專利名稱：振動(dòng)管密度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種振動(dòng)管密度計(jì)，更具體地講，涉及一種具有精度提高和操作范圍擴(kuò)大的密度輸出數(shù)據(jù)的科里奧利效應(yīng)振動(dòng)管密度計(jì)。
早期的科里奧利效應(yīng)振動(dòng)管密度計(jì)，例如在1989年10月31日授予Ruesch的美國(guó)專利US4,876,879所公開的那一種，是在假定密度測(cè)量的精度不受被測(cè)量液體的質(zhì)量流速、溫度、黏度或壓力變化的影響的前提下設(shè)計(jì)和操作的。振動(dòng)管密度計(jì)中的密度測(cè)量是基于對(duì)振動(dòng)管的震動(dòng)的固有頻率的測(cè)量。早期密度計(jì)的設(shè)計(jì)是假定被驅(qū)動(dòng)的流動(dòng)管的固有頻率的變化僅僅是由通過該流動(dòng)管流動(dòng)的材料的密度的變化引起的。這些早期密度計(jì)的密度測(cè)量值是由這些密度計(jì)直接根據(jù)所測(cè)得的固有頻率確定的。
1994年3月15日授予Aranachalam等人的美國(guó)專利US5,295,084發(fā)現(xiàn)振動(dòng)流動(dòng)管的固有頻率不僅僅受管內(nèi)的流體的密度的影響，在這篇專利文獻(xiàn)中，密度計(jì)的理論和操作有了明顯的發(fā)展。人們通過分析和實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)到裝填有流動(dòng)物質(zhì)的振動(dòng)管的固有頻率隨著振動(dòng)管中的材料的質(zhì)量流速的增加而降低。通過測(cè)量振動(dòng)管的固有頻率和修正所測(cè)得的固有頻率以便補(bǔ)償由流動(dòng)管中的物質(zhì)的質(zhì)量流速引起的固有頻率的降低，使得密度讀數(shù)精度提高。然后將經(jīng)過修正的固有頻率用于標(biāo)準(zhǔn)密度的計(jì)算。
對(duì)在Aranachalum的美國(guó)專利中所公開的數(shù)學(xué)模式的實(shí)驗(yàn)和進(jìn)一步的研究暴露出在Aranachalum所描述的裝置中的一個(gè)缺陷。Aranachalam的密度計(jì)要通過提出三個(gè)校正常數(shù)加以校正。按照與Ruesch所作相同的方式計(jì)算出的首要的兩個(gè)常數(shù)被用于基本密度測(cè)量。然而，除去將所測(cè)得的管頻率應(yīng)用于基本密度測(cè)量計(jì)算之外，還提出第三個(gè)校正系數(shù)以便于對(duì)所測(cè)得的管頻率進(jìn)行質(zhì)量流速效應(yīng)的校正。然后，將經(jīng)過補(bǔ)償?shù)墓茴l率應(yīng)用于基本密度測(cè)量計(jì)算。第三個(gè)校正系數(shù)是通過在已知密度的材料按照已知的質(zhì)量流速通過振動(dòng)流動(dòng)管時(shí)測(cè)量該振動(dòng)管的固有頻率測(cè)得的。管頻率的改變由此與質(zhì)量流速有關(guān)。
然而，通過分析和實(shí)驗(yàn)業(yè)已得知，由通過振動(dòng)管的材料的質(zhì)量流速而引起的固有頻率的降低本身取決于流動(dòng)材料的密度。換句話講，按照給定的質(zhì)量流速對(duì)于不同密度的材料來說振動(dòng)管的固有頻率的降低是不同的。通過振動(dòng)管的材料的密度越低，就每單位質(zhì)量流速而言振動(dòng)管的固有頻率的降低就越多。在實(shí)際的應(yīng)用中，密度計(jì)被用于測(cè)量與校正密度計(jì)所依據(jù)的相同的材料的情況是極為少見的。
因此，就Aranachalum所描述的密度計(jì)來說，還存在一個(gè)問題。盡管它們相比早期的密度計(jì)而言它們的密度測(cè)量提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，但是，如果在操作中它們被用于測(cè)量校正密度計(jì)所依據(jù)的材料以外的流動(dòng)材料，那么它們的性能將降低。需要有一種能夠?qū)|(zhì)量流速的作用進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?、與被測(cè)材料的密度無關(guān)的密度計(jì)。
現(xiàn)行密度計(jì)的另一個(gè)缺點(diǎn)是不能就溫度變化對(duì)現(xiàn)有的密度補(bǔ)償方案的作用進(jìn)行補(bǔ)償。眾所周知，振動(dòng)流動(dòng)管的材料性能隨溫度而變化并且在科里奧利質(zhì)量流量計(jì)中業(yè)已將這一事實(shí)考慮在其中，因?yàn)榭评飱W利質(zhì)量流量計(jì)一開始就是做為市售裝置而出現(xiàn)的。尤其是已有技術(shù)的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)補(bǔ)償由于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)運(yùn)行過程中溫度的變化而引起的流動(dòng)管材料的楊氏模量(Young′s Modulus)的變化。然而，Aranachalum補(bǔ)償方案本身受溫度變化的影響，從而降低了它的性能。
因此，需要有一種性能特征得到改進(jìn)的密度計(jì)。也就是說，需要有一種對(duì)流過振動(dòng)管的材料的質(zhì)量流速的影響給以補(bǔ)償?shù)?、與被測(cè)材料的密度無關(guān)的密度計(jì)。此外，還需要一種能對(duì)密度測(cè)量值提供質(zhì)量流速影響補(bǔ)償?shù)拿芏扔?jì)，而該密度計(jì)本身也得到對(duì)于影響溫度變化補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償。
本發(fā)明允許從與通過其中的物質(zhì)的質(zhì)量流速無關(guān)的和與振動(dòng)流動(dòng)管的溫度無關(guān)的流量計(jì)獲得高精度輸出數(shù)據(jù)，以上問題的解決和該技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步都是借助于本發(fā)明獲得的。本發(fā)明提供了這樣一種振動(dòng)管密度計(jì)這種密度計(jì)可以給出質(zhì)量流速和溫度的影響得到了補(bǔ)償、從而將密度測(cè)量性能提高到以前難以達(dá)到的水平的密度測(cè)量值。
振動(dòng)管密度計(jì)工作的基本原理是一根振動(dòng)管或一些振動(dòng)管的振動(dòng)的固有頻率隨著振動(dòng)管之中被測(cè)定材料的密度的變化而變化。振動(dòng)管固有頻率的變化被跟蹤并與被測(cè)流體的密度有關(guān)。這一領(lǐng)域中的研究人員已知振動(dòng)管的固有頻率還受除流過振動(dòng)管的流體的密度的變化以外的其他的因素的影響。振動(dòng)管固有頻率隨著通過振動(dòng)管的物質(zhì)的質(zhì)量流速的增加而降低。除此之外，溫度的變化影響振動(dòng)管的材料性能并因此影響振動(dòng)管的固有頻率和質(zhì)量流速作用或頻率。
