RU2324150C2 - Test unit and diagnosis method for coriolis flow meter - Google Patents

Abstract

FIELD: measuring techniques.

SUBSTANCE: method for checking validity of a calibrated flow coefficient of a flow meter is based on determination of the initial bending resistance of the flow tube, the current bending resistance of the flow tube and comparison of the initial bending resistance with the current one, the result of which determines the mode of the calibration error. The calibrated flow coefficient is corrected in accordance with the indicated calibration error mode. The current bending resistance is determined by solving for a model with one or more degrees of freedom. When solving for a model with one degree of freedom, the current bending resistance is determined depending on the given force applied to the flow tube and the resultant deformation of the flow tube. Alternatively, the transfer function of the frequency response of the transmission profile can be determined.

EFFECT: increased accuracy of determining flow.

35 cl, 7 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к устройству и способам диагностики расходомера Кориолиса.The present invention relates to a device and methods for diagnosing a Coriolis flowmeter.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известно, что массовые кориолисовы расходомеры используются для измерения массового расхода и других параметров материалов, протекающих по трубопроводу (см., например, US №4491025 и Re 31450). Эти расходомеры имеют одну или несколько расходомерных трубок различной конфигурации. Каждая конфигурация характеризуется набором собственных колебательных мод, включающих в себя, например, простые изгибные, крутильные, радиальные моды, а также моды смешанного типа. В типичном применении эффекта Кориолиса для измерения массового расхода трубопроводная конфигурация возбуждается на одной или на нескольких колебательных модах при протекании материала через трубопровод, и в точках, разнесенных вдоль трубопровода, измеряется его смещение.It is known that mass Coriolis flowmeters are used to measure mass flow and other parameters of materials flowing through a pipeline (see, for example, US No. 4491025 and Re 31450). These flow meters have one or more flow tubes of various configurations. Each configuration is characterized by a set of intrinsic vibrational modes, including, for example, simple bending, torsional, radial modes, as well as mixed modes. In a typical application of the Coriolis effect for measuring mass flow, the pipeline configuration is excited on one or several vibrational modes as the material flows through the pipeline, and its displacement is measured at points spaced along the pipeline.

Колебательные моды заполненной материалом системы зависят в том числе и от общей массы расходомерной трубки вместе с содержащимся в ней материалом. Материал втекает в расходомер из присоединенного трубопровода во входное отверстие расходомера. Затем материал проходит через расходомерную трубку или трубки и покидает расходомер через присоединенный к выходному отверстию трубопровод.Vibrational modes of a material-filled system depend, inter alia, on the total mass of the flow tube along with the material contained in it. Material flows into the flowmeter from an attached pipeline into the inlet of the flowmeter. The material then passes through the flow tube or tubes and leaves the flow meter through a conduit attached to the outlet.

Приводное устройство прикладывает силу к расходомерной трубке. Эта сила заставляет расходомерную трубку колебаться. Если нет потока материала через расходомер, то все точки вдоль расходомерной трубки колеблются синфазно. Как только вещество начинает протекать через расходомерную трубку, силы Кориолиса обуславливают различие фаз для каждой из точек вдоль расходомерной трубки. Фаза на входе расходомерной трубки отстает от привода, а фаза на выходной стороне опережает привод. Датчики размещаются в различных точках расходомерной трубки для получения синусоидальных сигналов, отображающих смещение фаз в различных точках расходомерной трубки. Разность фаз сигналов, принимаемых от датчиков, отсчитывается в единицах времени.The drive unit applies force to the flow tube. This force causes the flow tube to oscillate. If there is no material flow through the flow meter, then all points along the flow tube oscillate in phase. As soon as the substance begins to flow through the flow tube, the Coriolis forces determine the phase difference for each of the points along the flow tube. The phase at the inlet of the flow tube is behind the drive, and the phase at the output side is ahead of the drive. Sensors are located at different points in the flow tube to produce sinusoidal signals that display phase displacement at different points in the flow tube. The phase difference of the signals received from the sensors is counted in units of time.

Разность фаз сигналов датчиков пропорциональна массовому расходу протекающего через расходомерную трубку материала. Массовый расход определяется умножением разности фаз на калибровочный расходный коэффициент. Калибровочный расходный коэффициент определяется посредством операции калибровки до установки расходомера на трубопровод. При калибровке известная жидкость пропускается через расходомерную трубку при заданном расходе и, таким образом, рассчитывается коэффициент пропорциональности между разностью фаз и расходом.The phase difference of the sensor signals is proportional to the mass flow rate of the material flowing through the flow tube. Mass flow is determined by multiplying the phase difference by a calibration flow coefficient. The calibration flow coefficient is determined by the calibration operation before installing the flow meter in the pipeline. During calibration, a known fluid is passed through a flow tube at a given flow rate and, thus, a proportionality coefficient between the phase difference and the flow rate is calculated.

Одним из достоинств расходомеров Кориолиса является то, что на колеблющейся расходомерной трубке отсутствуют движущиеся детали. Расход определяется перемножением разности фаз между двумя точками на расходомерной трубке на калибровочный расходный коэффициент. Разность фаз рассчитывается по принятым датчиками синусоидальным сигналам, отображающим колебания двух точек на расходомерной трубке. Калибровочный расходный коэффициент определяется свойствами материала и параметрами сечения расходомерной трубки. Поэтому измерение разности фаз и калибровочный расходный коэффициент не зависят от износа подвижных частей расходомера.One of the advantages of Coriolis flowmeters is that there are no moving parts on the vibrating flow tube. The flow rate is determined by multiplying the phase difference between two points on the flow tube by a calibration flow coefficient. The phase difference is calculated by the sinusoidal signals received by the sensors, which display the oscillations of two points on the flow tube. The calibration flow coefficient is determined by the properties of the material and the cross-sectional parameters of the flow tube. Therefore, the measurement of the phase difference and the calibration flow coefficient do not depend on the wear of the moving parts of the flow meter.

Вместе с тем, существует проблема, заключающаяся в том, что свойства материала, параметры сечения и жесткость расходомерной трубки могут изменяться в процессе эксплуатации расходомера Кориолиса. Изменения свойств материала, параметров сечения и жесткости расходомерной трубки вызываются эрозией, коррозией и отложениями на расходомерной трубке при протекании через нее вещества, изменениями в монтаже трубопровода и изменениями температуры. Один из примеров изменения параметров сечения расходомерной трубки - это изменение ее момента инерции, вызванное коррозией расходомерной трубки. Еще один пример изменения свойств материала и параметров сечения расходомерной трубки - увеличение массы расходомерной трубки и уменьшение площади ее сечения вследствие отложений, вызванных протеканием через трубку вещества. Изменения свойств материала расходомерной трубки, параметров ее сечения и ее жесткости могут изменить калибровочный расходный коэффициент. Если калибровочный расходный коэффициент расходомера изменяется, то определение расхода с помощью исходного калибровочного расходного коэффициента будет неточным.However, there is a problem in that the material properties, the cross-sectional parameters and the stiffness of the flow tube can change during operation of the Coriolis flowmeter. Changes in material properties, cross-sectional parameters and rigidity of the flow tube are caused by erosion, corrosion and deposits on the flow tube when substances flow through it, changes in the installation of the pipeline, and changes in temperature. One example of a change in the parameters of a cross section of a flow tube is a change in its moment of inertia caused by corrosion of the flow tube. Another example of a change in material properties and cross-sectional parameters of a flow tube is an increase in the mass of the flow tube and a decrease in its cross-sectional area due to deposits caused by the flow of material through the tube. Changes in the material properties of the flow tube, its cross-sectional parameters, and its stiffness can change the calibration flow coefficient. If the calibration flow coefficient of the flow meter changes, then the determination of the flow using the initial calibration flow coefficient will be inaccurate.

Существо изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Технической задачей настоящего изобретения является создание системы, выявляющей возможные изменения свойств материала расходомерной трубки, параметров ее сечения и/или изменения ее жесткости, которая указывала бы на неточность измерений массового расхода расходомером Кориолиса.The technical task of the present invention is to provide a system that detects possible changes in the material properties of the flow tube, the parameters of its cross section and / or changes in its rigidity, which would indicate the inaccuracy of the mass flow measurement by a Coriolis flowmeter.

