将直接测得的质量流率转换以考虑浮力

摘要

提供了一种将直接测得的质量流率转换以考虑浮力的方法。该方法包括直接测量材料的质量流率、测量该材料的密度以及使用测得的材料的密度将直接测得的质量流率转换为包含流体的浮力的质量值。

说明书

技术领域

以下所描述的实施方式涉及转换直接测得的质量流率，更具体地涉及将直接测得的质量流量转换以考虑浮力。

背景技术

振动传感器、比方说例如振动密度计和科里奥利流量计是众所周知的，并且用于对流动穿过流量计中的导管的材料的质量流量和其它信息进行测量。在全部归于J.E.Smith等人的美国专利4,109,524、美国专利4,491,025和Re.31450中公开了示例性科里奥利流量计。这些流量计具有一个或更多个直的或弯曲构型的导管。科里奥利质量流量计中的每个导管构型例如具有一组自然振动模式，其可以是简单的弯曲、扭转或联接类型。可以以优选的模式驱动每个导管以进行振动。

从在流量计的入口侧的连接管道流动进入到流量计中的材料被导向穿过导管，并且穿过流量计的出口侧而离开流量计。振动系统的自然振动模式部分地由导管和在导管内流动的材料的组合质量来限定。

当没有流量穿过流量计时，施加至导管的驱动力导致沿着导管的所有点以相同的相位或小的“零偏移”进行振动，这是在零流量下测量的时间延迟。当材料开始流动穿过流量计时，科里奥利力导致沿着导管的每个点具有不同的相位。例如，流量计的入口端部处的相位滞后于居中的驱动器位置处的相位，而出口处的相位超前于居中的驱动器位置处的相位。导管上的拾取器产生代表导管的运动的正弦信号。对从拾取器上输出的信号进行处理，以确定拾取器之间的时间延迟。在两个或更多个拾取器之间的时间延迟与流动穿过导管的材料的质量流率成比例。这种质量流率的测量值是流动穿过导管的材料的质量的直接测量值。该质量的测量值也不受浮力影响，与计重秤不同，计重秤可以因密度的不同而指示不同的重量，如以下内容所解释的。

图1A和图1B示出了说明浮力的影响的计重秤WS。在测试期间，作用于物体上的、由流体引起的空气移位造成的浮力对计重秤WS的影响很小，但是这种影响是能够测量并且能够预测的，如下面的讨论所说明的。在图1A中，实际重量为十磅的密实的筒形件DC位于计重秤WS上。如可以看出的，计重秤WS示出了十磅的读数，从而表示浮力影响是可忽略的。图1B示出位于计重秤WS上的较小密度的筒形件LC、比如泡沫筒形件。该较小密度的筒形件LC的实际重量也为十磅。然而，由于浮力影响，计重秤WS指示较小密度的筒形件LC的重量小于十磅。也就是说，由于较小密度的筒形件LC使空气移位，围绕较小密度的筒形件LC的空气在较小密度的筒形件LC上施加了向上的净力。出于讨论的目的，在图1B中示出的指示重量可能是9.8磅，并且可能被认为是“未针对浮力修正”。

当用户希望使用重量分析方法(例如，上述的计重秤)来测试直接质量流量计、比如科里奥利流量计时，图1A和图1B中示出的重量指示值的差值可能是成问题的。这是因为由非常密实的材料(例如钢)制成的质量标准件通常用于校准计重秤。因此，作用在校准质量标准件上的浮力的量将与作用在较小密度的流体上的浮力的量不同，因为相等质量的流体相比质量标准件将占据更多的空气空间，如以上讨论所解释的。因此，需要将直接测得的质量流率转换以考虑浮力。

发明内容

提供了一种将直接测得的质量流率转换以考虑浮力的方法。根据实施方式，该方法包括直接测量材料的质量流率、测量该材料的密度以及使用测得的材料的密度将直接测得的质量流率转换为包含流体的浮力的质量值。

提供了一种构造成将直接测得的质量流率转换以考虑浮力的计量电子器件。根据实施方式，该计量电子器件包括构造成接收来自计量组件的传感器信号的接口、以及通信地联接至该接口的处理系统。处理系统构造成基于接收到的传感器信号直接测量计量组件中的材料的质量流率、确定该材料的密度并且使用确定的材料的密度将直接测得的质量流率转换为包括流体的浮力的质量值。

