專利名稱：振動流量計摩擦補償的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種振動流量計，且更具體地講，涉及一種振動流量計摩擦補償!,vibratory flowmeter friction compensationノ。
背景技術：
振動管道傳感器(諸如，Coriolis質量流量計和振動密度計)通常通過檢測包含流動材料的振動管道的運動而工作。通過處理從與管道關聯的運動換能器接收的測量信 號，能夠確定與管道中的材料關聯的性質，諸如質量流量、密度等。填充了振動材料的系統的振動模式通常受包含管道和管道中包含的材料的組合的質量、剛度和阻尼特性影響。典型的Coriolis質量流量計包括一個或多個管道，所述ー個或多個管道在管線或其它運輸系統中成線連接并在該系統中傳送材料，例如流體、泥漿、乳膠等。每個管道可視為具有ー組固有振動模式，包括例如單純彎曲、扭轉、徑向和耦合模式。在典型Coriolis質量流量測量應用中，當材料流經管道時管道在一種或多種振動模式下被激勵，并且在沿著管道分隔的點測量管道的運動。通常由以周期性方式擾動管道的致動器(例如，機電裝置，諸如音圈型驅動器)提供激勵。通過測量在換能器位置的運動之間的時間延遲或相差可確定質量流率。通常應用兩個這種換能器(或拾取傳感器(Pickoff sensor))以便測量一個或多個流動管道(flow conduit)的振動響應,并且這兩個換能器通常定位在處于致動器的上游和下游的位置。該兩個拾取傳感器連接到電子儀器。儀器從該兩個拾取傳感器接收信號并處理信號以便尤其獲得質量流率測量結果。振動流量計(包括Coriolis質量流量計和密度計)因此應用振動的ー個或多個流動管道以便測量流體。振動流量計的準確性和性能能夠受各種因素影響，該各種因素諸如流體流量的變化、流體成分的改變、溫度和其它因素。現有技術中經常忽略的一個因素是流動流體和ー個或多個流量計管道的壁之間的摩擦。摩擦效應(包括邊界層流效應)能夠產生瑞流。摩擦效應和所導致的湍流能夠不利地影響流量測量結果。
發明內容
在本發明的ー個方面中，ー種用于振動流量計摩擦補償的儀表電子設備包括
接ロ，配置為與振動流量計的流量計組件通信并接收振動響應；以及
處理系統，耦合到接ロ并配置為使用振動響應測量流體的質量流率(I !),其中處理系統的特征在于處理系統配置為使用質量流率(lil)、流體密度レ)和截面流通面積⑷確定流體速度(K)，使用流體速度(K)和壓降確定摩擦因子(/)，并且使用摩擦因子(/)確定補償因子。優選地，儀表電子設備接收流體密度{P )。優選地,振動流量計測量流體密度O)。優選地，儀表電子設備接收壓降(Zl P)。優選地，振動流量計測量壓降{ΛΡ、。
優選地，其中處理系統還配置為產生補償了摩擦的質量流率()。優選地，其中處理系統還配置為產生補償了摩擦的體積流率(Viwiv )。優選地，確定補償因子包括使摩擦因子if)與以經驗方式獲得的數據相關聯。在本發明的ー個方面中，一種振動流量計摩擦補償方法包括
使用振動流量計測量流體的質量流率( )；
使用質量流率(// )、流體密度レ)和截面流通 面積O)確定流體速度(の;
使用流體速度(K)和壓降{ΛΡ、確定摩擦因子if);以及 使用摩擦因子(/)確定補償因子。優選地，振動流量計的儀表電子設備接收流體密度{P )。優選地,振動流量計測量流體密度O )。優選地，振動流量計的儀表電子設備接收壓降。優選地，振動流量計測量壓降(Zl巧。優選地，還包括產生補償了摩擦的質量流率(W _,胃)。優選地，還包括產生補償了摩擦的體積流率(Vcomp )。優選地，確定補償因子包括使摩擦因子if)與以經驗方式獲得的數據相關聯。在本發明的ー個方面中，一種振動流量計摩擦補償方法包括
使用振動流量計測量流體的質量流率( )；
使用振動流量計測量流體密度{P )；
使用質量流率(!h )、流體密度レ)和截面流通面積O)確定流體速度(の；
使用流體速度(K)和壓降{ΛΡ、確定摩擦因子if);以及 使用摩擦因子(/)確定補償因子。優選地，振動流量計的儀表電子設備接收壓降。優選地，振動流量計測量壓降(Zl巧。優選地，還包括產生補償了摩擦的質量流率(み,、-)。優選地，還包括產生補償了摩擦的體積流率(令 mp )。優選地，確定補償因子包括使摩擦因子if)與以經驗方式獲得的數據相關聯。
圖I顯示根據本發明的振動流量計。圖2顯示針對一系列碳氫化合物流體的確定的體積誤差(體積流率誤差)相對于摩擦因子⑴的圖表。圖3顯示相同的圖表，但具有能夠用于從獲得的流量計摩擦因子(/)產生體積誤差因子的擬合曲線。圖4顯示在補償之后獲得的流量誤差的圖表。圖5是根據本發明的振動流量計的儀表電子設備的方框圖。