Поставленная задача достигается посредством создания системы проверки достоверности калибровочного расходного коэффициента расходомера Кориолиса посредством определения изгибной жесткости и других параметров. Система проверки достоверности может быть использована либо в моделях с одной степенью свободы, либо в моделях с множеством степеней свободы.The task is achieved by creating a validation system for the calibration of the flow coefficient of the Coriolis flowmeter by determining the bending stiffness and other parameters. A validation system can be used either in models with one degree of freedom, or in models with many degrees of freedom.

Некоторые примеры системы проверки достоверности, использующие модели с одной степенью свободы, включают в себя измерение жесткости трубопровода вспомогательным датчиком деформации. Вспомогательный датчик деформации размещается на трубопроводе расходомера. К трубопроводу прикладывается известная сила, и получающаяся деформация измеряется вспомогательным датчиком смещения. Определяемая жесткость трубопровода может быть использована для определения изменений калибровочного коэффициента датчика.Some examples of a validation system using models with one degree of freedom include measuring the pipe stiffness with an auxiliary strain gauge. An auxiliary strain gauge is located on the flow meter pipe. A known force is applied to the pipeline, and the resulting strain is measured by an auxiliary displacement sensor. The determined stiffness of the pipeline can be used to determine changes in the calibration coefficient of the sensor.

Некоторые примеры системы проверки достоверности, использующие решение модели с одной степенью свободы, включают в себя оценку жесткости трубопровода по частотному отклику контура привода. Функция отклика контура привода содержит выражение для жесткости, которое может коррелировать с изгибной жесткостью трубопровода. Определяемая изгибная жесткость может быть использована для предсказания изменений калибровочного коэффициента датчика.Some examples of a validation system using a model solution with one degree of freedom include an estimate of the pipeline stiffness based on the frequency response of the drive circuit. The drive loop response function contains an expression for stiffness that can correlate with the flexural stiffness of the pipeline. Determined bending stiffness can be used to predict changes in the calibration factor of the sensor.

Некоторые примеры системы проверки достоверности, использующие модели со многими степенями свободы, включают в себя оценку жесткости трубопровода из модельных параметров. Модель отклика, отвечающая расходомеру, преобразуется в модальную модель. Затем модальная модель преобразуется в физическую модель. Физическая модель содержит необходимые параметры, включая жесткость трубопровода и демпфирование, которые могут быть использованы для определения изменения калибровочного коэффициента.Some examples of a validation system using models with many degrees of freedom include an assessment of pipeline stiffness from model parameters. The response model corresponding to the flowmeter is converted to a modal model. Then the modal model is transformed into a physical model. The physical model contains the necessary parameters, including pipe stiffness and damping, which can be used to determine changes in the calibration factor.

В некоторых примерах полученные данные должны быть нормированы. Нормировка требуется для компенсации зависимости от времени свойств системы. Коррекция резонансной частоты в соответствии с изменениями температуры трубопровода является одной из причин необходимости в нормировке.In some examples, the data obtained should be normalized. Normalization is required to compensate for the time-dependent properties of the system. Correction of the resonant frequency in accordance with changes in the temperature of the pipeline is one of the reasons for the need for normalization.

Некоторые примеры системы проверки достоверности включают в себя способы и устройства коррекции калибровочного расходного коэффициента с использованием линейных или нелинейных уравнений, динамическую или калибровку с множеством жидкостей.Some examples of a validation system include methods and devices for correcting a calibration flow coefficient using linear or non-linear equations, dynamic or multi-fluid calibration.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных примеров реализации со ссылками на прилагаемые чертежи, на которыхThe invention is further explained in the description of the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, in which

Фиг.1 изображает расходомер Кориолиса согласно изобретению;Figure 1 depicts a Coriolis flowmeter according to the invention;

Фиг.2 - систему проверки достоверности согласно изобретению;Figure 2 - system validation according to the invention;

Фиг.3 - систему проверки достоверности, другой вариант выполнения, согласно изобретению;Figure 3 - system validation, another embodiment, according to the invention;

Фиг.4 - систему проверки достоверности, другой вариант выполнения согласно изобретению;4 is a validation system, another embodiment according to the invention;

Фиг.5 - блок-схему последовательности этапов способа 500 расчета спектральных линий согласно изобретению;5 is a flowchart of a method 500 for calculating spectral lines according to the invention;

Фиг.6 - систему проверки достоверности, другой вариант выполнения согласно изобретению;6 is a validation system, another embodiment according to the invention;

Фиг.7 - блок-схему последовательности операции способа нормировки данных для коррекции калибровочного расходного коэффициента измерителя Кориолиса согласно изобретению.7 is a flowchart of a data normalization method for correcting a calibration flow coefficient of a Coriolis meter according to the invention.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

На Фиг.1-7 представлены примеры осуществления и использования изобретения. Специалистам в данной области техники ясно как описанные ниже признаки могут объединяться различным образом, образуя множество вариантов воплощения изобретения. Таким образом, изобретение не ограничивается описанными ниже специальными примерами.Figure 1-7 presents examples of the implementation and use of the invention. Those skilled in the art will clearly understand how the features described below can be combined in various ways to form many embodiments of the invention. Thus, the invention is not limited to the specific examples described below.

Пример 1Example 1

Те факторы, которые влияют на изгибную жесткость, влияют также и на чувствительность расходомера Кориолиса (калибровочный расходный коэффициент). Изгибная жесткость представляет собой статическую пружинную жесткость, отражающую изгиб расходомерной трубки при известном силовом распределении и измерении деформации расходомерной трубки. Для измерения изгибной жесткости может быть использовано любое силовое распределение, если оно неизменно. Например, изгибная жесткость зажатого бруска выражается какThose factors that affect bending stiffness also affect the sensitivity of the Coriolis meter (calibration factor). Bending stiffness is a static spring stiffness, reflecting the bending of the flow tube with a known power distribution and measuring the strain of the flow tube. Any force distribution can be used to measure bending stiffness if it is constant. For example, the bending stiffness of a clamped bar is expressed as

где F - сила (H); Е - модуль Юнга (Н/м²); I - момент инерции (м⁴); L - длина (м); К_Flex - изгибная жесткость расходомерной трубки; δ - смещение расходомерной трубки.where F is the force (H); E - Young's modulus (N / m ² ); I - moment of inertia (m ⁴ ); L is the length (m); To _Flex - bending stiffness of the flow tube; δ is the displacement of the flow tube.

В расходомерах Кориолиса, если изменяется изгибная жесткость, то изменяется и калибровочный коэффициент. Изгибная жесткость расходомера Кориолиса определяется какIn Coriolis flowmeters, if the bending stiffness changes, then the calibration factor also changes. The bending stiffness of a Coriolis flowmeter is defined as

где С_P - влияние силового распределения на изгибную жесткость; C_G - влияние исходной изогнутости трубки на изгибную жесткость; C_s - влияние исходного напряжения трубки на изгибную жесткость.where C _P is the effect of force distribution on bending stiffness; C _G - the effect of the initial curvature of the tube on the bending stiffness; C _s - the influence of the initial voltage of the tube on the bending stiffness.

Для расходомера Кориолиса с прямой трубкой, без учета предварительного напряжения, зависимость калибровочного коэффициента от EI выражается в видеFor a Coriolis flow meter with a straight tube, without taking into account the prestress, the dependence of the calibration coefficient on EI is expressed as

Таким образом, калибровочный расходный коэффициент (FCF) для прямой трубки имеет видThus, the calibration flow coefficient (FCF) for a straight tube has the form

где С - постоянная, определяемая видом колебаний и расположением датчиков, m - массовый расход, ΔT - изменение температуры.where C is a constant determined by the type of oscillations and the location of the sensors, m is the mass flow rate, ΔT is the temperature change.

На Фиг.1 показан расходомер Кориолиса 5, в котором можно осуществить непосредственную оценку изгибной жесткости приложением известной силы к расходомерным трубкам, и измерение получающегося при этом отклонения. Расходомер Кориолиса 5 содержит измерительный узел 10 расходомера и электронный измеритель 20. Электронный измеритель 20 соединен с измерительным узлом 10 с помощью соединений 100 для предоставления информации о плотности, массовом расходе, объемном расходе, полном переносе массы и другой информации в канал 26.1 shows a Coriolis flowmeter 5, in which a direct assessment of the bending stiffness can be made by applying a known force to the flow tubes, and measuring the resulting deviation. The Coriolis flowmeter 5 comprises a flowmeter measuring unit 10 and an electronic meter 20. The electronic meter 20 is connected to the measuring unit 10 by means of connections 100 to provide information about density, mass flow rate, volumetric flow rate, total mass transfer and other information to channel 26.