提供了一种将直接测得的质量流率转换以考虑浮力的系统。根据实施方式，该系统包括构造成测量流体压力和密度中的一者的流体传感器以及通信地联接至该流体传感器的振动计。振动计构造成直接测量材料的质量流率、确定该材料的密度并且使用确定的材料的密度将直接测得的质量流率转换为包括流体的浮力的质量值。

各方面

根据一方面，一种将直接测得的质量流率转换以考虑浮力的方法包括直接测量材料的质量流率、测量该材料的密度以及使用测得的材料的密度将直接测得的质量流率转换为包括流体浮力的质量值。

优选地，该方法还包括使用流体的密度将直接测得的质量流率转换为包含流体的浮力的质量值。

优选地，包含流体的浮力的质量值包含已经在流体中使用质量标准件进行校准的计重秤的指示值。

优选地，包含流体的浮力的质量值包含未针对所述流体的浮力修正的以重量分析的方式进行测量的质量值。

优选地，使用测得的材料的密度将直接测得的质量流率转换为包括流体的浮力的质量值包含将多个直接测得的材料的质量流率累加、并且使用测得的材料的密度将累加的直接测得的质量流率转换为包含流体的浮力的质量值、并且使用测得的材料的密度将直接测得的质量流率中的一个或更多个直接测得的质量流率转换为包含流体的浮力的一个或更多个质量流率值。

优选地，使用测得的材料的密度将一个或更多个直接测得的质量流率转换为一个或更多个质量流率值还包含将一个或更多个质量流率值累加为包含流体的浮力的质量值。

优选地，质量标准件包括钢和密度为约8.0g/cm

优选地，流体的浮力为空气的浮力。

优选地，科里奥利流量计对材料的质量流率和密度中的至少一者进行测量。

根据一方面，构造成将直接测得的质量流率转换以考虑浮力的计量电子器件(20)包含构造成接收来自计量组件(10)的传感器信号的接口(301)、通信地联接至该接口(301)的处理系统(310)。处理系统(310)构造成基于接收到的传感器信号直接测量计量组件(10)中的材料的质量流率、确定材料的密度并且使用确定的材料的密度将直接测得的质量流率转换为包含流体的浮力的质量值。

优选地，处理系统(310)还构造成使用流体的密度将直接测得的质量流率转换为包含流体的浮力的质量值。

优选地，构造成确定材料的密度的处理系统(310)包括构造成执行下述操作中的一者的处理系统(310)：接收来自与接口(301)通信地联接的密度计的密度测量值以及基于接收到的传感器信号来测量材料的密度值。

优选地，包含流体浮力的质量值包括已经在流体中使用质量标准件进行校准的计重秤的指示值。

优选地，包含流体浮力的质量值包含未针对流体的浮力修正的以重量分析的方式进行测量的质量值。

优选地，构造成使用确定的材料的密度将直接测得的质量流率转换为包含流体的浮力的质量值的处理系统(310)包括构造成执行下述操作中的一者的处理系统(310)：将多个直接测得的材料的质量流率累加以及使用测得的材料的密度将累加的直接测得的质量流率转换为包含流体的浮力的质量值，以及使用确定的材料的密度将直接测得的质量流率中的一个或更多个直接测得的质量流率转换为包含流体浮力的一个或更多个质量流率值。

优选地，构造成使用测得的材料的密度将一个或更多个直接测得的质量流率转换为包括流体浮力的一个或更多个质量流率值的处理系统(310)还包括将一个或更多个质量流率值累加为质量值。

优选地，质量标准件包括钢和密度为约8.0g/cm

优选地，流体的浮力为空气的浮力。

优选地，科里奥利流量计包括计量电子器件(20)。

根据一方面，用于将直接测得的质量流率转换以考虑浮力的系统(600)包括构造成对流体的压力与密度中的一者进行测量的流体传感器(610)、通信地联接至流体传感器(610)的振动计(5)。振动计(5)构造成直接测量材料的质量流率、确定材料的密度以及使用确定的材料的密度将直接测得的质量流率转换为包含流体的浮力的质量值。

