении температуры по длине измерительных трубок и места установки датчика температуры.The disadvantage of this method is the need to calibrate the temperature coefficients and the dependence of these coefficients on the temperature determination error, for example, when the temperature is unevenly distributed along the length of the measuring tubes and the location of the temperature sensor.
Метод, рассмотренный в RU 2773633, выбран в качестве ближайшего аналога -прототипа.The method discussed in RU 2773633 was chosen as the closest prototype analogue.
Недостаток известного способа заключается в его сложности, обусловленной необходимостью калибровки коэффициентов по температуре и учета зависимости этих коэффициентов от ошибки определения температуры, например, при неравномерном распределении температуры по длине измерительных трубок и места установки датчика температуры.The disadvantage of this known method is its complexity due to the need to calibrate the temperature coefficients and take into account the dependence of these coefficients on the temperature determination error, for example, when the temperature is unevenly distributed along the length of the measuring tubes and the location of the temperature sensor.
Задачей является упрощение способа оценки состояния кориолисового расходомера при сохранении его надежности.The goal is to simplify the method for assessing the condition of a Coriolis flow meter while maintaining its reliability.
Поставленная задача решается тем, что в способе оценки состояния кориолисового расходомера для его поверки и/или диагностики, заключающемся в том, что на стадии заводской настройки возбуждают механические колебания колебательной системы кориолисового расходомера, измеряют с помощью датчика параметры колебательной системы в виде ее исходных данных, являющихся функциями ее состояния, в том числе собственные частоты колебательной системы, а также определяют коэффициенты, являющиеся функциями давления и плотности рабочей среды, которые сохраняют и используют затем при проведении в процессе эксплуатации последующей оценки параметров колебательной системы на основе повторно проведенных измерений параметров колебаний с учетом данных об исходном состоянии, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, в качестве исходных параметров используют две собственные частоты колебательной системы и вычисляют отношение этих собственных частот, представляющее собой коэффициент, описывающий исходное состояние кориолисового расходомера, во время оценки текущего состояния кориолисового расходомера в процессе его эксплуатации повторно измеряют две собственные частоты колебательной системы и вычисляют их отношение, сопоставляют текущие данные с соответствующими исходными данными и по результату оценки делают вывод о состоянии кориолисового расходомера.The problem is solved by the fact that in the method of assessing the condition of a Coriolis flow meter for its verification and/or diagnostics, which consists in the fact that at the factory setting stage, mechanical vibrations of the oscillatory system of the Coriolis flow meter are excited, the parameters of the oscillatory system are measured using a sensor in the form of its initial data, which are functions of its state, including the natural frequencies of the oscillatory system, and also determine coefficients that are functions of pressure and density of the working medium, which are then stored and used during the subsequent assessment of the parameters of the oscillatory system during operation based on repeated measurements of the oscillation parameters, taking into account data on the initial state, ACCORDING TO THE INVENTION, two natural frequencies of the oscillatory system are used as initial parameters and the ratio of these natural frequencies is calculated, which is a coefficient describing the initial state of the Coriolis flow meter; during the assessment of the current state of the Coriolis flow meter during its operation, two natural frequencies are re-measured frequencies of the oscillatory system and calculate their ratio, compare the current data with the corresponding initial data and, based on the assessment result, draw a conclusion about the state of the Coriolis flow meter.
Использование в качестве критерия оценки состояния кориолисового расходомера коэффициента, определяемого при заводской настройке как отношение двух собственных частот колебаний, а также определяемого в процессе эксплуатации отношения двух собственных частот колебаний, и сравниваемого между собой в процессе оценки, дает возможность гораздо проще, без излишних измерений температуры и без составления численной модели, оценить состояние кориолисового расходомера.Using as a criterion for assessing the condition of a Coriolis flow meter a coefficient determined at the factory setting as the ratio of two natural frequencies of oscillation, as well as the ratio of two natural frequencies of oscillation determined during operation, and compared with each other during the evaluation process, makes it much simpler, without unnecessary temperature measurements and without drawing up a numerical model, assess the condition of the Coriolis flow meter.
