對(duì)振動(dòng)計(jì)中流體管的截面面積的改變的改進(jìn)檢測(cè)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 下文中所述的實(shí)施例涉及振動(dòng)計(jì)，并且更具體而言，涉及對(duì)振動(dòng)計(jì)中流體管的截 面面積的改變的改進(jìn)檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 使用振動(dòng)計(jì)來(lái)測(cè)量流過(guò)管道的材料的質(zhì)量流量和其它信息是已知的。一個(gè)特定類(lèi) 型的振動(dòng)計(jì)是如在1985年1月1日頒發(fā)給J.E.Smith等的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4, 491，025和1982 年2月11日給J.E.Smith的再頒專(zhuān)利31，450中公開(kāi)的振動(dòng)科里奧利（Coriolis)流量計(jì)。 這些振動(dòng)計(jì)具有一個(gè)或多個(gè)流體管?？评飱W利質(zhì)量流量計(jì)中的每個(gè)流體管配置具有一組固 有振動(dòng)模式，所述固有振動(dòng)模式可以具有單純的彎曲、扭轉(zhuǎn)、徑向、橫向或耦合（coupled)的 類(lèi)型。每個(gè)流體管被驅(qū)動(dòng)成按這些固有模式中的一個(gè)在諧振下振蕩。振動(dòng)模式一般受到包 含的流體管和包含在流體管中的材料的組合的質(zhì)量、剛度和阻尼特性影響。因此，質(zhì)量、剛 度和阻尼通常使用公知的技術(shù)在振動(dòng)計(jì)的初始校準(zhǔn)期間確定。材料在振動(dòng)計(jì)的入口側(cè)上從 連接的管道流動(dòng)到流量計(jì)中。所述材料隨后被導(dǎo)引通過(guò)一個(gè)或多個(gè)流體管，并且離開(kāi)流量 計(jì)到連接在出口側(cè)上的管道。
[0003] 驅(qū)動(dòng)器將力施加于一個(gè)或多個(gè)流體管。所述力使所述一個(gè)或多個(gè)流體管振蕩。當(dāng) 沒(méi)有材料流過(guò)流量計(jì)時(shí)，沿流體管的所有點(diǎn)以相同的相位振蕩。隨著材料開(kāi)始流過(guò)流體管， 科里奧利加速度使沿流體管的每個(gè)點(diǎn)相對(duì)于沿流體管的其它點(diǎn)具有不同的相位。流體管的 入口側(cè)上的相位落后于驅(qū)動(dòng)器，而出口側(cè)上的相位領(lǐng)先于驅(qū)動(dòng)器。傳感器被放置在流體管 上兩個(gè)不同的點(diǎn)處，以產(chǎn)生代表流體管在兩個(gè)點(diǎn)處的運(yùn)動(dòng)的正弦信號(hào)。從傳感器接收的兩 個(gè)信號(hào)的相位差以時(shí)間的單位來(lái)計(jì)算。
[0004] 兩個(gè)傳感器信號(hào)之間的時(shí)間差與流過(guò)一個(gè)或多個(gè)流體管的材料的質(zhì)量流率成比 例。材料的質(zhì)量流率通過(guò)將所述時(shí)間差乘以流量校準(zhǔn)因子來(lái)確定。流量校準(zhǔn)因子取決于材 料屬性、管的幾何構(gòu)型以及流體管的截面屬性。影響流量校準(zhǔn)因子的流體管的主要特性中 的一個(gè)是流體管的剛度。在流量計(jì)安裝到管道中之前，流量校準(zhǔn)因子通過(guò)校準(zhǔn)過(guò)程來(lái)確定。 在所述校準(zhǔn)過(guò)程中，流體以給定的流率被傳送通過(guò)流體管，并且計(jì)算時(shí)間差和流率之間的 比例。如在本領(lǐng)域中一般已知的，流體管的剛度和阻尼特性也在所述校準(zhǔn)過(guò)程期間確定。
[0005] 科里奧利流量計(jì)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于所測(cè)量的質(zhì)量流率的精度不受流量計(jì)中運(yùn)動(dòng)部 件的磨損(例如齒輪不滑動(dòng)等)影響。通過(guò)將流體管上兩個(gè)點(diǎn)之間的時(shí)間差和流量校準(zhǔn)因子 相乘來(lái)確定流率。唯一的輸入是指示流體管上兩個(gè)點(diǎn)的振蕩的來(lái)自傳感器的正弦信號(hào)。時(shí) 間差從所述正弦信號(hào)計(jì)算。在振動(dòng)流體管中沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件。流量校準(zhǔn)因子與流體管的材料 和截面屬性成比例。因此，相位差的測(cè)量和流量校準(zhǔn)因子不受流量計(jì)中運(yùn)動(dòng)部件的磨損影 響。