Измерительный узел 10 содержит пару фланцев 101 и 101', патрубок 102 и расходомерные трубки 103А и 103В. С расходомерными трубками 103А и 103В соединены привод 104, тензометрические датчики 105 и 105' и дополнительный датчик 107 положения. Поддерживающие колодки 106 и 106' служат для фиксации осей W и W', вокруг которых колеблются расходомерные трубки.The measuring unit 10 comprises a pair of flanges 101 and 101 ', a pipe 102 and flow tubes 103A and 103B. A drive 104, strain gauge sensors 105 and 105 'and an additional position sensor 107 are connected to the flow tubes 103A and 103B. Support pads 106 and 106 'serve to fix the axes W and W' around which the flow tubes oscillate.

Если измерительный расходомерный узел 10 помещен в трубопроводную систему (не показана), транспортирующую измеряемый материал, то материал попадает в измерительный расходомерный узел 10 через фланец 101, проходит через патрубок 102, где направляется в расходомерные трубки 103А и 103В, и, после протекания через эти трубки, направляется назад в патрубок 102 и покидает расходомерный узел 10 через фланец 101'.If the measuring flowmeter assembly 10 is placed in a piping system (not shown) transporting the measured material, then the material enters the measuring flowmeter assembly 10 through the flange 101, passes through the pipe 102, where it is sent to the flow tubes 103A and 103B, and, after flowing through these tube, is sent back to the pipe 102 and leaves the flow meter assembly 10 through the flange 101 '.

Расходомерные трубки 103А и 103В выбраны и закреплены на патрубке 102 так, что имеют практически одинаковое распределение масс, моменты инерции и модули упругости относительно осей изгиба W-W и W'-W', соответственно. Расходомерные трубки отстоят от патрубка и остаются между собой параллельными.The flow tubes 103A and 103B are selected and mounted on the nozzle 102 so that they have almost the same mass distribution, moments of inertia and elastic moduli with respect to the bending axes W-W and W'-W ', respectively. Flow tubes are spaced from the nozzle and remain parallel to each other.

Расходомерные трубки 103А-В приводятся в движение приводом 104 в противоположных направлениях вокруг их соответственных осей изгиба W и W', на которых локализуется первая несфазированная изгибная мода расходомера.. Привод 104 может представлять собой хорошо известное устройство, например, это может быть магнит, закрепленный на расходомерной трубке 103А, и противостоящий ему соленоид, закрепленный на расходомерной трубке 103В. Через соленоид пропускается переменный ток, вызывая колебания обеих трубок. Соответствующий сигнал, управляющий приводом 104, подается от электронного измерителя 20 через соединительную линию 110. Создаваемое приводом 104 распределение сил постоянно в течение всего срока службы датчика (т.е. С_р постоянно). Привод 104 создает постоянную силу, и дополнительный датчик 107 положения определяет деформацию трубки. Как видно из Фиг.1, дополнительный датчик размещен вблизи датчиков 105 и 105', но возможно и другое подходящее расположение.The flow tubes 103A-B are driven by the actuator 104 in opposite directions around their respective bending axes W and W ', on which the first unphased bending mode of the flowmeter is localized. The actuator 104 may be a well-known device, for example, it may be a magnet mounted on the flow tube 103A, and a opposing solenoid mounted on the flow tube 103B. An alternating current is passed through the solenoid, causing oscillations of both tubes. The corresponding signal controlling the actuator 104 is supplied from the electronic meter 20 through the connecting line 110. The force distribution generated by the actuator 104 is constant throughout the life of the sensor (i.e., C _{p is} constant). The actuator 104 creates a constant force, and an additional position sensor 107 determines the deformation of the tube. As can be seen from Figure 1, an additional sensor is located near the sensors 105 and 105 ', but another suitable location is also possible.

Электронный измеритель 20 принимает сигналы правой и левой скорости по линиям 111 и 111', соответственно и сигнал смещения трубки по линии 112. Электронный измеритель 20 подает на линию 110 управляющий сигнал, который через привод 104 заставляет колебаться расходомерные трубки 103А и 103В. В рамках настоящего изобретения возможно применение множественных управляющих сигналов от множества приводов. Электронный измеритель 20 обрабатывает сигналы левой и правой скорости и сигнал смещения трубки для вычисления массового расхода и формирования системы оценки согласно изобретению. Канал 26 представляет собой средство передачи входного и выходного сигналов для сообщения электронного измерителя 20 с оператором.The electronic meter 20 receives the right and left speed signals along lines 111 and 111 ', respectively, and the tube offset signal on line 112. The electronic meter 20 provides a control signal to line 110, which causes the flow tubes 103A and 103B to oscillate through the actuator 104. Within the scope of the present invention, it is possible to use multiple control signals from multiple drives. The electronic meter 20 processes the left and right speed signals and the tube offset signal to calculate the mass flow rate and form an evaluation system according to the invention. Channel 26 is a means of transmitting the input and output signals for communication of the electronic meter 20 with the operator.

На Фиг.2 представлена блок-схема последовательности операций способа обработки 200 для оценки калибровочного расходомерного коэффициента, расходомера Кориолиса 5 с помощью рассчитанных изменений его изгибной жесткости. Способ 200 начинается на этапе 210 приложением известной силы к расходомерным трубкам 103А и В с помощью привода 104. На этапе 220 дополнительный датчик 107 определяет деформацию трубки в результате приложенной приводом 104 силы. Изгибная жесткость K_new измеряется на этапе 230 по известным значениям силы и деформации трубки, полученным на этапах 210 и 220. Начальная изгибная жесткость K_old вводится на этапе 240. Начальная изгибная жесткость определяется либо при изготовлении измерителя, либо после его установки. На этапе 250 сравниваются значения K_new и K_old для определения того, произошло ли изменение изгибной жесткости измерителя. Если изменение не обнаружено, то на этапе 260 сообщается о режиме "нет ошибки", и процесс повторяется. Если изменение обнаружено, то на этапе 270 корректируется калибровочный расходомерный коэффициент (FCF) исходя из изменения жесткости.FIG. 2 is a flowchart of a processing method 200 for evaluating a calibration flow coefficient, a Coriolis flow meter 5 using calculated changes in its bending stiffness. The method 200 begins at step 210 by applying a known force to the flow tubes 103A and B by the actuator 104. At step 220, an additional sensor 107 determines the tube deformation as a result of the force exerted by the actuator 104. The bending stiffness K _new is measured in step 230 from the known values of tube strength and deformation obtained in steps 210 and 220. The initial bending stiffness K _old is entered in step 240. The initial bending stiffness is determined either during manufacture of the meter or after its installation. At step 250, the values of K _new and K _{old are} compared to determine if a change in the bending stiffness of the meter has occurred. If no change is detected, then at step 260 a "no error" mode is reported, and the process repeats. If a change is detected, then at step 270, the calibration flow meter coefficient (FCF) is adjusted based on the change in stiffness.

Пример 2Example 2

Изгибная жесткость расходомерной трубки может также быть определена по точкам функции частотного отклика (FRE) трубки на данных частотах. Эти точки используются затем для подбора к модели с одной степенью свободы и окончательного определения DC-точки FRF (например, точки перехода через нуль).The bending stiffness of the flow tube can also be determined from the points of the frequency response function (FRE) of the tube at given frequencies. These points are then used to select a model with one degree of freedom and to finally determine the DC-point FRF (for example, the zero crossing point).