Технический результат - упрощение способа оценки состояния кориолисового расходомера.The technical result is a simplification of the method for assessing the condition of a Coriolis flow meter.
Заявляемый способ обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как использование в качестве исходных параметров двух собственных частот колебательной системы, вычисление отношения этих собственных частот, представляющего собой коэффициент, описывающий исходное состояние кориолисового расходомера, повторное их измерение во время оценки текущего состояния кориолисового расходомера в процессе его эксплуатации и вычисление их отношения для последующего сопоставления и принятия решения о состоянии кориолисового расходомера, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.The inventive method is novel in comparison with the prototype, differing from it in such significant features as the use of two natural frequencies of the oscillatory system as initial parameters, the calculation of the ratio of these natural frequencies, which is a coefficient describing the initial state of the Coriolis flow meter, their repeated measurement during the assessment of the current the state of the Coriolis flow meter during its operation and calculating their ratio for subsequent comparison and decision-making on the state of the Coriolis flow meter, which together ensure the achievement of a given result.
Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, которые обеспечивали бы в совокупности достижение указанного результата, поэтому он считает, что заявляемый способ соответствует критерию «изобретательский уровень».The applicant does not know technical solutions that have the specified distinctive features, which would collectively ensure the achievement of the specified result, therefore he believes that the claimed method meets the criterion of “inventive step”.
Заявляемый способ может найти широкое применение в измерительной технике и потому соответствует критерию «промышленная применимость».The inventive method can find wide application in measuring technology and therefore meets the criterion of “industrial applicability”.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами (фиг. 1-3), где:The invention is illustrated by the following drawings (Fig. 1-3), where:
- на фиг. 1 показана конструкция кориолисового расходомера в качестве примера согласно изобретению;- in fig. 1 shows the design of a Coriolis flow meter as an example according to the invention;
- на фиг. 2 показана математическая абстракция, иллюстрирующая колебательную систему кориолисового расходомера, а именно измерительные трубки, которые математически можно представить в виде консольной балкой с массой на конце, имитирующей навесные элементы;- in fig. Figure 2 shows a mathematical abstraction illustrating the oscillatory system of a Coriolis flowmeter, namely measuring tubes, which can be mathematically represented as a cantilever beam with a mass at the end, simulating hanging elements;
- на фиг. 3 приведена таблица 1, где показаны результаты расчета изменения отношения первых двух собственных частот в зависимости от имитируемого локального износа.- in fig. 3 shows Table 1, which shows the results of calculating the change in the ratio of the first two natural frequencies depending on the simulated local wear.
Прежде чем перейти к более подробному описанию, необходимо пояснить следующее.Before going into more detail, the following needs to be clarified.
Влияние температуры на собственные частоты обусловлено в первую очередь зависимостью модуля Юнга от температуры. Для доказательства независимости отношения собственных частот от температуры представим измерительную трубку кориолисового расходомера, как консольную балку с грузом на конце. Для имитации локального износа разобьем балку на два участка разного сечения, как показано на фиг. 2. Собственные частоты системы можно получить, используя метод начальных параметров для расчета балок с несколькими участками, позволяющий автоматически выполнять условия сопряжения участков (сечение в пределах каждого участка постоянно).The effect of temperature on natural frequencies is primarily due to the dependence of Young's modulus on temperature. To prove the independence of the ratio of natural frequencies from temperature, let us imagine the measuring tube of a Coriolis flow meter as a cantilever beam with a load at the end. To simulate local wear, we divide the beam into two sections of different sections, as shown in Fig. 2. Natural frequencies of the system can be obtained using the method of initial parameters for calculating beams with several sections, which makes it possible to automatically fulfill the conditions for connecting sections (the section within each section is constant).
