确定多仪表流体流动系统的差示流动特性的方法和装置制造方法

文档序号:6159246阅读:191来源:国知局
确定多仪表流体流动系统的差示流动特性的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种流体流动系统(300)。该流体流动系统(300)包括具有流动流体的管线(302)。该流体流动系统(300)还包括第一振动仪表(5),第一振动仪表(5)包括位于管线(302)内的第一传感器组件(10)并且配置成确定包括第一流速的一个或多个流动特性。提供包括位于管线(302)内的第二传感器组件(10')的第二振动仪表(5');第二振动仪表(5')与第一传感器组件(10)流体连通并且配置成确定包括第二流速的一个或多个流动特性。流体流动系统(300)还包括与第一和第二振动仪表(5,5')电气连通的系统控制器(310)。系统控制器(310)配置成接收第一和第二流速并且基于第一和第二流速来确定差示流速。系统控制器(310)还配置成将差示流速与阈值或带进行比较,并且如果差示流速小于阈值或带则对一个或多个流动特性进行校正。
【专利说明】确定多仪表流体流动系统的差示流动特性的方法和装置
【技术领域】
[0001]下面描述的实施例涉及振动仪表,更具体地涉及一种确定具有多个振动仪表的流体流动系统的差示流动特性的方法和装置。
【背景技术】
[0002]振动传感器(诸如振动密度仪表和Coriolis流量仪表)总体上是众所周知的,且被用于测量流动通过流量仪表中管道的材料的质量流速和其它信息。示例性的Coriolis流量仪表公开于美国专利4,109,524、美国专利4,491,025、和再版专利31,450 (均授予J.E.Smith等人)中。这些流量仪表具有直的或弯曲配置的一条或多条管道。Coriolis质量流速仪表中的各管道配置具有一组自然振动模式,这些自然振动模式可属于简单的弯曲、扭转、或耦联类型。各管道可以被驱动从而在优选模式下振荡。
[0003]材料从流量仪表入口侧上的连接管线流动到流量仪表,被引导通过管道,并通过流量仪表的出口侧尚开流量仪表。振动的材料填充系统的自然振动模式是部分地由管道与在管道内部流动的材料的组合质量限定。
[0004]当不存在通过流量仪表的流动时,施加到管道的驱动力导致沿管道的所有点以相同的相位或小的“零偏移”振荡(零偏移是在零流量时测量的时延)。当材料开始流动通过流量仪表时,Coriolis力导致沿管道的各点具有不同的相位。例如,在流量仪表入口端的相位落后于在居中的驱动器位置的相位,同时在出口处的相位领先于在居中的驱动器位置的相位。管道上的拾取传感器产生代表管道运动的正弦信号。对来自拾取传感器的信号输出进行处理,以确定拾取传感器之间的时延。两个或更多个拾取传感器之间的时延与流动通过管道的材料的质量流速成比例。
[0005]连接到驱动器的仪表电子器件生成驱动信号以操纵驱动器,并且基于从拾取传感器接收的信号确定材料的质量流速和其它特性。驱动器可包括许多众所周知的布置中的一种;然而,磁体和相对的驱动线圈在流量仪表行业已获得巨大成功。使交流电流流到驱动线圈,以使管道以期望的流管振幅和频率振动。在本【技术领域】也已知的是,以非常类似于驱动器布置的磁体和线圈布置而提供拾取传感器。然而,虽然驱动器接收引起运动的电流,但拾取传感器可以利用由驱动器提供的运动而产生电压。由拾取传感器测量的时延的量是非常小的;经常是以纳秒形式测量。因此,必须使传感器输出非常精确。
[0006]总体上,可以对Coriolis流量仪表进行初始校正,并且可以生成伴随零偏移的流量校正因子。在使用中,可以将流量校正因子乘以减去零偏移的由拾取传感器测量的时延,以生成质量流速。在大多数情况下,通常由制造商对Coriolis流量仪表进行初始校正,并且假定提供精确测量而无需随后的校正。另外,一种现有技术的方法包括在安装之后由用户通过停止流动、关闭阀门而进行对流量仪表进行零校正,由此为仪表提供在处理条件下的零流量参考。
