PT1464930T - Electromagnetic flow meter - Google Patents
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Description
DESCRIÇÃO "MEDIDOR DE FLUXO ELETROMAGNÉTICO" A presente invenção refere-se a medidores de fluxo eletromagnéticos. Contudo, podem ser mais amplamente aplicados aspetos de técnicas de processamento de sinal aqui divulgados. Os princípios de funcionamento de Medidores de FluxoThe present invention relates to electromagnetic flowmeters. However, aspects of signal processing techniques disclosed herein may be more widely applied. The Principles of Flow Meters
Eletromagnéticos são bem conhecidos, discutidos, por exemplo, no documento GB-A-2380798.Electromagnetic are well known, discussed, for example, in GB-A-2380798.
Quando os elétrodos de deteção estão em contacto com o fluido, devido à eletroquímica ou outros efeitos, um potencial DC está normalmente presente através dos elétrodos mesmo quando não existe excitação de bobina, i. e., sem campo. Esse componente do sinal é independente do fluxo e é geralmente não estático. Por exemplo, pode deslocar-se aleatoriamente com o tempo, fluxo e temperatura. Isto inibe a capacidade de determinar o fluxo de um modo estático. Para superar isto, é tipicamente proporcionada alguma forma de excitação dinâmica às bobinas, de modo a gerar um componente dinâmico nos elétrodos que pode ser diferenciado do sinal de polarização DC de fundo (ou variando lentamente). Este sinal dinâmico é normalmente DC pulsado ou um sinal AC.When the detection electrodes are in contact with the fluid, due to electrochemistry or other effects, a DC potential is normally present through the electrodes even when there is no coil excitation, e., without field. This signal component is independent of the flow and is generally non-static. For example, it may shift randomly with time, flow, and temperature. This inhibits the ability to determine the flow in a static manner. To overcome this, some form of dynamic excitation is typically provided to the coils so as to generate a dynamic component in the electrodes which can be differentiated from the background (or slowly varying) DC bias signal. This dynamic signal is usually pulsed DC or an AC signal.
Enquanto a utilização de algum tipo de sinal alternado para excitar o medidor é normalmente necessária, esta introduz o seu próprio problema particular, nomeadamente que o acoplamento eletromagnético entre a corrente da bobina e os fios dos elétrodos produz tipicamente um sinal nos elétrodos quando não existe fluxo de fluido através da ligação. Este sinal é completamente independente de qualquer sinal produzido pelo fluxo nos elétrodos e, assim, o sinal total recebido é a soma do termo "zero" indesejado (o componente de não-fluxo) e do sinal produzido do fluxo.While the use of some kind of alternating signal to excite the meter is usually necessary, it introduces its own particular problem namely that the electromagnetic coupling between the coil current and the electrode wires typically produces a signal on the electrodes when there is no flow through the connection. This signal is completely independent of any signal produced by the flow in the electrodes and thus the total signal received is the sum of the unwanted term "zero" (the nonflow component) and the signal produced from the flow.
Num medidor sinusoidalmente excitado, este sinal indesejado está tipicamente a nominalmente 90 graus em relação ao sinal desejado e, deste modo, é muitas vezes denominado o sinal em "quadratura". O sinal indesejado está relacionado com a taxa de alteração de corrente nas bobinas e, consequentemente, é muitas vezes descrito como sendo devido ao "efeito transformador", onde o enrolamento da bobina é o primário e o enrolamento do elétrodo é o secundário. Num sensor perfeitamente simétrico, o sinal produzido no enrolamento do elétrodo num sensor típico deve ser zero, mas tolerâncias de fabrico significam que existe sempre alguma área residual no "circuito" do enrolamento do elétrodo que capta alguma da corrente primária.In a sinusoidically excited meter, this undesired signal is typically nominally 90 degrees to the desired signal and thus is often referred to as the quadrature signal. The unwanted signal is related to the rate of current change in the coils and hence is often described as being due to the "transformer effect" where the coil winding is the primary winding and the coil winding is the secondary winding. In a perfectly symmetrical sensor, the signal produced in the electrode winding on a typical sensor must be zero, but manufacturing tolerances mean that there is always some residual area in the electrode winding "circuit" that picks up some of the primary current.
Num medidor sinusoidalmente excitado é conhecida a inclusão de algum tipo de ajustamento de fase no detetor sensível à fase para anular este sinal indesejado (este processo pode ser realizado em hardware, manual ou automaticamente ou em software). O desempenho do sistema é muitas vezes limitado pelo sucesso deste sistema de remoção do zero. Em muitos sistemas em que o ajustamento é feito apenas numa condição operacional (calibração de fábrica) então o sistema pode apresentar erros noutras condições operacionais, tipicamente relacionadas com a instalação ou temperatura.In a sinusoidally excited meter it is known to include some type of phase adjustment in the phase sensitive detector to override this unwanted signal (this process can be performed in hardware, either manually or automatically or in software). System performance is often limited by the success of this zero-removal system. In many systems where adjustment is made only in an operational condition (factory calibration) then the system may fail in other operating conditions, typically related to the installation or temperature.
Os medidores AC excitados com uma forma de onda sinusoidal (ou uma pluralidade de frequências como a requerente mostrou anteriormente) podem ser benéficos, mas requerem excitação substancialmente continua. Para reduzir o consumo de energia, por exemplo num medidor alimentado por bateria, a excitação intermitente é preferida, e são tipicamente utilizados medidores DC pulsados.AC meters excited with a sinusoidal waveform (or a plurality of frequencies as the applicant has previously shown) may be beneficial but require substantially continuous excitation. To reduce power consumption, for example in a battery-powered meter, intermittent excitation is preferred, and pulsed DC meters are typically used.