圖6是根據本發明用于測量流體流率的摩擦補償方法的流程圖。
具體實施例方式圖1-6和下面的描述描述特定例子以教導本領域技術人員如何進行和使用本發明的最佳模式。出于教導本發明的原理的目的，簡化或省略了一些常規方面。本領域技術人員將會理解落在本發明的范圍內的這些例子的變型。本領域技術人員將會理解，以下描述的特征能夠以各種方法組合以形成本發明的多種變型。結果，本發明不限于以下描述的特定例子，而是僅由權利要求及其等同物限制。圖I顯示根據本發明的振動流量計5。振動流量計5包括流量計組件10和儀表電子設備20。儀表電子設備20經引線100連接到儀表組件10，并配置為在通信路徑26上提供密度、質量流率、體積流率、總質量流量、溫度中的一項或多項的測量結果或者其它測量結果或信息。對于本領域技術人員而言應該清楚的是，振動流量計能夠包括任何方式的振動流量計，而不管驅動器、拾取傳感器、流動管道的數量或者振動的工作模式如何。振動流 量計5能夠包括Coriolis流量計。另外，應該意識到，振動流量計5能夠包括振動密度計。流量計組件10包括一對法蘭101和101’、歧管102和102’、驅動器104、拾取傳感器105和105’以及流動管道103A和103B。驅動器104和拾取傳感器105和105’連接到流動管道103A和103B。法蘭101和101，固定到歧管102和102，。在一些實施例中，歧管102和102，能夠固定到分隔件(spacer) 106的相反端。分隔件106保持歧管102和102，之間的間隔以便防止管線カ傳遞到流動管道103A和103B。當流量計組件10被插入在載送正被測量的流動流體的管線(未示出)中時，流動流體通過法蘭101進入流量計組件10，經過入口歧管102，在入口歧管102，全部量的流動流體被引導進入流動管道103A和103B，流動流體流經流動管道103A和103B并回到出口歧管102’，在出口歧管102’，流動流體通過法蘭101’離開儀表組件10。流動流體能夠包括液體。流動流體能夠包括氣體。流動流體能夠包括多相流體，諸如包括夾帶氣體和/或夾帶固體的液體。選擇流動管道103A和103B并把它們合適地安裝到入口歧管102和出口歧管102’，以分別關于彎曲軸線W— W和W’ -Ψ具有基本上相同的質量分布、慣性矩和彈性模量。流動管道103A和103B以基本上平行的方式從歧管102和102’向外延伸。流動管道103A和103B以振動流量計5的所謂第一異相彎曲模式、關于各彎曲軸線W和W’在相反方向上由驅動器104驅動。驅動器104可包括許多公知裝置之一，諸如安裝到流動管道103A的磁體和安裝到流動管道103B的反作用線圈。交流電經過反作用線圈以引起這兩個管道振蕩。由儀表電子設備20經引線110把合適的驅動信號施加于驅動器104。設想其它驅動器裝置并且它們落在描述和權利要求的范圍內。儀表電子設備20分別在引線111和111’上接收傳感器信號。儀表電子設備20在引線110上產生驅動信號，該驅動信號引起驅動器104使流動管道103A和103B振蕩。設想其它傳感器裝置并且它們落在描述和權利要求的范圍內。儀表電子設備20處理來自拾取傳感器105和105’的左速度信號和右速度信號以尤其計算流率。通信路徑26提供允許儀表電子設備20與操作者或者與其它電子系統對接的輸入和輸出器件。提供圖I的描述僅作為振動流量計5的操作的例子而非意圖限制本發明的教導。儀表電子設備20在一個實施例中配置為使流動管道103A和103B振動。該振動由驅動器104執行。儀表電子設備20還從拾取傳感器105和105’接收獲得的振動信號。振動信號包括流動管道103A和103B的振動響應。儀表電子設備20處理該振動響應并確定響應頻率和/或相差。儀表電子設備20處理振動響應并確定ー種或多種流量測量結果，包括流動流體的質量流率和/或密度。設想其它振動響應特性和/或流量測量結果并且它們落在描述和權利要求的范圍內。在一個實施例中，流動管道103A和103B包括基本上U形的流動管道，如所示。另一方面，在其它實施例中，流動管道能夠包括基本上直的流動管道。能夠使用另外的流量計形狀和/或配置并且它們落在描述和權利要求的范圍內。附圖未顯示壓カ傳感器或壓カ傳感器抽頭。應該理解，在一些實施例中，振動流量計5包括用于測量基本上橫跨振動流量計5的壓降的壓カ傳感器。另ー方面，儀表電子設 備20可配置為從外部源(包括從其它裝置或者從操作者或技術員)接收壓カ值(或壓降值(Z10)。在另ー替換方案中，振動流量計5能夠諸如使用測量的頻率和相移直接測量壓降Λ P。例如，振動流量計能夠采用如美國專利號7，597，008和5，734，112所公開的壓カ確定，這些專利由本受讓人共同擁有。水頭損失(head loss) (A7)通常定義為在管道跨度上或橫跨流體輸送系統的部件的不可壓縮流體中的壓カ的損失。如果能夠測量橫跨流量計(或者沿著包括流量計的管線的已知部分)的水頭損失并且隨后針對由于沿著管道壁的摩擦的物理特性導致的質量流量和/或體積流量損失補償流率測量結果，則能夠提高振動流量計的測量性能。在ー些實施例中從Darcy-Weisbach方程計算摩擦因子并且發現摩擦因子可預計地與質量流量誤差和體積流量誤差相關聯。這些誤差能夠被補償，并且作為結果，能夠實現更準確的測量。Darcy-Weisbach方程已長期用于以經驗方式量化沿著管子或管道的長度if)的水頭損失(ん)。該方程包括