Можно записать общее выражение для любой перекрестной (не соотнесенной) функции частотного отклика по движению в виде линейной комбинации откликов SDOF или эквивалентной ейYou can write a general expression for any cross (not correlated) function of the frequency response in motion in the form of a linear combination of SDOF responses or its equivalent

где v - скорость тензодатчика, f - приводная сила; H(s) - необходимый FRF; Ai - частотный отклик контура привода на i-той моде; s - переменная преобразования Лапласа; ω - частотный отклик контура привода на частоте, близкой к частоте привода на i-той моде. Частотный отклик контура привода может быть вполне аппроксимирован таким образом. Фактически на частотах, близких к частоте привода, для хорошей аппроксимации частотного отклика требуется только одно слагаемое при суммировании. Если необходима большая точность в оценке параметра, то в модели может быть более одной моды.where v is the strain gauge speed, f is the drive force; H (s) is the required FRF; Ai is the frequency response of the drive circuit on the i-th mode; s is the Laplace transform variable; ω is the frequency response of the drive circuit at a frequency close to the drive frequency on the i-th mode. The frequency response of the drive circuit can be fully approximated in this way. In fact, at frequencies close to the frequency of the drive, for a good approximation of the frequency response, only one term is required in the summation. If greater accuracy is needed in estimating the parameter, then the model may have more than one mode.

В качестве альтернативного варианта, включения большего количества мод возможно исключение высокочастотных мод из частотного отклика контура привода посредством надлежащего выбора расположения привода и катушек датчика. Вторая изгибная мода (крутильная мода) может быть исключена из частотного отклика контура привода, поскольку привод расположен в узловой точке второй моды. Если тензодатчики размещены в узлах третьей моды, то третья мода также исключается из частотного отклика контура привода. При такой конфигурации привод/тензодатчик частотный отклик контура привода очень близок к системе SDOF.Alternatively, turning on more modes, it is possible to exclude high-frequency modes from the frequency response of the drive circuit by properly selecting the location of the drive and sensor coils. The second bending mode (torsional mode) can be excluded from the frequency response of the drive circuit, since the drive is located at the nodal point of the second mode. If the load cells are located in the nodes of the third mode, then the third mode is also excluded from the frequency response of the drive circuit. With this drive / strain gauge configuration, the frequency response of the drive loop is very close to the SDOF system.

Представление контура привода в виде системы SDOF приводит к следующему выражению:Representation of the drive circuit in the form of an SDOF system leads to the following expression:

или эквивалентному модельному выражениюor equivalent model expression

Частотный отклик контура привода может быть преобразован из формы по движению (скорости) в форму по положению (смещению) интегрированием (умножением на 1/s):The frequency response of the drive circuit can be converted from a shape by movement (speed) to a shape by position (offset) by integration (multiplying by 1 / s):

где m_i - частотный отклик контура привода на i-той моде по массе; c_i - частотный отклик контура привода на i-той моде по затуханию; k_i - частотный отклик контура привода на i-той моде по жесткости, также эквивалентному модельному выражениюwhere m _i is the frequency response of the drive circuit on the i-th mode by mass; c _i - frequency response of the drive circuit on the i-th mode attenuation; k _i - frequency response of the drive circuit on the i-th mode in terms of stiffness, also equivalent to the model expression

Слагаемое k₁ достаточно коррелирует с изгибной жесткостью и, таким образом, представляет собой хороший прогнозирующий параметр изменений калибровочного расходного коэффициента, связанных с изменениями изгибной жесткости.The term k ₁ correlates sufficiently with bending stiffness and, thus, represents a good predictor of changes in the calibration flow coefficient associated with changes in bending stiffness.

Для оценки параметра жесткости k₁ может быть использована оценка на одной частоте или на многих частотах. На фиг.3 представлена блок-схема этапов способа проверки достоверности калибровочного расходного коэффициента с использованием одночастотной оценки. Одночастотная оценка 300 начинается на этапе 310 определением передаточной функции положения (9). На этапе 320 обратная передаточная функция положения для значения iω определяется для получения обратного частотного отклика положения:To evaluate the stiffness parameter k ₁ , an estimate at one frequency or at many frequencies can be used. Figure 3 presents a block diagram of the steps of a method for verifying the accuracy of a calibration flow coefficient using a single-frequency estimate. The single-frequency estimate 300 begins at step 310 with the determination of the position transfer function (9). At step 320, the inverse transfer function of the position for the value iω is determined to obtain the inverse frequency response of the position:

Затем, на этапе 330, полагаем ω→0:Then, at step 330, we put ω → 0:

Таким образом, для ω→0 имеем:Thus, for ω → 0 we have:

Если значение m₁ известно, или им можно пренебречь, то наибольшая частота,, близкая к ω₁, может быть использована для оценки k₁ из соотношенияIf the value of m _{1 is} known, or can be neglected, then the highest frequency, close to ω ₁ , can be used to estimate k ₁ from the relation

Если оба значения с₁ и m₁ известны, то можно использовать любую частоту при оценке k₁ из соотношенияIf both values with ₁ and m _{1 are} known, then any frequency can be used to estimate k ₁ from the relation

На этапе 340 значение k₁ рассчитывается из соотношений (14), (15) или (16) при значении ω в рад/с, и на этапе 350 на основе рассчитанного значения k₁ корректируется калибровочный расходный коэффициент.At step 340, the value of k _{1 is} calculated from relations (14), (15) or (16) with a value of ω in rad / s, and at step 350, a calibration flow coefficient is adjusted based on the calculated value of k ₁ .

На фиг.4 представлена последовательность этапов способа 400 проверки достоверности калибровочного расходного коэффициента с использованием многочастотной оценки. Многочастотная оценка 400 начинается на этапе 410 идентификацией констант m₁, c₁, k₁, ζ₁, ω₁ и A₁ с помощью любого способа идентификации системы во временной или в частотной области. На этапе 420 применяется процедура оптимизации графического представления для подбора рациональной непрерывной модели временной передаточной функции для вектора Н сложного частотного отклика на ряде частот вектора W (в рад/с).Figure 4 presents the sequence of steps of a method 400 for validating a calibration flow coefficient using a multi-frequency estimate. A multi-frequency estimate 400 begins at step 410 by identifying the constants m ₁ , c ₁ , k ₁ , ζ ₁ , ω ₁ and A ₁ using any method of identifying the system in the time or frequency domain. At 420, a graphical representation optimization procedure is applied to select a rational continuous model of the temporal transfer function for the vector H of a complex frequency response at a number of frequencies of the vector W (in rad / s).

Количество и расположение (на частотной оси) точек данных FRF влияет на качество подбора. Хороший подбор достигается при использовании нескольких, например двух, точек данных частотного отклика. Получающаяся модель имеет видThe number and location (on the frequency axis) of the FRF data points affects the quality of the selection. Good selection is achieved by using several, for example, two, points of frequency response data. The resulting model has the form

Вышеупомянутая модель несовместима с формой частотного отклика по движению (по скорости) контура привода, поскольку нет возможности обеспечить выполнение b(N_b+1)=0. На этапе 430 сохраняется это ограничение преобразованием данных частотного отклика по движению (по скорости) для управляемого тензодатчика по положению (смещению). Измеренные данные H частотного отклика по движению должны быть умножены на 1/(iω)). Измеряемый частотный отклик H по движению контура привода должен быть от тока управляющего соленоида (пропорционального силе) до напряжения тензодатчика (пропорционального скорости).The above model is incompatible with the shape of the frequency response in motion (in speed) of the drive circuit, since it is not possible to ensure that b (N _b +1) = 0. At step 430, this restriction is retained by converting the frequency response data on the motion (speed) for the controllable strain gauge position (bias). The measured motion response frequency data H must be multiplied by 1 / (iω)). The measured frequency response H by the movement of the drive circuit should be from the control solenoid current (proportional to the force) to the strain gauge voltage (proportional to the speed).

Преобразование данных по движению в данные по положению приводит к Н(s) следующего вида:Converting motion data to position data leads to H (s) of the following form:

где а(1)=1. На этапе 440 необходимые модальные параметры выделяются из модели передаточной функции в следующем виде:where a (1) = 1. At step 440, the necessary modal parameters are extracted from the transfer function model in the following form:

Физические параметры могут затем быть рассчитаны на этапе 450 с помощью следующих соотношений:The physical parameters can then be calculated at step 450 using the following relationships:

Как только определены физические параметры, изменения в калибровочном расходном коэффициенте, а также и другие параметры, включая изменения массы и длины расходомерной трубки, определяются и корректируются на этапе 460. Кроме коррекции по заранее заданным критериям можно предусмотреть предупредительное сообщение и отключение измерителя.As soon as the physical parameters are determined, changes in the calibration flow coefficient, as well as other parameters, including changes in the mass and length of the flow tube, are determined and corrected at step 460. In addition to correction according to predetermined criteria, a warning message and meter shutdown can be provided.

