[发明专利]用于确定密度差的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及流量计，并且更具体地涉及用于通过密度差测量来确定燃料质量和系统效率的方法及设备。

背景技术

振动传感器(如例如，振动密度计和科里奥利流量计)为众所周知的，并且用于测量涉及流动穿过流量计中的导管的材料的质量流和其它信息。示例性科里奥利流量计在全都授予J.E. Smith等人的美国专利4,109,524、美国专利4,491,025和Re31,450中公开。这些流量计具有直或弯曲构造的一个或更多个导管。例如，科里奥利质量流量计中的各个导管构造具有一组自然振动模式，其可为简单弯曲、扭转或联接的类型。各个导管可驱动成在优选模式下振荡。

一些类型的质量流量计，尤其是科里奥利流量计能够以执行密度的直接测量的方式操作，以通过质量对密度的商来提供体积信息。见例如授予Ruesch的针对净油计算机的美国专利第4,872,351号，其使用科里奥利流量计来测量未知多相流体的密度。授予Buttler等人的美国专利第5,687,100号教导了一种科里奥利效应密度计，其针对作为振动管密度计操作的质量流量计中的质量流率效果来校正密度读数。

材料从流量计的入口侧上的连接的管线流动到流量计中，引导穿过(多个)导管，并且通过流量计的出口侧离开流量计。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限定。

当不存在穿过流量计的流动时，施加于(多个)导管的驱动力引起沿(多个)导管的所有点以同样的相位或小"零点偏移"(其为零流动下测得的时间延迟)振荡。在材料开始流动穿过流量计时，科里奥利力引起沿(多个)导管的各个点具有不同的相位。例如，流量计的入口端处的相位滞后于集中驱动器位置处的相位，而出口处的相位先于集中驱动器位置处的相位。(多个)导管上的敏感元件产生代表(多个)导管的运动的正弦信号。来自敏感元件的信号输出处理成确定敏感元件之间的时间延迟。两个或更多个敏感元件之间的时间延迟与流动穿过(多个)导管的材料的质量流率成比例。

连接于驱动器的计量电子设备生成驱动信号来操作驱动器，并且还由从敏感元件接收的信号确定过程材料的质量流率和/或其它性质。驱动器可包括许多公知的布置中的一个；然而，磁体和相对的驱动线圈在流量计行业中取得了极大的成功。交变电流经过至驱动线圈用于使(多个)导管在期望的流动管幅度和频率下振动。本领域中还已知的是将敏感元件提供为非常类似于驱动器布置的磁体和线圈布置。然而，尽管驱动器接收引起运动的电流，但敏感元件可使用由驱动器提供的运动来引起电压。由敏感元件测得的时间延迟的大小为非常小的；通常以纳秒计。因此，必要的是使变换器输出非常准确。

大体上，流量计可最初校准，并且可生成连同零点偏移的流动校准因子。在使用中，流动校准因子可乘以由敏感元件测得的时间延迟减去零点偏移，以生成质量流率。在大多数情形中，流量计最初典型地由制造商校准，并且假定成提供准确的测量结果，而不需要后续校准。此外，现有技术的途径涉及使用者通过停止流动、关闭阀并且因此在过程条件下向计量计提供零点流率基准来在安装之后对流量计进行零点校准。

包括科里奥利流量计的振动传感器经常用于大型发动机系统中，如海上船舶中发现的那些。对于此类船舶，正确的燃料管理对于有效发动机系统操作而言为关键的。燃料管理典型地以港口处的装燃料或燃料加载开始。在该点上，燃料加载到船舶上，并且测量数量。然而，燃料质量此时是未知的。燃料质量通过将样本发送至其中可确定粘度、密度和成分的实验室来确定。令人遗憾地，该过程经常花费几天，故出现的燃料质量问题典型地仅在船舶离开港口并且在海上充分航行之后才揭露。此外，即使燃料质量满足给定的一组标准，燃料系统内的问题也可将污染物如水引入到燃料系统中，这是成问题的。

因此，本领域中需要的是用以确定定性燃料性质的方法和相关设备。需要的是用以确定在进入发动机之前和在离开发动机之后的燃料密度的方法和相关设备。需要的是检测燃料的潜在含水量。本发明克服这些及其它问题，并且实现本领域中的进步。

发明内容