Em medidores conduzidos por "pulso" ou "onda quadrada", a abordagem é normalmente para proporcionar tempo de estabilização adequado após a corrente da bobina ser alterada para o sinal em quadratura transiente se desvanecer (uma vez que este está relacionado com a taxa de alteração da corrente da bobina). Estes medidores funcionam bem uma vez que não existe substancialmente sinal em quadratura mas a necessidade para o sinal se desvanecer tem implicações na velocidade máxima à qual o medidor pode ser operado.In "pulse" or "square wave" driven meters, the approach is usually to provide adequate stabilization time after the coil current is changed so that the transient quadrature signal fades (since this is related to the rate of change of the coil current). These meters work well since there is substantially no quadrature signal but the need for the signal to fade has implications at the maximum speed at which the meter can be operated.
Inversamente, se uma medição não for realizada rápido o suficiente, existe um problema potencial de desvio do zero. A "onda quadrada" não será normalmente uma verdadeira onda quadrada uma vez que a taxa de variação será limitada pelo aparelho e será muitas vezes deliberadamente limitada para reduzir os efeitos da elevada taxa de alteração da corrente. 0 sistema e método aqui descritos podem proporcionar uma nova solução para, pelo menos, alguns dos problemas descritos acima, em que uma excitação de onda quadrada ou pulsada pode ser utilizada mas o medidor pode ser operado significativamente mais rápido do que seria normalmente possível.Conversely, if a measurement is not performed fast enough, there is a potential zero-deviation problem. The "square wave" will not normally be a true square wave since the rate of change will be limited by the apparatus and will often be deliberately limited to reduce the effects of the high rate of current change. The system and method described herein may provide a novel solution for at least some of the problems described above wherein a square or pulsed wave excitation can be used but the meter can be operated significantly faster than would normally be possible.
De acordo com um primeiro aspeto, a invenção proporciona um método de obtenção de uma medida de fluxo a partir de um medidor de fluxo eletromagnético, compreendendo aplicar uma forma de onda de excitação conformada ao medidor de fluxo eletromagnético, recebendo um resultado do medidor em resposta à aplicação da forma de onda de excitação conformada; e resolvendo dados de saida amostrados a partir do medidor para componentes de forma de onda esperados compreendendo um componente de forma de onda de não-fluxo e um componente de forma de onda de fluxo para derivar uma medida de fluxo.According to a first aspect, the invention provides a method of obtaining a flow measurement from an electromagnetic flow meter, comprising applying a shaped excitation waveform to the electromagnetic flow meter, receiving a meter result in response to the application of the shaped excitation waveform; and solving sampled output data from the meter to expected waveform components comprising a non-flow waveform component and a flow waveform component to derive a flow measurement.
Conformada, significa uma forma de onda possuindo uma forma não sinusoidal. A forma de onda pode ser considerada como uma forma de onda conformada compreendendo uma pluralidade de componentes de frequência, embora os componentes possam não ser explicitamente adicionados, uma vez que o sinal pode ser produzido diretamente no domínio do tempo, por exemplo, utilizando um Processador de Sinal Digital (DSP).Conformed means a waveform having a non-sinusoidal shape. The waveform may be considered as a shaped waveform comprising a plurality of frequency components, although the components may not be explicitly added, since the signal may be produced directly in the time domain, for example by using a Processor Digital Signal Processing (DSP).
Neste método, tendo em conta o novo passo de resolver em componentes de forma de onda esperados, em vez do método convencional de correlacionar cada componente de frequência dos dados de saída amostrados com uma onda sinusoidal, podem ser obtidas várias vantagens. Embora a forma de onda de excitação conformada vá conter efetivamente múltiplos componentes de frequência, verificou-se que não é necessário processar cada componente separadamente para obter uma medida de fluxo.In this method, in view of the new step of solving expected wavelength components, instead of the conventional method of correlating each frequency component of the sampled output data with a sine wave, several advantages can be obtained. Although the shaped excitation waveform will effectively contain multiple frequency components, it has been found that it is not necessary to process each component separately to obtain a flow measurement.
De um modo preferido, a forma de onda de excitação conformada compreende uma forma de onda pulsada. Para uma forma de onda pulsada, utilizando o presente método, pode não ser necessário esperar que os sinais transientes decaiam antes que possa ser realizada uma leitura. Isto pode proporcionar a vantagem em relação aos sistemas da técnica anterior de que o tempo de atraso antes da leitura inicial ser realizada pode ser reduzido e a taxa de repetição da leitura do medidor pode ser aumentada.Preferably, the shaped excitation waveform comprises a pulsed waveform. For a pulsed waveform using the present method, it may not be necessary to wait for the transient signals to decay before a reading can be performed. This may provide the advantage over the prior art systems that the delay time before the initial reading is realized can be reduced and the repetition rate of the meter reading can be increased.
De um modo preferido, a forma de onda de excitação conformada inclui uma primeira secção de aumento de pulso de uma primeira polaridade.Preferably, the shaped excitation waveform includes a first pulse-increasing section of a first polarity.
De um modo preferido, a forma de onda de excitação conformada inclui uma secção substancialmente constante de uma primeira polaridade.Preferably, the shaped excitation waveform includes a substantially constant cross-section of a first polarity.
De um modo preferido, a forma de onda de excitação conformada inclui uma secção de decaimento de pulso.Preferably, the shaped excitation waveform includes a pulse decay section.