Определение функции частотного отклика с помощью полигармонического возбужденияDetermination of the frequency response function using polyharmonic excitation

Точная оценка точек FRF может быть затруднительна в режиме реального времени. Обработка методом окна и оценка спектральной линии часто дают ошибку, непосредственно влияющую на возможность предсказания изменений FCF. Для более эффективного определения оценочных точек FRF и избежания обработки методом окна используется полигармонический входной сигнал.Accurate estimation of FRF points can be difficult in real time. Window processing and spectral line estimation often give an error that directly affects the ability to predict FCF changes. To more effectively determine FRF estimate points and avoid window processing, a polyharmonic input signal is used.

В способе с полигармоническим входным сигналом применяется эффективный алгоритм оценки спектральной линий с использованием минимального по амплитуде полигармонического возбуждающего входного сигнала. Минимальный по амплитуде сигнал используется для минимизации управляющей пиковой мощности и для ограничения величины выходных сигналов. Большие выходные сигналы часто содержат нелинейные компоненты, приводящие к ошибкам измерения.In the method with a polyharmonic input signal, an effective algorithm for estimating the spectral lines is used using the minimum amplitude polyharmonic exciting input signal. The minimum amplitude signal is used to minimize the control peak power and to limit the magnitude of the output signals. Large output signals often contain non-linear components leading to measurement errors.

На фиг.5 представлена блок-схема последовательности этапов способа 500 расчета спектральных линий, используемых при проверке достоверности калибровочного расходного коэффициента с использованием многочастотной оценки. Способ 500 начинается с этапа 510 определения необходимых измеряемых частот. Необходимые частоты определяются следующим образом:5 is a flowchart of a method 500 for calculating spectral lines used in validating a calibration flow coefficient using a multi-frequency estimate. The method 500 begins with step 510 determining the required measured frequencies. The required frequencies are determined as follows:

Затем полигармонический возбуждающий сигнал определяется на этапе 520 какThen the polyharmonic excitation signal is determined at step 520 as

где f_j - частоты полигармонического режима; φ_j - фазовый угол для полигармонического режима, причем -π<φi<π; t_i - дискретная временная точка; N - число точек данных в полигармоническом режиме; N_sin - число синусоидальных волн в полигармоническом режиме.where f _j are the frequencies of the polyharmonic mode; φ _j is the phase angle for the polyharmonic mode, with -π <φi <π; t _i - discrete time point; N is the number of data points in polyharmonic mode; N _sin is the number of sine waves in the polyharmonic mode.

Для максимизации подводимой энергии при минимизации амплитудного значения амплитудный коэффициент (CF) определяется как отношение максимальное/среднеквадратичное значенияTo maximize energy input while minimizing the amplitude value, the amplitude coefficient (CF) is defined as the maximum / rms ratio

Для того чтобы использование полигармонического режима было эффективным, должны быть определены полное время измерения (этап 540) и общее число усреднений (этап 550). Полное время измерения может быть рассчитано с помощью следующего соотношения:In order for the use of the polyharmonic mode to be effective, the total measurement time (step 540) and the total number of averagings (step 550) must be determined. The total measurement time can be calculated using the following relationship:

Из соотношения (24) следует, что время измерения равно периоду полигармонического режима, а изменения параметра минимально влияют на измерение. Полное число требуемых усреднений выбирается обычно так, чтобы снизить стандартное отклонение оценки, вызванное шумом. Отношение сигнал/шум и его непосредственная связь с оцененным доверительным интервалом обычно определяют полное число усреднений, обеспечивающих требуемую точность.From relation (24) it follows that the measurement time is equal to the period of the polyharmonic mode, and changes in the parameter minimally affect the measurement. The total number of required averages is usually chosen so as to reduce the standard deviation of the estimate caused by noise. The signal-to-noise ratio and its direct relationship with the estimated confidence interval usually determine the total number of averages providing the required accuracy.

На этапе 560 на вход системы подается полигармонический сигнал x и измеряется результирующий выходной сигнал, y. На этапе 570 с помощью описываемой методики значения x и y используются для определения передаточной функции, жесткости и калибровочного коэффициента.At step 560, a polyharmonic signal x is supplied to the system input, and the resulting output signal, y, is measured. At step 570, using the described technique, the x and y values are used to determine the transfer function, stiffness, and calibration factor.

Пример 3Example 3

Изменение калибровочного расходного коэффициента может быть также выявлено и откорректировано с использованием модели со многими степенями свободы. В модели со многими степенями свободы изменение калибровочного расходного коэффициента есть функция параметров модели (т.е. массы, жесткости, типа моды, комплексного полюса и т.д.), свойств жидкости (плотности, давления, и т.д.) и окружающих условий (температуры, вибрации и т.д.).A change in the calibration flow coefficient can also be detected and adjusted using a model with many degrees of freedom. In a model with many degrees of freedom, a change in the calibration flow coefficient is a function of the model parameters (i.e., mass, stiffness, mode type, complex pole, etc.), fluid properties (density, pressure, etc.) and surrounding conditions (temperature, vibration, etc.).

Для определения тех параметров, которые влияют на калибровочный расходный коэффициент, прежде всего необходимо определить модель отклика. Модели отклика важны потому, что они соответствуют непосредственным измерениям в действующей структуре. Структурный отклик на известное возбуждение обычно представляется в виде функции импульсного отклика (IRF) или функции частотного отклика (FRF). После того как модель отклика определена, она преобразуется в модальную модель, а затем в пространственную модель.To determine the parameters that affect the calibration flow coefficient, it is first necessary to determine the response model. Response models are important because they correspond to direct measurements in the current structure. The structural response to a known excitation is usually represented as an impulse response function (IRF) or a frequency response function (FRF). Once the response model is defined, it is transformed into a modal model, and then into a spatial model.

Например, в модальной модели калибровочный расходный коэффициент есть функция типа моды и модальных частот и определяется следующими выражениями:For example, in the modal model, the calibration expenditure coefficient is a function of the mode type and modal frequencies and is determined by the following expressions:

Δ%MFCF=g(Ф,λ)=С_ФФ+С_λλ,Δ% MFCF = g (Ф, λ) = С _Ф Ф + С _λ λ,

где Δ%MFCF - процентное изменение калибровочного расходного коэффициента; ρ _fluid - плотность жидкости; К - жесткость датчика; Ф _r - типы мод; λ _r - комплексные полюса r-моды датчика. where Δ% MFCF is the percentage change in the calibration flow coefficient; ρ _fluid — _fluid density; K is the stiffness of the sensor; F _r - types of modes; λ _r are the complex poles of the r-mode of the sensor.

Посредством периодического измерения модальных параметров, свойств жидкости и других параметров окружающей среды возможно выявить и откорректировать калибровочный расходный коэффициент.By periodically measuring modal parameters, fluid properties, and other environmental parameters, it is possible to identify and correct the calibration flow coefficient.

На фиг.6 представлена блок-схема последовательности операций способа 600 проверки достоверности калибровочного расходного коэффициента расходомера Кориолиса с помощью модели со многими степенями свободы. Способ 600 начинается на этапе 610 созданием модели структурного отклика. На этапе 620 модель отклика преобразуется от этапа 610 в модальную модель. Модальная модель затем преобразуется в пространственную модель на этапе 630. На этапе 640 физические параметры, такие как изгибная жесткость, могут быть определены из пространственной модели.6 is a flowchart of a method 600 for validating a calibration flow coefficient of a Coriolis flowmeter using a model with many degrees of freedom. Method 600 begins at block 610 with a structural response model. At block 620, the response model is converted from block 610 to a modal model. The modal model is then converted to a spatial model in step 630. In step 640, physical parameters, such as flexural rigidity, can be determined from the spatial model.

На этапе 650 сравниваются данные текущего физического параметра с изначально определенными данными физического параметра для установления возможного его изменения. Если изменение отсутствует, то измерение может продолжаться при нахождении в пределах интервала, заранее определенного пользователем. Если имеет место изменение, то на этапе 660 вырабатывается сигнал ошибки. После получения сигнала ошибки на этапе 670 корректируется калибровочный коэффициент. Коррекция может быть либо автоматической, либо только по требованию пользователя.At step 650, the data of the current physical parameter is compared with the initially determined data of the physical parameter to establish its possible change. If there is no change, then the measurement can continue when within the interval predetermined by the user. If there is a change, then at step 660 an error signal is generated. After receiving the error signal at step 670, the calibration factor is adjusted. Correction can be either automatic, or only at the request of the user.