考慮流過振動(dòng)管的材料的質(zhì)量流速作用的理論模式首先被應(yīng)用于Aranachalum的專利中的市售密度測(cè)量裝置。這種模式以被稱為Housner＇s公式的形式列出，這個(gè)公式是一個(gè)說明含有流動(dòng)物質(zhì)的流動(dòng)管的無阻尼的、橫向的自由振動(dòng)的一維流體-彈性公式，公式具體如下EI∂4U∂x4+(ρfAf+ρsAs)∂2u∂t2+2ρfAfVo∂2u∂x∂t+ρfAfVo2∂2u∂x2=C]]>在其中，E=流動(dòng)管的彈性的楊氏模量I=流動(dòng)管慣性矩ρf=材料的密度ρs=流動(dòng)管的密度Af=流動(dòng)區(qū)的橫截面面積As=流動(dòng)管的橫截面面積Vc=流速u(x,t)=流動(dòng)管的橫向位移這個(gè)混合偏導(dǎo)數(shù)項(xiàng)被稱為Housner′s公式的科里奧利項(xiàng)。對(duì)應(yīng)于空間變量(x)項(xiàng)的二階偏導(dǎo)數(shù)被稱為Housner′s公式的離心項(xiàng)。這種模式被用于導(dǎo)出Aranachalum專利的補(bǔ)償方案，并且其在商用密度計(jì)中的應(yīng)用使得比現(xiàn)行的密度計(jì)密度測(cè)量性能提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。由于Housner′s公式的復(fù)雜性，它的分析解答限于直管密度計(jì)結(jié)構(gòu)。然后將這些直管結(jié)果外推至曲線管密度計(jì)結(jié)構(gòu)。盡管對(duì)于曲線管密度計(jì)結(jié)構(gòu)來說這樣得到的密度測(cè)量性能的改進(jìn)是顯著的，但是本發(fā)明通過考慮曲線管密度計(jì)結(jié)構(gòu)專有的特征進(jìn)一步明顯地提高了密度計(jì)的性能。
本發(fā)明利用了對(duì)于振動(dòng)管密度計(jì)的運(yùn)行原理的新的理解。這一新的理解具體體現(xiàn)在如下所述那樣的更為精確的分析模式，這種理解被用于提供一種不同于Aranachalum專利所提供的補(bǔ)償?shù)?、與被測(cè)材料的密度無關(guān)的補(bǔ)償。
在使用振動(dòng)管(無論是直線的還是曲線的)的情況下，流經(jīng)振動(dòng)管的材料的一種效應(yīng)就是產(chǎn)生作用于振動(dòng)管的一些力。這些力用Housner′s公式來說明，包括離心力和科里奧利力。主要導(dǎo)致振動(dòng)管的固有頻率隨質(zhì)量流速的增加而降低的正是離心力。在使質(zhì)量流速影響固有頻率的過程中科里奧利力也起了一定的作用，但起主要作用的正是離心力。然而，這些離心力的類型對(duì)于直線振動(dòng)管和曲線振動(dòng)管是不同的。
直線的和曲線的振動(dòng)管兩者都遇到可以稱之為動(dòng)態(tài)離心力的力。動(dòng)態(tài)離心力是由振動(dòng)管的振動(dòng)所造成的振動(dòng)管的局部曲率引起的。直線管密度計(jì)和曲線管密度計(jì)兩者都通過它們相應(yīng)的管的振動(dòng)而工作，并且在每一種情況下振動(dòng)管，無論是直線的還是曲線的，都要受到所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)離心力的作用。動(dòng)態(tài)離心力對(duì)振動(dòng)管的固有頻率的影響與流體的質(zhì)量流速和密度有關(guān)。借助于Aranachalum專利的密度補(bǔ)償方案所要補(bǔ)償?shù)恼荋ousner′s公式的動(dòng)態(tài)離心力的影響。
在應(yīng)用了曲線管的密度計(jì)或科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的情況下，曲線管的彎曲引起了另一類型的離心力，被稱為穩(wěn)態(tài)離心力。穩(wěn)態(tài)離心力是流動(dòng)材料在它繞流動(dòng)管的彎曲部分流動(dòng)時(shí)方向改變產(chǎn)生的。響應(yīng)該穩(wěn)態(tài)離心力產(chǎn)生一些張力。在這些張力的有關(guān)分量被代入Housner′s公式時(shí)，可以看出用張力項(xiàng)表示的穩(wěn)態(tài)離心力實(shí)際上消除了動(dòng)態(tài)離心力。在直線管密度計(jì)中不存在穩(wěn)態(tài)離心力，這是由于在這種管中沒有固定的彎曲。因此，在直線管密度計(jì)中不能利用穩(wěn)態(tài)離心力消除動(dòng)態(tài)離心力。
下式表示代入了有關(guān)張力項(xiàng)的一個(gè)彎曲管的Housner′s公式。EI∂4u∂x4+(ρfAf+ρsAs)∂2u∂t2+2ρfAfVo∂2u∂x∂t+ρfAfVo2∂2u∂x2-T∂2u∂x2=0]]>在其中，
T=ρfAfVo2張力項(xiàng)(穩(wěn)態(tài)離心力)消除了動(dòng)態(tài)離心力項(xiàng)，產(chǎn)生了Housner′s公式的以下表達(dá)式。
如上所知，與科里奧利力相反的離心力主要響應(yīng)由通過振動(dòng)管的材料的質(zhì)量流速引起的對(duì)振動(dòng)管固有頻率的作用。由于如剛才說的在曲線管密度計(jì)中動(dòng)態(tài)離心力和穩(wěn)態(tài)離心力彼此相抵消，應(yīng)用彎曲管的密度計(jì)對(duì)質(zhì)量流速的敏感性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于應(yīng)用直線管的密度計(jì)，這是因?yàn)橹挥锌评飱W利力影響密度測(cè)量。
在Aranachalum專利的補(bǔ)償方案中，離心力是占優(yōu)勢(shì)的力，被補(bǔ)償?shù)恼莿?dòng)態(tài)離心力和科里奧利力對(duì)振動(dòng)管的影響。由Aranachalum所提供的補(bǔ)償必須包括對(duì)密度的依賴性。這是由于Aranachalum補(bǔ)償涉及到測(cè)量管的頻率、通過計(jì)算管頻率的倒數(shù)確定管的周期并將管的周期乘以包括測(cè)得的體積流速的因子。在科里奧利流量計(jì)中部分地使用測(cè)得的密度來確定體積流速，因此，Aranachalum密度補(bǔ)償包括對(duì)被測(cè)定材料的固有的依賴性。
在本發(fā)明中，由于離心力抵消，被補(bǔ)償?shù)恼强评飱W利力對(duì)振動(dòng)管的影響。本發(fā)明所提供和利用的補(bǔ)償因素不包括表示做為補(bǔ)償因素的一部分的密度項(xiàng)。結(jié)果，由本發(fā)明提供的密度補(bǔ)償與待測(cè)材料的密度無關(guān)。因此，為了應(yīng)用于曲線管密度計(jì)，本發(fā)明提供了一種密度測(cè)量，這種測(cè)量不受通過振動(dòng)管的材料的質(zhì)量流速影響，并且補(bǔ)償本身不受被測(cè)材料的密度的影響。
本發(fā)明的方法和裝置首先利用Ruesch的美國(guó)專利中所描述的密度測(cè)量計(jì)算方法確定被測(cè)密度Dm=K2Tm2(1-tctm)-Kl在其中，Dm為測(cè)得的材料的密度(g/cm3)Tm為測(cè)得的管周期(s)K1等于K2Ta2-DaK2等于d/(Tw2-Ta2)Dw為校正時(shí)水的密度(g/cm3)