[0007]如上所述,在许多振动传感器(包括Coriolis流量仪表)中可存在零偏移,现有技术方法对该零偏移初始校正。尽管此初始确定的零偏移在有限的环境下可以合适地校正测量值,但由于多种操作条件(主要是温度)的变化因而零偏移会随时间而变化,这导致了仅部分的校正。然而,其它操作条件也会影响零偏移,包括压力、流体密度、传感器安装条件等。而且,零偏移在仪表彼此之间可能以不同的速率而变化。以串联方式将多于一个的仪表加以连接以使得如果测量相同的流量则每个仪表的读数应当相同的情况会是特别令人感兴趣的。这种情况的示例包括燃料消耗和泄漏检测的应用。
[0008]已知的是,确定不同的零偏移以将两个仪表配置成当流动通过仪表的流量基本相同时读出基本相同的流速(如国际公布W0/2011/019344所教导,其被分配给本发明 申请人:并且其教导的所有内容以参考的方式并入本文中)。然而,仍然需要对从多传感器系统获得的差示测量值加以改进。下面描述的实施例克服了此问题和其它问题,并且实现了本领域的进步。在下面描述的实施例中,通过加入低的差示流量截止值(如果确定的差示流量低于阈值或带,则其对确定的差示流量以及其它流动特性进行校正的)而改进从两个或更多个振动仪表获得的差示流量测量值。

【发明内容】

[0009]根据实施例提供一种流体流动系统。所述流体流动系统包括具有流动流体的管线以及包括第一传感器组件的第一振动仪表,所述第一传感器组件位于管线内并且配置成确定包括第一流速的一个或多个流动特性。根据实施例,所述流体流动系统还包括包括第二传感器组件的第二振动仪表,所述第二传感器组件位于所述管线内并且与第一传感器组件流体连通并且配置成确定包括第二流速的一个或多个流动特性。根据实施例,所述流体流动系统还包括系统控制器,所述系统控制器与第一或第二振动仪表中的至少一个电气连通。所述系统控制器配置成接收所述第一和第二流速并基于所述第一和第二流速确定差示流速。根据实施例,所述系统控制器还配置成将所述差示流速与阈值或带比较以及如果所述差示流速小于阈值或带则校正一个或多个流动特性。
[0010]根据实施例提供一种用于第一传感器组件的仪表电子器件,所述第一传感器组件位于管线内并且与振动仪表的第二传感器组件流体连通,所述振动仪表与仪表电子器件电气连通。所述仪表电子器件配置成接收来自第一传感器组件的传感器信号并且确定包括第一流体流速的一个或多个流动特性。根据实施例,所述仪表电子器件还配置成接收来自第二振动仪表的第二流体流速并基于所述第一和第二流体流速确定差示流速。根据实施例,所述仪表电子器件还配置成将所述差示流速与阈值或带比较以及如果所述差示流速小于所述阈值或带则校正一个或多个流动特性。
[0011]根据实施例提供一种操作流体流动系统的方法,所述流体流动系统包括第一振动仪表以及与所述第一振动仪表流体连通的第二振动仪表。所述方法包括接收来自所述第一振动仪表的第一传感器信号并且接收来自所述第二振动仪表的第二传感器信号的步骤。根据实施例,所述方法还包括基于所述第一和第二传感器信号确定包括第一和第二流速的一个或多个流动特性并基于所述第一和第二流速确定差示流速的步骤。根据实施例,所述方法还包括将所述差示流速与阈值或带比较以及如果所述差示流速小于阈值或带则校正一个或多个流动特性的步骤。
[0012]方面
根据一方面,一种流体流动系统包括: 具有流动流体的管线;
包括第一传感器组件的第一振动仪表,所述第一传感器组件位于管线内并且配置成确定包括第一流速的一个或多个流动特性;
包括第二传感器组件的第二振动仪表,所述第二传感器组件位于所述管线内并且与第一传感器组件流体连通并且配置成确定包括第二流速的一个或多个流动特性;