De um modo preferido, a forma de onda de excitação conformada inclui uma segunda secção de aumento de pulso.Preferably, the shaped excitation waveform includes a second pulse increase section.
De um modo preferido, a forma de onda de excitação conformada inclui uma segunda secção substancialmente constante da polaridade oposta à primeira secção substancialmente constante.Preferably, the shaped excitation waveform includes a second substantially constant portion of the polarity opposite the substantially constant first first section.
De um modo preferido, a forma de onda de excitação conformada inclui uma segunda secção de decaimento de pulso. De um modo preferido, as segundas secções de aumento de pulso, substancialmente constantes e de decaimento de pulso são da polaridade oposta à primeira secção de aumento de pulso, secções substancialmente constantes e de decaimento de pulso.Preferably, the shaped excitation waveform includes a second pulse decay section. Preferably, the second substantially constant pulse decay and pulse decay sections are of the polarity opposite the first pulse increase section, substantially constant and pulse decay sections.
De um modo preferido, a forma de onda de excitação conformada inclui, pelo menos, uma secção substancialmente constante. Esta pode ser, por exemplo, no inicio e/ou no fim de um grupo de pulsos num sistema DC pulsado ou esta pode ser uma secção constante interpulso. A secção constante da forma de onda de excitação pode, de um modo vantajoso, ser utilizada para determinar interferência de fundo utilizando correlação. Por exemplo, a secção constante pode ser utilizada para determinar interferência a 50 Hz.Preferably, the shaped excitation waveform includes at least a substantially constant cross-section. This may be, for example, at the beginning and / or end of a group of pulses in a pulsed DC system or this may be an interpulse constant section. The constant section of the excitation waveform can advantageously be used to determine background interference using correlation. For example, the constant section can be used to determine interference at 50 Hz.
De um modo preferido, a interferência de fundo é subtraída aos dados de saída amostrados; isto é preferido à filtragem simples.Preferably, the background interference is subtracted from the sampled output data; this is preferred to simple filtration.
De um modo preferido, a forma de onda de excitação conformada inclui uma pluralidade de secções de aumento de pulso, secções substancialmente constantes e secções de decaimento de pulso.Preferably, the shaped excitation waveform includes a plurality of pulse increase sections, substantially constant sections and pulse decay sections.
De um modo preferido, secções constantes substancialmente alternadas são de polaridades opostas alternadas.Preferably, substantially alternating constant sections are of alternating opposing polarities.
As características proporcionadas podem permitir que seja utilizada uma forma de onda de excitação conformada pulsada. De um modo preferido, pode ser utilizada uma forma de onda com onda substancialmente quadrada (embora a taxa de variação vá ser normalmente limitada e, deste modo não será uma onda quadrada perfeita) . De um modo preferido em que os pulsos alternados da onda quadrada são de polaridades opostas, embora padrões mais complexos possuindo polaridades opostas.The features provided may enable a pulsed shaped excitation waveform to be utilized. Preferably, a substantially square wave waveform may be used (although the rate of change will normally be limited and thus will not be a perfect square wave). Preferably wherein the alternating pulses of the square wave are of opposite polarities, although more complex patterns having opposite polarities.
Esta técnica pode proporcionar várias vantagens, por exemplo, a resolução dos dados de saída para componentes pode permitir que o método seja utilizado com uma ampla variedade de formas de onda de saída, uma vez que o método não está dependente da forma de onda de saída utilizada. 0 método de resolução para um componente de não-fluxo e para um componente de fluxo pode ser mais preciso e mais flexível do que subtrair um sinal de zero predeterminado constante aos dados de saída amostrados, uma vez que o sinal de zero subtraído pode não representar precisamente o sinal de zero no momento que a leitura foi realizada.This technique can provide several advantages, for example, the resolution of the output data to components may allow the method to be used with a wide variety of output waveforms, since the method is not dependent on the output waveform used. The resolution method for a non-flow component and for a flow component may be more accurate and more flexible than subtracting a constant predetermined zero signal from the sampled output data, since the zero-subtracted signal may not represent precisely the zero signal at the time the reading was performed.
De um modo preferido, o passo de resolução compreende a realização de um ajuste dos quadrados mínimos ponderados entre os dados de saída amostrados e um modelo da forma de onda esperada, a forma de onda esperada compreendendo um componente de fluxo e um componente de não-fluxo. Outros métodos de resolução dos dados de saída para componentes para ajustar os dados ao modelo da forma de onda esperada também podem ser utilizados.Preferably, the resolution step comprises performing a setting of the weighted minimum squares between the sampled output data and an expected waveform model, the expected waveform comprising a flow component and a non- flow. Other methods of solving the output data for components to fit the data to the expected waveform model can also be used.
De acordo com uma forma de realização, o componente de forma de onda não-fluxo pode ser representado na forma z. Vz (t) .According to one embodiment, the non-flowing waveform component may be represented in z-form. Vz (t).
Vz(t) pode ser baseado no diferencial da entrada de corrente para produzir a forma de onda de excitação, que é dl/dt. Verificou-se que tal proporciona um bom modelo para o termo do componente de não-fluxo.Vz (t) can be based on the current input differential to produce the excitation waveform, which is dl / dt. This has been found to provide a good template for the term of the non-flow component.