Da為校正時(shí)空氣的密度(g/cm3)d為Dw-Da(g/cm3)tc為溫度補(bǔ)償因子[(按照T2m/℃計(jì)變化％)/100]ta為校正時(shí)不流動(dòng)的空氣的管周期，修正到0℃(s)Tw為校正時(shí)不流動(dòng)的水的管周期，修正到0℃(s)tm為測(cè)得的溫度(℃)而后，如下式所示那樣利用補(bǔ)償因子K3修正所測(cè)得的密度(Dm)Dc=Dm-K3(Mm)2在其中，Dm為測(cè)得的密度(g/cm3)Dc為經(jīng)過補(bǔ)償?shù)拿芏?g/cm3)Ma為測(cè)得的質(zhì)量流速(g/s)K3等于Dk3/(Mk32)Dk3(g/cm3)是在按質(zhì)量流速M(fèi)k3(g/s)的校正過程中所測(cè)定的密度的誤差。通過按照已知的質(zhì)量流速測(cè)定密度讀數(shù)誤差的方式在校正過程中確定K3。就這樣從測(cè)得的密度導(dǎo)出經(jīng)過校正的密度。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是以上所述的補(bǔ)償方式還可以加以改善，使得對(duì)密度進(jìn)行的質(zhì)量流速影響補(bǔ)償本身還可以得到溫度影響補(bǔ)償。業(yè)已通過實(shí)驗(yàn)和分析確定由于質(zhì)量流速而產(chǎn)生的密度測(cè)量誤差還隨溫度而變化。本發(fā)明就提供了對(duì)這種溫度影響的補(bǔ)償。
一種附加校正常數(shù)K4被定義如下K4=[Dk4/(K3×Mk42)-1]/(tk4-tk3)在其中，Dk4是在溫度tk4和質(zhì)量流速M(fèi)k4下的測(cè)定密度誤差(Dm)。
K3是在前確定的校正常數(shù)tk3是確定K3時(shí)的溫度(℃)tk4是確定K4時(shí)的溫度(℃)Mk4是確定K4時(shí)的質(zhì)量流速(g/s)K4用于在操作溫度偏離確定K3時(shí)的溫度的情況下調(diào)節(jié)K3的值。在校正過程中確定K3后如以上所述那樣通過改變流動(dòng)物質(zhì)的溫度并且重新測(cè)定流動(dòng)物質(zhì)的密度的方式確定K4。溫度的變化導(dǎo)致經(jīng)過補(bǔ)償?shù)拿芏葴y(cè)定值的誤差，如以上所述那樣進(jìn)行計(jì)算K4。
在本發(fā)明的運(yùn)行過程中使用校正常數(shù)K4如下所述那樣調(diào)節(jié)K3的值Dc=DM-K3[1+K4(tm-tk3)](Mm)2在其中，Dm是測(cè)得的密度(g/cc)Dc是經(jīng)過校正的密度(g/cc)Mm是測(cè)得的質(zhì)量流速(g/s)tm是測(cè)得的溫度(℃)tk3是計(jì)算K3時(shí)的溫度(℃)K3和K4如以上所定義的那樣K4就這樣使溫度對(duì)K3補(bǔ)償因子的影響線性化。
根據(jù)本發(fā)明，與一個(gè)或一些振動(dòng)流動(dòng)管相連接或相結(jié)合的傳感器裝置同一個(gè)產(chǎn)生指示流過該振動(dòng)管的物質(zhì)的測(cè)定密度的數(shù)據(jù)的信號(hào)處理電路相連接。該信號(hào)處理電路將以下這樣的因素考慮進(jìn)去由于待測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量流速和/或振動(dòng)管的溫度的變化測(cè)得的密度不能保持恒定。在這種情況下，信號(hào)處理電路對(duì)測(cè)得的密度加以修正并且產(chǎn)生確定與其密度被測(cè)定的物質(zhì)的質(zhì)量流速無關(guān)的經(jīng)過修正的密度的輸出信號(hào)。質(zhì)量流速補(bǔ)償因子本身也得到有關(guān)振動(dòng)管溫度變化的影響的補(bǔ)償。本發(fā)明方法應(yīng)用于曲線管密度計(jì)最為理想，但是也可以應(yīng)用于直線管密度計(jì)。


圖1示出本發(fā)明的一個(gè)可能是最為典型的實(shí)施例。
圖2示出圖1的計(jì)量電子線路20的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
圖3是說明一個(gè)振動(dòng)管密度計(jì)的測(cè)量密度誤差/質(zhì)量流速關(guān)系的曲線。
圖4是一幅流程圖，該圖描述在計(jì)量電子線路測(cè)量密度并且就質(zhì)量流速對(duì)密度測(cè)量的影響對(duì)測(cè)得的密度加以修正的計(jì)量電子線路20和它的處理電路210操作。
圖5是說明在測(cè)量密度的各種溫度下質(zhì)量流速的影響的曲線。
圖6是一幅流程圖，該圖描述在計(jì)量電子線路測(cè)量密度并且就質(zhì)量流速對(duì)密度測(cè)量的影響對(duì)測(cè)得的密度加以修正的計(jì)量電子線路20和它的處理電路210操作，圖中考慮到溫度對(duì)這種影響的作用關(guān)系。
圖7是說明利用本發(fā)明對(duì)密度測(cè)量性能進(jìn)行改進(jìn)的曲線。
在圖1至7中示出了一個(gè)可能是較為可取的典型的實(shí)施例。特別需要理解的是本發(fā)明不限于這個(gè)典型的實(shí)施例。其他的實(shí)施例和改進(jìn)也將包括在權(quán)利要求書中所記載的發(fā)明構(gòu)思之中。本發(fā)明還可以用以上所述的儀器以外的其他儀器來實(shí)施。本發(fā)明的成功的實(shí)施并不依賴于任何的儀器的幾何形狀，盡管可選擇在曲線管密度計(jì)中獲得實(shí)施。
對(duì)總的系統(tǒng)的說明(圖1)圖1示出一種包括一個(gè)科里奧利計(jì)量組件10和計(jì)量電子線路20的科里奧利密度計(jì)。計(jì)量組件10響應(yīng)于工藝材料的質(zhì)量流速和密度。計(jì)量電子線路20經(jīng)由導(dǎo)線100與計(jì)量組件10相連接以便于通過線路26提供密度、質(zhì)量流速和溫度信息，以及其他不涉及本發(fā)明的信息。在這里描述了一種科里奧利流量計(jì)結(jié)構(gòu)，盡管對(duì)于本領(lǐng)與的普通技術(shù)人員來說顯而易見本發(fā)明可以以振動(dòng)管密度計(jì)的形式加以實(shí)施，而無須由一個(gè)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)提供附加的測(cè)量能力。
科里奧利密度計(jì)方便且可取，原因在于如下所述那樣它固有的能力使它能夠提供本發(fā)明的運(yùn)行所必須的質(zhì)量流速信息。如果使用的是非科里奧利型的振動(dòng)管密度計(jì)，質(zhì)量流速信息則需要從一個(gè)單獨(dú)的這種信息源輸入。
計(jì)量組件10包括一對(duì)歧管150和150′、一對(duì)具有法蘭頸110和110′的法蘭103和103′、一對(duì)平行流動(dòng)管130和130′、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)180、溫度傳感器190以及一對(duì)速度傳感器170L和170R。流動(dòng)管130和130＇具有兩根基本上直的進(jìn)口支管131和131′和一對(duì)出口支管134和134′，它們?cè)诹鲃?dòng)管支撐塊120和120′上朝向彼此匯合。流動(dòng)管130和130′沿著它們的長(zhǎng)度在兩個(gè)對(duì)稱的位置彎曲并且沿它們的整個(gè)長(zhǎng)度基本上平行。支撐條140和140′用于確定每一個(gè)振動(dòng)管振動(dòng)所依據(jù)的軸W和W′。
流動(dòng)管130和130′的側(cè)面支管131和131 ′和134和134′固定地安裝到流動(dòng)管支撐塊120和120＇上，而這些支撐塊又＇固定地安裝到歧管150和150′上。這樣就提供了一種通過科里奧利計(jì)量組件10的連續(xù)的封閉的物料管路。