优选地，计量器(5)还构造成使用流体的密度将直接测得的质量流率转换为包含流体的浮力的质量值。

优选地，流体传感器(610)布置成与计重秤邻近，该计重秤构造成对由振动计(5)测量的材料的质量进行测量。

优选地，流体围绕构造成对由计量器(5)测量的材料的质量进行测量的计重秤。

附图说明

相同的参考标记在所有附图上代表相同的元件。应该理解的是附图不必按照比例绘制。

图1A和图1B示出了说明了浮力的影响的计重秤WS。

图2示出了包含计量组件10和一个或更多个计量电子器件20的呈科里奥利流量计形式的振动计5的示例。

图3示出了构造成将直接测得的质量流率转换以考虑浮力的计量电子器件20。

图4示出了将直接测得的质量流率转换以考虑浮力的方法400。

图5示出了用于将直接测得的质量流率转换以考虑浮力的系统500。

图6示出了用于将直接测得的质量流率转换以考虑浮力的系统600。

具体实施方式

图2至图6和以下说明描述了特定示例，以教导本领域技术人员如何制造和使用将直接测得的质量流率转换以考虑浮力的实施方式的最佳模式。出于教导发明原理的目的，已经简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员将理解来自落入本说明书的范围内的这些示例的变型。本领域技术人员将理解以下描述的特征可以以各种方式结合，以形成将直接测得的质量流率转换以考虑浮力的多种变型。因此，以下所描述的实施方式并不限于以下描述的具体示例，而是仅由权利要求及其等同物限制。

使用直接测量的质量流量计、比方说例如科里奥利流量计将直接测得的质量流率转换以考虑浮力，比如转换为“表观质量”或“空气中的质量”。采用了例如由可以同时测量质量和密度的科里奥利流量计提供的密度测量值。更具体地，测得的材料的密度可以用于将直接测得的质量流率转换为包含流体的浮力的质量值。该质量值被标准化为质量标准(例如，标准千克)和流体的浮力，在该流体中，采用了质量标准件。用户可以指定用于周围流体(例如空气)的密度值和用于校准测试计重秤的质量标准件的密度值。

电子器件、比如在科里奥利流量计中的计量电子器件可以执行计算以将直接测得的质量流量和测得的密度转换为表观质量流率和表观质量总和。因此，来自科里奥利计量器的表观质量总和可以与由计重秤指示的质量总和相匹配，其中，没有向秤指示值、比如图1B中所示的秤指示值应用浮力修正。也就是说，电子器件可以提供图1B中所示的9.8磅的值，并且表明该值基于总计为10磅的直接测得的实际质量流率而未针对浮力修正。

图2示出了呈科里奥利流量计形式的振动计5的示例，该振动计5包含计量组件10和一个或更多个计量电子器件20。一个或更多个计量电子器件20连接至计量组件10，以测量流动材料的特性，比方说例如密度、质量流率、体积流率、总质量流量、温度以及其它信息。

计量组件10包括一对凸缘103和103’、歧管110和110’以及导管130和130’。歧管110、110’附接至至导管130、130’的相反的端部。本示例的凸缘103和103’附接至歧管110和110’。导管130和130’以大致平行的方式从歧管向外延伸。当计量组件10插入到输送流动材料的管道系统(未示出)中时，材料通过凸缘103进入计量组件10、穿过入口歧管110、流动穿过导管130和130’并返回进入出口歧管110’，其中，材料的总量在入口歧管110处被导向以进入导管130和130’，而材料在出口歧管110’处通过凸缘103’离开计量组件10。

计量组件10包括驱动器180。驱动器180在驱动器180可以在驱动模式中振动导管130、130’的位置处附接至导管130和130’。更具体地，驱动器180包括附接至导管130的第一驱动器部件(未示出)和附接至导管130’的第二驱动器部件(未示出)。驱动器180可以包括许多众所周知的装置中的一种装置，比如安装至导管130的磁体和安装至导管130’的相对的线圈。驱动器180可以接收来自计量电子器件20的驱动信号185。