De acordo com uma forma de realização alternativa, Vz (t) pode ser baseado num sinal de zero empiricamente capturado. Nesta forma de realização, o componente de não-fluxo é, de um modo preferido, baseado numa média de uma pluralidade de sinais de zero capturados. Isto pode proporcionar uma representação mais precisa do componente de não-fluxo. Os sinais de zero podem ser capturados numa pluralidade de diferentes condições de funcionamento, por exemplo, numa pluralidade de diferentes temperaturas, e o componente de não-fluxo utilizado pode ser variado dependendo das condições de funcionamento quando os dados de saída amostrados são realizados. z é, de um modo preferido, um termo multiplicador escalar e pode ser designado como o coeficiente de não-fluxo. 0 valor do coeficiente é, de um modo preferido, determinado durante o passo de resolução. 0 coeficiente, de um modo preferido, representa a quantidade relativa do componente de não-fluxo presente nos dados de saída amostrados.According to an alternative embodiment, Vz (t) may be based on an empirically captured zero signal. In this embodiment, the nonflow component is preferably based on a mean of a plurality of captured zero signals. This may provide a more accurate representation of the non-flow component. The zero signals may be captured in a plurality of different operating conditions, for example at a plurality of different temperatures, and the non-flowing component used may be varied depending on the operating conditions when the sampled output data is performed. z is preferably a scalar multiplier term and may be designated as the nonflow coefficient. The coefficient value is preferably determined during the resolution step. The coefficient, preferably, represents the relative amount of the non-flow component present in the sampled output data.
De acordo com uma forma de realização, o componente de forma de onda de fluxo pode ser representado na forma f.Vf(t).According to one embodiment, the flow waveform component may be represented in the form f.Vf (t).
Numa forma de realização, Vf(t) pode ser determinado empiricamente. Por exemplo, o componente pode ser determinado experimentalmente utilizando um ou mais caudais num ou mais conjuntos de condições de funcionamento. De um modo preferido, o componente pode ser baseado numa média de uma pluralidade de sinais de fluxo capturados. Isto pode permitir que os erros experimentais no componente de fluxo esperado sejam reduzidos e pode proporcionar um componente de fluxo esperado mais preciso.In one embodiment, Vf (t) can be determined empirically. For example, the component may be experimentally determined using one or more flow rates in one or more sets of operating conditions. Preferably, the component may be based on an average of a plurality of captured flow signals. This may allow experimental errors in the expected flow component to be reduced and may provide a more accurate expected flow component.
De acordo com uma forma de realização alternativa, Vf (t) pode ser modelado por uma função matemática. Por exemplo, pode esperar-se que Vf(t) seja geralmente proporcional ao campo magnético. f é, de um modo preferido, um termo multiplicador escalar e pode ser designado como o coeficiente de fluxo. 0 valor do coeficiente é, de um modo preferido, determinado durante o passo de resolução. 0 coeficiente, de um modo preferido, representa a quantidade relativa do componente de fluxo presente nos dados de saida amostrados.According to an alternative embodiment, Vf (t) can be modeled by a mathematical function. For example, Vf (t) can be expected to be generally proportional to the magnetic field. f is preferably a scalar multiplier term and may be designated as the flow coefficient. The coefficient value is preferably determined during the resolution step. The coefficient, preferably, represents the relative amount of the flow component present in the sampled output data.
De acordo com uma forma de realização preferida, o método, de um modo preferido, compreende ainda determinar uma medida de uma tendência dentro dos dados de saida amostrados. Uma tendência pode resultar, por exemplo, de efeitos experimentais, tal como aquecimento dos componentes do medidor de fluxo. A tendência pode ser, por exemplo, uma tendência linear ou uma tendência exponencial.According to a preferred embodiment, the method preferably further comprises determining a measure of a trend within the sampled output data. A trend may result, for example, from experimental effects, such as heating the flow meter components. The trend may be, for example, a linear trend or an exponential trend.
De um modo preferido, a medida de uma tendência pode ser subtraída aos dados de saída amostrados. Isto pode permitir uma medição mais precisa do caudal a ser determinado.Preferably, the measure of a trend can be subtracted from the sampled output data. This may allow a more accurate measurement of the flow rate to be determined.
De acordo com uma forma de realização, o passo de correlação é realizado ao longo de uma janela que não contém um número inteiro de períodos de todos os componentes de frequência. Assim o sistema aqui descrito pode ser mais flexível e a determinação do caudal pode não estar dependente da forma de onda de entrada utilizada.According to one embodiment, the correlation step is performed along a window that does not contain an integer number of periods of all frequency components. Thus the system described herein may be more flexible and the flow determination may not be dependent on the input waveform used.
De um modo preferido, a janela pode ser mais curta do que o período do componente de frequência menor. Isto pode permitir que a medição do caudal seja obtida com uma maior largura de banda do que o componente de frequência menor.Preferably, the window may be shorter than the period of the lower frequency component. This may allow the flow measurement to be obtained with a higher bandwidth than the lower frequency component.
De acordo com um aspeto adicional é proporcionado um método de determinação de uma medida de um sinal de não-fluxo a partir de um medidor de fluxo eletromagnético, compreendendo: aplicar uma forma de onda de excitação conformada ao medidor de fluxo eletromagnético; receber um resultado a partir do medidor; resolver os dados de saida amostrados a partir do medidor para componentes de forma de onda esperados compreendendo um componente de forma de onda de não-fluxo e um componente de forma de onda de fluxo; e determinar uma medida do componente de não-fluxo.According to a further aspect there is provided a method of determining a measurement of a non-flow signal from an electromagnetic flow meter, comprising: applying a shaped excitation waveform to the electromagnetic flow meter; receive a result from the meter; solving the output data sampled from the meter to expected waveform components comprising a non-flow waveform component and a flow waveform component; and determining a measure of the non-flow component.