在具有孔102和102＇的法蘭103和103＇經(jīng)由進(jìn)口端104和出口端104′被連接到攜帶待測(cè)定的工藝物料的流動(dòng)管系統(tǒng)(未示出)時(shí)，材料通過法蘭103的管孔101的進(jìn)入端104通過歧管150被導(dǎo)向具有一個(gè)表面121的流動(dòng)管支撐塊120。在歧管150內(nèi)材料被分流并且迂回通過流動(dòng)管130和130’。在離開流動(dòng)管130和130＇時(shí)，工藝物料在歧管150內(nèi)又重新組合成為單獨(dú)一股物料流，并在而后被發(fā)送至用具有若干螺栓孔102＇的法蘭103＇連接到流動(dòng)管系統(tǒng)(未示出)的出口端104 ′。
選擇流動(dòng)管130和130＇并將它們適當(dāng)?shù)匕惭b到流動(dòng)管支撐塊120和120＇上，以便于分別圍繞著彎曲軸W-W和W′-W＇具有基本上相同的質(zhì)量分布、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和楊氏模量。這些彎曲軸通過支撐條140和140＇。由于流動(dòng)管的楊氏模量隨溫度而變化并且這種變化影響流量和密度的計(jì)算，所以將耐高溫檢測(cè)器(RTD)190(通常是一種鉑RTD裝置)安裝到流動(dòng)管130′上，以便于連續(xù)地測(cè)定流動(dòng)管的溫度。流動(dòng)管的溫度以及為使一個(gè)給定的電流從中通過橫跨RTD出現(xiàn)的電壓受通過流動(dòng)管的材料的溫度的控制。橫跨RTD出現(xiàn)的依賴于溫度的電壓按照一個(gè)公知的方法被計(jì)量電子線路20用于補(bǔ)償由于流動(dòng)管溫度的任意變化而引起的流動(dòng)管130和130′的彈性模量的變化。根據(jù)本發(fā)明，管溫度還被用于補(bǔ)償質(zhì)量流速密度補(bǔ)償所受到的振動(dòng)管溫度變化的影響。RTD通過導(dǎo)線195與儀器電路20相連。
流動(dòng)管130和130＇兩者在它們的相應(yīng)的彎曲軸W和W’周圍的相對(duì)的方向上和被稱為流量計(jì)的第一異相固有頻率的位置上被驅(qū)動(dòng)器180驅(qū)動(dòng)。流動(dòng)管130和130＇兩者象調(diào)諧音叉的叉一樣振動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)180可以包括許多公知的裝置，例如安裝到流動(dòng)管130′上的磁鐵和安裝到流動(dòng)管130上并且其中通過用于使流動(dòng)管振動(dòng)的交流電流的反作用線圈，中的任意一種。由計(jì)量電子線路20經(jīng)由導(dǎo)線185將合適的驅(qū)動(dòng)信號(hào)加到驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)180上。
計(jì)量電子線路接受導(dǎo)線195上的RTD溫度信號(hào)和分別出現(xiàn)在導(dǎo)線165L和165R上的左和右速度信號(hào)。計(jì)量電子線路20產(chǎn)生出現(xiàn)在導(dǎo)線185上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)180和振(流)動(dòng)管130和130＇。計(jì)量電子線路200處理左和右速度信號(hào)和RTD信號(hào)，以便于計(jì)算質(zhì)量流速和通過計(jì)量組件10的材料的密度。這種信息連同其他的信息一起由計(jì)量電子線路20經(jīng)線路26加到應(yīng)用裝置29上。在確定密度時(shí)，電子線路20按照本發(fā)明教導(dǎo)的方法修正所測(cè)得的通過流動(dòng)管130和130 ′的材料的密度。
對(duì)計(jì)量電子線路的說明(圖2)圖2示出了計(jì)量電子線路20的原理圖，該電子線路包括質(zhì)量流量測(cè)量電路201、流動(dòng)管驅(qū)動(dòng)電路202、密度測(cè)量值處理電路210和RTD輸入電路203。
流動(dòng)管驅(qū)動(dòng)電路202通過導(dǎo)線185將重復(fù)的交變或脈沖信號(hào)提供給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)180。驅(qū)動(dòng)電路202使驅(qū)動(dòng)信號(hào)與導(dǎo)線165L上的左速度信號(hào)同步并使流動(dòng)管130和130＇兩者按照它們的基本的固有頻率保持相反的正弦運(yùn)動(dòng)。這一頻率受包括流動(dòng)管的特性、密度以及從中流過的材料的質(zhì)量流速在內(nèi)的許多因素的影響。由于電路202在該技術(shù)領(lǐng)域中是已知的，并且它的特定的裝置沒有構(gòu)成本發(fā)明的一部分，故而在這里不作進(jìn)一步的討論。讀者如有興趣可參考美國(guó)專利5009109(1991年4月23日授予P.kalotay等人)；4934196(1990年6月19日授予P.Romano)和4876879(1989年10月31日授予J.Ruesch)，這些專利進(jìn)一步描述了流動(dòng)管驅(qū)動(dòng)電路的一些不同的實(shí)施例。
可以在計(jì)量電子線路20中并且尤其是在質(zhì)量流量測(cè)量電路201中利用眾多的已知方法中的任意一個(gè)對(duì)由傳感器170L和170R所產(chǎn)生的信號(hào)加以處理，以便計(jì)算流過該流量計(jì)的材料的質(zhì)量流速。在圖2中繪出了這些處理途徑中的一個(gè)方法。質(zhì)量流量測(cè)量電路201包括兩個(gè)獨(dú)立的輸入通道左通道220和右通道230。每一個(gè)通道包括一個(gè)積分器和兩個(gè)電平交叉檢測(cè)器222和223。在兩個(gè)通道中，從左和右傳感器170L和170R發(fā)出的左和右速度信號(hào)被提供給相應(yīng)的積分器221和231。這兩個(gè)積分器中的每一個(gè)實(shí)際上形成一個(gè)低通濾波器。積分器221和231被提供給電平交叉檢測(cè)器(實(shí)際上是比較器)222和223，無論何時(shí)，一旦相應(yīng)的積分速度信號(hào)超出由一個(gè)小的預(yù)先確定的正的和負(fù)的電壓電平，例如±2.5V，這兩個(gè)檢測(cè)器就產(chǎn)生電平變化信號(hào)。電平交叉檢測(cè)器222和223的輸出作為控制信號(hào)被輸送給計(jì)數(shù)器204，以便測(cè)量定時(shí)間隔(以時(shí)鐘脈沖數(shù)為單位)，該間隔出現(xiàn)在這些輸出的相應(yīng)的變化之間。這個(gè)間隔代表由左傳感器170L產(chǎn)生的信號(hào)和右傳感器170R產(chǎn)生的信號(hào)之間的相位差。該相位差與流過管130和130＇的材料的質(zhì)量流速成正比。這個(gè)代表相位差(以計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為單位)的值作為輸入數(shù)據(jù)通過線路205提供給處理電路210。
可以利用一些已知的方法中的任意一個(gè)完成對(duì)通過管130和130＇的材料的質(zhì)量流速和體積流速。這些附加的計(jì)算質(zhì)量流速的方法對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是公知的，因此，讀者若有興趣可以參考有關(guān)進(jìn)一步說明質(zhì)量流速計(jì)算的以下一些專利1982年2月11日授予Smith的U.S.專利Re 31450、1993年8月3日授予Zolock的U.S.專利5231884以及1990年4月10日授予Young等的U.S.專利4914956。
