BRPI0318552B1 - aparelhos e métodos de diagnóstico para um medidor de fluxo coriolis - Google Patents

Abstract

"aparelhos e métodos de diagnóstico para um medidor de fluxo coriolis". um método para validar um fator de calibração de fluxo de um medidor de fluxo é fornecido de acordo com uma modalidade da invenção. o método para validar um fator de calibração de fluxo de um medidor de fluxo compreende determinar a rigidez à flexão inicial de um componente do medidor de fluxo. o método para validar um fator de calibração de fluxo de um medidor de fluxo inclui determinar uma rigidez à flexão atual do componente. o método para validar um fator de calibração de fluxo de um medidor de fluxo adicionalmente inclui comparar a rigidez à flexão inicial à rigidez à flexão atual. o método para validar um fator de calibração de fluxo de um medidor de fluxo adicionalmente inclui detectar uma condição de erro de calibração responsiva à comparação da rigidez à flexão inicial com a rigidez à flexão atual.

Description

"APARELHOS E MÉTODOS DE DIAGNÓSTICO PARA UM MEDIDOR DE FLUXO CORIOLIS" Campo da Invenção A presente invenção está relacionada a aparelhos e métodos de diagnóstico para um medidor de fluxo Coriolis.

Fundamentos da Invenção É conhecido usar medidores de fluxo de massa Coriolis para medir fluxo de massa e outra informação de materiais fluindo através de uma canalização como representado na Patente Norte-Americana No. 4.491.025 emitida por J. E. Smi-th, e outros de 1 de Janeiro de 1985 e Re. 31.450 pra J. Ξ. Smith de 11 de Fevereiro de 1982. Esses medidores de fluxo têm um ou mais tubos de diferentes configurações. Cada configuração de conduto pode ser vista como tendo um conjunto de modos de vibração naturais incluindo, por exemplo, modos de curvatura simples, de torção, radial e acoplado. Em uma aplicação de medição de fluxo de massa Coriolis típica, uma configuração de conduto é excitada em um ou mais modos de vibração à medida que um material flui através do conduto, e o movimento do conduto é medido como pontos espaçados ao longo do conduto.

Os modos de vibração dos sistemas preenchidos com material são definidos em parte pela massa combinada dos tubos de fluxo e o material nos tubos de fluxo. O material flui para dentro do medidor de fluxo a partir de uma canalização conectada à lateral de entrada do medidor de fluxo. 0 material é então direcionado através do tubo de fluxo ou tubos de fluxo e sai do medidor de fluxo para uma canalização conectada na lateral de saída.

Ura acionador aplica uma força ao tubo de fluxo. A força leva o tubo de fluxo a oscilar. Quando não hã material fluindo através do medidor de fluxo, todos os pontos ao longo do tubo de fluxo oscilam com uma fase idêntica. À medida que um material começa a fluir através do tubo de fluxo, forças Coriolis levam cada ponto ao longo do tubo de fluxo a ter uma fase diferente cora relação a outros pontos ao longo do tubo de fluxo. A fase na lateral de entrada do tubo de fluxo atrasa o acionador, enquanto a fase na lateral de saída avança o acionador. Sensores são localizados em diferentes pontos no tubo de fluxo para produzir sinais senoidais representativos do movimento do tubo de fluxo nos diferentes pontos. Uma fase diferente dos sinais recebidos a partir dos sensores é calculada em unidades de tempo. A diferença de fase entre os sinais do sensor é proporcional à taxa de fluxo de massa do material fluindo através do tubo de fluxo ou tubos de fluxo. A taxa de fluxo de massa do material é determinada através da multiplicação da diferença de fase por um fator de calibração de fluxo. Anterior à instalação do medidor de fluxo em uma canalização, o fator de calibração de fluxo é determinado por um processo de calibração. No processo de calibração, ura fluido conhecido é passado através do tubo de fluxo em uma dada taxa de fluxo e a proporção entre a diferença de fase e a taxa de fluxo é calculada.

Uma vantagem de um medidor de fluxo Coriolis é que não há componentes de movimento no tubo de fluxo vibratório. A taxa de fluxo é determinada através da multiplicação da diferença de fase entre dois pontos no tubo de fluxo e do fator de calibraçáo de fluxo. A diferença de fase é calculada a partir de sinais senoidais recebidos dos sensores indicando a oscilação de dois pontos no tubo de fluxo. 0 fator de calibração de fluxo é proporcional ao material e propriedades transversais do tubo de fluxo. Portanto, a medição da diferença de fase e o fator de calibração de fluxo não são afetados pelo movimento de componentes no medidor de fluxo.