Em medidores de fluxo da técnica anterior, um componente de não-fluxo predeterminado é subtraído aos dados de saída amostrados para remover os efeitos de não-fluxo do sinal de saída. Por exemplo, a parte dos dados de saída amostrados que é devida a efeitos transformadores dentro do próprio medidor pode ser removida deste modo. Determinar a magnitude deste próprio componente de não-fluxo não parecia particularmente útil, uma vez que tal não proporciona do caudal do fluido. Contudo, foi entendido pela requerente que, surpreendentemente, a determinação da magnitude deste próprio componente de não-fluxo pode proporcionar uma ferramenta útil para melhorar a precisão das leituras de fluxo. Por exemplo, a determinação do componente de não-fluxo pode ser utilizada para verificar que o medidor de fluxo está dentro da tolerância de calibração e está livre de falhas. Isto pode impedir que sejam introduzidos erros sistemáticos nos caudais que são determinados subsequentemente. Se o medidor de fluxo estiver num ambiente com temperaturas particularmente elevadas ou baixas ou com temperaturas altamente flutuantes, isto pode ser particularmente útil para garantir que o medidor permanece dentro da tolerância de calibração e o presente método pode permitir que isto seja realizado enquanto o medidor de fluxo está in situ e durante um período de tempo prolongado. A capacidade para o medidor proporcionar um autodiagnóstico significativo pode ser bastante benéfico - pode ser proporcionada uma estimativa dinâmica da precisão do medidor. Por exemplo, pode ser que sob condições desfavoráveis, o medidor seja apenas 1% preciso, mas sob boas condições de sinal, possa ser 0,05% preciso ou melhor. O medidor pode determinar uma medida da precisão, de um modo preferido, com base no sinal de não-fluxo, e pode reportar isto com o valor de medição. Um equipamento a jusante pode utilizar a figura reportada dinamicamente, em vez de ter de assumir uma precisão no pior caso de 1%.In prior art flow meters, a predetermined non-flow component is subtracted from the sampled output data to remove the nonflow effects of the output signal. For example, the portion of sampled output data that is due to transforming effects within the meter itself can be removed in this way. Determining the magnitude of this non-flowing component itself did not seem particularly useful since it did not provide the flow rate of the fluid. However, it has been understood by the inventors that, surprisingly, determining the magnitude of this non-flowing component itself may provide a useful tool for improving the accuracy of flow readings. For example, the determination of the non-flow component can be used to verify that the flow meter is within the calibration tolerance and is fault-free. This may prevent systematic errors in the flow rates which are subsequently determined. If the flow meter is in an environment with particularly high or low temperatures or with highly fluctuating temperatures, this may be particularly useful to ensure that the meter remains within the calibration tolerance and the present method may allow this to be accomplished while the meter flow is in situ and over an extended period of time. The ability for the meter to provide significant self-diagnosis can be quite beneficial - a dynamic estimate of meter accuracy can be provided. For example, it may be that under unfavorable conditions, the meter is only 1% accurate, but under good signal conditions, it may be 0.05% accurate or better. The meter may determine a measure of accuracy, preferably based on the non-flow signal, and may report this with the measurement value. A downstream device can use the dynamically reported figure, instead of having to assume a worst case accuracy of 1%.
De um modo preferido, o método compreende ainda determinar uma medida de calibração para o medidor com base na medição do componente de não-fluxo.Preferably, the method further comprises determining a calibration measure for the meter based on the measurement of the non-flow component.
De um modo preferido, o método compreende ainda aplicar uma correção às medições de fluxo determinadas pelo medidor de fluxo com base na medida de calibração determinada. Assim um componente de não-fluxo determinado deste modo também pode entrar de volta para o sistema para ser incorporado em leituras posteriores que são realizadas na presença de fluido que flui para determinar mais precisamente o caudal.Preferably, the method further comprises applying a correction to the flow measurements determined by the flow meter based on the determined calibration measurement. Thus a non-flowing component determined in this way can also enter back into the system to be incorporated into later readings which are performed in the presence of flowing fluid to more accurately determine the flow rate.
De acordo com uma forma de realização adicional, o método pode compreender ainda detetar uma condição de falha para o medidor com base na medição do componente de não-fluxo. Uma falha com o medidor meter pode ser trazida à atenção do operador de modo que as leituras possam ser ajustadas em conformidade ou de modo que a falha possa ser corrigida.According to a further embodiment, the method may further comprise detecting a failure condition for the meter based on the measurement of the non-flow component. A failure with the meter can be brought to the attention of the operator so that the readings can be adjusted accordingly or so that the fault can be corrected.
De um modo preferido, a forma de onda de excitação conformada é uma forma de onda pulsada. A forma de onda tem, de um modo preferido, pelo menos, algumas das caracteristicas da forma de onda descrita para o aspeto anterior. De um modo preferido, a forma de onda é uma forma de onda de pulso de onda geralmente guadrada.Preferably, the shaped excitation waveform is a pulsed waveform. The waveform preferably has at least some of the characteristics of the waveform described for the above aspect. Preferably, the waveform is a generally graphed waveform waveform.
De um modo preferido, o componente de forma de onda de não-fluxo é representado na forma z.Vz(t), em que Vz (t) é uma função da entrada de corrente para formar a forma de onda de excitação e z é um termo multiplicador escalar. 0 valor de z é, de um modo preferido, determinado como parte do presente método.Preferably, the non-flowing waveform component is represented in the form z.Vz (t), wherein Vz (t) is a function of the current input to form the excitation waveform and z is a term scalar multiplier. The z value is preferably determined as part of the present method.