權利要求
1.ー種用于振動流量計摩擦補償的儀表電子設備(20)，該儀表電子設備(20)包括接ロ(201)和處理系統(203)，接ロ(201)配置為與振動流量計(5)的流量計組件(10)通信并接收振動響應，處理系統(203)耦合到接ロ(201)并配置為使用振動響應測量流體的質量流率(fji )，其中處理系統(203)的特征在于 處理系統(203)被配置為使用質量流率( )、流體密度レ)和截面流通面積O)確定流體速度(り，使用流體速度⑵、密度レ)和壓降{ΛΡ、確定摩擦因子(/)，并且使用摩擦因子(/)確定補償因子。
2.根據權利要求I所述的儀表電子設備(20)，還包括儀表電子設備(20)接收流體密度{P )。
3.根據權利要求I所述的儀表電子設備(20)，還包括振動流量計(5)測量流體密度O)。
4.根據權利要求I所述的儀表電子設備(20)，還包括儀表電子設備(20)接收壓降(則。
5.根據權利要求I所述的儀表電子設備(20)，還包括振動流量計(5)測量壓降(ΔΡ)。
6.根據權利要求I所述的儀表電子設備(20)，其中處理系統(203)還配置為產生補償了摩擦的質量流率(fhc,:—)。
7.根據權利要求I所述的儀表電子設備(20)，其中處理系統(203)還配置為產生補償了摩擦的體積流率()。
8.根據權利要求I所述的儀表電子設備(20)，其中確定補償因子包括使摩擦因子(/)與以經驗方式獲得的數據相關聯。
9.一種振動流量計摩擦補償方法，該方法包括使用振動流量計測量流體的質量流率(m )，其中該方法的特征在子: 使用質量流率(fk )、流體密度レ)和截面流通面積⑷確定流體速度(の； 使用流體速度⑵、密度レ)和壓降確定摩擦因子if);以及 使用摩擦因子(/)確定補償因子。
10.根據權利要求9所述的方法，還包括振動流量計的儀表電子設備接收流體密度O)。
11.根據權利要求9所述的方法，還包括振動流量計測量流體密度(P)。
12.根據權利要求9所述的方法，還包括振動流量計的儀表電子設備接收壓降(則。
13.根據權利要求9所述的方法，還包括振動流量計測量壓降{AP、。
14.根據權利要求9所述的方法，還包括產生補償了摩擦的質量流率()。
15.根據權利要求9所述的方法，還包括產生補償了摩擦的體積流率()。
16.根據權利要求9所述的方法，其中確定補償因子包括使摩擦因子(/)與以經驗方式獲得的數據相關聯。
17.—種振動流量計摩擦補償方法，該方法包括使用振動流量計測量流體的質量流率(m )以及使用振動流量計測量流體密度レ)，其中該方法的特征在干 使用質量流率( ι )、流體密度レ)和截面流通面積⑷確定流體速度(の； 使用流體速度⑵、密度レ)和壓降確定摩擦因子if);以及 使用摩擦因子(/)確定補償因子。
18.根據權利要求17所述的方法，還包括振動流量計的儀表電子設備接收壓降(則。
19.根據權利要求17所述的方法，還包括振動流量計測量壓降{AP、。
20.根據權利要求17所述的方法，還包括產生補償了摩擦的質量流率(fheo-)。
21.根據權利要求17所述的方法，還包括產生補償了摩擦的體積流率()。
22.根據權利要求17所述的方法，其中確定補償因子包括使摩擦因子if)與以經驗方式獲得的數據相關聯。
全文摘要
本發明涉及提供了用于振動流量計摩擦補償的儀表電子設備(20)。該儀表電子設備(20)包括接口(201)和處理系統(203)，接口(201)配置為與振動流量計(5)的流量計組件(10)通信并接收振動響應，處理系統(203)耦合到接口(201)并配置為使用振動響應測量流體的質量流率。處理系統(203)配置為使用質量流率、流體密度(ρ)和截面流通面積(A)確定流體速度(V)，使用流體速度(V)和壓降(△P)確定摩擦因子(f)，并且使用摩擦因子(f)確定補償因子。本發明還涉及一種振動流量計補償方法。
文檔編號G01F1/84GK102762960SQ200980162694
公開日2012年10月31日 申請日期2009年12月1日 優先權日2009年12月1日
發明者A.W.潘克拉茨, J.魏因施泰因 申請人:微動公司