系统控制器,所述系统控制器与第一和第二振动仪表电气连通并且配置成:
接收所述第一和第二流速;
基于所述第一和第二流速确定差示流速;
将所述差示流速与阈值或带比较;以及
如果所述差示流速小于阈值或带,则校正一个或多个流动特性。
[0013]优选地,所述校正包括将所述差示流速设置为零。
[0014]优选地,所述第一或第二流速中的一个利用差示零偏移而确定。
[0015]优选地,系统控制器还配置成如果所述差示流速小于所述阈值则确定新的差示零偏移。
[0016]优选地,系统控制器还配置成如果所述差示流速小于所述阈值达预定量的时间则确定新的差不零偏移。
[0017]优选地,系统控制器还配置成将群延迟(group delay)施加到所述第一或第二流速中的一个以使得所述第一和第二流速表示在基本相同时间所发生的流速。
[0018]根据另一方面,一种用于第一传感器组件的仪表电子器件(所述第一传感器组件位于管线内并且与振动仪表的第二传感器组件流体连通,所述振动仪表与仪表电子器件电气连通)配置成:
接收来自第一传感器组件的传感器信号并且确定包括第一流体流速的一个或多个流动特性;
接收来自第二振动仪表的第二流体流速;
基于所述第一和第二流体流速确定差示流速;
将所述差示流速与阈值或带比较;以及
如果所述差示流速小于所述阈值或带,则校正一个或多个流动特性。
[0019]优选地,所述校正包括将所述差示流速设置为零。
[0020]优选地,所述仪表电子器件还配置成利用差示零偏移确定所述第一流体流速。
[0021]优选地,所述仪表电子器件还配置成如果所述差示流速小于所述阈值或带则确定新的差不零偏移。
[0022]优选地,所述仪表电子器件还配置成如果所述差示流速小于所述阈值或带达预定量的时间则确定新的差不零偏移。
[0023]优选地,所述仪表电子器件还配置成利用施加到所述第一流速的群延迟而确定所述差示流速以使得所述第一和第二流速表示在基本相同时间所发生的流速。
[0024]根据另一方面,一种操作流体流动系统的方法(所述流体流动系统包括第一振动仪表以及与所述第一振动仪表流体连通的第二振动仪表)包括步骤:
接收来自所述第一振动仪表的第一传感器信号并且接收来自所述第二振动仪表的第二传感器信号; 基于所述第一和第二传感器信号确定包括第一和第二流速的一个或多个流动特性; 基于所述第一和第二流速确定差示流速;
将所述差示流速与阈值或带比较;以及
如果所述差示流速小于阈值或带,则校正一个或多个流动特性。
[0025]优选地,所述校正包括将所述差示流速设置为零。
[0026]优选地,所述第一或第二流速中的一个利用差示零偏移而确定。
[0027]优选地,所述方法还包括如果所述差示流速小于所述阈值或带则确定新的差示零偏移的步骤。
[0028]优选地,所述方法还包括如果所述差示流速小于所述阈值或带达预定量的时间则确定新的差示零偏移的步骤。
[0029]优选地,确定所述差示流速的步骤包括将群延迟施加到所述第一或第二流速中的一个以使得所述第一和第二流速表示在基本相同时间所发生的流速。
【专利附图】

【附图说明】
[0030]图1示出了根据实施例的振动仪表。
[0031]图2示出了根据实施例的用于振动仪表的仪表电子器件。
[0032]图3示出了根据实施例的流体流动系统。
[0033]图4示出了质量流速对时间的曲线图。
[0034]图5示出了在变化的供应流速情况下质量流速对时间的曲线图。
[0035]图6示出了在各种群延迟情况下差示流速和发动机消耗的曲线图。
[0036]图7示出了根据实施例的处理例程。
【具体实施方式】
[0037]图1-7和以下说明描述了具体示例,其教导本领域技术人员如何制作和使用传感器组件的实施例的最佳方式。出于教导本发明原理的目的,已简化或省略一些常规的方面。本领域技术人员将理解,这些示例的变型均落入本说明的范围内。本领域技术人员将理解,下文所述的特征可以以各种方式组合以形成振动仪表系统的多种变型。因此,以下描述的实施例不限于下文所述的具体示例,而仅由权利要求及其等同物限制。