流動(dòng)管130和130＇的振動(dòng)的固有頻率是通過監(jiān)測(cè)從兩個(gè)傳感器之一發(fā)出的信號(hào)的方式測(cè)量的。從右傳感器170R產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過線路206輸送給處理電路210。處理電路210可進(jìn)行運(yùn)算對(duì)由右傳感器170R頻率輸出計(jì)數(shù)，以便確定振動(dòng)管130和130′的振動(dòng)頻率。
溫度元件RTD190由線路195連接到RTD輸入電路203上，該輸入電路提供恒定電流給溫度元件RTD190，使跨RTD元件的電壓線性化并且利用加到電壓-頻率轉(zhuǎn)換器(未示出)將這個(gè)電壓轉(zhuǎn)化為具有隨RTD電壓中任意變化成比例變化的成比例的頻率的脈沖流。由電路203產(chǎn)生的結(jié)果脈沖流作為輸入信號(hào)通過線路209被提供給處理電路210。
圖2中的密度測(cè)量處理電路210包括微處理器211和一些包括ROM存儲(chǔ)器212和RAM存儲(chǔ)器213的存儲(chǔ)器件。ROM212存儲(chǔ)微處理器211在完成它的功能時(shí)所使用的永久性的信息，而RAM213存儲(chǔ)微處理器211所使用的臨時(shí)性的信息。微處理器與它的ROM和RAM存儲(chǔ)器以及總線系統(tǒng)214控制處理電路210的所有的功能，結(jié)果使得它如這里所描述的那樣可以接受輸入信號(hào)并按照需要處理它們以便通過線路26將本發(fā)明的科里奧利效應(yīng)密度計(jì)所產(chǎn)生的各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)提供給應(yīng)用裝置29。處理電路210周期性地更新可以在應(yīng)用裝置29上得到的信息。通過線路26提供給應(yīng)用裝置29的信息包括質(zhì)量流速、體積流速和密度信息。應(yīng)用裝置29或者可以包括一個(gè)可以對(duì)所產(chǎn)生的密度信息進(jìn)行可視顯示的測(cè)量計(jì)，或者可以包括一個(gè)受線路26上的密度信號(hào)控制的過程控制系統(tǒng)。
包括微處理器211和存儲(chǔ)器件212和213的處理電路210根據(jù)本發(fā)明運(yùn)行，以便提供高精度的密度信息。如接下去結(jié)合圖4和5詳細(xì)描述過的那樣，這種高精度的密度信息是按照以下步驟得出的，這些步驟包括根據(jù)由速度傳感器170L和170R提供的信號(hào)測(cè)量振動(dòng)管的固有頻率，根據(jù)已知的公式計(jì)算測(cè)得的密度，以及修正測(cè)得的密度以便補(bǔ)償測(cè)得的密度隨流過管130和130＇的材料的質(zhì)量流速的變化而變化，以及隨管130和130 ′的溫度的變化而變化這樣的因素的影響。這樣的密度輸出數(shù)據(jù)的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于不對(duì)所測(cè)得的密度加以修正的情況或者修正固有頻率而不修正密度的情況。
質(zhì)量流速對(duì)密度測(cè)量的影響(圖3)如上所提到的那樣，振動(dòng)管的固有頻率隨流過管的材料的質(zhì)量流速的增加而降低。由于基本密度測(cè)量依賴于振動(dòng)管的頻率和密度之間的關(guān)系，所以這種作用直接影響測(cè)得的密度。
圖3示出了質(zhì)量流速對(duì)密度測(cè)量的精度的影響。圖3的垂直軸對(duì)應(yīng)于密度誤差，以.001g/cm3表示。水平軸以每分磅(磅/分鐘)表示質(zhì)量流速。線301和302表示直管密度計(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)質(zhì)量流速的影響。線301代表在具有1.194比重單位(SGU)的流動(dòng)材料的一個(gè)質(zhì)量流速范圍內(nèi)密度測(cè)量的誤差。線302代表在具有0.994比重單位(SGU)的流動(dòng)材料的一個(gè)質(zhì)量流速范圍內(nèi)密度測(cè)量的誤差。在兩種情況下，物理學(xué)振動(dòng)結(jié)構(gòu)是相同的。所不同的只是振動(dòng)管內(nèi)的流動(dòng)材料。圖3描繪出密度測(cè)量依賴于通過流動(dòng)管流動(dòng)的材料的質(zhì)量流速。線301和302顯示出，對(duì)于直管密度計(jì)來說，對(duì)于不同密度的材料的質(zhì)量流速的依賴關(guān)系是不同的。線303和34表示，就具有類似于用于產(chǎn)生線301和302的數(shù)據(jù)的直管密度計(jì)的流體容量的曲線管密度計(jì)來說，質(zhì)量流速對(duì)于密度的影響。如上所提到的那樣，曲線管密度計(jì)的共振頻率對(duì)于質(zhì)量流速的作用的敏感性不如直管密度計(jì)的共振頻率對(duì)于質(zhì)量流速的作用的敏感性，在圖3中示出了這種情況。線303表示與線301相同的流體(1.194 SGU)的數(shù)據(jù)，而線304表示與線302相同的流體(0.994 SGU)的數(shù)據(jù)。在圖3中顯而易見線03的數(shù)據(jù)與線304的數(shù)據(jù)的差別難以區(qū)分，這說明了這樣一個(gè)事實(shí)，即在曲線管密度計(jì)中，由于質(zhì)量流速而產(chǎn)生的密度讀數(shù)誤差對(duì)于不同密度的流體來說并不改變。
在圖3中沒有顯示出振動(dòng)管的溫度對(duì)密度測(cè)量的影響。以下討論的圖6說明了質(zhì)量流速和溫度的綜合影響。
對(duì)密度修正的說明(圖4)圖4以流程圖的形式說明微處理器211和存儲(chǔ)器212和213是如何進(jìn)行運(yùn)算計(jì)算出補(bǔ)償了質(zhì)量流速對(duì)測(cè)得的密度的影響的密度值。以下參考圖5和6討論更進(jìn)一步補(bǔ)償溫度對(duì)密度補(bǔ)償?shù)挠绊懙谋景l(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例。
在處理步驟401的過程中，密度測(cè)量過程以微處理器211接受通過系統(tǒng)總線214從ROM212和RAM213輸入和設(shè)定信息開始，而輸入處理電路210的輸入信號(hào)已經(jīng)說明過。在這個(gè)過程中由微處理器211接受的信號(hào)是表示流動(dòng)管振動(dòng)頻率(FREQ)的信號(hào)、溫度信號(hào)(RTD)和被測(cè)量的質(zhì)量流速信號(hào)(Mm)。在處理步驟401的過程中提供給微處理器211的還有微處理器211在確定密度時(shí)使用的若干常數(shù)。這些常數(shù)K1、K2、K3和tc在校正質(zhì)量流量傳感器10和計(jì)量電子線路20時(shí)被存儲(chǔ)在ROM212和RAM213中。