Введем обозначения: Е - модуль Юнга; J - номинальный момент инерции сечения; q - номинальная погонная масса балки; - длина балки; mг - масса груза; J1, J2, q1, q2 и - момент инерции сечения, погонная масса и длина первого и второго участка балки; ΔJ1, ΔJ2, Δq1, Δq2 и - относительные момент инерции, погонная масса и длина первого и второго участка балки:Let us introduce the following notation: E - Young's modulus; J - nominal moment of inertia of the section; q - nominal linear mass of the beam; - beam length; m g - cargo mass; J 1 , J 2 , q 1 , q 2 and - moment of inertia of the section, linear mass and length of the first and second section of the beam; ΔJ 1 , ΔJ 2 , Δq 1 , Δq 2 and - relative moment of inertia, linear mass and length of the first and second section of the beam:
Матрица перехода для первого участка балки имеет вид:The transition matrix for the first section of the beam has the form:
где K1(λλ1), K2(λλ1), K3(λλ1), K4(λλ1) - функции Крылова:where K 1 (λλ 1 ), K 2 (λλ 1 ), K 3 (λλ 1 ), K 4 (λλ 1 ) are Krylov functions:
где р - угловая частота.where p is the angular frequency.
Аналогичным образом определяется матрица перехода А23 для второго участка балки. Матрица перехода для точечного груза на конце имеет вид (момент инерции груза не учитывается):The transition matrix A 23 for the second section of the beam is determined in a similar way. The transition matrix for a point load at the end has the form (the moment of inertia of the load is not taken into account):
где μ - отношение массы груза mг к массе балки: where μ is the ratio of the mass of the load m g to the mass of the beam:
Граничные условия при z=0:Boundary conditions at z=0:
Чтобы исключить из числового расчета неизвестные М(0) и Q(0) вектор Х1 представим в форме:To exclude the unknowns M(0) and Q(0) from the numerical calculation, we present the vector X 1 in the form:
где и - произвольные линейно независимые вектора, удовлетворяющие граничным условиям. При заделанном конце z=0 можно принять:Where And - arbitrary linearly independent vectors that satisfy the boundary conditions. With the end sealed z=0 we can accept:
Тогда С1=М(0); С2=Q(0).Then C 1 =M(0); C 2 =Q(0).
Далее проводим два расчета, умножая векторы и на все матрицы перехода.Next, we carry out two calculations, multiplying the vectors And to all transition matrices.
Для свободного конца при должны равняться нулю компоненты М3, и Q3. Это приводит к двум однородным уравнениям:For the free end at components M 3 and Q 3 must be equal to zero. This leads to two homogeneous equations:
где - соответствующие компоненты векторов Where - corresponding components of vectors
Из условия наличия ненулевых решений уравнений (7) определяются корни λ:From the condition of the presence of nonzero solutions to equations (7), the roots of λ are determined:
Корни X зависят от μ, ΔJ1, ΔJ2, Δq1, Δq2, представив λ в виде функции от этих параметров запишем собственные частоты системы:The roots of X depend on μ, ΔJ 1 , ΔJ 2 , Δq 1 , Δq 2 , Presenting λ as a function of these parameters, we write the natural frequencies of the system:
Отношение первых двух собственных частот:The ratio of the first two natural frequencies:
Из уравнения (10) видно, что отношение частот сводится к отношению корней λ, а изменение жесткости балки (изменение модуля Юнга при изменение температуры) приведет к пропорциональному (одинаковому) изменению частот, т.к. корни λ не зависят от модуля Юнга одинакового для всей балки. С другой стороны, корни λ зависят от отношения массы груза к массе балки (величина μ), отклонения моментов инерции сечения и погонной массы каждого участка от номинала, длины этих участков.From equation (10) it is clear that the ratio of frequencies is reduced to the ratio of the roots λ, and a change in the rigidity of the beam (a change in Young’s modulus with a change in temperature) will lead to a proportional (identical) change in frequencies, because the roots λ do not depend on the Young's modulus, which is the same for the entire beam. On the other hand, the roots of λ depend on the ratio of the mass of the load to the mass of the beam (value μ), the deviation of the moments of inertia of the section and the linear mass of each section from the nominal value, and the length of these sections.