[0038]图1示出了 Coriolis流量仪表形式的振动仪表5的示例,其包括传感器组件10以及一个或多个仪表电子器件20。仪表电子器件20经由引线100连接到传感器组件10以测量材料的一个或多个流动特性,例如像是密度、质量流速、体积流速、总质量流量、温度、和其它信息。
[0039]传感器组件10包括一对凸缘101和101’、歧管102和102’、以及管道103A和103B。歧管102,102’附连到管道103A,103B的相对端部。本实施例的凸缘101和101’附连到歧管102和102’。本实施例的歧管102和102’附连到间隔件106的相对端部。在本实施例中,间隔件106保持歧管102和102’之间的间距以防止管道103A和103B中的不希望有的振动。管道103A和103B以基本上平行的方式从歧管向外延伸。当把传感器组件10插入携带流动材料的管线系统(见图3)中时,该材料通过凸缘101进入传感器组件10,穿过入口歧管102 (在入口歧管102中材料总量被引导进入管道103A和103B),流动通过管路103A和103B并且回到出口歧管102’(在出口歧管102’中该材料通过凸缘101’离开传感器组件10)中。
[0040]传感器组件10包括驱动器104。驱动器104在该驱动器在驱动模式中可以振动管道103A,103B的位置处附连到管道103A和103B。更具体地,驱动器104包括附连到管道103A的第一驱动器部件(未图示)和附连到管道103B的第二驱动器部件(未图示)。驱动器104可包括许多众所周知的设置中的一种,例如安装到管道103A的磁体和安装到管道103B的相对的线圈。
[0041]在本示例中,驱动模式是第一异相弯曲模式,管道103A,103B被优选地选择并且被适当地安装到入口歧管102和出口歧管102’,从而提供围绕弯曲轴线W-W和W’ -W分别具有基本相同的质量分布、惯性矩和弹性模量的平衡系统。在本示例中(其中驱动模式是第一异相弯曲模式),驱动器104围绕管道103A,103B的各自弯曲轴线W-W和W’ -W’在相反的方向上驱动管道103A,103B。仪表电子器件20可以提供采用交流电流形式的驱动信号(例如像是经由通道110),并且电流穿过线圈导致管道103A,103B振荡。本领域技术人员将理解的是,在本实施例的范围内可以采用其它驱动模式。
[0042]传感器组件10还包括附连到管道103A,103B的一对拾取传感器105,105’。更具体地,第一拾取部件(未图示)位于管道103A上,第二拾取部件(未图示)位于管道103B上。在图不的实施例中,拾取传感器105,105’可以是电磁检测器,例如产生代表管道103A, 103B的速度和位置的拾取信号的拾取磁体和拾取线圈。例如,拾取传感器105,105’可经由通道111,111’将拾取信号提供到仪表电子器件20。本领域技术人员将理解的是,管道103A,103B的运动与流动通过管道103A,103B材料的某些流动特性(例如质量流速、密度、体积流速等)成比例。
[0043]应当理解的是,虽然传感器组件10在上文中被描述为包括双流动管道传感器组件,但在本实施例的范围内采用单管道传感器组件是有益的。而且,虽然流动管道103A, 103B被图示成包括弯曲的流动管道配置,但可用包括直的流动管道配置的传感器组件实施本实施例。因此,上述传感器组件10的特定实施例只是一个示例,而不应以任何方式限制本实施例的范围。