在本示例中，驱动模式是第一异相弯曲模式，并且导管130和130’优选地选择并适当地安装至入口歧管110和出口歧管110’，以便提供平衡系统，该平衡系统具有大致相同的质量分布、惯性矩以及分别绕弯曲轴线W-W和W’-W’的弹性模量。在本示例中，在驱动模式是第一异相弯曲模式的情况下，导管130和130’由驱动器180绕它们各自的弯曲轴线W-W和W’-W’在相反的方向上驱动。呈交流电形式的驱动信号可以由一个或更多个计量电子器件20比方说例如经由路径提供，并且通过线圈以引起两个导管130、130’振动。本领域的普通技术人员将理解的是，其它驱动模式可以在本发明范围内使用。

所示的计量组件10包括附接至导管130、130’的一对拾取器170l、170r。更具体地，第一拾取器部件位于导管130上并且第二拾取器部件位于导管130’上。在所描述的实施方式中，拾取器170l、170r可以是电磁探测器，例如——产生代表导管130、130’的速度和位置的拾取器信号的拾取器磁体和拾取器线圈。例如，拾取器170l、170r可以通过左传感器信号165l和右传感器信号165r向一个或更多个计量电子器件提供拾取器信号。本领域普通技术人员将理解的是，导管130、130’的运动与流动材料的某些特性、例如流动穿过导管130、130’的材料的质量流率和密度是成比例的。

应当理解的是，尽管上述计量组件10包含双流量导管流量计，但是提供单个导管流量计也在本发明范围内。此外，尽管导管130、130’被示为包括弯曲的流动导管构型，但是本发明可以使用包括直的流动导管构型的流量计来实现。因此，上述计量组件10的特定实施方式仅仅是一个示例，并且绝不应限制本发明的范围。

在图2所示的示例中，一个或更多个计量电子器件20接收来自拾取器170l、170r的拾取器信号。通信路径26提供了允许一个或更多个计量电子器件20与操作者相互作用的输入装置和输出装置。一个或更多个计量电子器件20测量流动材料的特性，比方说例如相位差、频率、时间延迟、密度、质量流率、体积流率、总质量流量、温度、计量器校验和其它信息。更具体地，一个或更多个计量电子器件20接收例如来自拾取器170l、170r和比如电阻温度装置(RTD)的一个或更多个温度传感器190的一个或更多个信号，并且使用该信息测量流动材料的特性。在图2所示的实施方式中，计量电子器件20接收来自温度传感器190的温度信号195。

科里奥利流量计通常包括零偏移的存在，该零偏移是拾取器170l、170r在零流体流量下的所测量的时间延迟。该零偏移可以通过在初始的校准过程期间测量初始的零偏移(Δt

其中：

FCF＝流量校准系数

Δt

Δt

图2所示的振动计5直接测量导管130、130’中的材料的质量。因此，测得的质量流率不受浮力影响的影响。累加的质量值、比如流动穿过振动计5的材料的测得的质量流率的总和可能等同于或等于在真空中的计重秤上测得的材料。然而，材料的质量可以通过计重秤在例如周围的流体是空气的正常状况下进行测量。因此，浮力影响可能导致累加的质量值与通过在空气中使用的计重秤指示的质量之间的小的但是可测量的差值。

在测量标准中采用了术语“真空中的质量”和“空气中的质量”，以帮助记录和传达针对浮力修正或未针对浮力修正的秤读数之间的差值。NIST手册44(HB44)要求质量计量器以在与8.0g/cm

计算质量值的示例

例如，质量值可以通过例如使用来自科里奥利计量器的连续的密度测量值进行计算，以将直接测得的质量流率和总测量值(例如真空中的质量)自动地修正成包含流体的浮力的质量值，比如空气中的材料的质量，其与空气中8.0g/cm

其中：

Mass

ρ

ρ

ρ

ρ

围绕计重秤的空气的密度ρ

如前所述，使用上述等式[2]执行的计算可以连续地更新。例如，在燃料传输期间，流体的密度可能变化。因此，在使用等式[2]的重复计算期间，测得的密度值可能变化。例如，在使用等式[2]的重复计算期间，测得的材料的密度值ρ