В процессе эксплуатации кориолисового расходомера масса груза не меняется. Масса измерительной трубки может быть различной, т.к. она заполнена рабочей средой, в качестве которой может быть газ или жидкость. В результате корни λ, следовательно, и отношение частот зависят от плотности рабочей среды. Например, для измерительной трубки с наружным и внутренним диаметрами 4 и 5 мм и массой груза 0,1 от массы пустой трубки (0,08 от массы трубки, заполненной водою) получим: для пустой трубки p1/p2=λ1(0,1)2/λ2(0,1)2=0,153; для трубки, заполненной водою λ1(0,08)2/λ2(0,08)2=0,156.During operation of the Coriolis flowmeter, the mass of the load does not change. The mass of the measuring tube can be different, because it is filled with a working medium, which can be gas or liquid. As a result, the roots of λ, and therefore the frequency ratio, depend on the density of the working medium. For example, for a measuring tube with outer and inner diameters of 4 and 5 mm and a load mass of 0.1 of the mass of an empty tube (0.08 of the mass of a tube filled with water), we obtain: for an empty tube p 1 / p 2 =λ 1 (0 ,1) 2 /λ 2 (0,1) 2 =0.153; for a tube filled with water λ 1 (0.08) 2 /λ 2 (0.08) 2 = 0.156.
Отложения в измерительной трубке и ее локальный износ приведет к изменению отношения частот. Для примера, измерительную трубку с наружным и внутренним диаметром 4 и 5 мм и массой груза 0,1 от массы пустой трубки, разбили на четыре равных по длине участка. Последовательно увеличили внутренний диаметр каждого участка на 1%, имитируя локальный износ, и оценили изменение отношения первых двух собственных частот.Deposits in the measuring tube and its local wear will lead to a change in the frequency ratio. For example, a measuring tube with an outer and inner diameter of 4 and 5 mm and a load mass of 0.1 of the mass of the empty tube was divided into four sections of equal length. We successively increased the internal diameter of each section by 1%, simulating local wear, and assessed the change in the ratio of the first two natural frequencies.
Результаты расчета приведены ниже в таблице 1 (Фиг. 3).The calculation results are shown below in Table 1 (Fig. 3).
Таким образом, неравномерный износ измерительных трубок кориолисового расходомера или отложения в них будут приводить к изменению отношения собственных частот, что можно использовать в качестве критерия оценки состояния кориолисового расходомера. А независимость отношения частот от изменения жесткости из-за температуры не требует дополнительной калибровки кориолисового расходомера по температуре.Thus, uneven wear of the measuring tubes of the Coriolis flow meter or deposits in them will lead to a change in the ratio of natural frequencies, which can be used as a criterion for assessing the condition of the Coriolis flow meter. And the independence of the frequency ratio from changes in rigidity due to temperature does not require additional calibration of the Coriolis flow meter by temperature.
Отношение частот зависит от плотности рабочей среды, поэтому необходимо также выполнять калибровку по плотности коэффициента, описывающего исходное состояние кориолисового расходомера (отношение частот в исходном состоянии).The frequency ratio depends on the density of the working medium, so it is also necessary to perform a density calibration of the coefficient describing the initial state of the Coriolis flowmeter (the frequency ratio in the initial state).
Отношение частот зависит от давления рабочей среды, поэтому необходимо также выполнять калибровку по давлению коэффициента, описывающего исходное состояние кориолисового расходомера.The frequency ratio depends on the pressure of the working medium, so it is also necessary to perform pressure calibration of the coefficient describing the initial state of the Coriolis flowmeter.
Фиг. 1, 2 и нижеследующее описание представляют собой примеры, демонстрирующие специалистам в данной области техники то, как осуществить и использовать предпочтительный вариант осуществления изобретения. При раскрытии принципов изобретения некоторые стандартные положения упрощены или исключены. Специалистам в данной области техники будут очевидны вариации этих примеров в рамках объема настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники будет видно, что описанные ниже признаки могут объединяться различным образом, образуя множественные варианты изобретения. Таким образом, изобретение не ограничивается описанными ниже специальными примерами, но ограничивается только формулой изобретения и ее эквивалентами.Fig. 1, 2 and the following description are examples to demonstrate to those skilled in the art how to make and use the preferred embodiment of the invention. In presenting the principles of the invention, certain standard provisions have been simplified or omitted. Variations of these examples will be apparent to those skilled in the art within the scope of the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the features described below can be combined in various ways to form multiple embodiments of the invention. Thus, the invention is not limited to the specific examples described below, but is limited only by the claims and their equivalents.