[0044]在图1所示的实施例中,仪表电子器件20接收来自拾取传感器105,105’的拾取信号。路径26提供允许仪表电子器件20与操作者或另一个仪表电子器件(见图3)连接的输入和输出手段。仪表电子器件20测量系统的一个或多个特性,例如相位差、频率、时延、密度、质量流速、体积流速、总质量流速、温度、仪表验证、和其它信息。更具体地,仪表电子器件20可以接收来自拾取传感器105,105’以及一个或多个温度传感器(未图示)的一个或多个信号,并利用此信息测量材料的各种特性。
[0045]此外,传感器组件10可以包括温度传感器107 (诸如电阻测温装置(RTD))以测量管道103A,103B内部的流体的温度。RTD可以经由引线112与仪表电子器件20电气连通。
[0046]利用振动仪表(例如Coriolis流量仪表或密度仪表)测量流动特性的技术是众所周知的;因此,为了使本说明简洁明了而省略了详细说明。
[0047]如上面简略的描述,与振动仪表(例如Coriolis流量仪表)有关的一个问题是存在零偏移,该零偏移是在零流体流量下拾取传感器105,105’测量的时延。如果在计算流速和各种其它流动特性时不考虑零偏移,那么在测量中所测量的流动特性通常将包含误差。用于补偿零偏移的典型的现有技术方法是在初始的校正过程期间测量初始零偏移(△、),初始的校正过程通常包括关闭阀门并且提供零流量参考条件。这种校正过程在本领域是众所周知的,为了使说明简洁明了而省略了详细说明。一旦确定了初始零偏移,则在操作期间,通过按照公式(I)从测量的时延中减去初始零偏移而校正流量测量值。
m =FCF(At.量的-Δ?0)(I)
其中:
m =质量流速;
FCF =流量校正因子;
=测量的时延;以及 At0 =初始零偏移。
[0048]应当理解的是,公式(I)仅仅被提供作为一个示例并且不应以如何方式限制本实施例的范围。尽管公式(I)被提供以计算质量流速,但应当理解的是各种其它流量测量值会受零偏移的影响,因此也可以进行校正。
[0049]虽然此方法可以在单传感器组件系统中提供适当的结果,但存在其中并入多个串联的传感器组件的一些情况。例如,如上述国际公布W0/2011/019344中所解释的,在一些情况下,与如由任意一个单传感器组件所确定的绝对流速相比更关心由两个或更多个传感器组件所确定的两个测量流速之间的差值(差示流速)。在这种情况下,一个振动仪表可以包括要被校正的振动仪表的参考仪表,以便当通过这两个仪表的流量相同时提供基本相同的质量流速。
[0050]因为这两个仪表配置成在相同的条件下产生相同的测量值,所以这些仪表的绝对零偏移不如在单仪表量系统中那样重要。因此,根据实施例,仪表电子器件20或者多于一个的仪表电子器件可以配置成在两个或更多个传感器组件之间产生差示零偏移。该差示零偏移可以包括与在两个或更多个传感器组件之间的差示误差结合的传感器组件的初始零偏移。可能需要差示零偏移以便产生通过被校正的传感器和参考传感器的基本相同的流速。换句话说,参考上面的公式(I),如果相同的流体流速流动通过被校正的传感器和参考传感器,那么这两个传感器利用公式(I)可以产生各传感器的两种质量流速。如果假设参考传感器的质量流速等于被校正的传感器组件的质量流速,那么可以计算被校正传感器的差不零偏移。此新的偏移基本上是差不偏移并且不于公式(2和3)中。
【权利要求】
1.一种流体流动系统(300),包括: 具有流动流体的管线(302); 包括第一传感器组件(10)的第一振动仪表(5),所述第一传感器组件(10)位于管线(302)内并且配置成确定包括第一流速的一个或多个流动特性; 包括第二传感器组件(10’)的第二振动仪表(5’),所述第二传感器组件(10’)位于所述管线(302)内并且与第一传感器组件(10)流体连通并且配置成确定包括第二流速的一个或多个流动特性; 系统控制器(310),所述系统控制器(310)与第一和第二振动仪表(5,5’)电气连通并且配置成: 接收所述第一和第二流速; 基于所述第一和第二流速确定差示流速; 将所述差示流速与阈值或带比较;以及 如果所述差示流速小于阈值或带,则校正一个或多个流动特性。