Коррекция калибровочного расходного коэффициента может быть завершена с использованием различных способов, включая оценку коэффициента, многожидкостную калибровку и анализ тенденций. Оценка коэффициента предполагает использование уравнений, подобных приведенному выше уравнению (25), с оценкой значений C_f и С_К. Например, если на свойства материала измерителя влияет температура, то значения C_f и С_К возможно оценить методом конечных разностей и определением изменения с температурой номинального свойства материала.Calibration of the calibration flow coefficient can be completed using various methods, including coefficient estimation, multi-fluid calibration, and trend analysis. Evaluation of the coefficient involves the use of equations similar to the above equation (25), with an estimate of the values of C _f and C _To . For example, if the temperature affects the material properties of the meter, then the values of C _f and C _K can be estimated using the finite difference method and determining the change in temperature of the nominal property of the material.

Многожидкостная калибровка включает в себя калибровку измерителя с помощью, по меньшей мере, двух жидкостей, при двух различных значениях жесткости. Коэффициенты C_f и С_К могут быть определены аппроксимацией по методу наименьших квадратов:Multi-fluid calibration involves calibrating the meter with at least two liquids at two different stiffness values. The coefficients C _f and C _K can be determined by the least squares approximation:

Методика анализа тенденций также может быть использована для коррекции калибровочного расходного коэффициента. Начальные параметры модели, свойства, жидкости и температурные данные собираются в преобразователе и определяются коэффициенты полиномиальной n-мерной "рабочей поверхности" f(ρ_fiuid К, Т, σ Р, ...). Поскольку обычно калибровочный расходный коэффициент линейно связан со свойствами жидкости, параметрами модели и температурой, то изменение может идентифицироваться и тогда, когда никакие данные не обнаруживают изменение коэффициентов относительно их начальных значений.The trend analysis technique can also be used to correct the calibration flow coefficient. The initial parameters of the model, properties, liquids and temperature data are collected in the converter and the coefficients of the polynomial n-dimensional "working surface" f (ρ _fiuid К, Т, σ Р, ...) are determined. Since usually the calibration flow coefficient is linearly related to the properties of the fluid, the model parameters and temperature, the change can be identified even when no data show a change in the coefficients relative to their initial values.

В качестве примера предположим, что плотность жидкости не влияет на калибровочный расходный коэффициент или C_f равен нулю. Тогда измеряемая жесткость будет изменяться с температурой вследствие изменений свойств материала трубопровода. Кроме того, измеряемая жесткость будет изменяться из-за влияния температуры на свойства материала преобразователя и на его чувствительность. Поэтому скорость изменения жесткости с температурой неизвестна. Тем не менее, жесткость и температура могут быть измерены за определенное время, а именно за время установки. Данные могут быть использованы для установления соотношения между жесткостью и температурой. Большая часть свойств вещества изменяется линейно с температурой в широком диапазоне ее изменения, что отображается соотношениемAs an example, suppose that the fluid density does not affect the calibration flow coefficient or C _f is zero. Then the measured stiffness will change with temperature due to changes in the properties of the pipeline material. In addition, the measured stiffness will vary due to the influence of temperature on the properties of the material of the transducer and on its sensitivity. Therefore, the rate of change of stiffness with temperature is unknown. However, stiffness and temperature can be measured over time, namely during installation. Data can be used to establish the relationship between hardness and temperature. Most of the properties of a substance change linearly with temperature over a wide range of its changes, which is displayed by the ratio

где С_К - скорость изменения жесткости с температурой;where C _To - the rate of change of stiffness with temperature;

C_trans1 - скорость изменения чувствительности преобразователя;C _trans1 - rate of change of sensitivity of the converter;

C_trans2 - компенсация преобразователя.C _trans2 - converter compensation.

Начальные данные, взятые во время установки или при изготовлении для диапазона изменения температуры расходомерной трубки, позволяют рассчитать С_К, C_trans1 и C_trans2.The initial data taken during installation or during manufacture for the temperature range of the flow tube allow the calculation of C _K , C _trans1 and C _trans2 .

Измеряемая при любой температуре жесткость будет иметь тенденцию к снижению. Если выполнено достаточно измерений жесткости в пределах разумного диапазона изменения температуры, то наклон соответствующей кривой или скорость изменения жесткости с температурой может быть оценена с помощью метода наименьших квадратов. Это есть обычное изменение жесткости с температурой. Если жесткость и температура измерены и точка данных выпадает из соответствующей кривой, то это означает изменение в датчике, а также изменение MFCF.Stiffness measured at any temperature will tend to decrease. If enough stiffness measurements are made within a reasonable range of temperature changes, the slope of the corresponding curve or the rate of change of stiffness with temperature can be estimated using the least squares method. This is the usual change in stiffness with temperature. If stiffness and temperature are measured and the data point falls out of the corresponding curve, this means a change in the sensor, as well as a change in MFCF.

Изменение значения жесткости с температурой указывает на то, что свойства материала расходомерной трубки и материала преобразователя известны с некоторой ошибкой. Коррекция может быть выполнена в виде корректировочных температурных коэффициентов, обеспечивающих нулевой наклон соответствующей кривой зависимости измеренной жесткости от температуры. Коррекция может быть выполнена операцией оптимизации, минимизирующей ошибку. В соответствии с этой коррекцией изменение жесткости будет указывать на изменение MFCF.A change in the value of stiffness with temperature indicates that the properties of the material of the flow tube and the material of the transducer are known with some error. Correction can be made in the form of correction temperature coefficients, providing a zero slope of the corresponding curve of the measured stiffness versus temperature. Correction can be performed by an optimization operation that minimizes error. According to this correction, a change in stiffness will indicate a change in MFCF.

Идея модели со многими степенями свободы может быть использована для других параметров, включая изменения калибровочного расходного коэффициента. определяемые плотностью жидкости, давлением, внешней вибрацией, и т.д.The idea of a model with many degrees of freedom can be used for other parameters, including changes in the calibration flow coefficient. determined by fluid density, pressure, external vibration, etc.

НормировкаNormalization

Описанные решения модели со многими степенями свободы хороши тогда, когда конструкция не изменяется во времени. Вместе с тем, в некоторых приложениях конструкция изменяется со временем. В случае датчика расхода плотность транспортируемого через датчик флюида может изменяться со временем, вызывая изменение массы датчика. Кроме того, комнатная температура и рабочая температура флюида могут изменяться со временем, изменяя при этом и свойства материала датчика. Для получения значимых данных при изменяющихся условиях необходимо выполнение операции нормировки.The described solutions of the model with many degrees of freedom are good when the design does not change over time. However, in some applications, the design changes over time. In the case of a flow sensor, the density of the fluid transported through the sensor may change over time, causing a change in the mass of the sensor. In addition, the room temperature and the working temperature of the fluid can change over time, while changing the properties of the sensor material. To obtain significant data under changing conditions, it is necessary to carry out the normalization operation.

В случае датчика расхода имеется три основных варианта нормировки. Первый - нормировка данных относительно резонансной. частоты. Изменения свойств рабочей жидкости, таких как плотность, расход и давление, приводят к смещению резонансной частоты. Второй вариант - нормировка данных относительно исходной температуры. Третий вариант - нормировка данных относительно смещения или же некоторых других переменных отклика.In the case of a flow sensor, there are three main standardization options. The first is the normalization of data relative to resonance. frequency. Changes in the properties of the working fluid, such as density, flow rate and pressure, lead to a shift in the resonant frequency. The second option is the normalization of data relative to the initial temperature. The third option is to normalize the data regarding the bias or some other response variables.

Например, типичный расходомер Кориолиса работает с определенным резонансом, соответствующим определенной плотности вещества. Для плотности одной из жидкостей резонансная частота составляет 152 Гц. Если плотность жидкости увеличивается, то резонансная частота сдвигается до 121 Гц. Положение резонансной частоты относительно управляющих частот дает значительные ошибки при оценке параметров модели. Таким образом, для получения правильных результатов данные необходимо нормировать.For example, a typical Coriolis flowmeter works with a specific resonance corresponding to a specific density of a substance. For the density of one of the liquids, the resonant frequency is 152 Hz. If the density of the liquid increases, the resonant frequency shifts to 121 Hz. The position of the resonant frequency relative to the control frequencies gives significant errors in the estimation of the model parameters. Thus, to obtain the correct results, the data must be normalized.

