專利名稱：利用密度信息測量流體壓力的方法和裝置的制作方法
背景技術：
1.發(fā)明領域本發(fā)明涉及流體計領域，特別地是涉及科里奧利流量計。
2.背景技術科里奧利流量計通過感測振動管道里的科里奧利力來測量質(zhì)量流量。所述管道包括一個或多個歧管，并被驅(qū)動以諧振頻率進行振動。所述歧管的諧振頻率與流管里的流體的密度成比例。位于歧管入口和出口處的傳感器測量歧管端部之間的相應振動。在流動期間，振動歧管和流動質(zhì)量由于科里奧利力偶聯(lián)在一起，在歧管的端部之間的振動產(chǎn)生一個相位移動，所述相位移動與質(zhì)量流量成正比。
存在影響科里奧利傳感器的流管的第二壓力。壓力的變化，質(zhì)量流量不變，將改變在歧管上的彎曲壓力的影響。當壓力增加時，流管將變硬，由于不變質(zhì)量流量的同樣大小的科里奧利壓力，將會使歧管產(chǎn)生微小的彎曲。當壓力減小時，流管將變?nèi)彳?，由于不變質(zhì)量流量的同樣大小的科里奧利壓力，將會使歧管產(chǎn)生較大的彎曲。所述流動壓力效應是線性的，代表性地表示了壓力的每單位變化的流速的百分比。修正壓力效應需要使用平均壓力值或者測量實際壓力。當在所述系統(tǒng)中操作壓力存在較大的變化時，使用平均壓力值會引起不能接受的誤差，測量實際壓力一般地需要壓力感應端口，壓力傳感器，設計用來監(jiān)視所述壓力傳感器的電子線路，和傳輸測得的壓力到科里奧利流量計的一些裝置。
因此需要一種更好的系統(tǒng)和方法來測量科里奧利流量計中的壓力。

發(fā)明內(nèi)容
公開一種方法和裝置，測量流經(jīng)科里奧利流量計的物料的密度。所述密度用來推斷流動物料的壓力。推斷的壓力可以用來修正在科里奧利流量計中的第二壓力效應，或者報告給外部裝置。
發(fā)明的幾個方面本發(fā)明的一個方面包括，一種方法，包括測量流經(jīng)科里奧利流量計的物料的密度；從測得的密度確定流動物料的壓力。
優(yōu)選地，所述方法進一步包括利用確定的流動壓力修正從科里奧利流量計的質(zhì)量流量測量的壓力效應。
優(yōu)選地，所述方法進一步包括(a)在等式p=ρ*R*T*zM]]>中將壓縮性z值為1，計算壓力P的值；(b)利用壓力P的計算值為超級壓縮性z確定一個更精確的值；(c)利用新的更精確的超級壓縮性z的值來重新為壓力P計算一個值；(d)重復步驟b和c，直到壓力的值會聚到預定的范圍里。
優(yōu)選地，所述方法進一步包括，利用美國天然氣協(xié)會(AGA)第8號報告的信息來確定所述壓縮性。
優(yōu)選地，所述方法進一步包括，提示使用者輸入流經(jīng)流量計的物料的摩爾量(MW)。
優(yōu)選地，所述方法進一步包括，提示使用者輸入天然氣類型，科里奧利流量計從天然氣類型確定流經(jīng)流量計的物料的摩爾量(MW)。
優(yōu)選地，所述方法進一步包括，其中的壓力利用下面的公式來確定pdetermined=Plow+[(ρcurrent-ρlow)*(Phigh-Plow)ρhigh-ρlow]]]>優(yōu)選地，所述方法進一步包括，其中科里奧利流量計為多種物料在高的壓力點和低的壓力點進行了校準。
優(yōu)選地，所述方法進一步包括為當前的壓力調(diào)整所述測定的壓力Pdet er min ed。
優(yōu)選地，所述方法進一步包括通過在每個所述的兩個壓力點由測得的壓力修正所述測定的壓力，在兩個壓力點校準壓力和密度的關系。
優(yōu)選地，所述方法進一步包括將測定的流動壓力傳送到外部設備。
本發(fā)明的另外一個方面包括(a)在低的壓力點為物料校準科里奧利流量計的密度和壓力關系；(b)在高的壓力點為所述物料校準科里奧利流量計的密度和壓力關系；(c)為所述物料保存所述兩個校準的關系。
優(yōu)選地，所述方法進一步包括，其中校準所述密度和壓力關系包括使用科里奧利流量計測量物料的密度，同時測量在科里奧利流量計中的物料的壓力，并將兩個測量結(jié)果關聯(lián)起來。