校正常數(shù)K1和K2是通過對(duì)于具有已知密度的兩種不同的材料測(cè)定一個(gè)或一些振動(dòng)管的振動(dòng)周期計(jì)算出的。校正常數(shù)K3是通過按照已知的質(zhì)量流速計(jì)算測(cè)量密度誤差而確定的。這可以使用用于確定校正常數(shù)K1和K2的材料來進(jìn)行，或者也可以使用不同的材料。如上所提到的那樣，在校正密度計(jì)時(shí)計(jì)算K1、K2和K3并將它們存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器件212和213中。
校正常數(shù)tc與振動(dòng)管的構(gòu)成材料的楊氏模量有關(guān)。已知表示管的剛度的楊氏模量隨溫度而變化。振動(dòng)管的剛度的變化導(dǎo)致振動(dòng)管的固有頻率的變化。如以下所要描述的那樣，校正常數(shù)tc用于補(bǔ)償振動(dòng)管剛度的變化。
在步驟402的過程中，微處理器211使用FREQ信號(hào)確定振動(dòng)管的振動(dòng)頻率。微處理器211還通過計(jì)算振動(dòng)頻率的倒數(shù)確定測(cè)量管的周期(Tm)。
在步驟403的過程中，微處理器211根據(jù)以下公式計(jì)算測(cè)量密度(Dm)Dm=K2Tm2(1-tctm)-K1在其中，Dm是材料的測(cè)定密度(g/cm3)Tm是測(cè)定管周期(秒)K1等于K2Ta2-DaK2等于d/(Tw2-Ta2)Dw是校正時(shí)水的密度(g/cm3)Da是校正時(shí)空氣的密度(g/cm3)d是Dw-Da(g/cm3)tc是溫度補(bǔ)償因子(％變化，單位T2m/℃)/100)Ta是校正時(shí)不流動(dòng)的空氣的管周期，修正到0℃(秒)Tw是校正時(shí)不流動(dòng)的水的管周期，修正到0℃(秒)tm是測(cè)量溫度(℃)測(cè)定密度以及常數(shù)K1、K2和tc的這種計(jì)算與已有技術(shù)密度計(jì)中所采用的計(jì)算(例如Ruesch所描述的那種)相同。
在步驟404的過程中，對(duì)測(cè)得的密度(Dm)作質(zhì)量流速影響的補(bǔ)償，以便確定經(jīng)過補(bǔ)償?shù)拿芏?Dc)。
經(jīng)過補(bǔ)償?shù)拿芏?Dc)按下式計(jì)算Dc=Dm-K3(Mm)2在其中，Dm是測(cè)定的密度(g/cm3)Dc是經(jīng)過補(bǔ)償?shù)拿芏?g/cm3)Mm是測(cè)定的質(zhì)量流速(g/分鐘)K3等于Dk3/Mk32Dk3是在以質(zhì)量流速M(fèi)k3校正時(shí)測(cè)得的密度的誤差(g/cm3)。
在步驟405的過程中，經(jīng)過補(bǔ)償?shù)拿芏刃畔?Dc)被提供給應(yīng)用裝置29，在其中，該信息被顯示，記錄或用于處理控制系統(tǒng)。
質(zhì)量流速和溫度對(duì)密度測(cè)量的綜合影響(圖5)在本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例中，就管溫度對(duì)質(zhì)量流速引起的密度誤差的影響對(duì)補(bǔ)償因子K3本身作了補(bǔ)償。由于楊氏模量的變化，質(zhì)量流速在不同的振動(dòng)管溫度下對(duì)密度測(cè)量的影響稍有不同。在圖5中顯示出這種影響，在該圖中，線501表示在30℃的溫度下在給定的密度計(jì)中質(zhì)量流速引起的密度誤差，而線502表示在100℃的溫度下在同樣的密度計(jì)中質(zhì)量流速引起的密度誤差。為了補(bǔ)償這種影響，設(shè)立了一個(gè)校正常數(shù)K4。
計(jì)算K4如下K4=[Dk4/(K3×Mk42)-1]/(tk4-tk3)在其中，Dk4在溫度tk4和質(zhì)量流速M(fèi)k4下的密度讀數(shù)誤差(g/cc)K3預(yù)先確定的校正常數(shù)tk3測(cè)定K3所使用的溫度(℃)tk4測(cè)定K4所使用的溫度(℃)Mk4測(cè)定K4所使用的質(zhì)量流速(g/秒)按照以下方式在校正過程中確定K4。在計(jì)算出K3后，使材料按照已知的質(zhì)量流速再次通過該密度計(jì)，但是此時(shí)是在不同于計(jì)算K3的溫度下。按以下所述那樣使用在這種不同的操作溫度下密度誤差確定K4。如以下所述那樣使用校正常數(shù)K4以便就溫度對(duì)質(zhì)量流速作用補(bǔ)償?shù)挠绊懷a(bǔ)償校正常數(shù)K3。
對(duì)于包括溫度補(bǔ)償?shù)挠嘘P(guān)質(zhì)量流速的密度修正(圖6)本發(fā)明可用于按照與圖4所描述的完全相同的方法就溫度對(duì)質(zhì)量流速引起的密度誤差的影響完成對(duì)測(cè)定密度的修正。因此，只對(duì)不同于結(jié)合圖4所說明的過程的步驟作詳細(xì)說明，從而簡(jiǎn)化對(duì)圖6的說明。
在步驟601中，微處理器211接受就圖4的步驟401所描述的所有的信號(hào)和信息，并且除此之外還接受校正常數(shù)K4和tk3。
在步驟602，微處理器211如圖4的步驟402那樣確定振動(dòng)管的頻率和周期。
在步驟603，微處理器211如圖4的步驟403那樣計(jì)算所測(cè)得的密度(Dm)。
在步驟604，微處理器211根據(jù)下式計(jì)算經(jīng)過補(bǔ)償?shù)拿芏?Dc)Dc=Dm-K3[1+K4(tm-tK3)](Mm)2]]>在其中，Dm是所測(cè)得的密度(g/cc)Dc是經(jīng)過修正的密度(g/cc)Mm是測(cè)得的質(zhì)量流速(g/秒)tm是測(cè)得的溫度(℃)tk3是計(jì)算K3時(shí)所處的溫度(℃)K3和K4如前面所定義的那樣在步驟605的過程中，經(jīng)過補(bǔ)償?shù)拿芏刃畔⒈惶峁┙o應(yīng)用裝置29并且按照與對(duì)應(yīng)圖4所描述的相同的方式被顯示或被使用。
由K4提供的對(duì)K3的溫度補(bǔ)償是線性的。由于質(zhì)量流速而出現(xiàn)的密度誤差對(duì)于溫度的實(shí)際的函數(shù)關(guān)系不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。對(duì)本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員來說，顯而易見，在K4中可以包括不同的補(bǔ)償因素，以便于以不同的方式表征由質(zhì)量流速引起的密度測(cè)量誤差與溫度的關(guān)系。
本發(fā)明的密度測(cè)量改進(jìn)(圖7)圖7顯示出利用本發(fā)明所獲得的密度測(cè)量性能的改進(jìn)。制作曲線701-704的數(shù)據(jù)是由以上所討論的分析模式產(chǎn)生的。曲線701表示未經(jīng)修正過的密度測(cè)量誤差。曲線702表示在按照完成密度校正所處的同樣的溫度進(jìn)行密度測(cè)量時(shí)利用本發(fā)明的密度測(cè)量誤差。曲線703表示只利用質(zhì)量流速補(bǔ)償而不就所受到的溫度的影響對(duì)質(zhì)量流速補(bǔ)償進(jìn)行補(bǔ)償?shù)拿芏葴y(cè)量誤差。由曲線703所表示的校正溫度和測(cè)量溫度之間的溫度差是50℃。曲線704表示在測(cè)量溫度不同于完成密度校正所處的溫度時(shí)利用本發(fā)明的質(zhì)量流速補(bǔ)償部分和溫度補(bǔ)償部分的密度測(cè)量誤差。用制作曲線704的數(shù)據(jù)表示的溫度差與用制作曲線703的數(shù)據(jù)表示的溫度差相同。
就密度測(cè)量領(lǐng)域而言，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。顯然，要求保護(hù)的發(fā)明所說明的這些優(yōu)選的實(shí)施例，而是還包括屬于本發(fā)明的構(gòu)思的范圍和精髓之內(nèi)的其他的改進(jìn)和變換類型。