[0006] 但是，問(wèn)題在于流體管的截面屬性在振動(dòng)計(jì)的使用期間能夠改變。流體管的材料 和截面屬性的改變能夠由因流過(guò)流體管的材料引起的流體管的腐蝕、侵蝕和涂層造成。
[0007] 盡管現(xiàn)有技術(shù)已試圖提供用于在原地檢測(cè)流體管的截面面積的改變的方法，但這 些嘗試是相對(duì)有限的。例如，在其字面上轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)人的美國(guó)專(zhuān)利6, 092, 409公開(kāi)了一 種用于基于流體管的振蕩周期的改變來(lái)檢測(cè)流體管的截面面積的改變的系統(tǒng)。此方法的問(wèn) 題在于所述方法需要測(cè)量期間已知的密度在流體管內(nèi)流動(dòng)。在不是已知的流體流過(guò)流體管 的情況下，振蕩周期的改變可因流體管的截面面積的改變引起，或可因流體密度的改變引 起。因此，此方法在如下領(lǐng)域中不是非常有用，即：如果流過(guò)振動(dòng)計(jì)的流體可具有未知的或 變化的密度。
[0008] 還有大量解釋如何基于流體管的振動(dòng)響應(yīng)來(lái)確定流體管的剛度的現(xiàn)有技術(shù)的示 例。如上文中提到的，流體管的剛度一般在初始校準(zhǔn)期間確定，并且需要流體管的剛度以 精確地確定計(jì)量器的流量校準(zhǔn)因子。除本領(lǐng)域中公知的并且在振動(dòng)計(jì)行業(yè)中廣泛利用的 初始校準(zhǔn)方法外，其它現(xiàn)有技術(shù)的示例試圖使用現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)器和敏感元件布置在原地確定 流體管的剛度。例如，在其字面上轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)人的美國(guó)專(zhuān)利6, 678, 624公開(kāi)了一種確定 模態(tài)動(dòng)態(tài)剛度矩陣并且隨后確定流體管剛度的方法。在其字面上轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)人的美國(guó)專(zhuān) 利7, 716, 995公開(kāi)了另一種現(xiàn)有技術(shù)的方法，其利用兩個(gè)或更多個(gè)振動(dòng)響應(yīng)并且求解單自 由度微分方程，以確定除振動(dòng)計(jì)的其它特性外的流體管的剛度、阻尼和質(zhì)量特性。如' 995 專(zhuān)利中所討論的，按照最基本的解釋?zhuān)评飱W利計(jì)量器的振動(dòng)能夠使用簡(jiǎn)單的彈簧方程 (springequation)來(lái)表征：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于確定振動(dòng)計(jì)中一個(gè)或多個(gè)流體管的橫向模式剛度的方法，包括如下步 驟： 使所述一個(gè)或多個(gè)流體管中的至少一個(gè)按驅(qū)動(dòng)模式振動(dòng)來(lái)振動(dòng)； 基于對(duì)所述驅(qū)動(dòng)模式振動(dòng)的振動(dòng)響應(yīng)來(lái)接收驅(qū)動(dòng)模式傳感器信號(hào)； 使所述一個(gè)或多個(gè)流體管中的至少一個(gè)按橫向模式振動(dòng)來(lái)振動(dòng)，其中，所述橫向模式 大致垂直于所述驅(qū)動(dòng)模式； 基于對(duì)所述橫向模式振動(dòng)的振動(dòng)響應(yīng)來(lái)接收橫向模式傳感器信號(hào)；以及 基于所述橫向模式傳感器信號(hào)來(lái)確定橫向模式剛度。