優(yōu)選地，所述方法進一步包括為多種物料重復步驟(a)到步驟(c)。
優(yōu)選地，所述方法進一步包括基于測得的當前密度和所述兩個保存的校準關系來為所述物料測定當前的壓力。
優(yōu)選地，所述方法進一步包括基于物料的當前溫度來為所述物料調(diào)整當前的壓力。
優(yōu)選地，所述方法進一步包括，其中基于溫度來為所述物料調(diào)整當前的壓力包括(a)為高的和低的壓力點測定壓縮性Z(b)為高的和低的壓力點確定平均摩爾量；(c)確定“最后壓力估算值”(d)利用“最后壓力估算值”確定新的壓縮性(e)計算“新壓力估算值”(f)重復步驟(c)-(e)，直到“新壓力估算值”會聚到預定的范圍內(nèi)本發(fā)明的另外一個方面包括一種科里奧利流量計，包括容納流動物料的導管；至少一個驅(qū)動裝置，振動所述導管；
測量振動導管的活動的第一和第二傳感器；基于振動導管的活動確定流動物料的密度的處理器；所述處理器設置為基于所述確定的密度來確定流動物料的壓力。
特別地，所述方法進一步包括在兩個不同壓力點為流動物料保存壓力和密度關系的存儲區(qū)，其中，在所述兩個壓力點，利用流動物料的密度和所述壓力和密度關系來確定流動物料的壓力。
特別地，所述方法進一步包括，其中使用迭代方法確定流動物料的壓力。
特別地，所述方法進一步包括，其中所述迭代方法利用物料的壓力，物料的密度，和物料的壓縮性之間的關系進行迭代。
特別地，所述方法進一步包括，其中所述流動物料的壓力用來修正由科里奧利流量計測量的質(zhì)量流量中的壓力效應。
特別地，所述方法進一步包括，所述流動物料的壓力被傳輸?shù)酵獠吭O備上。
本發(fā)明的另外一個方面包括一種科里奧利流量計，包括振動容納著流動物料的導管的裝置；測量振動導管的相位的裝置；將測得的相位轉(zhuǎn)換成流動密度測量的裝置；基于所述密度確定流動物料的壓力的裝置。


附圖1是一個數(shù)據(jù)表，示出了多種不同的氣體在恒定華氏70度時，在14磅/平方英寸到1464磅/平方英寸的不同壓力下的氣體壓縮性。
附圖2是一幅曲線圖，示出了附圖1中數(shù)據(jù)表的信息。
附圖3是一幅曲線圖，示出了從14磅/平方英寸到1464磅/平方英寸的壓力范圍里，墨西哥灣岸區(qū)天然氣成分的理論線性壓縮性和實際的壓縮性的壓力與壓縮性之間的關系。
附圖4是一個數(shù)據(jù)表，示出了在14磅/平方英寸到1464磅/平方英寸的壓力范圍里，多種其它氣體的理論線性壓縮性和實際壓縮性之間的最大差。
附圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的科里奧利流量計的方框圖。
附圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例反復從流體密度測量流體壓力的流程圖。
附圖7是一幅流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在兩個壓力點校準流量計的方法。
附圖8是一幅曲線圖，示出了在314磅/平方英寸到1014磅/平方英寸的壓力范圍里，Ekofish的密度/壓力關系。
附圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例利用高的和低的壓力校準點測量流體流體壓力，調(diào)整溫度的流程圖。
優(yōu)選實施例的具體描述附圖1-9和下面的說明描述具體的例子，以教會本領域的技術人員如何使用本發(fā)明的最優(yōu)模式。為了教授發(fā)明原則的目的，簡化或刪除了一些傳統(tǒng)的方面。本領域的技術人員從這些例子里獲得的一些變型也落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本領域的技術人員將會知道下面描述的特征可以以各種不同的方式合并到本發(fā)明的多種變型里。因此本發(fā)明并不局限于下面描述的專門例子，而只限于權(quán)利要求書和它們的等同技術方案。