De um modo preferido, o componente de forma de onda de fluxo é representado na forma f.Vf(t), em que Vf(t) é uma função do caudal de um fluido através do medidor de fluxo e f é um termo multiplicador escalar.Preferably, the flow waveform component is represented in the form f.Vf (t), wherein Vf (t) is a function of the flow rate of a fluid through the flow meter and f is a scalar multiplier term.
As caracteristicas do primeiro método podem ser aplicadas ao segundo método e podem ser proporcionadas as correspondentes vantagens.The characteristics of the first method may be applied to the second method and the corresponding advantages may be provided.
De acordo com um aspeto adicional, é proporcionado um aparelho para obter uma medida de fluxo a partir de um medidor de fluxo eletromagnético compreendendo: meios para aplicar uma forma de onda de excitação conformada ao medidor de fluxo eletromagnético; meios para receber um resultado a partir do medidor em resposta à aplicação da forma de onda de excitação conformada; e meios para o processamento do resultado a partir do medidor para resolver os dados de saida amostrados a partir do medidor para os componentes de forma de onda esperados compreendendo um componente de forma de onda de não-fluxo e um componente de forma de onda de fluxo para derivar uma medida de fluxo.According to a further aspect, there is provided apparatus for obtaining a flow measurement from an electromagnetic flow meter comprising: means for applying a shaped excitation waveform to the electromagnetic flow meter; means for receiving a result from the meter in response to the application of the shaped excitation waveform; and means for processing the result from the meter to solve the output data sampled from the meter for the expected waveform components comprising a non-flow waveform component and a flow waveform component to derive a flow measurement.
De acordo com um aspeto adicional, é proporcionado um aparelho para determinar uma medição de um sinal de não-fluxo a partir de um medidor de fluxo eletromagnético, compreendendo: meios para aplicar uma forma de onda de excitação conformada a um medidor de fluxo eletromagnético; meios para receber um resultado a partir do medidor em resposta à aplicação da forma de onda de excitação conformada; meios para resolver dados de saída amostrados a partir do medidor para componentes de forma de onda esperados compreendendo um componente de forma de onda de não-fluxo e um componente de forma de onda de fluxo; e meios para determinar uma medida do componente de não-fluxo.According to a further aspect, there is provided apparatus for determining a measurement of a non-flow signal from an electromagnetic flow meter, comprising: means for applying a shaped excitation waveform to an electromagnetic flow meter; means for receiving a result from the meter in response to the application of the shaped excitation waveform; means for solving output data sampled from the meter for expected waveform components comprising a non-flow waveform component and a flow waveform component; and means for determining a measure of the non-flow component.
As características do aspeto do método descrito acima podem ser aplicadas ao aspeto do aparelho e podem proporcionar as correspondentes vantagens.The characteristics of the method aspect described above may be applied to the appearance of the apparatus and may provide corresponding advantages.
De acordo com um aspeto adicional é proporcionado um programa de computador ou produto de programa de computador para realizar um método de acordo com os aspetos do método descritos acima ou quaisquer das suas características preferidas.According to a further aspect there is provided a computer program or computer program product for performing a method according to the method aspects described above or any of its preferred features.
As formas de realização da invenção serão agora descritas a título exemplificativo fazendo referência aos desenhos anexos, nos quais: A Fig. 1 ilustra um possível sinal de excitação de bobina (corrente) para um medidor; A Fig. 2 mostra um sinal de elétrodo produzido por um sensor quando acionado pelo sinal de excitação de bobina ilustrado na Fig. 1; A Fig. 3 mostra o sinal total, que é o sinal de zero e o sinal induzido pelo fluxo para um caudal particular; A Fig. 4 mostra o sinal de elétrodo da Fig. 3 com o sinal de zero da Fig. 2 subtraído; A Fig. 5 é um diagrama esquemático de uma forma de realização da invenção. A Fig. 1 ilustra um possível sinal de excitação de bobina para um medidor. A forma de onda ilustrada pode ser produzida por uma tensão de comando controlada, por exemplo, por uma Unidade de Processamento Central (CPU) e um conversor Digital-para-Analógico (D/A). Como descrito em mais detalhe abaixo, na presente forma de realização, a forma de onda precisa não é importante, contudo, as características do pulso podem incluir que é zero fora da região 110 de pulso ativa e que o pulso tem algum conteúdo AC, i. e., vai positivo 112 e negativo 114, pelo menos, uma vez. Na maioria das formas de realização, as tensões de comando podem ser limitadas na taxa de variação, uma vez que isto pode produzir sinais que são menos problemáticos para o equipamento, uma vez que rápidas alterações tornam a relação entre o campo e a corrente aplicada menos previsível. A Fig. 2 ilustra um sinal de elétrodo produzido por um sensor real na ausência de fluido a fluir a passar o sensor quando acionado pela corrente de bobina mostrada na Fig. 1. Este sinal pode ser conhecido como o sinal de zero.Embodiments of the invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 shows a possible coil excitation signal (current) for a meter; Fig. 2 shows an electrode signal produced by a sensor when driven by the coil excitation signal shown in Fig. 1; Fig. 3 shows the total signal, which is the zero signal and the signal induced by the flow for a particular flow; Fig. 4 shows the electrode signal of Fig. 3 with the zero signal of Fig. 2 subtracted; Fig. 5 is a schematic diagram of an embodiment of the invention. Fig. 1 shows a possible coil excitation signal for a meter. The illustrated waveform may be produced by a controlled command voltage, for example, by a Central Processing Unit (CPU) and a Digital-to-Analog (D / A) converter. As described in more detail below, in the present embodiment, the precise waveform is not important, however, pulse characteristics may include that it is zero outside the active pulse region 110 and that the pulse has some AC, i content . e., goes positive 112 and negative 114, at least once. In most embodiments, command voltages may be limited in the rate of change, since this may produce signals that are less problematic for the equipment, since rapid changes make the ratio between the field and the current applied less predictable. Fig. 2 illustrates an electrode signal produced by a real sensor in the absence of fluid to flow to pass the sensor when driven by the coil current shown in Fig. 1. This signal may be known as the zero signal.