Заявляемый способ заключается в следующем.The inventive method is as follows.
На стадии заводской настройки возбуждают механические колебания колебательной системы кориолисового расходомера, измеряют с помощью датчика параметры колебательной системы в виде ее исходных данных, являющихся функциями ее состояния, в том числе собственные частоты колебательной системы. Также определяют коэффициенты, являющиеся функциями давления и плотности рабочей среды, которые сохраняют и используют затем при проведении в процессе эксплуатации последующей оценки параметров колебательной системы на основе повторно проведенных измерений параметров колебаний с учетом данных об исходном состоянии.At the factory setting stage, mechanical vibrations of the oscillatory system of the Coriolis flow meter are excited, and the parameters of the oscillatory system are measured using a sensor in the form of its initial data, which are functions of its state, including the natural frequencies of the oscillatory system. Coefficients are also determined that are functions of pressure and density of the working medium, which are then saved and used during subsequent assessment of the parameters of the oscillatory system during operation based on repeated measurements of the oscillation parameters, taking into account data on the initial state.
При этом в качестве исходных параметров используют две собственные частоты колебательной системы и вычисляют отношение этих собственных частот, представляющее собой коэффициент, описывающий исходное состояние кориолисового расходомера. Во время оценки текущего состояния кориолисового расходомера в процессе его эксплуатации повторно измеряют две собственные частоты колебательной системы и вычисляют их отношение. Затем сопоставляют текущие данные с соответствующими сохраненными исходными данными и по результату оценки делают вывод о состоянии кориолисового расходомера.In this case, two natural frequencies of the oscillatory system are used as initial parameters and the ratio of these natural frequencies is calculated, which is a coefficient describing the initial state of the Coriolis flow meter. When assessing the current state of the Coriolis flowmeter during its operation, two natural frequencies of the oscillating system are repeatedly measured and their ratio is calculated. Then the current data is compared with the corresponding stored source data and, based on the evaluation result, a conclusion is drawn about the state of the Coriolis flow meter.
Ниже подробно описана конструкция кориолисового расходомера, с помощью которого осуществляется заявляемый способ оценки состояния кориолисового расходомера для его поверки и/или диагностики.Below we describe in detail the design of the Coriolis flow meter, with the help of which the inventive method of assessing the condition of the Coriolis flow meter for its verification and/or diagnostics is carried out.
На фиг. 1 показан кориолисов расходомер 1, содержащий датчик 2 и электронный блок 3. Датчик 2 реагирует на массовый расход и плотность рабочей среды (жидкости или газа). Электронный блок 3 соединен с датчиком 2 посредством линии 4 связи для предоставления информации о параметрах колебательной системы, на основании которых вычисляются массовый расход и плотность рабочей среды. Несмотря на то, что описывается конструкция кориолисового расходомера, очевидно, что настоящее изобретение может применяться и для поточного плотномера, без дополнительных измерительных возможностей, предоставляемых кориолисовым расходомером.In fig. Figure 1 shows a Coriolis flow meter 1 containing a sensor 2 and an electronic unit 3. Sensor 2 responds to the mass flow and density of the working medium (liquid or gas). Electronic unit 3 is connected to sensor 2 via
Датчик 2 включает в себя основание 5, на котором закреплены по крайней мере два разветвителя 6 и 6', по крайней мере два фланца 7 и 7', по крайней мере пара параллельных измерительных трубок 8 и 8', по крайней мере один привод 9, по крайней мере один датчик 10 температуры и по крайней мере два датчика 11 и 11' колебаний. Измерительные трубки 8 и 8' изгибаются по крайней мере в двух симметрично расположенных местах вдоль их длины и при этом практически параллельны друг другу. По крайней мере две перемычки 12 и 12' между измерительными трубками 8 и 8' служат для определения осей Z и Z', относительно которых колеблется каждая измерительная трубка.The sensor 2 includes a base 5, on which are fixed at least two splitters 6 and 6', at least two flanges 7 and 7', at least a pair of parallel measuring tubes 8 and 8', at least one drive 9, at least one temperature sensor 10 and at least two vibration sensors 11 and 11'. The measuring tubes 8 and 8' are bent in at least two symmetrically located places along their length and are practically parallel to each other. At least two jumpers 12 and 12' between the measuring tubes 8 and 8' serve to define the Z and Z' axes about which each measuring tube oscillates.