此外，可以用本發(fā)明的方法和裝置測(cè)定溫度的材料可以包括液體，氣體，它們的混合物以及任何流動(dòng)的材料，例如不同類型的漿液。所述的流動(dòng)材料的質(zhì)量流速可以用包括密度計(jì)的裝置產(chǎn)生，或者還可以由單獨(dú)的裝置產(chǎn)生并被提供給本發(fā)明的密度計(jì)。同樣，被本發(fā)明的方法所利用的溫度信息可以從作為密度計(jì)一部分的溫度傳感器獲得，正如本說明書所描述的那樣，或者可以由某些其他的溫度檢測(cè)裝置來提供。
權(quán)利要求
1．一種操作設(shè)備(5)用于確定流過具有振動(dòng)管裝置(131,131°)的流量計(jì)(10中，)的材料的密度的方法，在所述的振動(dòng)管裝置中所述的流動(dòng)材料的測(cè)定密度隨著通過所述的振動(dòng)管裝置(131,131 °)的所述的流動(dòng)材料的流速變化而變化，所述的方法包括以下步驟在所述的材料在其中流動(dòng)時(shí)測(cè)量所述的振動(dòng)管裝置的振動(dòng)周期(FREQ,402,Tm)，相應(yīng)于所述的振動(dòng)周期Tm的所述的測(cè)量產(chǎn)生(403)所述的流動(dòng)材料的測(cè)量密度值Dm，接受(401)表示通過所述振動(dòng)管(131,131°)的所述流動(dòng)材料的所述的質(zhì)量流速的質(zhì)量流速值Ma，其特征在于相應(yīng)于所述的流動(dòng)材料的所述的質(zhì)量流速的變化產(chǎn)生(401)限定所述的測(cè)定密度的靈敏度的流速作用因子k3；將所述的流速作用因子k3乘以(404)所述的測(cè)得的質(zhì)量流速M(fèi)m以便于確定質(zhì)量流速引起的密度誤差值k3(Mm)2；將所述的測(cè)量密度值減去(404)基本上等于所述的質(zhì)量流速引起的密度誤差值k3(Mm)2，以便于確定所述的經(jīng)過修正的密度值Dc；以及將所述的經(jīng)過修正的密度值Dc傳送給(405)輸出裝置(29)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的產(chǎn)生(401)所述的流速作用因子k3的步驟包括以下步驟測(cè)量按照第一校正質(zhì)量流速測(cè)出的所述流動(dòng)材料的第一校正密度與按照第二校正質(zhì)量流速測(cè)出的所述流動(dòng)材料的第二校正密度之間的差；相對(duì)于所測(cè)得的密度差確定所述的質(zhì)量流速作用因子；以及將所述的質(zhì)量流速作用因子存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)器中。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的質(zhì)量流速作用因子(K3)是通過解以下數(shù)學(xué)式確定的K3=(D1-D2)/(M1-M2)2在其中，K3是所述的質(zhì)量流速校正常數(shù)，D1是按照第一質(zhì)量流速(M1)測(cè)出的所述流動(dòng)材料的第一測(cè)定密度，D2是按照第二質(zhì)量流速(M2)測(cè)出的所述流動(dòng)材料的第二測(cè)定密度。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的經(jīng)過校正的密度值(Dc)是通過解(404)以下數(shù)學(xué)式確定的Dc=Dm-K3(Mm)2在其中，Dc是經(jīng)過校正的密度，Dm測(cè)得的密度，K3是所述的流速校正常數(shù)，Ma是所述的測(cè)得的流速。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的產(chǎn)生一個(gè)測(cè)得的密度值的步驟包括相對(duì)于所述的測(cè)得的振動(dòng)周期計(jì)算(403)所述的測(cè)得的密度值，在其中，所述的測(cè)得的密度值與所述的測(cè)得的振動(dòng)周期的平方呈線性關(guān)系。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述的測(cè)得的密度(Dm)是通過解(403)以下數(shù)學(xué)式確定的Dm=K2Tm2(1-tctm)-K1在其中，Dm是材料的測(cè)得的密度(g/cm3)Tm是測(cè)得的管周期(秒)K1等于K2Ta2-DaK2等于d/(Tw2-Ta2)Dw是校正時(shí)水的密度(g/cm3)Da是校正時(shí)空氣的密度(g/cm3)d是Dw-Da(g/cm3)tc是溫度補(bǔ)償因子((％變化按照T2m/℃)/100)Ta是校正時(shí)不流動(dòng)的空氣的管周期，修正到0℃(秒)Tw是校正時(shí)不流動(dòng)的水的管周期，修正到0℃(秒)tm是測(cè)得的溫度(℃)
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的計(jì)算(604)經(jīng)過修整的密度值的步驟又包括以下步驟從存儲(chǔ)器中讀出(604)所述的流量計(jì)的流速作用因子，在其中，所述的流速作用因子限定所測(cè)得的密度對(duì)于所述流動(dòng)材料的質(zhì)量流速的靈敏度；接受(601,604)一個(gè)溫度值，在其中，所述的溫度值代表所述的流動(dòng)材料的溫度；根據(jù)所述的溫度值調(diào)節(jié)(604)所述的流速作用因子；以及將所述的經(jīng)過溫度調(diào)節(jié)的流速作用因子應(yīng)用(604)于所述的測(cè)得的密度，以便于確定經(jīng)過修正的密度。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述的調(diào)節(jié)(604)所述的流速作用因子的步驟又包括以下步驟從第二個(gè)存儲(chǔ)器中讀出(604)溫度補(bǔ)償因子，在其中，所述的溫度補(bǔ)償因子限定所述的流速作用因子對(duì)于所述的流動(dòng)材料的溫度變化的靈敏度；以及將所述的溫度補(bǔ)償因子應(yīng)用(604)于所述的流速作用因子，以便于根據(jù)所述流動(dòng)材料的溫度變化的影響調(diào)節(jié)所述的流速作用因子。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述的溫度補(bǔ)償因子是通過解以下數(shù)學(xué)式確定(601)的K4=[Dk4/(K3×Mk42)-1]/(tk4-tk3)在其中，Dk4在溫度tk4和質(zhì)量流速M(fèi)k4下的測(cè)得密度(Dm)誤差(g/cc)K3是預(yù)先確定的校正常數(shù)tk3是測(cè)定K3所使用的溫度(℃)tk4是測(cè)定K4所使用的溫度(℃)Mk4是測(cè)定K4所使用的質(zhì)量流速(g/秒)
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于將所述的經(jīng)過溫度調(diào)節(jié)的流速作用因子應(yīng)用(604)于所述的測(cè)得的密度和所述的測(cè)得的質(zhì)量流速的步驟包括解以下數(shù)學(xué)式Dc=Dm-K3[1+K4(tm-tK3)](Mm)2]]>在其中，Dm是所測(cè)得的密度(g/cc)Dc是經(jīng)過修正的密度(g/cc)Ma是測(cè)得的質(zhì)量流速(g/秒)tm是測(cè)得的溫度(℃)tk3是校正K3時(shí)所處的溫度(℃)K3和K4如前面所定義的那樣