На фиг.7 представлена блок-схема последовательности операции способа 700 нормировки данных для коррекции калибровочного расходного коэффициента измерителя Кориолиса с помощью модели со многими степенями свободы. Способ 700 начинается на этапе 710 приемом данных от устройства. Как только данные получены, они нормируются относительно резонансной частоты. Это позволяет рассчитать параметры модели по измеренным данным для любой плотности жидкости. Отслеживание резонансной частоты позволяет выбирать управляющую частоту как кратную резонансной частоте.7 is a flowchart of a data normalization method 700 for correcting a calibration flow coefficient of a Coriolis meter using a model with many degrees of freedom. The method 700 begins at step 710 by receiving data from the device. Once the data are received, they are normalized relative to the resonant frequency. This allows you to calculate the model parameters from the measured data for any fluid density. Tracking the resonant frequency allows you to select the control frequency as a multiple of the resonant frequency.

Далее, на этапе 730 данные нормируются относительно начальной температуры. Этим корректируются ошибки, возникающие при измерениях данных при двух различных температурах. Например, два важных свойства вещества изменяются с температурой, вызывая расхождение в измеренных данных. Модуль упругости материала трубки изменяется приблизительно на -4,2%/100°С. Поскольку в большинстве расходомеров Кориолиса соленоид преобразователя использует звуковую частоту для измерения расхода и для управления расходомером, то изменения температуры приведут к изменению напряженности магнитного поля и изменению длины провода соленоида. Для типичного магнита из AlNiCo плотность магнитного потока изменяется на -2,1%/100°С и для управляющего привода, и для тензодатчика.Next, at step 730, the data are normalized relative to the initial temperature. This corrects errors that occur when measuring data at two different temperatures. For example, two important properties of a substance change with temperature, causing a discrepancy in the measured data. The modulus of elasticity of the tube material changes by approximately −4.2% / 100 ° C. Since in most Coriolis flowmeters the transducer solenoid uses a sound frequency to measure the flow and to control the flowmeter, temperature changes will lead to a change in the magnetic field strength and a change in the length of the solenoid wire. For a typical AlNiCo magnet, the magnetic flux density changes by -2.1% / 100 ° C for both the control drive and the strain gauge.

Также и коэффициент расходомера Кориолиса изменяется с температурой. Расходомеры Кориолиса обычно используют температурный датчик для регистрации температуры жидкости. С помощью этих температурных измерений FRF-измерения могут быть откорректированы для некоторой начальной температуры.The coefficient of the Coriolis meter also changes with temperature. Coriolis flowmeters typically use a temperature sensor to record fluid temperature. Using these temperature measurements, FRF measurements can be corrected for some initial temperature.

На этапе 740 данные нормируются относительно смещения или относительно некоторых других переменных отклика. Это выполняется интегрированием по движению (скорость/сила) и по положению (смещение/сила). Следующее выражение является примером уравнения, используемого для нормировки измеряемых данныхAt block 740, the data is normalized with respect to the offset or relative to some other response variables. This is done by integration over motion (speed / force) and position (displacement / force). The following expression is an example of an equation used to normalize measured data.

Как только данные нормированы, на этапе 750 калибровочный расходный коэффициент корректируется с помощью описанных здесь способов.Once the data are normalized, at step 750, the calibration flow coefficient is adjusted using the methods described here.

Claims (35)