Entretanto, é um problema que propriedades de material, propriedades transversais e a rigidez de um tubo de fluxo podem mudar durante uso do medidor de fluxc Coriolis. As mudanças nas propriedades de material, propriedades transversais e rigidez do tubo de fluxo são causadas por e-rosão, corrosão e revestimento do tubo de fluxo por material fluindo através do tubo de fluxo, mudando montagens de canalização e temperatura. Um exemplo da mudança nas propriedades transversais do tubo de fluxo é a mudança no momento de inércia causado por corrosão do tubo de fluxo. Um segundo exemplo de uma mudança no material e propriedades transversais do tubo de fluxo é um aumento da massa do tubo de fluxo e uma diminuição em área transversais, causada por revestimento do tubo de fluxo por materiais fluindo através do tubo. Uma mudança nas propriedades do material, propriedades transversais e rigidez do tubo de fluxo pode mudar o fator de calibração de fluxo do medidor de fluxo. Se o fator de calibração de fluxo do medidor de fluxo muda, taxas de fluxo que são calculadas usando o fator de calibração original são imprecisas. Portanto, hã uma necessidade na técnica por um sistema que detecta uma possível mudança nas propriedades do material, propriedades transversais e/ou rigidez de um tubo de fluxo indicando que as taxas de fluxo de massa medidas pelo medidor de fluxo Coriolis podem ser imprecisas.

Sumário da Invenção Os problemas acima e outros são resolvidos e um avanço na técnica é alcançado através do fornecimento de um sistema para validar o fator de calibração de fluxo de um medidor de fluxo Coriolis através da determinação de rigidez à flexão e outros parâmetros. 0 sistema de validação descrito pode ser usado para resolver ou modelos de grau único de liberdade ou grau múltiplo de liberdade.

Alguns exemplos do sistema de validação capaz de resolver modelos de único grau de liberdade incluem medir a rigidez do tubo com um sensor de deslocamento auxiliar. 0 sensor de deslocamento auxiliar está localizado em um tubo de fluxo do medidor de fluxo. Uma força conhecida é aplicada ao tubo de fluxo e a deflexão resultante é medida pelo sensor de deslocamento auxiliar. A rigidez resultante do tubo pode ser usada para prever mudanças no fator de calibração do sensor.

Alguns exemplos do sistema de validação capaz de resolver modelos de único grau de liberdade incluem estimar a rigidez do tubo a partir de uma resposta de freqüência de laço de acionamento. A função de resposta de laço de acionamento contém un termo de rigidez que pode estar correlacionado à rigidez à flexão do tubo de fluxo. A rigidez à flexão resultante pode ser usada para prever mudanças no fator de calibração de sensor.

Alguns exemplos do sistema de validação capaz de resolver modelos de grau múltiplo de liberdade incluem estimar rigidez do tubo a partir de parâmetros do modelo. Um modelo de resposta representando o medidor de fluxo é convertido em um modelo modal. 0 modelo modal é então convertido em um modelo físico. 0 modelo físico contém parâmetros de interesse incluindo rigidez do tubo e amortecimento que podem ser usados para determinar uma mudança no fator de calibração .

Em alguns exemplos, os dados adquiridos devem ser normalizados. A normalização é necessária para cancelar mudanças nas propriedades do sistema que mudam com o tempo. Corrigir frequência ressonante devido às mudanças na temperatura do tubo é um exemplo da necessidade por normalização.

Alguns exemplos do sistema de validação incluem métodos e aparelhos para correção do fator de calibração de fluxo usando equações lineares ou não lineares, tendência ou calibração de múltiplos fluidos.

Breve Descrição dos Desenhos A FIG. 1 ilustra um medidor de fluxo Coriolis em um exemplo da invenção; A FIG. 2 ilustra um sistema de validação em um e-xemplo da invenção; A FIG. 3 ilustra um sistema de validação em um e-xemplo da invenção; A FIG. 4 ilustra um sistema de validação em um e- xeraplo da invenção; A FIG. 5 ilustra um sistema de validação em um e-xcmplo da invenção; A FIG. 6 ilustra um sistema de validação em um e-xemplo da invenção; A FIG. 7 ilustra um sistema de validação em um e-xemplo da invenção;

Descrição Detalhada da Invenção As FIG. 1-7 e a seguinte descrição representam e-xemplos específicos para ensinar aqueles versados na técnica como fazer e usar o melhor modo da invenção. Para o propósito de ensinar princípios inventivos. Alguns aspectos convencionais foram simplificados e omitidos. Aqueles versados na técnica apreciarão variações desses exemplos que caem no escopo da invenção. Aqueles versados na técnica apreciarão que as características descritas abaixo podem ser combinadas de várias formas para formar múltiplas variações da invenção. Como um resultado, a invenção não está limitada aos exemplos específicos abaixo, mas somente pelas reivindicações e seus equivalentes.

Exemplo 1 Fatores que afetam a rigidez à flexão também afetam a sensibilidade do medidor de fluxo Coriolis (fator de calibração de fluxo). A rigidez da flexão é a taxa de elasticidade estática derivada da flexão do tubo de fluxo com um padrão de força conhecida e medindo o deslocamento do tubo de fluxo. Qualquer padrão de força podería ser usado para medir rigidez à flexão, contanto que seja constante. Como um exemplo, a rigidez à flexão para um feixe seguro é como segue : (D onde : F - Força (N) ; E - Módulo de Young (N/m2) ; I - Momento de Inércia (m4) ; L - Comprimento (m);

Kfiex - rigidez à flexão do tubo de fluxo.