11．一種用于確定流過具有振動(dòng)管裝置(131,131’)的流量計(jì)(10)的材料的密度的設(shè)備(20)，在其中，所述的流動(dòng)材料的測(cè)得的密度在流過所述的振動(dòng)管裝置的材料的流速改變時(shí)改變，所述的設(shè)備包括用于在所述的材料從其中流過時(shí)測(cè)量(170R,206,210)所述的振動(dòng)管裝置(131,131°)的振動(dòng)周期Tm的裝置；用于根據(jù)對(duì)所述的振動(dòng)周期Tm的所述測(cè)量產(chǎn)生(210)所述的流動(dòng)材料的測(cè)得的密度值Dm的裝置；用于接受(170L,170R,201,210)代表流過所述的振動(dòng)管(131,131°)的材料的質(zhì)量流速M(fèi)m的質(zhì)量流速值，其特征在于還包括用于產(chǎn)生(210)限定所述的測(cè)得的密度對(duì)于所述的流動(dòng)材料的所述的質(zhì)量流速的變化的敏感度的流速作用因子的裝置；用于將所述的流速作用因子乘以(210)所述的測(cè)得的質(zhì)量流速以便于得到質(zhì)量流速引起的密度誤差值的裝置；用于從所述的測(cè)得密度值中減去(210)一個(gè)基本上等于質(zhì)量流速引起的密度誤差值的量以便于確定經(jīng)過修正的密度值的裝置；以及用于將所述的經(jīng)過修正的密度值傳送(210,26)給輸出裝置(29)的裝置。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于所述的流速作用因子是通過解以下的數(shù)學(xué)式確定的K3=(D1-D2)/(M1-M2)2在其中，K3是所述的質(zhì)量流速校正常數(shù)，D1是按照第一質(zhì)量流速(M1)測(cè)出的所述流動(dòng)材料的第一測(cè)定密度，D2是按照第二質(zhì)量流速(M2)測(cè)出的所述流動(dòng)材料的第二測(cè)定密度。
13．根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于所述的經(jīng)過修整的密度值是通過解以下的數(shù)學(xué)式確定的Dc=Dm-K3(Mm)2在其中，Dc是經(jīng)過校正的密度，Dm是測(cè)得的密度，K3是所述的流速校正常數(shù)，Mm是所述的測(cè)得的流速。
14．根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于所述的用于產(chǎn)生測(cè)得的密度值的裝置還包括用于根據(jù)所述測(cè)得的振動(dòng)周期計(jì)算所述測(cè)得的密度值的裝置(40)，在其中，所述測(cè)得的密度值與所述測(cè)得的振動(dòng)周期的平方呈線性關(guān)系。
15．根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于所述測(cè)得的密度值(Dm)是通過解以下的數(shù)學(xué)式確定的Dm=K2Tm2(1-tctm)-K1在其中，Dm是材料的測(cè)定密度(g/cm3)Tm是測(cè)定管周期(秒)K1等于K2Ta2-DaK2等于d/(Tw2-Ta2)Dw是校正時(shí)水的密度(g/cm3)Da是校正時(shí)空氣的密度(g/cm3)d是Dw-Da(g/cm3)tc是溫度補(bǔ)償因子((％變化按照T2m/℃)/100)Ta是校正時(shí)不流動(dòng)的空氣的管周期，修正到0℃(秒)Tw是校正時(shí)不流動(dòng)的水的管周期，修正到0℃(秒)tm是測(cè)得的溫度(℃)。
16．根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于所述的用于計(jì)算經(jīng)過修整的密度值的裝置包括用于從存儲(chǔ)器(212)中讀出(210,211,214)所述的流量計(jì)的流速作用因子的裝置，在其中，所述的流速作用因子限定所測(cè)得的密度對(duì)于所述的流動(dòng)材料的質(zhì)量流速的靈敏度；用于接受(190,203)一個(gè)溫度值的裝置，在其中，所述的溫度值代表所述的流動(dòng)材料的溫度；用于根據(jù)所述的溫度值調(diào)節(jié)(210)所述的流速作用因子的裝置；以及用于將所述的經(jīng)過溫度調(diào)節(jié)的流速作用因子應(yīng)用(210)于所測(cè)得的密度，以便于確定經(jīng)過修正的密度的裝置。
17．根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其特征在于所述的用于調(diào)節(jié)所述的流速作用因子的裝置包括用于從第二個(gè)存儲(chǔ)器(212)中讀出(211,214)溫度補(bǔ)償因子的裝置，在其中，所述的溫度補(bǔ)償因子限定所述的流速作用因子對(duì)于所述的流動(dòng)材料的溫度變化的靈敏度；以及用于將所述的溫度補(bǔ)償因子應(yīng)用(604)于所述的流速作用因子，以便于根據(jù)所述流動(dòng)材料的溫度變化的影響調(diào)節(jié)所述的流速作用因子的裝置。
18．根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于所述的溫度補(bǔ)償因子是通過解以下的數(shù)學(xué)式確定的K4=[Dk4/(K3×Mk42)-1]/(tk4-tk3)在其中，Dk4是在溫度tk4和質(zhì)量流速M(fèi)k4下的測(cè)得密度(Dm)的誤差(g/cc)K3是預(yù)先確定的校正常數(shù)tk3是測(cè)定K3所使用的溫度(℃)tk4是測(cè)定K4所使用的溫度(℃)Mk4是測(cè)定K4所使用的質(zhì)量流速(g/秒)
19．根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其特征在于用于將所述的經(jīng)過溫度調(diào)節(jié)的流速作用因子應(yīng)用于所測(cè)得的密度和所測(cè)得的質(zhì)量流速的裝置包括解以下的數(shù)學(xué)式Dc=Dm-K3[1+K4(tm-tK3)](Mm)2]]>在其中，Dm是所測(cè)得的密度(g/cc)Dc是經(jīng)過修正的密度(g/cc)Mm是測(cè)得的質(zhì)量流速(g/秒)tm是測(cè)得的溫度(℃)tk3是校正K3時(shí)所處的溫度(℃)K3和K4如前面所定義的那樣。
全文摘要
一種通過采用以下原理輸出高精度的密度輸出數(shù)據(jù)的科里奧利效應(yīng)密度計(jì),所述的原理就是填充有材料的振動(dòng)管的固有頻率隨著該材料的質(zhì)量流速的升高而降低。高精度的輸出數(shù)據(jù)的獲得是通過測(cè)量流過振動(dòng)管的材料的密度和質(zhì)量流速,修正所測(cè)得的密度以便于對(duì)它所受到的質(zhì)量流速的作用進(jìn)行補(bǔ)償,以及就所受到的溫度變化的影響對(duì)密度測(cè)量的質(zhì)量流速修正值作進(jìn)一步的修正。
文檔編號(hào)G01F1/84GK1225722SQ97196493
公開日1999年8月11日 申請(qǐng)日期1997年7月15日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月16日
發(fā)明者M·A·布特勒, A·T·帕藤, C·P·斯塔克 申請(qǐng)人:微動(dòng)公司