Боковые участки измерительных трубок 8 и 8' жестко связаны с разветвителями 6 и 6', а разветвители 6 и 6', в свою очередь, жестко связаны с основанием 5 и с фланцами 7 и Т. Это обеспечивает замкнутый непрерывный канал для рабочей среды, протекающей через датчик 2 кориолисового расходомера 1.The side sections of the measuring tubes 8 and 8' are rigidly connected to the splitters 6 and 6', and the splitters 6 and 6', in turn, are rigidly connected to the base 5 and to the flanges 7 and T. This provides a closed continuous channel for the working medium flowing through sensor 2 of Coriolis flow meter 1.
Если фланцы 7 и 7', имеющие впускное и выпускное отверстия 13 и 13', подсоединены к трубопроводу (на чертежах не показан), в котором протекает рабочая среда, то поток рабочей среды проходит через впускное отверстие 13 фланца 7 в разветвитель 6. В пределах разветвителя 6 поток разделяется и направляется через измерительные трубки 8 и 8'. После выхода из измерительных трубок 8 и 8' два потока собираются в общий поток в разветвителе 6' и направляется затем через выпускное отверстие 13' фланца 7' в трубопровод (не показан).If flanges 7 and 7', having inlet and outlet openings 13 and 13', are connected to a pipeline (not shown in the drawings) in which the working fluid flows, then the flow of the working fluid passes through the inlet 13 of the flange 7 into the splitter 6. Within splitter 6, the flow is divided and directed through measuring tubes 8 and 8'. After leaving the measuring tubes 8 and 8', the two streams are collected into a common stream in the splitter 6' and are then directed through the outlet 13' of the flange 7' into a pipeline (not shown).
Измерительные трубки 8 и 8' выбираются таким образом и монтируются на разветвителях 6 и 6' так, чтобы иметь практически одинаковое распределение масс и жесткостей относительно осей Z и Z'. Ввиду того, что модуль Юнга измерительных трубок меняется в зависимости от температуры, и это, в свою очередь, сказывается на вычислении массового расхода рабочей среды и ее плотности, по крайней мере на одной измерительной трубке 8' установлен по крайней мере один датчик 10 температуры для непрерывного контроля температуры измерительной трубки. Температура измерительной трубки 8', а следовательно, и сигнал с датчика температуры, обусловлены температурой рабочей среды, протекающей через измерительную трубку.Measuring tubes 8 and 8' are selected in such a way and mounted on splitters 6 and 6' so as to have almost the same distribution of masses and stiffnesses relative to the Z and Z' axes. Due to the fact that the Young's modulus of the measuring tubes varies depending on the temperature, and this, in turn, affects the calculation of the mass flow rate of the working medium and its density, at least one temperature sensor 10 is installed on at least one measuring tube 8' for continuous monitoring of the temperature of the measuring tube. The temperature of the measuring tube 8', and therefore the signal from the temperature sensor, is determined by the temperature of the working medium flowing through the measuring tube.
Измерительные трубки 8 и 8' приводятся в движение по крайней мере одним приводом 9, способным вызывать колебания измерительных трубок на различных формах колебаний. Данный привод 9 может обладать любой из хорошо известных конструкций, например, он может быть выполнен в виде по крайней мере одной установленной на измерительной трубке 8 катушки, через которую для колебаний обеих измерительных трубок пропускается переменный ток, и по крайней мере одного противоположно установленного на измерительной трубке 8' магнита.The measuring tubes 8 and 8' are driven by at least one drive 9, capable of causing the measuring tubes to vibrate at various vibration modes. This drive 9 can have any of the well-known designs, for example, it can be made in the form of at least one coil installed on the measuring tube 8, through which an alternating current is passed to oscillate both measuring tubes, and at least one installed oppositely on the measuring tube. tube 8' magnet.