1. Способ проверки достоверности калибровочного расходного коэффициента расходомера Кориолиса, заключающийся в том, что определяют текущую изгибную жесткость расходомерной трубки, осуществляют сравнение начальной изгибной жесткости с текущей изгибной жесткостью, детектируют режим ошибки калибровки как результат сравнения начальной изгибной жесткости с текущей изгибной жесткостью.1. A method of checking the accuracy of the calibration flow coefficient of the Coriolis flowmeter, which consists in determining the current bending stiffness of the flow tube, comparing the initial bending stiffness with the current bending stiffness, detecting the calibration error mode as a result of comparing the initial bending stiffness with the current bending stiffness. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно сигнализируют о режиме ошибки калибровки.2. The method according to claim 1, characterized in that it additionally signals a calibration error mode. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют коррекцию калибровочного расходного коэффициента, определенного при детектировании ошибки калибровки.3. The method according to claim 1, characterized in that it further carries out the correction of the calibration flow coefficient, determined when detecting calibration errors. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что текущую изгибную жесткость определяют путем решения модели с одной степенью свободы.4. The method according to claim 1, characterized in that the current bending stiffness is determined by solving the model with one degree of freedom. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что при решении модели с одной степенью свободы прикладывают известную силу к расходомерной трубке, измеряют полученную деформацию расходомерной трубки, определяют текущую изгибную жесткость в зависимости от силы и деформации.5. The method according to claim 4, characterized in that when solving a model with one degree of freedom, apply a known force to the flow tube, measure the resulting strain of the flow tube, determine the current bending stiffness depending on the force and deformation. 6. Способ по п.4, отличающийся тем, что при решении модели с одной степенью свободы определяют передаточную функцию частотного отклика контура привода, вычисляют обратную передаточную функцию частотного отклика, определяют изгибную жесткость в зависимости от частотного отклика.6. The method according to claim 4, characterized in that when solving a model with one degree of freedom, the transfer function of the frequency response of the drive circuit is determined, the inverse transfer function of the frequency response is calculated, and bending stiffness is determined depending on the frequency response. 7. Способ по п.4, отличающийся тем, что при решении модели с одной степенью свободы идентифицируют постоянные, определяют модель передаточной функции, применяют указанную модель передаточной функции к сложному частотному отклику, преобразуют передаточную функцию из формы по движению в форму по положению, выделяют модальные параметры из передаточной функции, вычисляют изгибную жесткость в зависимости от модальных параметров.7. The method according to claim 4, characterized in that when solving the model with one degree of freedom, the constants are identified, the model of the transfer function is determined, the specified model of the transfer function is applied to a complex frequency response, the transfer function is converted from the form by movement to the form by position, modal parameters from the transfer function, calculate the bending stiffness depending on the modal parameters. 8. Способ по любому из пп.6 или 7, отличающийся тем, что передаточную функцию определяют способом полигармонического возбуждения, для чего определяют необходимые измерительные частоты, задают полигармонический возбуждающий сигнал, осуществляют минимизацию амплитудного коэффициента, задают общее измерительное время, задают общее число усреднений, применяют полигармонический сигнал на входе расходомерной трубки, измеряют выходной сигнал в зависимости от полигармонического сигнала на входе, определяют передаточную функцию в зависимости от полигармонического сигнала на входе и результирующего выходного сигнала.8. The method according to any one of claims 6 or 7, characterized in that the transfer function is determined by the method of polyharmonic excitation, for which the necessary measuring frequencies are determined, the polyharmonic excitation signal is set, the amplitude coefficient is minimized, the total measurement time is set, the total number of averagings is set, apply a polyharmonic signal at the input of the flow tube, measure the output signal depending on the polyharmonic signal at the input, determine the transfer function depending polyharmonic from the input signal and the resulting output signal. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что определяют текущую изгибную жесткость путем решения модели со множеством степеней свободы.9. The method according to claim 1, characterized in that the current bending stiffness is determined by solving a model with many degrees of freedom. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что решение модели со множеством степеней свободы осуществляют следующим образом: формируют модель отклика конструкции расходомера Кориолиса, преобразуют модель отклика в модальную модель, преобразуют модальную модель в пространственную модель, определяют изгибную жесткость из пространственной модели.10. The method according to claim 9, characterized in that the solution of the model with many degrees of freedom is carried out as follows: form the response model of the Coriolis flowmeter design, convert the response model to the modal model, convert the modal model to the spatial model, determine the bending stiffness from the spatial model. 11. Способ по п.9, отличающийся тем, что ошибку калибровки исправляют путем использования методик оценки коэффициента.11. The method according to claim 9, characterized in that the calibration error is corrected by using coefficient estimation techniques. 12. Способ по п.9, отличающийся тем, что ошибку калибровки исправляют путем использования методик многожидкостной калибровки.12. The method according to claim 9, characterized in that the calibration error is corrected using multi-fluid calibration techniques. 13. Способ по п.9, отличающийся тем, что ошибку калибровки исправляют путем использования методик анализа тенденций.13. The method according to claim 9, characterized in that the calibration error is corrected by using trend analysis techniques. 14. Способ по п.10, отличающийся тем, что на этапе формирования модели отклика дополнительно осуществляют нормирование модельных данных.14. The method according to claim 10, characterized in that, at the stage of forming the response model, the model data are further normalized. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что на этапе нормирования осуществляют нормирование модельных данных относительно резонансной частоты, нормирование модельных данных относительно исходной температуры, нормирование модельных данных относительно переменной отклика.15. The method according to 14, characterized in that at the stage of normalization carry out the normalization of model data relative to the resonant frequency, normalization of model data relative to the initial temperature, normalization of model data with respect to the response variable. 16. Способ по п.15, отличающийся тем, что переменная отклика представляет собой смещение.16. The method according to clause 15, wherein the response variable is an offset. 17. Способ по п.1, отличающийся тем, что определяют начальную изгибную жесткость расходомерной трубки.17. The method according to claim 1, characterized in that the initial bending stiffness of the flow tube is determined. 18. Система проверки достоверности калибровочного расходного коэффициента расходомера Кориолиса, содержащая средство определения текущей изгибной жесткости расходомерной трубки, средство сравнения начальной изгибной жесткости с текущей изгибной жесткостью, средство детектирования режима ошибки калибровки в зависимости от сравнения начальной изгибной жесткости с текущей изгибной жесткостью.18. A system for checking the accuracy of the calibration coefficient of a Coriolis flowmeter, comprising means for determining the current bending stiffness of the flow tube, means for comparing the initial bending stiffness with the current bending stiffness, means for detecting a calibration error mode depending on comparing the initial bending stiffness with the current bending stiffness. 19. Система по п.18, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство для сигнализации об ошибке калибровки.19. The system according to p. 18, characterized in that it further comprises means for signaling a calibration error. 20. Система по п.18 или 19, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство для коррекции режима ошибки калибровочного расходного коэффициента.20. The system according to p. 18 or 19, characterized in that it further comprises means for correcting the error mode of the calibration flow coefficient. 21. Система по п.18, отличающаяся тем, что средство определения значений текущей изгибной жесткости содержит средство решения модели с одной степенью свободы.21. The system according to p. 18, characterized in that the means for determining the values of the current bending stiffness contains means for solving the model with one degree of freedom. 22. Система по п.21, отличающаяся тем, что при использовании решения модели с одной степенью свободы содержит средство приложения известной силы к расходомерной трубке, средство измерения результирующей деформации расходомерной трубки, средство определения значений текущей изгибной жесткости в зависимости от силы и деформации.22. The system according to item 21, characterized in that when using the solution model with one degree of freedom contains a means of applying a known force to the flow tube, a means of measuring the resulting deformation of the flow tube, a means of determining the values of the current bending stiffness depending on the force and deformation. 23. Система по п.21, отличающаяся тем, что при использовании решения модели с одной степенью свободы содержит средство определения передаточной функции частотного отклика контура привода, средство вычисления обратной передаточной функции частотного отклика контура привода, средство детектирования изгибной жесткости в зависимости от частотного отклика.23. The system according to item 21, characterized in that when using a solution model with one degree of freedom contains a means for determining the transfer function of the frequency response of the drive circuit, means for calculating the inverse transfer function of the frequency response of the drive circuit, means for detecting bending stiffness depending on the frequency response. 24. Система по п.21, отличающаяся тем, что средство решения модели с одной степенью свободы содержит средство идентификации постоянных, средство применения модели передаточной функции к сложному частотному отклику, средство преобразования передаточной функции из формы по движению в форму по положению, средство выделения модальных параметров из передаточной функции, средство вычисления изгибной жесткости в зависимости от модальных параметров.24. The system according to item 21, wherein the means of solving the model with one degree of freedom comprises means for identifying the constants, means for applying the model of the transfer function to a complex frequency response, means for converting the transfer function from form by movement to form by position, means of isolating modal parameters from the transfer function, a means of calculating the bending stiffness depending on the modal parameters. 25. Система по п.23 или 24, отличающаяся тем, что передаточную функцию определяют с помощью средства полигармонического возбуждения, содержащего средство определения необходимых измерительных частот, средство задания полигармонического возбуждающего сигнала, средство выполнения минимизации амплитудного коэффициента, средство задания общего измерительного времени, средство задания общего числа усреднений, средство применения полигармонического сигнала на входе расходомерной трубки, средство измерения образующегося выходного сигнала в зависимости от полигармонического сигнала на входе, средство определения передаточной функции в зависимости от полигармонического сигнала на входе и результирующего выходного сигнала.25. The system according to item 23 or 24, characterized in that the transfer function is determined using a polyharmonic excitation means containing means for determining the necessary measuring frequencies, means for setting the polyharmonic excitation signal, means for minimizing the amplitude coefficient, means for setting the total measuring time, means for setting the total number of averagings, a means of applying a polyharmonic signal at the input of the flow tube, a means of measuring the resulting output signal depending on the polyharmonic signal at the input, a means of determining the transfer function depending on the polyharmonic signal at the input and the resulting output signal. 26. Система по п.18, отличающаяся тем, что средство определения текущей изгибной жесткости содержит средство решения модели со множеством степеней свободы.26. The system according to p, characterized in that the means for determining the current bending stiffness comprises means for solving the model with many degrees of freedom. 27. Система по п.26, отличающаяся тем, что средство решения модели со множеством степеней свободы содержит средство формирования модели отклика конструкции расходомера Кориолиса, средство преобразования модели отклика в модальную модель, средство преобразования модальной модели в пространственную модель, средство определения изгибной жесткости из пространственной модели.27. The system according to p. 26, characterized in that the means of solving the model with many degrees of freedom contains means for generating a response model of the Coriolis flowmeter design, means for converting the response model into a modal model, means for converting the modal model into a spatial model, means for determining the bending stiffness from spatial models. 28. Система по п.20, отличающаяся тем, что средство коррекции ошибки калибровки расхода предназначено для осуществления коррекции путем использования методик оценки коэффициента.28. The system according to claim 20, characterized in that the means for correcting the error in calibrating the flow rate is designed to carry out the correction by using coefficient estimation techniques. 29. Система по п.20, отличающаяся тем, что средство коррекции ошибки калибровки расхода предназначено для осуществления коррекции путем использования методик многожидкостной калибровки.29. The system according to claim 20, characterized in that the means for correcting the error in the calibration of the flow is designed to carry out the correction by using multi-fluid calibration techniques. 30. Система по п.20, отличающаяся тем, что средство коррекции ошибки калибровки расхода предназначено для осуществления коррекции путем использования методик анализа тенденций.30. The system according to claim 20, characterized in that the means for correcting the error in the calibration of the flow rate is designed to carry out the correction by using trend analysis techniques. 31. Система по п.26, отличающаяся тем, что средство формирования модели отклика дополнительно содержит средство для нормирования модельных данных.31. The system according to p. 26, characterized in that the means of forming a response model further comprises a means for normalizing model data. 32. Система по п.31, отличающаяся тем, что средство нормирования модельных данных дополнительно содержит средство нормирования модельных данных относительно резонансной частоты, средство нормирования модельных данных относительно исходной температуры, средство нормирования модельных данных относительно переменной отклика.32. The system according to p. 31, characterized in that the means for normalizing the model data further comprises means for normalizing the model data with respect to the resonant frequency, means for normalizing the model data with respect to the initial temperature, means for normalizing the model data with respect to the variable response. 33. Система по п.32, отличающаяся тем, что переменная отклика представляет собой смещение.33. The system of claim 32, wherein the response variable is an offset. 34. Система по п.32, отличающаяся тем, что переменная отклика представляет собой ускорение.34. The system according to p, characterized in that the response variable is an acceleration. 35. Система по п.18, отличающаяся тем, что содержит средство для определения начальной изгибной жесткости расходомерной трубки.35. The system according to p, characterized in that it contains means for determining the initial bending stiffness of the flow tube.

Images