Para um medidor de fluxo Coriolis, se a rigidez à flexão muda, então também muda o fator de calibração. Ά rigidez à flexão de um medidor de fluxo Coriolis é definida como: Kjk:=CPCcCs[EI\ (2) onde: CP - efeito de padrão de força em rigidez à flexão; CG - efeito de geometria de curva de tubo não flexionado em rigidez à flexão;

Cs - efeito de tensão de tubo não flexionado em rigidez à flexão.

Para um medidor de fluxo Coriolis de tubo reto sem pré-tensão as expressões seguintes mostram a dependência do fator de calibração em EI: (3) Então o fator de calibração de fluxo (FCF) para o tubo reto é: (4) Onde C é uma constante determinada por forma de modo e localizações de coleta. A FIG. 1 ilustra um medidor de fluxo Coriolis 5 capaz de diretamente estimar rigidez à flexão através da a-plicação de uma força conhecida aos tubos de fluxo e medir a deflexão resultante. 0 medidor de fluxo Coriolis 5 compreende um conjunto de medidor de fluxo 10 e medidor eletrônico 20. O medidor eletrônico 20 está conectado ao conjunto de medzdor 10 via fios 100 para fornecer densidade, taxa de fluxo de massa, taxa de fluxo de volume, fluxo de massa totalizado e outra informação sobre o caminho 26. O conjunto de medidor de fluxo 10 inclui um par de flanges 101 e 101', tubo de distribuição 102 e tubos de fluxo 103A e 103B. Conectado aos tubos de fluxo 103A e 103B estão acionador 104, sensores de coleta 105 e 105' e sensor de posição auxiliar 107. As barras de braçadeira 106 e 106' servem para definir os eixos W e W' sobre os quais o tubo de fluxo 103A e 103B oscila.

Quando o conjunto de medidor de fluxo 10 é inserido em um sistema de canalização (não mostrado) que carrega o material sendo medido, o material entra no conjunto de medidor de fluxo 10 através do flange 101, passa através do tubo de distribuição 102 onde o material é direcionado para entrar nos tubos de fluxo 103A e 103B, flui através dos tubos de fluxo 103A e 1Q3B e de volta ao tubo de distribuição 102 onde sai do conjunto de medidor 10 através do flange 101'.

Os tubos de fluxo 103A e 103B são selecionados e apropriadamente montados ao tubo de distribuição 102 de modo a ter substancialmente a mesma distribuição de massa, momento de inércia, e módulo elástico sobre os eixos de curvatura W-W e W'-W', respectívamente. Os tubos de fluxo se estendem externamente a partir do tubo de distribuição em um modelo essencialmente paralelo.

Tubos de fluxo 103A-B são acionados pelo acionador 104 em direções opostas sobre seus respectivos eixos de curvatura W e W' e em o que é chamado o primeiro modo de curvatura fora de fase do medidor de fluxo. O acionador 104 pode compreender uma de muitas disposições bem conhecidas, tal como um ímã montado ao tubo de fluxo 103A e uma bobina oposta montada ao tubo de fluxo 103B. Uma corrente alternada é passada através da bobina oposta para levar ambos os tubos a oscilarem. Um sinal de acionamento adequado é aplicado ao medidor eletrônico 20 via fio 110 ao acionador 104. O padrão de força gerado pelo acionador 104 é fixado pela vida do sensor (isto é, CP é constante) . 0 acionador 104 gera uma força ccnstante e sensor de posição auxiliar 107 determina o deslocamento do tubo. Como mostrado na FIG. 1, o sensor auxiliar seria posicionado próximo âs coletas 105 ou 105' entretanto outras localizações adequadas poderíam ser utilizadas . O medidor eletrônico 20 recebe os sinais de velocidade da direita e da esquerda aparecendo nos fios 111 e 111', respectívamente, e o deslocamento do tubo pelo fio 112. O medidor eletrônico 20 produz o sinal de acionamento no fio 110 que leva o acionador 104 a oscilar os tubos de fluxo 103A e 103B. A presente invenção como descrita aqui pode produzir múltiplos sinais de acionamento a partir de múltiplos acionadores. O medidor eletrônico 20 processa os sinais de velocidade da esquerda e da direita da presente invenção. O caminho 26 fornece um dispositivo de entrada e um de saída que permite à medidor eletrônico 20 fazer interface com um operador. A FIG. 2 mostra um processo 200 para validar o fator de calibração de fluxo do medidor de fluxo Coriolis 5 usando mudanças calculadas em sua rigidez à flexão. O processo 200 começa na etapa 210 através de aplicar uma força conhecida aos tubos de fluxo 103 Ά&Β usando o acionador 104. Na etapa 220, o sensor de posição auxiliar 107 determina o deslocamento do tubo resultante da força aplicada pelo acionador 104. A rigidez à flexão, Knova, é medida na etapa 230 usando a força e deslocamento do tubo das etapas 210 e 220. Uma rigidez à flexão anterior, Kantiga, é restaurada na etapa 240. Essa rigidez à flexão anterior é determinada ou na fabricação ou depois do medidor ser instalado. A etapa 250 compara Knova e Kantiga para determinar se houve uma mudança na rigidez à flexão do medidor. Se nenhuma mudança foi detectada, a etapa 260 sinaliza uma condição "sem erro" e repete o processo. Se uma mudança foi detectada, a etapa 270 corrige o fator de calibração de fluxo (FCF) baseado na mudança em rigidez.