Este sinal de elétrodo tem ruído de alta frequência e uma pequena quantidade de interferência da corrente e outros tipos de corrupção. Os sinais aqui capturados são a partir de um sensor sem proteção. Os sinais capturados a partir de sensores de produção, os quais podem ter proteções incorporadas com estes, podem não mostrar tanto ruído. Contudo, as técnicas aqui descritas podem, de um modo preferido, funcionar na presença dessas distorções. Na presente forma de realização, o sinal de elétrodo capturado pode ser descrito de um modo suficientemente preciso como uma taxa escalonada de alteração da corrente (I) em relação ao tempo (t) , que é um dl/dt do sinal de excitação de bobina mostrado na Fig. 1.This electrode signal has high frequency noise and a small amount of current interference and other types of corruption. The signals captured here are from an unprotected sensor. Signals captured from production sensors, which may have built-in protections with them, may not show as much noise. However, the techniques described herein may preferably operate in the presence of such distortions. In the present embodiment, the captured electrode signal can be described in a sufficiently precise manner as a step-change rate of current (I) over time (t), which is one dl / dt of the coil excitation signal shown in Fig. 1.
Quando está presente fluxo, existirá um componente adicional que é geralmente proporcional ao caudal e ao campo magnético, o campo magnético sendo geralmente proporcional à corrente de bobina (mas não exatamente devido a fatores, tais como histerese e correntes Eddy do circuito magnético). A Fig. 3 mostra o sinal total para um caudal particular, que é o sinal não-fluxo e o sinal induzido por fluxo. Os pontos 310 e 312 (a cerca de x=4400 e cerca de x=9500) são os pontos onde, após um tempo de estabilização mais longo, a maioria dos sistemas da técnica anterior iriam escolher para derivar o sinal de fluxo como, em princípio, o caudal pode ser determinado com base no resultado do cálculo de (Va - Vb)/2. Note-se ainda que, neste caso, o sinal em A e B não é estabilizado antes da corrente de bobina ser alterada.When flux is present, there will be an additional component which is generally proportional to the flow and magnetic field, the magnetic field being generally proportional to the coil current (but not exactly due to factors such as hysteresis and Eddy currents of the magnetic circuit). Fig. 3 shows the total signal for a particular flow, which is the nonflow signal and the flow induced signal. Points 310 and 312 (at about x = 4400 and about x = 9500) are the points where, after a longer stabilization time, most prior art systems would choose to derive the flow signal as in principle, the flow rate can be determined based on the result of the calculation of (Va - Vb) / 2. It should also be noted that, in this case, the signal at A and B is not stabilized before the coil current is altered.
Será entendido que o sinal de não-fluxo poderia ser subtraído a esta forma de onda e, se se pudesse esperar que o sinal de não-fluxo permanecesse completamente constante, então isto seria uma coisa útil de fazer. A Fig. 4 mostra a forma de onda após a Fig. 2, o sinal de não-fluxo, ter sido subtraído.It will be understood that the nonflow signal could be subtracted from this waveform, and if one could expect the nonflow signal to remain completely constant then this would be a useful thing to do. Fig. 4 shows the waveform after Fig. 2, the nonflow signal, has been subtracted.
Pode observar-se que a forma de onda está agora mais próxima de um sinal ideal. Contudo, a técnica aqui descrita tem mais flexibilidade que esta, particularmente quando se pode esperar que o sinal de não-fluxo se altere, por exemplo, para aplicações de temperatura amplas.It can be seen that the waveform is now closer to an ideal signal. However, the technique described herein has more flexibility than this, particularly where the non-flow signal can be expected to change, for example, to wide temperature applications.
De acordo com a presente forma de realização, a técnica é encontrar coeficientes z e f de tal modo que: z.Vz(t) + f.Vf(t) corresponda à forma de onda conformada medida tão próximo quanto possível.According to the present embodiment, the technique is to find coefficients z and f such that: z.Vz (t) + f.Vf (t) corresponds to the shaped waveform measured as close as possible.
Onde Vz(t) é um sinal de não-fluxo capturado e Vf(t) é o componente de fluxo esperado na ausência de um termo não-fluxo/ quadratura.Where Vz (t) is a captured nonflow signal and Vf (t) is the expected flow component in the absence of a nonflow / quadrature term.
Na presente forma de realização, z e f são multiplicadores escalares que representam a quantidade dos componentes de não-fluxo e fluxo presentes nos dados de saída amostrados.In the present embodiment, z and f are scalar multipliers representing the amount of the nonflow and flow components present in the sampled output data.
Esta abordagem pode ser mais flexível e precisa do que simplesmente subtrair um sinal de não-fluxo predefinido, particularmente se o sinal de não-fluxo sendo subtraído não reflete precisamente o sinal de não-fluxo da corrente.This approach may be more flexible and accurate than simply subtracting a predefined nonflow signal, particularly if the nonflow signal being subtracted does not accurately reflect the nonflow signal of the current.