作为示例，在使用流体、比如密度接近于1.0g/cm

从该示例中可以看出，用于水的0.99895的转换系数将导致表观质量指示值比通过科里奥利计量器测量的真实质量小0.105％。对于不同密度的流体，转换系数将始终保持小于1.0000，并且转换系数将随着流体密度减小而减小。因此，真实质量与表观质量之间的差值将随着流体密度减小而增大。

有利地，操作者可以使用表观质量的指示值相对于计重秤校准计量器，而不必针对浮力影响而对计重秤读数应用任何修正。然后，基于使用表观质量单位完成了计量器相对于计重秤的校准，可以放心地使用计量器同时指示直接质量(例如真空中的质量)和/或表观质量。

计算质量值的另一示例

除了指示表观质量总和之外，还可以通过将来自等式[2]的相同转换系数应用于即时的真实质量流率以在任何给定时间处指示表观质量流率的单位。在该示例中，使用密度读数以将直接测得的质量流率转换为表观质量流率。例如，可以使用以下等式[4]：

其中：

ρ

ρ

ρ

如可以理解的，可以采用计算质量值的其它方式。该质量值可以使用各种电子器件进行计算，其示例在以下内容中进行描述。

如可以理解的，以上等式[2]和等式[4]可以进行修改。例如，空气的密度ρ

图3示出了构造成将直接测得的质量流率转换以考虑浮力的计量电子器件20。如图3中所示，计量电子器件20包括处理系统310和存储系统320。处理系统310被示出为包括存储系统320，尽管在替代性实施方式中，存储系统320可以与处理系统310分开并且不同。存储系统320被示出为包括存储值。接口301与处理系统310通信地联接。

参照图2，例如，接口301可以构造成联接至引线100并与驱动器180、拾取器170l、170r和温度传感器190交换信号。接口301还可以构造成通过通信路径26进行通信，比如与外部装置进行通信。外部装置可以包括构造为与振动计5测量相同流体的密度计。处理系统310可以包含任何形式的处理系统。处理系统310构造成取回并执行所存储的程序，以便操作振动计5。

计量电子器件20或者更具体地、处理系统310可以执行一种方法、比如本文中所述的方法。例如，计量电子器件20可以使用由计量组件10提供的左传感器信号165l和右传感器信号165r来测量振动计5中的材料的流率。

存储系统320被示出为存储测得的流率321、测得的温度322、测得的密度323、拾取器电压324、空气的密度331、标准件的密度332、表观质量333以及真实质量334。测得的流率321可以是直接测得的流率并且因此可以未受浮力影响。例如，测得的流率321可以是由以上参照图2所述振动计5测量的流率。如以上说明的以及在以下内容中更详细的描述的，测得的密度323可以用于将测得的流率321转换成考虑浮力的质量值。质量值可以是如图3中所示的表观质量值333。如上所述，为了将测得的流率321转换为表观质量333，测得的流率321可以累加为真实质量334。因此，计量电子器件20可以构造成执行各种方法，其示例将在以下内容中进行更加详细地描述。

图4示出了将直接测得的质量流率转换以考虑浮力的方法400。如图4中所示，方法400包括在步骤410中直接测量材料的质量流率。在步骤420中，方法400测量了材料的密度。方法400在步骤430中使用测得的材料的密度将直接测得的质量流率转换为质量值。质量值可以包括或考虑流体的浮力。

在步骤410中，可以通过例如图2中所示的振动计5来测量材料的质量流率，但是可以采用用于直接测量质量流率的任何合适的装置。由于质量流率值是被直接测量，因此质量流率值可以是真实质量流率值。也就是说，在测得的质量流率值中可能没有包括浮力影响。因此，通过将多个测得的质量流率值累加而确定的质量值大致与不包含流体的浮力的质量值相等。

在步骤420中，方法400可以使用例如图2中所示的振动计5来测量密度。替代性地，可以通过不是振动计5的密度计来测量密度。例如，密度计可以通信地联接至振动计5，并且为振动计5提供测得的密度。可以采用各种其它构型。

在步骤430中，使用测得的材料的密度将直接测得的质量流率转换为质量值可以包括将材料的多个直接测得的质量流率累加，并且使用测得的材料的密度以将累加的直接测得的质量流率转换为包含流体的浮力的质量值。例如，质量流率可以累加为真实质量值、比如以上所述的真实质量值Mass