Exemplo 2 A rigidez â flexão do tubo de fl uxo pode também ser determinada através da estimativa de pontos em uma fun- ção de resposta de freqüência de tubo (FRF) em dadas frequências. Esses pontos são então usados para ajustar um modelo de um grau de liberdade aos dados e finalmente determinar o ponto DC (por exemplo, passagem no zero) na FRF. É possivel escrever uma expressão geral para qualquer função de resposta de freqüência de mobilidade cruzada (não colocada) como uma combinação linear de respostas SDOF: (5) ou equivalentemente modelada por: (6) onde v é a velocidade de coleta, f é a força do acionador e H(s) é a FRF de interesse. A resposta de freqüência de laço de acionamento pode estar aproximadamente bem dessa maneira. De fato, em freqüências próximas da freqüência de acionamento, somente um termo na soma é exigido para boa aproximação da resposta de freqüência. Se mais precisão é exigida em estimativa de parâmetro, então mais do que um modo pode ser retido no modelo.

Como uma alternativa a incluir mais modos, os modos de freqüência mais alta poderíam ser mascarados a partir da resposta de freqüência de laço através de selecionar a localização do acionador e bobinas de coleta. O segundo modo de curvatura (modo em espiral) pode ser mascarado a partir da resposta de freqüência de laço de acionamento porque o acionador está localizado no nó do segundo modo. Se as coletas foram localizadas nos nós do terceiro modo, então o ter— ceiro modo é mascarado a partir da resposta de frequência de laço de acionamento também. Com esse padrão de aciona-dor/coleta, a resposta de frequência de laço de acionamento está muito próxima a um sistema SDOF.

Modelar o laço de acionamento como um sistema SDOF resulta no seguinte: (7) qu equivalentemente modelada por: (8) A resposta de frequência de laço de acionamento pode ser convertida de mobilidade (velocidade) para recep-tância (deslocamento) através de integrar (multiplicar por 1/s) : (9) novamente equivalentemente modelada por: (10) O termo de rigidez kq é bem correlacionado com rigidez à flexão, e assim é um bom preditor de mudanças em fator de calibração de fluxo causado por mudanças em! rigidez à flexão.

Para estimar o parâmetro de rigidez ki, uma estimativa de única frequência ou múltiplas frequências pode ser usada. A FIG. 3 mostra um processo 300 para validar um fator de calibração de fluxo usando estimativa de única frequência. A estimativa de única freqüência 300 começa na etapa 310 através da determinação de uma função de transferência de receptância (9). Na etapa 320, o inverso da função de transferência de receptância em ico é determinado para obter a resposta de freqüência de receptância inversa: (11) A seguir na etapa 330, fazemos ω -> 0: (12) (13) Então para ω -> 0: (14) Se rrii é conhecido ou é desprezível, então uma frequência maior mais próxima a oq pode ser usada para estimar t-q a partir de: (15) Se Ci e m, são ambos conhecidos, então qualquer frequência pode ser usada para estimar ki a partir de: (16) Na etapa 340 foi calculado kx a partir das expressões (14), (15) ou (16) com co em radianos/segundo, e o fator de calibração de fluxo foi corrigido baseado no ki calculado ria etapa 350. A FIG. 4 mostra um processo 400 para validar um fator de calibração de fluxo usando estimativa de freqüência múltipla. A estimativa de freqüência múltipla 400 começa na etapa 410 através da identificação de constantes mi, Ci, kx, ζχ, (Οχ, e Ai usando qualquer método de identificação de sis- tema no domínio do tempo e no domínio da frequência. Na etapa 420, um procedimento de ajuste de curva é usado para a-justar um modelo de função de transferência de tempo contínuo racional para o vetor de resposta de frequência complexo H no conjunto de freqüências no vetor W (em radia-nos/segundo). 0 número e localização (na frequência) dos pontos de dados FRF não afetam a qualidade do ajuste. Um bom ajuste é alcançado usando tantos poucos quanto 2 pontos de dados de resposta de frequência. O modelo derivado é da forma : (17) O modelo acima é incompatível com a forma de mobilidade (velocidade) da resposta de freqüência de laço de a-cíonamento, porque não há forma de forçar b(Nb+l) = 0. Na etapa 430, essa limitação foi conhecida através de converter os dados de resposta de frequência de mobilidade (velocidade) de ccleta de acionador à forma de receptância (deslocamento) . Cs dados de resposta de freqüência de mobilidade H medidos devem ser multiplicados por 1/ (ico} . A resposta de freqüência de laço de acionamento de mobilidade medida H deveria ser da corrente da bobina de acionamento {proporcional à força) à voltagem de coleta (proporcional à velocidade).

Converter os dados de mobilidade em dados de receptância resulta em H(s) na forma: (18) onde a(l) 1. Na etapa 44 0, os parâmetros modais de interesse são extraídos do modelo de função de transfe- rência como segue: (19) Os parâmetros físicos podem então ser calculados na etapa 450 usando as seguintes equações: (20) Uma vez que os parâmetros físicos são determinados; mudanças no fator de calibração de fluxo bem como em outros parâmetros, incluindo mudanças na massa e comprimento do tubo de fluxo, são determinadas e corrigidas na etapa 460. Em adição â correção, avisos e desligamento do medidor, podem ser iniciados baseados nos critérios pré-definidos.