Измерительные трубки 8 и 8', привод 9, датчики 11 и 11' колебаний, перемычки 12 и 12' образуют колебательную систему датчика 2 кориолисового расходомера 1.Measuring tubes 8 and 8', drive 9, vibration sensors 11 and 11', jumpers 12 and 12' form the oscillatory system of sensor 2 of Coriolis flow meter 1.
Электронный блок 3 генерирует сигнал возбуждения, передаваемый по линии 4 связи приводу 9, приводящему измерительные трубки 8 и 8' в колебательные движения. Электронный блок 3 обрабатывает сигналы с датчиков 11 и 11' колебаний, а также сигнал с датчика 10 температуры для вычисления массового расхода, плотности рабочей среды, проходящей через датчик 2, а также других параметров, необходимых для функционирования кориолисового расходомера.The electronic unit 3 generates an excitation signal transmitted via
С помощью описанной выше конструкции кориолисова расходомера заявляемый способ оценки состояния кориолисового расходомера для его поверки и/или диагностики осуществляется следующим образом.Using the above-described design of a Coriolis flow meter, the proposed method for assessing the condition of a Coriolis flow meter for its verification and/or diagnostics is carried out as follows.
На стадии заводской настройки с помощью электронного блока 3 обрабатывают сигнал колебаний с датчиков 11 и 11' и вычисляют отношение двух собственных частот колебаний, а также производят вычисление коэффициентов давления и плотности рабочей среды и сохраняют эти значения в электронном блоке 3.At the factory setting stage, using electronic unit 3, the oscillation signal from sensors 11 and 11' is processed and the ratio of two natural oscillation frequencies is calculated, as well as the coefficients of pressure and density of the working medium are calculated and these values are stored in electronic unit 3.
В процессе эксплуатации для оценки состояния кориолисового расходомера электронный блок 3 генерирует сигнал возбуждения, приводящий измерительные трубки 8 и 8' в колебательные движения, обрабатывает сигнал колебаний с датчиков 11 и 11' и вычисляет отношение двух собственных частот колебаний. Замеренные данные сравнивают с соответствующими сохраненными исходными данными и по итогам сравнения делают вывод о состоянии кориолисового расходомера и его пригодности к дальнейшей эксплуатации и/или возможности его использования в качестве эталонного расходомера.During operation, to assess the state of the Coriolis flow meter, the electronic unit 3 generates an excitation signal that causes the measuring tubes 8 and 8' to oscillate, processes the oscillation signal from sensors 11 and 11' and calculates the ratio of two natural frequencies of oscillation. The measured data is compared with the corresponding stored source data and, based on the results of the comparison, a conclusion is drawn about the condition of the Coriolis flow meter and its suitability for further operation and/or the possibility of its use as a reference flow meter.