氣體的流動密度有非理想氣體定律來表示，公式是ρ=PMZRT---(1)]]>其中ρ是流動氣體的密度，P是流動氣體的壓力，M是氣體的摩爾量，Z是氣體的壓縮性，R是氣體常數(shù)，T是流動氣體的溫度，在很多情況下，流經(jīng)科里奧利流量計的氣體的溫度和摩爾量是保持相對固定的。在流動氣體的溫度范圍較寬時，可以測量流動氣體的溫度。當所述流動溫度和摩爾量視為常數(shù)時，等式1可以寫成ρ=NPZ---(2)]]>其中ρ是流動氣體的密度，P是流動氣體的壓力，N是一個常數(shù)，Z是所述氣體的壓縮性。等式2示出了流動密度的變化主要受流體壓力和壓縮性的影響。等式2還示出了流動密度與流動壓力成正比，除去壓縮性的影響。在大部分的氣體測量應用中，流體壓力的范圍從標準大氣壓(大約14磅/平方英寸)到1464磅/平方英寸，大約105比1的變化。附圖1是多種不同的氣體在華氏70度時，在14磅/平方英寸到1464磅/平方英寸的不同壓力下的氣體壓縮性數(shù)據(jù)表。這些氣體的壓縮性在現(xiàn)有技術中已知，獲得這些信息的一個來源是美國天然氣協(xié)會(AGA)第8號報告“天然氣和相關烴類氣體的壓縮系數(shù)”(1994年第二版)，這里作為參考引入進來。附圖2是一幅曲線圖，示出了附圖1中數(shù)據(jù)表的信息。從附圖1和2中可以看出，壓縮性在14到1464磅/平方英寸的范圍內(nèi)具有最大約1.3∶1的差異。
附圖3是一幅曲線圖，示出了從14磅/平方英寸到1464磅/平方英寸的壓力范圍里，墨西哥灣岸區(qū)天然氣成分的理論線性壓縮性和實際的壓縮性的壓力與壓縮性之間的關系。從附圖3中可以看出，這種天然氣成分的在壓縮性和壓力之間的理論線性變化和實際變化之間的差異是很小的。附圖4是一個數(shù)據(jù)表，示出了多種其它氣體的理論線性壓縮性和實際壓縮性之間的最大差。附圖4表明在14磅/平方英寸到1464磅/平方英寸的壓力范圍里，在很寬范圍的氣體組分的中，存在幾乎線性的壓縮性和壓力之間的關系。等式2說明在壓力和密度之間具有線性關系。由于這些線性和幾乎線性的關系，一個相關的方法可以用來流動密度等同壓力。
附圖5是科里奧利流量計的方框圖?？评飱W利流量計包括具有一個或多個管道的管道502，被配置用來容納流動物料。配置有一個或多個驅(qū)動器504，以管道的固有彎曲振動頻率振動所述管道。傳感器506配置來測量振動管道502的運動?？刂破?08連接到驅(qū)動器504和傳感器506上，控制科里奧利流量計的操作。控制器508可以是一個獨立單元或者也可以分布成多個單元。例如，可以有一些電子儀器附接到科里奧利流量計上，這些電子儀器可以與外部電腦相連，這些電腦運行軟件來幫助控制所述流量計。操作中，流動物料在振動管道里產(chǎn)生科里奧利壓力，在管道的兩端之間的振動中產(chǎn)生一個相位移動。傳感器測量管道兩個位置之間的相位移動，控制器從所述測得的相位差來確定物料的流動速度。所述科里奧利流量計可以具有內(nèi)嵌測溫探頭(未示出)，或者可以從外部傳感器接收溫度數(shù)據(jù)。科里奧利流量計還能夠利用測得的管道的活動來確定流動物料的密度。
在本發(fā)明的一個典型實施例中，流動物料的密度用來推斷所述物料的流體壓力。附圖6是反復從流動密度測量流體壓力的流程圖。在步驟602，流經(jīng)科里奧利流量計的物料的密度是利用測得的振動管道的活動來確定的。測定科里奧利流量計中流動物料的密度的方法在現(xiàn)有技術中已經(jīng)知道。在步驟604，氣體的壓縮性z在下面公式中被設為1p=ρ*1545*T*z144*M---(3)]]>其中P是流體壓力，T是溫度，M是流動在科里奧利流量計中的物料的摩爾量，第一壓力被計算。在步驟步驟606，利用計算的壓力P確定一個更好的z的值。在給定壓力P下的氣體壓縮性z的值可以利用AGA第8號報告，壓縮性查閱表，壓縮性狀態(tài)方程式，或其他類似來源中的信息來確定。在步驟608，利用新的壓縮性z來重新計算壓力。如果在步驟608中確定的壓力值沒有會聚到預定的閾值范圍內(nèi)，返回步驟606，其中氣體壓縮性更好的估算是利用最后計算的壓力P的值來確定。當在步驟608中確定的壓力值會聚到預定的閾值范圍內(nèi)，所述壓力已經(jīng)成功地從所述流動密度中推斷出來。所述推斷的壓力可以利用在多種方式中。