Determinação da Função de Resposta de Freqüência Usando Excitação Multisenoidai Estimar precisamente pontos na FRF pode ser difícil em tempo real. Janelamento e estimativa de linha espectral frequentemente têm tendências de estimativa que têm um impacto direto na capacidade de prever mudanças de FCF. De modo a determinar mais eficientemente pontos de estimativa na FRF e eliminar a necessidade de janelamento, uma entrada multisenoidai é usada. O método de entrada multisenoidai aplica uma rotina de estimativa de linha espectral eficiente usando um sinal de excitação de entrada multisenoidai de fator de pico mínimo. O sinal de fator de pico mínimo é usado para minimi- zar potência de acionamento de pico e limitar sinais de saída grandes. Grandes sinais de saída freqüentemente têm componentes não lineares que causam erros de medição. A FIG. 5 mostra um processo 500 para calcular linhas espectrais usado na validação de um fator de calibração de fluxo usando estimativa de múltipla freqüência. O processo 500 começa na etapa 510 através da determinação de fre-qüências de medição de interesse. As freqüências de interesse são determinadas a partir do seguinte: (21) A seguir, um sinal de excitação multisenoidal é definido na etapa 520 como: (22) onde, fj = freqüência para multísenóides φ3 = ângulo de fase para multísenóides onde -π < φ* < π ti = ponto de tempo discreto N = número de pontos de dados em multísenóides Nsen = número de ondas senoidaís em multísenóides.

De modo a maximizar a potência de entrada enquanto minimizando o valor de pico, um Fator de Pico (CF) é minimizado com relação a φ] na etapa 530. 0 Fator de Pico (CF) é definido como Max / rms, (23) De modo a fazer uso eficiente da multisenóide, o tempo de medição total, etapa 54 0, e o número total de médias, etapa 550, devem ser determinados. 0 tempo de medição total pode ser calculado usando a seguinte equação: tp = 1 / Δί (24) A equação (24) resulta em um tempo de medição i-gual ao período da multisenóide, resultando em uma medição que é minimamente afetada per mudanças de parâmetros. O número total de médias exigido é normalmente escolhido a fim de reduzir o desvio padrão da estimativa devido ao ruído. A razão sinal para ruído e sua relação direta com o intervalo de confiança estimado, normalmente determina o número total de médias necessário para uma precisão exigida. A etapa 560 aplica a multisenóide x à entrada do sistema e mede a saída resultante y. A etapa 570 usa x e y para determinar a função de transferência, rigidez e fator de calibração usando as técnicas descritas aqui.

Exemplo 3 Um fator de calibração de fluxo que muda pode ser também detectado e corrigido através da utilização de um modelo de grau múltiplo de liberdade. Em um modelo de grau múltiplo de liberdade, uma mudança no fator de calibração de fluxo é uma função de parâmetros de modelo (isto é, massa, rigidez, forma de modo, pólo complexo, etc.), propriedades de fluido (densidade, pressão, etc.) e condições ambientais (temperatura, vibração, etc.).

De modo a determinar parâmetros que afetam o fator de calibração de fluxo, um modelo de resposta deve ser primeiro determinado. Modelos de resposta são valiosos pelo fa- to de que são medições diretas da estrutura real. A resposta da estrutura a partir de uma excitação conhecida é usualmente na forma de uma função de resposta a impulso (IRF) ou função de resposta de frequência (FRF). Depois do modelo de pressão ser determinado, o modelo de resposta é convertido em um modelo modal, e então em um modelo espacial.

Por exemplo, em um modelo modal, o fator de cali-bração de fluxo é uma função da forma de modo e frequências modais como evidenciado pelas seguintes expressões: A%MFCF = f (pfiuido, K) = Cfpfiuido + CKK (25) A%MFCF = g(0>A) = ΟφΦ + CXX onde A%MFCF - mudança percentual em fator de calibração de fluxo de massa pfiuido - densidade de fluído K - rigidez do sensor ΦΓ - formas de modo λΓ - pólo complexo do resimo modo do sensor.

Através de periodicamente medir parâmetros modais, propriedades de fluido e outros parâmetros ambientais, uma mudança no fator de calibração de fluxo pode ser detectada e corrigida. A FIG. 6 mostra um processo 600 para validar o fator de calibração de fluxo de um medidor Coriolis usando um modelo de grau múltiplo de liberdade. 0 processo 600 começa na etapa 610 através de criar um modele de resposta de uma estrutura. A etapa 620 converte o modelo de resposta da eta- pa 610 em um modelo modal. 0 modelo mcdal é então convertido em um modelo espacial na etapa 630. Na etapa 640, parâmetros físicos, tais como rigidez à flexão, podem ser determinados a partir do modelo espacial. A etapa 650 compara os dados de parâmetro físico atual aos dados de parâmetro físico previamente determinados, para estabelecer se uma mudança ocorreu. Se nenhuma mudança ocorreu, a medição pode continuar a ocorrer em um intervalo pré-definido na solicitação de um usuário. Se uma mudança ocorreu, um sinal de erro é gerado na etapa 660. Depois do sinal de erro ser gerado, a etapa 670 corrige o fator de calibração. A correção pode ou ser feita automaticamente ou somente na solicitação do usuário. A correção do fator de calibração de fluxo pode ser executada usando vários métodos incluindo estimativa de coeficiente, calibração de múltiplos fluidos e tendência. A estimativa de coeficiente usa equações, equação tipo a 25 acima, coin uma estimativa de Cf e CK. Por exemplo, as propriedades do material de um medidor são afetadas por temperatura, valores para Cf e CK podem ser estimados por análise de elemento finito e determinação de uma mudança de propriedade de material nominal com a temperatura.