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使所述一個(gè)或多個(gè)流體管中的至少一個(gè)按 所述橫向模式振動(dòng)來(lái)振動(dòng)的所述步驟包括使所述至少一個(gè)流體管以超過(guò)一個(gè)橫向模式頻 率振動(dòng)。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使所述一個(gè)或多個(gè)流體管中的至少一個(gè)按 所述橫向模式振動(dòng)來(lái)振動(dòng)的所述步驟包括使兩個(gè)流體管相對(duì)于彼此按橫向模式振動(dòng)來(lái)振 動(dòng)。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使所述一個(gè)或多個(gè)流體管中的至少一個(gè)按 所述橫向模式振動(dòng)來(lái)振動(dòng)的所述步驟包括使流體管相對(duì)于外殼按所述橫向模式振動(dòng)來(lái)振 動(dòng)。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，確定所述橫向模式剛度的所述步驟是基于 所述橫向模式傳感器信號(hào)和所述驅(qū)動(dòng)模式傳感器信號(hào)。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所確定的橫向模式剛度與預(yù)期的橫向模式剛 度相比較的步驟。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述預(yù)期的橫向模式剛度是基于所述一個(gè) 或多個(gè)流體管內(nèi)流體的測(cè)量密度。
8. -種包括處理系統(tǒng)（303)的用于振動(dòng)計(jì)（5)的計(jì)量電子裝置（200)，其配置成： 產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)信號(hào)（311)，以使至少一個(gè)流體管（103A、103B)按驅(qū)動(dòng)模式振動(dòng)來(lái) 振動(dòng)； 基于對(duì)所述驅(qū)動(dòng)模式振動(dòng)的振動(dòng)響應(yīng)來(lái)接收驅(qū)動(dòng)模式傳感器信號(hào)（310); 產(chǎn)生橫向模式驅(qū)動(dòng)信號(hào)（316)，以使所述至少一個(gè)流體管（103A、103B)按橫向模式振 動(dòng)來(lái)振動(dòng)，其中，所述橫向模式大致垂直于所述驅(qū)動(dòng)模式； 基于對(duì)所述橫向模式振動(dòng)的振動(dòng)響應(yīng)來(lái)接收橫向模式傳感器信號(hào)（317 );以及 基于所述橫向模式傳感器信號(hào)（317)來(lái)確定橫向模式剛度（318)。
9. 如權(quán)利要求8所述的計(jì)量電子裝置（200 )，其特征在于，所述處理系統(tǒng)（303 )被配置 成以超過(guò)一個(gè)橫向模式頻率產(chǎn)生超過(guò)一個(gè)橫向模式驅(qū)動(dòng)信號(hào)（316)。
10. 如權(quán)利要求8所述的計(jì)量電子裝置（200 )，其特征在于，所述處理系統(tǒng)（303 )被配 置成將所產(chǎn)生的橫向模式驅(qū)動(dòng)信號(hào)（316)施加于兩個(gè)流體管（103A、103B)，以使所述兩個(gè) 流體管（103A、103B)相對(duì)于彼此按橫向模式振動(dòng)來(lái)振動(dòng)。
11. 如權(quán)利要求8所述的計(jì)量電子裝置（200)，其特征在于，所述處理系統(tǒng)（303)被 配置成將所產(chǎn)生的橫向模式驅(qū)動(dòng)信號(hào)（316)施加于流體管（103A、103B)，以使所述流體管 (103A、103B)相對(duì)于外殼（500)按橫向模式振動(dòng)來(lái)振動(dòng)。
12. 如權(quán)利要求8所述的計(jì)量電子裝置（200)，其特征在于，所述處理系統(tǒng)（303)還被 配置成基于所述橫向模式傳感器信號(hào)（317)和所述驅(qū)動(dòng)模式傳感器信號(hào)（310)來(lái)確定所述 橫向模式剛度。
13. 如權(quán)利要求8所述的計(jì)量電子裝置（200)，其特征在于，所述處理系統(tǒng)（303)還被 配置成將所確定的橫向模式剛度與預(yù)期的橫向模式剛度相比較。