真实质量值Mass

如上所述，材料的密度可以通过例如以上参照图2所述的振动计5来测量。也就是说，振动计5可以大致同时地测量流动穿过振动计5的材料的质量流率和密度。有利地，这可以保证对材料的密度的测量与对材料的质量流率的直接测量同时进行。替代性地，材料的密度可以在与振动计5或者其他合适的计量器测量流动穿过振动计5的材料的质量流率的大约相同时间处通过密度计进行测量。在该实施方式中，密度还可以与直接测得的质量流率同时进行测量。替代性地，测量值可以使用例如延迟进行暂时地关联。

图5示出用于将直接测得的质量流率转换以考虑浮力的系统500。如图5中所示，该系统500包括以上参照图2所述的振动计5。振动计5被示出为包括参照图2所述的计量组件10和计量电子器件20。振动计5构造成直接测量流动穿过振动计5的材料的质量流率。

图5中示出的计量电子器件20通信地联接至密度计量电子器件520，该密度计量电子器件520与密度变换器510通信地联接。密度变换器510构造成测量流动穿过振动计5的材料的密度。密度变换器510向密度计量电子器件520提供信号，密度计量电子器件520可以将该信号转换为密度读数。替代性地，密度计量电子器件520可以将由密度变换器510提供的信号传递至振动计5的计量电子器件20。密度计量电子器件520和/或计量电子器件20可以构造成将密度测量值与直接测得的质量流率暂时地关联。

如上所述，围绕计重秤的流体的密度可以在科里奥利流量计测量质量流率时进行测量，以便连续地更新例如表观质量Mass

图6示出了用于将直接测得的质量流率转换以考虑浮力的系统600。如图6所示，系统600包括以上参照图2所述的振动计5。振动计5被示出为包括参照图2和图3所述的计量组件10和计量电子器件20。图6中所示的计量电子器件20通信地联接至流体传感器610。

流体传感器610构造成测量压力，测量比如流体的大气压力，该流体例如围绕或邻近于计重秤。在一个示例中，流体传感器610可以布置成邻近于计重秤，该计重秤构造成以重量分析的方式对由振动计5测量的材料的质量进行测量。流体传感器610可以向振动计5、特别是计量电子器件20提供反映压力的信号。使用测得的压力，计量电子器件20可以构造成例如对围绕计重秤的流体、比如空气的密度值进行连续地更新。流体的密度可以是空气的密度ρ

上文将计量电子器件20、方法400和系统500、系统600描述为将直接测得的质量流率转换以考虑浮力。通过使用测得的材料的密度，可以将直接测得的材料的质量流率转换为包含流体的浮力的质量值。也可以使用测得的例如围绕计重秤的流体的密度。围绕计重秤的流体的密度可以通过例如测量大气压力并将测得的大气压力提供给计量电子器件20来确定。材料的密度可以与材料的质量流率同时进行测量。替代性地或附加地，对引起浮力影响的流体的密度的测量和确定也可以与对材料的质量流率的直接测量和/或对密度的测量同时进行或暂时地关联。由于上述特征中的每个特征的单独存在或相互组合，包含流体的浮力的质量值可以准确地与以重量分析的方式测得的质量值相比。也就是说，考虑流体浮力的质量值可以预期为与以重量分析的方式测得的质量值相等。

以上实施方式的详细描述不是发明人设想的落入本说明书范围内的所有实施方式的详尽描述。实际上，本领域技术人员将认识到的是，上述实施方式的某些元件可以以不同的方式组合或移除以产生其他实施方式，并且这些实施方式均落入本书明书的范围和教导。对于本领域的普通技术人员还将明显的是，上述实施方式可以全部或部分地组合以产生在本说明书范围和教导内的另外的实施方式。

因此，尽管本文中出于说明的目的描述了特定的实施方式，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本说明书的范围内的各种等效改型也是可能的。本文中所提供的教导可以应用于将直接测得的质量流率转换以考虑浮力的其它方式，而不是仅应用于以上所述的和附图中所示的实施方式。因此，以上所述的实施方式的范围应由所述权利要求来确定。