Como será entendido, a técnica é genérica e não depende de qualquer modo das formas de onda exatas a serem utilizadas, apesar de ser útil para as formas de onda terem determinadas características (ou não terem determinadas características), algumas das quais são discutidas em mais detalhe abaixo.As will be understood, the technique is generic and does not depend in any way on the exact waveforms to be used, although it is useful for waveforms to have certain characteristics (or not to have certain characteristics), some of which are discussed in more detail below.
Um exemplo de uma técnica de ajuste que pode ser utilizada para determinar os coeficientes z e f é os quadrados mínimos ponderados. Verificou-se que a técnica ajusta os dados reais ao longo de todos os caudais medidos sem erro residual sistemático, apenas ruído aleatório. A secção de zero, plana, fora do pulso 110 pode ser utilizada para determinar interferência a 50 Hz (ou outras correntes ou outra fonte significativa, e. g., a 60 Hz) utilizando correlação. A magnitude e fase da interferência como derivada a partir desta secção podem ser depois subtraídas à janela total. Verificou-se que isto é mais eficaz do que tentar filtrar a interferência, uma vez que a forma de onda é menos distorcida.An example of an adjustment technique that can be used to determine the coefficients z and f is the weighted minimum squares. It was found that the technique adjusts the actual data over all measured flows without systematic residual error, only random noise. The zero, flat, off-pulse section 110 may be used to determine interference at 50 Hz (or other currents or other significant source, e.g., at 60 Hz) using correlation. The magnitude and phase of the interference as derived from this section can then be subtracted from the total window. It has been found that this is more effective than attempting to filter the interference, since the waveform is less distorted.
As secções de zero planas também podem ser utilizadas para identificar e remover qualquer tendência linear do sinal de elétrodo medido antes do processamento adicional.Flat zero sections may also be used to identify and remove any linear trend of the measured electrode signal prior to further processing.
Podem ser realizadas múltiplas capturas do sinal de não-fluxo (desligado) e podem ser depois feita a média para produzir um sinal de não-fluxo bastante limpo antes de ser utilizado numa regressão de quadrados mínimos ponderados.Multiple captures of the non-flow (off) signal may be performed and may then be averaged to produce a fairly clean nonflow signal prior to use in a weighted minimum squared regression.
De um modo semelhante, podem ser realizados múltiplos sinais de fluxo e pode ser feita a média para obter o termo Vf(t) antes de uma regressão de quadrados mínimos ponderados. A técnica também pode ser utilizada para identificar que o zero está a variar se z mostrar um desvio sistemático do valor calibrado de fábrica ou valor calibrado de local.Similarly, multiple flow signals can be performed and the mean can be averaged to obtain the term Vf (t) before a weighted least squares regression. The technique can also be used to identify that the zero is changing if z shows a systematic deviation from the factory calibrated value or calibrated location value.
Numa forma de realização, a forma de onda de corrente pode ser utilizada como o Vf(t) e/ou dl/dt pode ser utilizada como o Vz (t) .In one embodiment, the current waveform can be used as the Vf (t) and / or dl / dt can be used as the Vz (t).
Uma forma de realização de um sistema prático será agora descrita em mais detalhe com referência à FIG. 5. Pode ser proporcionado um microprocessador 10, o qual pode manter um "tempo" variável para calcular sinais de comando. Os sinais de comando, por exemplo, um sinal de onda quadrada, podem ser aplicados à bobina de comando no sensor 3 por meio de um amplificador 2 de potência. Os sinais de elétrodo podem ser depois amplificados 4 e podem ser convertidos em amostras discretas por ADC 5. Podem ser utilizados módulos de software em execução no microprocessador 10 para implementar os métodos aqui descritos. O resultado amplificado do medidor de fluxo pode ser resolvido para um componente de fluxo e para um componente 6 de não-fluxo e pode ser determinada 8 uma medida do componente de não-fluxo. Isto pode permitir que seja calculado 9 um termo de correção e alimentado de volta aos sistema 6 para permitir que seja determinado 6 um caudal mais preciso e resultado 7. O comprimento das amostras pode ser definido, para um período fixo (e. g., 25 ms é conveniente) ou pode ser ajustável, por exemplo, definindo um parâmetro no microprocessador 10.One embodiment of a practical system will now be described in more detail with reference to FIG. 5. A microprocessor 10 may be provided, which may maintain a variable "time" for computing command signals. Command signals, for example a square wave signal, may be applied to the control coil on the sensor 3 by means of a power amplifier 2. The electrode signals can then be amplified 4 and can be converted into discrete samples by ADC 5. Software modules running on the microprocessor 10 can be used to implement the methods described herein. The amplified output of the flow meter can be solved for a flow component and for a nonflow component 6 and a measurement of the nonflow component can be determined. This may allow a correction term to be computed and fed back to the systems 6 to allow a more accurate flow and result 7 to be determined. The sample length may be set for a fixed period (eg, 25 ms is convenient) or may be adjustable, for example, by setting a parameter in the microprocessor 10.
Numa forma de realização, um valor de confiança também pode ser determinado para cada resultado da leitura do fluxo. Isto pode ser utilizado, por exemplo, para "ponderar" os dados para efeitos de filtração. Podem ser utilizados vários algoritmos de filtração e ponderação diferentes e a escolha pode depender da aplicação.In one embodiment, a confidence value can also be determined for each flow reading result. This can be used, for example, to "weigh" the data for filtering purposes. Various different filtering and weighting algorithms may be used and the choice may depend on the application.
Lisboa, 8 de agosto de 2016Lisbon, August 8, 2016
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