在本發(fā)明的一個典型實施例中，所述壓力可以被顯示或傳輸?shù)娇评飱W利流量計以外的裝置上。例如，所述壓力值可以發(fā)送到安全裝置上，所述安全裝置監(jiān)視管道內(nèi)的壓力以發(fā)現(xiàn)不安全的壓力狀況。在本發(fā)明的另一個典型實施例中，所述壓力值可以用來修正在科里奧利流量計的質(zhì)量流量測量中的壓力效應。所述壓力效應典型地指明了壓力的每一單位變化時，流量的百分比。修正所述壓力效應的一個方法是使用等式4Mcorrected=Mraw1+((Pe100)*(Pstatic-Pcal))---(4)]]>其中Mcorrected是修正的質(zhì)量流量，Mraw是測得原始質(zhì)量流量，Pe是壓力效應，Pstatic是流體壓力，Pcal是壓力，流量是現(xiàn)在計算的，Pe典型地是科里奧利流量計的幾何功能，例如，是管道的直徑，管道壁的厚度，管道的剛性，等等。等式4示出了當在流量計中的壓力等于流量計校準的壓力，修正的流量等于原始的流量。當流體壓力高于校準的壓力時，修正的流量將小于測得的流量。
當科里奧利流量計利用測得的密度推斷流體壓力時，就需要流經(jīng)流量計的物料的摩爾量和溫度。所述溫度可以使用流量計中的傳感器測量，或者由外部溫度傳感器提供。所述氣體的摩爾量可以由使用者輸入或者從遠端源提供。當使用者輸入所述物料的摩爾量，他們可以直接通過打一個值直接輸入，或者他們可以通過用名字或氣體組分識別流動物料間接輸入，所述科里奧利流量計可以使用查閱表來確定物料相對應的摩爾量。
在本發(fā)明的另一個典型實施例中，測得的流動物料的密度通過使用在高壓力點和在低壓力點的校準的壓力/密度關系被用來確定氣流壓力。由于壓力/密度關系是幾乎線性的，一旦所述流量計在兩個不同壓力點被校準，所述壓力可以從當前密度不經(jīng)過迭代就推定。在校準進程中，流量計里的壓力必須被精確地測量。附圖7是一幅流程圖，示出了在兩個壓力點校準流量計的方法。在步驟702，在流量計中的物料被加壓到第一級。在步驟704，使用流量計在第一壓力下測量物料的密度。在步驟706，在流量計中的物料被加壓到第二級。在步驟708，在第二壓力下測量物料的密度。校準流量計的時候，所述物料可以流經(jīng)所述流量計或者可以停留在所述流量計里。所述流量計可以為每種類型的物料流經(jīng)科里奧利流量計進行校準。在本發(fā)明的一個典型實施例中，不同類型物料的高的和低的校準點可以保存在一個表中，可以用所述流量計來測量。當前流經(jīng)所述流量計的物料類型進入到流量計的時候，所述流量計將查找校準點來確定物料的類型。
一旦流量計已經(jīng)為一種物料進行了校準，所述物料的壓力可以利用等式5從所述密度中被確定。
pdetermined=Plow+[(ρcurrent-ρlow)*(Phigh-Plow)ρhigh-ρlow]---(5)]]>其中Pdet er min ed是測定的壓力，Plow是低壓力校準點的壓力，Phigh是高壓力校準點的壓力，ρlow是在低壓力校準點測得的密度，ρhigh是在高壓力校準點測得的密度，ρcurrent是當前測得的流經(jīng)流量計的物料的密度，附圖8是一幅曲線圖，示出了在314磅/平方英寸到1464磅/平方英寸的壓力范圍里，Ekofish的密度/壓力關系。從附圖8中可以看出，線性線和實際的曲線之間的吻合非常緊密。