2.如权利要求1所述的流体流动系统(300),其中,所述校正包括将所述差示流速设置为零。
3.如权利要求1所述的流体流动系统(300),其中,所述第一或第二流速中的一个利用差不零偏移而确定。
4.如权利要求3所述的流体流动系统(300),其中,系统控制器(310)还配置成如果所述差示流速小于所述阈值则确定新的差示零偏移。
5.如权利要求3所述的流体流动系统(300),其中,系统控制器(310)还配置成如果所述差示流速小于所述阈值达预定量的时间则确定新的差示零偏移。
6.如权利要求1所述的流体流动系统(300),其中,系统控制器(310)还配置成将群延迟施加到所述第一或第二流速中的一个以使得所述第一和第二流速表示在基本相同时间所发生的流速。
7.一种用于第一传感器组件(10’)的仪表电子器件(20’),所述第一传感器组件(10’)位于管线(302)内并且与振动仪表(5)的第二传感器组件(10)流体连通,所述振动仪表(5)与仪表电子器件(20’)电气连通,所述仪表电子器件(20’)配置成: 接收来自第一传感器组件(10’)的传感器信号并且确定包括第一流体流速的一个或多个流动特性; 接收来自第二振动仪表(5)的第二流体流速; 基于所述第一和第二流体流速确定差示流速; 将所述差示流速与阈值或带比较;以及 如果所述差示流速小于所述阈值或带,则校正一个或多个流动特性。
8.如权利要求7所述的仪表电子器件(20’),其中,所述校正包括将所述差示流速设置为零。
9.如权利要求7所述的仪表电子器件(20’),还配置成利用差示零偏移确定所述第一流体流速。
10.如权利要求9所述的仪表电子器件(20’),还配置成如果所述差示流速小于所述阈值或带则确定新的差示零偏移。
11.如权利要求9所述的仪表电子器件(20’),还配置成如果所述差示流速小于所述阈值或带达预定量的时间则确定新的差示零偏移。
12.如权利要求7所述的仪表电子器件(20’),还配置成利用施加到所述第一流速的群延迟而确定所述差示流速以使得所述第一和第二流速表示在基本相同时间所发生的流速。
13.一种操作流体流动系统的方法,所述流体流动系统包括第一振动仪表以及与所述第一振动仪表流体连通的第二振动仪表,所述方法包括步骤: 接收来自所述第一振动仪表的第一传感器信号并且接收来自所述第二振动仪表的第二传感器信号; 基于所述第一和第二传感器信号确定包括第一和第二流速的一个或多个流动特性; 基于所述第一和第二流速确定差示流速; 将所述差示流速与阈值或带比较;以及 如果所述差示流速小于阈值或带,则校正一个或多个流动特性。
14.如权利要求13所述的方法,其中,所述校正包括将所述差示流速设置为零。
15.如权利要求13所述的方法,其中,所述第一或第二流速中的一个利用差示零偏移而确定。
16.如权利要求15所述的方法,还包括如果所述差示流速小于所述阈值或带则确定新的差示零偏移的步骤。
17.如权利要求15所述的方法,还包括如果所述差示流速小于所述阈值或带达预定量的时间则确定新的差不零偏移的步骤。
18.如权利要求13所述的方法,其中,确定所述差示流速的步骤包括将群延迟施加到所述第一或第二流速中的一个以使得所述第一和第二流速表示在基本相同时间所发生的流速。
【文档编号】G01F1/84GK103814276SQ201180072151
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2011年7月7日 优先权日:2011年7月7日
【发明者】J.魏因施泰因, P.J.海斯 申请人:微动公司
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