Calibração de múltiplos fluidos envolve a calibração de um medidor usando pelo menos dois fluidos em duas diferentes rigidezes. Coeficientes Cf e CK podem ser determinados através de usar o seguinte ajuste de mínimos quadrados : (26) Técnicas de tendenciosidade podem também ser usadas para corrigir o fator de calibração de fluxo. Parâmetros de modelo inicial, propriedades de fluido, e dados de temperatura sâo coletados no transmissor e os coeficientes para uma "superfície operacional" n-dimensional e polinomial f (pfiuido, K, T, σ, P, . . seriam determinados. Porque há geralmente uma relação linear entre fator de calibração de fluxo, propriedades de fluido, parâmetros de modelo, e temperatura, uma mudança seria identificada quando dados mais novos mostraram coeficientes mudando com relação aos coeficientes iniciais.

Como um exemplo, assuma que a densidade de fluido não tem efeito no fator de calibração de fluxo, ou Cf é zero. A rigidez medida mudará com a temperatura devido ãs mudanças nas propriedades do material do tubo de fluxo. Além disso, a rigidez medida mudará devido à temperatura afetando as propriedades do material do transdutor e sensibilidade deste. Portanto, a taxa de mudança de rigidez devido à temperatura é desconhecida. Todavia, a rigidez e temperatura podem ser medidas em um tempo específico, isto é, tempo de instalação. Os dados podem ser usados para estabelecer a relação entre rigidez e temperatura. A maior parte das propriedades de material muda linearmente com a temperatura sobre uma ampla faixa como mostrado abaixo: Κ(Τ) = f(Τ) » CKC transl^T + Ctrans2 (27) Onde CK - taxa de mudança de rigidez devido à temperatura , Ctransi - taxa de mudança da sensibilidade do trans- dutor, e Ctrans2 - compensação do transdutor Dados iniciais obtidos no tempo da instalação ou na fabricação sobre uma faixa de temperaturas de tubo de fluxo permite a você calcular CK, Ctransi e Ctrans2 A rigidez medida em qualquer temperatura cairá em uma linha de tendência. Quando medições de rigidez suficientes são feitas sobre uma faixa de temperatura razoável, a inclinação, ou a taxa de mudança da rigidez com relação à temperatura pode ser estimada usando um ajuste de mínimos quadrados. Essa é a mudança comum da rigidez com relação à temperatura. Quando a rigidez e temperatura são medidas e o ponto de dados não cai na curva, então uma mudança no sensor ocorreu e o MFCF também mudou. 0 fato de que a estimativa de rigidez está mudando com a temperatura indica que o material do tubo de fluxo e as propriedades do material do transdutor são em leve erro. Uma correção pode ser feita nos coeficientes de correção da temperatura para fazer a rigidez medida vs. a inclinação de temperatura zero. A correção pode ser feita por um processo de otimização para minimizar o erro. Subseqüente a essa correção, uma mudança de rigidez indicará a mudança no MFCF. 0 conceito de um modelo de grau múltiplo de liberdade pode ser aplicado a outros parâmetros, incluindo mudanças de fator de calibração de fluxo devido à densidade de fluido, pressão, vibração externa, etc.

Normalização As soluções descritas para um modelo de múltiplo grau de liberdade são ideais quando a estrutura não muda com o tempo. Entrecanto, em algumas aplicações uma estrutura muda com o tempo. No caso de um sensor de fluxo, a densidade de um fluido de processo conduzido pelo sensor pode mudar com o tempo resultando em uma mudança na massa do sensor. Além disso, temperatura ambiente e temperatura de fluido de processo podem mudar com o tempo, alterando as propriedades do material do sensor. De modo a coletar dados significativos em condições variáveis, um processo de normalização necessita ser implementado.

Para o caso de um sensor de fluxo, há três principais tipos de normalização. 0 primeiro é normalizar esses dados com relação a uma frequência ressonante. Várias propriedades de fluido de processo, tais como densidade de fluido, fluxo, e pressão, levam a freqüência ressonante a deslocar. 0 segundo é normalizar esses dados com relação a uma temperatura de referência. 0 terceiro é normalizar os dados com relação ao deslocamento, ou alguma outra variável de resposta.