在本發(fā)明的另外一個典型實施例中，所述高的和低的壓力校準信息可以考慮流動物料的溫度的變化進行調(diào)整。附圖9是利用高的和低的壓力校準點測量流體流體壓力，調(diào)整溫度的流程圖。在步驟902，在每個高的和低的壓力校準點測定壓縮性，所述壓縮性可以利用任何在AGA第8號報告披露的三種方法(AGA粗略方法1，方法2，或細致方法)，壓縮性查表，壓縮性狀態(tài)方程式，或其他類似方法來確定。在步驟904，確定高的和低的壓力校準點的平局摩爾量。改寫等式1以求出賦給的摩爾量M=ρZRTP---(6)]]>其中M是所述物料的摩爾量，P是在低的和高的壓力校準點測得的壓力，Z是在步驟902確定的壓縮性，T是在高的和低的校準點測得的溫度，ρ是在高的和低的壓力校準點測得的密度，R是個常數(shù)。高的壓力校準點的摩爾量與低的壓力校準點的摩爾量相平均，給出一個平均摩爾量。在步驟906，利用等式5確定一個當前壓力P，存為“最后壓力估算值”。在步驟908，利用“最后壓力估算值”，當前的壓力，所述物料的平均摩爾量，和當前的密度，確定一個新的壓縮性值z，。在步驟910，用步驟908確定的壓縮性，步驟904確定的平均摩爾量，當前的密度和當前的溫度，由等式3計算出一個“新壓力估算值”。在步驟912，所述“新壓力估算值”用下面的不等式進行評價絕對值(“新壓力估算值”-“最后壓力估算值”)＜＝1 (7)當不等式成立時，“新壓力估算值”設置為當前的壓力。當不等式不成立時，“新壓力估算值”存為“最后壓力估算值”并轉(zhuǎn)到步驟906。利用這種迭代方法，當利用高的和低的壓力校準點測定壓力的時候，流動物料中的溫度的變化的影響就可以考慮在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括測量流經(jīng)科里奧利流量計(602)的物料的密度；從測得的密度確定流動物料的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括利用測得的流動壓力修正科里奧利流量計的質(zhì)量流量測量的壓力效應。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括(a)在等式p=ρ*R*T*ZM]]>中將壓縮性z磁為1，并計算壓力P的值(604)；(b)利用壓力P的計算值為壓縮性z確定一個更精確的值(606)；(c)利用新的更精確的壓縮性z的值來重新為壓力P計算一個值(608)；(d)重復步驟b和c，直到壓力的值會聚到預定的范圍里。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中利用美國天然氣協(xié)會(AGA)第8號報告的信息來確定所述壓縮性。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中提示使用者輸入流經(jīng)流量計的物料的摩爾量(MW)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中提示使用者輸入天然氣類型，科里奧利流量計從天然氣類型確定流經(jīng)流量計的物料的摩爾量(MW)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中壓力利用下面的公式來確定pdetermined=plow+[(ρcurrent-ρlow)*(Phigh-Plow)ρhigh-ρlow].]]>
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中科里奧利流量計為多種物料在高的壓力點和低的壓力點進行了校準。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括為當前的壓力調(diào)整所述測定的壓力Pdetermined。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括通過在每個所述的兩個壓力點由測得的壓力修正所述確定的壓力，在兩個壓力點校準壓力和密度的關系。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括將測定的流動壓力傳送到外部設備。