14. 如權(quán)利要求13所述的計(jì)量電子裝置（200)，其特征在于，所述預(yù)期的橫向模式剛 度是基于所述一個(gè)或多個(gè)流體管內(nèi)流體的測(cè)量密度。
15. -種包括傳感器組件（210)和計(jì)量電子裝置（200)的振動(dòng)計(jì)（5)，包括： 一個(gè)或多個(gè)流體管（l〇3A、103B); 第一驅(qū)動(dòng)器（104)，其耦接到所述一個(gè)或多個(gè)流體管（103A、103B)，并且定向成引起所 述一個(gè)或多個(gè)流體管（l〇3A、103B)中的驅(qū)動(dòng)模式振動(dòng)； 一個(gè)或多個(gè)敏感元件（105、105'），其耦接到所述一個(gè)或多個(gè)流體管（103A、103B)，并 且定向成感測(cè)所述一個(gè)或多個(gè)流體管（l〇3A、103B)中的驅(qū)動(dòng)模式振動(dòng)； 第二驅(qū)動(dòng)器（205)，其耦接到所述一個(gè)或多個(gè)流體管（103A、103B)，并且定向成引起所 述一個(gè)或多個(gè)流體管（l〇3A、103B)中的橫向模式振動(dòng)；以及 一個(gè)或多個(gè)敏感元件（205)，其耦接到所述一個(gè)或多個(gè)流體管（103A、103B)，并且定向 成感測(cè)所述一個(gè)或多個(gè)流體管（l〇3A、103B)中的橫向模式振動(dòng)。
16. 如權(quán)利要求15所述的振動(dòng)計(jì)（5)，其特征在于，所述第二驅(qū)動(dòng)器（205)的第一部分 被耦接到第一流體管（103A)，并且所述第二驅(qū)動(dòng)器（205)的第二部分被耦接到第二流體管 (103B)〇
17. 如權(quán)利要求16所述的振動(dòng)計(jì)（5)，其特征在于，定向成感測(cè)橫向模式振動(dòng)的所述 一個(gè)或多個(gè)敏感元件（205)的第一部分被耦接到所述第一流體管（103A)，并且第二部分被 耦接到第二流體管（103B)。
18. 如權(quán)利要求15所述的振動(dòng)計(jì)（5)，其特征在于，所述第二驅(qū)動(dòng)器（205)的第一部分 被耦接到第一流體管（103A)，并且所述第二驅(qū)動(dòng)器（205)的第二部分被耦接到外殼（500)。
19. 如權(quán)利要求18所述的振動(dòng)計(jì)（5)，其特征在于，定向成感測(cè)橫向模式振動(dòng)的所述 一個(gè)或多個(gè)敏感元件（205)的第一部分被耦接到所述第一流體管（103A)，并且第二部分被 耦接到所述外殼（500)。
【專(zhuān)利摘要】提供了一種用于確定振動(dòng)計(jì)（5）中一個(gè)或多個(gè)流體管（103A、103B）的橫向模式剛度的方法。所述方法包括使一個(gè)或多個(gè)流體管（103A、103B）中的至少一個(gè)按驅(qū)動(dòng)模式振動(dòng)來(lái)振動(dòng)的步驟。驅(qū)動(dòng)模式傳感器信號(hào)（310）基于對(duì)驅(qū)動(dòng)模式振動(dòng)的振動(dòng)響應(yīng)來(lái)接收。一個(gè)或多個(gè)流體管（103A、103B）中的至少一個(gè)按橫向模式振動(dòng)來(lái)振動(dòng)，其中，橫向模式大致垂直于驅(qū)動(dòng)模式。橫向模式傳感器信號(hào)（317）基于對(duì)橫向模式振動(dòng)的振動(dòng)響應(yīng)來(lái)接收。所述方法還包括基于橫向模式傳感器信號(hào)（317）來(lái)確定橫向模式剛度（318）。
【IPC分類(lèi)】G01F25-00, G01F1-84
【公開(kāi)號(hào)】CN104813147
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201280077412
【發(fā)明人】G.阿爾夫斯, M.J.貝爾
【申請(qǐng)人】高準(zhǔn)公司
【公開(kāi)日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2012年11月29日
【公告號(hào)】CA2892592A1, EP2926096A1, US20150276451, WO2014084835A1