Por exemplo, um medidor de fluxo Coriolis típico opera em uma ressonância específica para uma densidade de material específica. Em uma densidade de fluido, a freqüên- cia ressonante está eu 152 Hz. Se a densidade de fluido aumenta, a freqüência de ressonância cai para 121 Hz. A posição da freqüência ressonante relativa às freqüências de teste causa erros significantes nas estimativas dos parâmetros do modelo. Portanto, os dados necessitam ser normalizados de modo a produzir resultados significativos. A FIG. 7 mostra um processo 700 para normalizar dados de modo a corrigir o fator de calibração de fluxo de um medidor Coriolis usando um modelo de grau múltiplo de liberdade. O processo 700 começa na etapa 710 através de receber dados da estrutura. Uma vez que os dados são recebidos eles são normalizados com relação à freqüência de ressonância. Isso permite aos parâmetros do modelo serem calculados a partir de dados medidos para qualquer densidade de fluido. Rastrear a freqüência ressonante permite â freqüência de teste ser ajustada como um escalar da freqüência ressonante.

A seguir na etapa 730, os dados foram normalizados com relação a uma temperatura de referência. Isso corrige erros resultantes de dados que são medidos em duas temperaturas diferentes. Por exemplo, duas propriedades de material importantes mudam com a temperatura causando uma discrepância nos dados medidos. O módulo de elasticidade do material do tubo muda por aproximadamente -4,2%/100°C. Desde que a maioria dos medidores de fluxo Coriolis usa transdutor de bobina de alto-falante para medir fluxo e acionamento, mudanças em temperatura mudarão a força do campo magnético e mudam o comprimento do fio na bobina. Para um típico ímã Al-NiCo, a densidade de fluxo magnético muda por -2,1%/100°C para ambos o acíonador e coletas.

Também, um módulo do medidor de fluxo Coriolis mudará com a temperatura. Medidores de fluxo Coriolis tipicamente utilizam um sensor de temperatura de modo a relatar a temperatura do fluido no sensor. Usando essa medição de temperatura, as medições de FRF podem ser corrigidas de volta a alguma temperatura de referência.

Na etapa 740, os dados são normalizados com relação ao deslocamento ou alguma outra variável de resposta. Isso é feito através de integrar da mobilidade (velocida-de/força) à receptância (deslocamento/força). O seguinte é um exemplo da equação usada para normalizar os dados medidos : (28) Uma vez que os dados foram normalizados, a etapa 750 corrige o fator de calibração de fluxo usando os métodos descritos aqui.

Claims (29)

1. Método para validar um fator de calibração de fluxo de um medidor de fluxo (10), CARACTERIZADO pelo fato de compreender as etapas de: determinar uma rigidez à flexão inicial de um componente do dito medidor de fluxo (10) através de resolver um modelo de um grau de liberdade, compreendendo: aplicar uma força conhecida (210) ao dito componente do medidor de fluxo (10); medir uma deflexão (220) resultante do dito componente do medidor de fluxo (10); e determinar as ditas rigidezes à flexão responsivas (230) à dita força e deflexão; determinar uma rigidez à flexão atual (230) do dito componente; comparar a dita rigidez à flexão inicial com a dita rigidez à flexão atual (250); e detectar uma condição de erro de calibração res-ponsivo à comparação da dita rigidez à flexão inicial com a dita rigidez à flexão atual.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de compreender a etapa de: sinalizar a dita condição de erro de calibração.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de compreender a etapa de : corrigir o dito fator de calibração de fluxo (270) responsivo à dita condição de erro de calibração sendo detectada .

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de o dito modelo de um grau de liberdade ser resolvido através do uso de um método que compreende as etapas de: determinar uma função de transferência de recep-tância (310); calcular uma resposta de freqüência de receptância inversa (320); e determinar as ditas rigidezes à flexão responsivo à dita resposta de freqüência (340).

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de o dito modelo de um grau de liberdade ser resolvido através do uso de um método que compreende as etapas de: identificar constantes; aplicar um modelo de função de transferência a uma resposta de freqüência complexa; converter a dita função de transferência de uma forma de mobilidade para uma forma de resposta; extrair parâmetros modais (440) da dita função de transferência; e calcular rigidezes à flexão responsivo aos ditos parâmetros modais.

6. Método, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, CARACTERIZADO pelo fato de a dita função de transferência ser determinada através do uso de um método de excitação multisenoidal, que compreende as etapas de: determinar freqüências de medição de interesse (510); definir um sinal de excitação de multi-sinalização (520); executar uma minimização do fator de pico (530); definir um tempo total de medição (540); definir um número total de médias (550); aplicar a dita multisenóide à entrada do dito componente do medidor de fluxo (560); medir uma saida resultante responsivo à dita entrada multisenoidal; e determinar a dita função de transferência (570) responsiva à dita entrada multisenoidal e à dita saida resultante .

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de as rigidezes à flexão serem determinadas através da solução de um modelo de grau múltiplo de liberdade.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de o dito método para resolver um problema de grau múltiplo de liberdade compreender as etapas de: gerar um modelo de resposta (610) da dita estrutura de medidor de fluxo; converter o dito modelo de resposta em um modelo modal ( 620) ; converter o dito modelo modal (630) em um modelo espacial (640); e determinar a dita rigidez à flexão a partir do dito modelo espacial.

9. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de o dito erro de calibração ser corrigido usando técnicas de estimativa de coeficiente.

10. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de o dito erro de calibração ser corrigido usando técnicas de calibração de múltiplos fluidos .

11. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de o dito erro de calibração ser corrigido usando técnicas de tendenciosidade.

12. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de a dita etapa de gerar um modelo de resposta adicionalmente compreender a etapa de normalizar dados de modelo.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de a dita etapa de normalização compreender as etapas de: normalizar os ditos dados de modelo com relação a uma frequência ressonante (720); normalizar os ditos dados de modelo com relação a uma temperatura de referência (730); e normalizar os ditos dados de modelo com relação a uma variável de resposta (740).

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de a dita variável de resposta ser deslocamento .

15. Sistema para validar um fator de calibração de fluxo de um medidor de fluxo (10) através do uso de uma rigidez à flexibilidade empregando um modelo de um grau de li- berdade, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: dispositivo para aplicar uma força conhecida (210) ao dito componente do medidor de fluxo; dispositivo para medir uma deflexão resultante (220) do dito componente do medidor de fluxo; e dispositivo para determinar rigidezes à flexão responsivo (230) à dita força e deflexão dispositivo para determinar uma rigidez à flexão inicial (230) de um componente do dito medidor de fluxo (10) ; dispositivo para determinar uma rigidez à flexão atual (240) do dito componente; dispositivo para comparar (250) a dita rigidez à flexão inicial com a dita rigidez à flexão atual; e dispositivo para detectar uma condição de erro de calibração responsivo à comparação da dita rigidez à flexão inicial com a dita rigidez à flexão atual.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de compreender um dispositivo para sinalizar a dita condição de erro de calibração .

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 15 ou 16, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de compreender um dispositivo para corrigir a dita condição de erro do fator de calibração de fluxo (270).

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de o dito dispositivo para resolver o dito modelo de um grau de liberdade compreender: dispositivo para determinar uma função de transferência de receptância (310); dispositivo para calcular uma resposta de freqüên-cia de receptância inversa (320); e dispositivo para determinar as ditas rigidezes à flexão responsivo à dita resposta de freqüência (340).

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de o dito dispositivo para resolver o dito modelo de um grau de liberdade compreender: dispositivo para identificar constantes (410); dispositivo para aplicar um modelo de função de transferência a uma resposta de freqüência complexa (420); dispositivo para converter a dita função de transferência de uma forma de mobilidade para uma forma de resposta (430); dispositivo para extrair parâmetros modais da dita função de transferência (440); e dispositivo para calcular rigidezes à flexão responsivo (450) aos ditos parâmetros modais.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 18 ou 19, CARACTERIZADO pelo fato de a dita função de transferência ser determinada através do uso de um dispositivo de excitação multisenoidal, que compreende: dispositivo para determinar freqüências de medição de interesse (510); dispositivo para definir um sinal de excitação de multi—sinalização (520); dispositivo para executar uma minimização do fator de pico (530); dispositivo para definir um tempo total de medição (540); dispositivo para definir um número total de médias (550); dispositivo para aplicar a dita multisenóide à entrada do dito componente do medidor de fluxo (560); dispositivo para medir uma saida resultante res-ponsiva à dita entrada multisenoidal; e dispositivo para determinar a dita função de transferência responsiva à dita entrada multisenoidal e à dita saida resultante.

21. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de o dito dispositivo para determinar as rigidezes à flexão compreender um dispositivo para resolver um modelo de grau múltiplo de liberdade.

22. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de o dito dispositivo para resolver um problema de grau múltiplo de liberdade compreender: dispositivo para gerar um modelo de resposta da dita estrutura de medidor de fluxo (610); dispositivo para converter o dito modelo de resposta em um modelo modal (620); dispositivo para converter o dito modelo modal em um modelo espacial (630); e dispositivo para determinar a dita rigidez à fle-xão a partir do dito modelo espacial(640).

23. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de o dito dispositivo para corrigir o dito erro de calibração de fluxo corrigir através do uso de técnicas de estimativa de coeficiente.

24. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de o dito dispositivo para corrigir o dito erro de calibração de fluxo corrigir através do uso de técnicas de calibração de múltiplos fluidos.

25. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de o dito dispositivo para corrigir o dito erro de calibração de fluxo corrigir através do uso de técnicas de tendenciosidade.

26. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de o dito dispositivo para gerar um modelo de resposta adicionalmente compreender um dispositivo para normalizar os dados de modelo.

27. Sistema, de acordo com a reivindicação 26, CARACTERIZADO pelo fato de o dito dispositivo para normalizar dados de modelo adicionalmente compreender: dispositivo para normalizar os ditos dados de modelo com relação a uma frequência ressonante (720); dispositivo para normalizar os ditos dados de modelo com relação a uma temperatura de referência (730); e dispositivo para normalizar os ditos dados de modelo com relação a uma variável de resposta (740).

28. Sistema, de acordo com a reivindicação 27, CARACTERIZADO pelo fato de a dita variável de resposta ser deslocamento.

29. Sistema, de acordo com a reivindicação 27, CARACTERIZADO pelo fato de a dita variável de resposta ser aceleração.