12.一種方法，包括(a)在低的壓力點為物料校準科里奧利流量計的密度和壓力關系；(b)在高的壓力點為所述物料校準科里奧利流量計的密度和壓力關系；(c)為所述物料保存所述兩個校準的關系。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中校準所述密度和壓力的關系包括使用科里奧利流量計測量物料的密度，同時測量在科里奧利流量計中的物料的壓力，并將兩個測量結(jié)果關聯(lián)起來。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進一步包括為多種物料重復步驟(a)到步驟(c)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進一步包括基于測得的當前密度和所述兩個保存的校準關系來為所述物料測定當前的壓力。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進一步包括基于物料的當前溫度來為所述物料調(diào)整當前的壓力。
17.根據(jù)權(quán)利要求16述的方法，其中基于溫度來為所述物料調(diào)整當前的壓力包括以下步驟(a)為高的和低的壓力點測定壓縮性Z(902)；(b)為高的和低的壓力點確定平均摩爾量；(c)確定“最后壓力估算值”；(d)利用“最后壓力估算值”確定新的壓縮性；(e)計算“新壓力估算值”(910)；(f)重復步驟(c)-(e)，直到“新壓力估算值”會聚到預定的范圍內(nèi)。
18.一種科里奧利流量計，包括容納流動物料的導管(502)；至少一個驅(qū)動裝置(504)，振動所述導管；測量振動導管的活動的第一和第二傳感器(506)；基于振動導管的活動確定流動物料的密度的處理器(508)；所述處理器設置為基于所述確定的密度來確定流動物料的壓力。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的科里奧利流量計，進一步包括在兩個不同壓力點為流動物料保存壓力和密度關系的存儲區(qū)，其中，在所述兩個壓力點，利用流動物料的密度和所述壓力和密度關系來確定流動物料的壓力。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的科里奧利流量計，其中使用迭代方法確定流動物料的壓力。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的科里奧利流量計，其中所述迭代方法利用物料的壓力、物料的密度和物料的壓縮性之間的相互關系進行迭代。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的科里奧利流量計，其中所述流動物料的壓力用來修正由科里奧利流量計測量的質(zhì)量流量中的壓力效應。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的科里奧利流量計，其中所述流動物料的壓力被傳輸?shù)酵獠吭O備上。
24.一種科里奧利流量計，包括振動容納著流動物料的導管的裝置；測量振動導管的相位的裝置；將測得的相位轉(zhuǎn)換成流動密度測量的裝置；基于所述密度確定流動物料的壓力的裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測量流經(jīng)科里奧利流量計的物料密度的方法和裝置。所述密度用來推斷流動物料的壓力。推斷的壓力可以用來修正在科里奧利流量計中的第二壓力效應或者報告給外部裝置。
文檔編號G01F25/00GK101069069SQ200480044509
公開日2007年11月7日 申請日期2004年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者A·T·佩滕, K·B·斯塔佩爾特 申請人:微動公司