В сравнении с прототипом заявляемый способ является более простым в осуществлении как в плане производимых измерений, так и осуществляемых расчетов, и более надежным из-за исключения влияния температуры на процесс оценки состояния кориолисового расходомера.In comparison with the prototype, the proposed method is simpler to implement both in terms of the measurements performed and the calculations performed, and more reliable due to the elimination of the influence of temperature on the process of assessing the state of the Coriolis flow meter.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2803043C1 true RU2803043C1 (en) | 2023-09-05 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE59509349D1 (en) * | 1994-01-26 | 2001-07-26 | Endress Hauser Gmbh Co | METHOD AND ARRANGEMENT FOR DETECTING AND / OR MONITORING A PREDICTED LEVEL IN A CONTAINER |
| CA2532592A1 (en) * | 2003-07-15 | 2005-02-03 | Cidra Corporation | An apparatus and method for compensating a coriolis meter |
| RU2382989C2 (en) * | 2003-07-15 | 2010-02-27 | Экспроу Митерс, Инк. | Device for measurement of flow parametres |
| RU2628661C1 (en) * | 2014-01-24 | 2017-08-21 | Майкро Моушн, Инк. | Vibratory flowmeter as well as methods and diagnostics for checking meter |
| WO2021180623A1 (en) * | 2020-03-10 | 2021-09-16 | Endress+Hauser Flowtec Ag | Method for determining a calibration factor for a measuring tube, measuring tube pair, and coriolis measuring device having a measuring tube pair |
| RU2773633C1 (en) * | 2020-12-07 | 2022-06-06 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭлМетро Групп" | Method for assessing the state of the measuring system of a coriolis flow meter |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE59509349D1 (en) * | 1994-01-26 | 2001-07-26 | Endress Hauser Gmbh Co | METHOD AND ARRANGEMENT FOR DETECTING AND / OR MONITORING A PREDICTED LEVEL IN A CONTAINER |
| CA2532592A1 (en) * | 2003-07-15 | 2005-02-03 | Cidra Corporation | An apparatus and method for compensating a coriolis meter |
| RU2382989C2 (en) * | 2003-07-15 | 2010-02-27 | Экспроу Митерс, Инк. | Device for measurement of flow parametres |
| RU2628661C1 (en) * | 2014-01-24 | 2017-08-21 | Майкро Моушн, Инк. | Vibratory flowmeter as well as methods and diagnostics for checking meter |
| WO2021180623A1 (en) * | 2020-03-10 | 2021-09-16 | Endress+Hauser Flowtec Ag | Method for determining a calibration factor for a measuring tube, measuring tube pair, and coriolis measuring device having a measuring tube pair |
| RU2773633C1 (en) * | 2020-12-07 | 2022-06-06 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭлМетро Групп" | Method for assessing the state of the measuring system of a coriolis flow meter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5851601B2 (en) | Vibration type flow meter and zero check method | |
| US7774150B2 (en) | Meter electronics and methods for determining one or more of a stiffness coefficient or a mass coefficient | |
| JP4469337B2 (en) | Coriolis flow meter diagnostic device and diagnostic method | |
| RU2398192C2 (en) | Method of calculating flow rate using flow metre which uses multiple oscillation modes | |
| JP5422750B2 (en) | Friction compensation of vibratory flow meter | |
| JP2014522972A5 (en) | ||
| RU2487322C1 (en) | Method and device to detect flow error in vibration flow metre | |
| KR20130025951A (en) | Meter electronics and methods for verification diagnostics for a flow meter | |
| KR101868375B1 (en) | Detection of a change in the cross-sectional area of a fluid tube in a vibrating meter by determining a lateral mode stiffness | |
| KR102631238B1 (en) | Vibration system change detection based on two baseline meter verifications | |
| JP2021121811A (en) | Detecting and identifying change in vibratory meter | |
| JP2022050491A (en) | System for correcting measured flow rate for viscosity effects of fluid in vibration meter, method for correcting measured flow rate for viscosity effects of fluid in vibration meter, vibration meter for correcting measured flow rate for viscosity effects of fluid | |
| RU2803043C1 (en) | Method for assessing the state of a coriolis flowmeter for its verification and/or disagnostics | |
| RU2759828C1 (en) | Method for determining when to verify flow meter hardness coefficient | |
| JP7170049B2 (en) | Method and apparatus for monitoring dissolution | |
| RU2773633C1 (en) | Method for assessing the state of the measuring system of a coriolis flow meter | |
| US20210302213A1 (en) | Determining a damping of a meter assembly | |
| RU2773013C1 (en) | Detecting a change in the vibration meter based on two base checks of the meter | |
| KR20210034085A (en) | Determination of the attenuation characteristics of the instrument assembly | |
| RU2797555C1 (en) | Method for determining total verification time using flow meter diagnostic tool in real time when flow meter verification and flow meter diagnostic tool | |
| JP7206368B2 (en) | Electronic measuring instrument and verification diagnostic method for flow meter | |
| RU2324150C2 (en) | Test unit and diagnosis method for coriolis flow meter | |
| RU2323419C2 (en) | System and mode of diagnostics of coriolis's flowmeter | |
| KR20220028112A (en) | How to determine total probe time |