根据差压测量原理的流率测量组件的制作方法

本发明涉及一种根据差压测量原理的具有高压管线和低压管线的流率测量组件，以及一种用于检测堵塞的高压管线或低压管线的方法。根据差压测量原理的具有高压管线和低压管线的差压测量组件，特别用于流率测量或过滤器监视，其中，在流动方向上，高压管线和低压管线在诸如孔口或文丘里(venturi)喷嘴或过滤器的差压发生器的上方和下方连接到介质输送管线，以经由该介质将差压传递到差压测量组件的差压测量换能器。这些测量组件的操作可能导致高压管线和/或低压管线的堵塞，这损害了可靠的测量。因此，在早期检测高压管线和低压管线堵塞的措施是已知的。

us5,680,109a描述了具有分别连接到过程连接的高压脉冲管线和低压脉冲管线的差压传感器。绝对压力传感器分别连接到高压脉冲管线和低压脉冲管线。为了确定高压脉冲管线或低压脉冲管线是否被阻塞，确定来自相应的绝对压力传感器的噪声信号。确定噪声信号的方差并将其与阈值进行比较。如果方差小于阈值，则指示脉冲管线阻塞。

分析波动的方法原理上是方便的，但非常复杂，因为需要额外的传感器。

因此，本发明的目的是提供一种根据差压测量原理的流率测量组件和一种能够更容易检测高压管线或低压管线是否堵塞的方法。本发明的目的是通过根据权利要求1的流率测量组件和根据权利要求4的方法来实现的。

根据本发明的用于测量介质通过测量管的流率的流率测量组件，包括至少一个位于测量管中的差压发生器，其中该发生器特别导致在差压发生器区域中介质在测量管内流动的横截面积减小，因此介质压力的下降取决于差压发生器的尺寸并取决于流率，还包括

差压测量换能器，用于检测高压侧介质压力和低压侧介质压力之间的差，并用于提供差压测量信号，该差压测量信号取决于在高压侧介质压力和低压侧介质压力之间的差，其中高压侧介质压力和低压侧介质压力之间的差是介质的流率的量度，

高压管线，其连接到差压测量换能器的高压入口，以将高压侧介质压力施加到差压测量换能器，

低压管线，其连接到差压测量换能器的低压入口，以将低压侧介质压力施加到差压测量换能器，

估计单元，用于估计差压测量信号，

其中，估计单元被设计为

-确定差压测量信号与差压测量信号中噪声或波动的特征参数之间的关系，

-将差压测量信号与特征参数之间单调递减关系的确定，判定为堵塞的高压管线的指示，以及

-将差压测量信号与特征参数之间单调递增关系的确定，其单调递增的关系比未堵塞的流率测量组件的单调递增的关系明显更强，判定为堵塞的低压管线的指示。

为了判断高压管线或低压管线是否堵塞，噪声或波动被认为是差压测量信号的函数。如果函数具有负线性系数，则高压管线被堵塞。另一方面，如果该函数具有比未堵塞的流率测量组件的函数明显更大的线性系数，则低压管线被堵塞。借助根据本发明的流率测量组件的堵塞检测在非常动态的过程中是特别有利的。

在本发明的替选实施例中，差压测量信号和特征参数之间的单调递增或递减的关系近似地通过线性增加或减小的函数来建模，其中，明显更强的单调递增关系是近似线性增加的函数，其线性系数显著大于未堵塞的流率测量组件的线性增加函数的误差校正线性系数。

在本发明的替选实施例中，差压测量信号和特征参数之间的单调递增或递减的关系近似地通过二次增加或减小函数来建模，其中明显更强的单调递增的关系是近似二次增加函数，其平方项的系数显著大于未阻塞的流率测量组件的二次增加函数的平方项的误差校正系数。

本发明的目的通过一种方法实现。该方法包括用于监视尤其是根据前述权利要求任一项[原文如此]所述的流率测量组件的方法，包括方法步骤：

至少暂时检测差压测量信号的时间曲线和差压测量信号中的噪声或波动的特征参数，

确定差压测量信号和差压测量信号中噪声或波动的特征参数之间的关系，其中，差压测量信号与特征参数之间单调递减关系的确定将被判定为堵塞的高压管线的指示，并且差压测量信号与特征参数之间单调递增关系的确定(其单调递增的关系比未堵塞的流率测量组件的单调递增的关系明显更强)将被判定为堵塞的低压管线的指示。

基于以下附图更详细地说明本发明。示出的是：

图1：根据本发明的流率测量组件的纵向截面简图。

图2a：在流率测量组件未被堵塞的情况下差压测量信号作为时间的函数的图示，

图2b：在堵塞的低压管线的情况下，差压测量信号作为时间的函数的图示，

图2c：在堵塞的高压管线的情况下，差压测量信号作为时间的函数的图示，

图3：在一些状态下差压测量信号中的波动或噪声作为该差压测量信号的函数的图形表示。

图1示出了根据本发明的流率测量组件1的示例性实施例，其包括差压测量换能器5。差压测量换能器5具有估计单元10，该估计单元10被设计为电子模块。差压测量换能器5测量差压测量换能器5的高压入口7和低压入口9之间的压力差，其中，高压入口7和低压入口9分别被设计为高压侧过程连接法兰和低压侧过程连接法兰。

差压测量换能器5还具有传感器模块11，其包含估计单元10。传感器模块11的信号由估计单元10处理。估计单元10经由二线制线路12连接到过程控制系统13，其中估计单元10经由二线制线路12通信并且被供给能量。根据profibus(现场总线)或foundationfieldbus(基金会现场总线)标准或hart标准，二线制线路12可以特别用作现场总线。这种差压测量换能器本身是已知的，并且例如由申请人在品牌deltabar下制造和销售。

流率测量组件5还包括安装在测量管3中的差压发生器4。差压发生器4包括孔口14，在孔口14高压侧的高压侧取压通道15，以及在孔口14低压侧的低压侧取压通道16。高压入口7经由高压管线6连接到高压侧取压通道15，低压入口9经由低压管线8连接到低压侧取压通道16。术语“高压侧”和“低压侧”是指由流动(从图中左到右)引起的压力差17，其中该压力差与流率的平方成正比，并且例如为约(约)的数量级。

由该依赖于流率的压力差而叠加的静压可以例如为0.1mpa至约10mpa(从1巴到约100巴)。压力差由传感器模块11的传感器元件来检测，其中传感器模块11将取决于检测到的压力差的传感器模块信号输出给估计单元10，其中估计单元10的处理电路基于传感器模块信号生产表示压力差的差压测量信号，并经由二线制线路12将其输出到过程控制系统13。

差压测量信号和/或差压测量信号的波动的时间序列可以存储在估计单元10和/或过程控制系统13的数据存储器中。

基本上，需假设流动介质的压力中的波动或噪声随着介质的流速的增加而变大。然而，在完整的流率测量组件中，这些波动将经由高压管线和低压管线到达差压测量换能器，并且将在一定程度上相互补偿。

如果高压管线或低压管线堵塞，则该补偿将随时间变弱，使得差压测量信号的波动或噪声降低或增加。这尤其涉及在大于1hz、尤其是大于10hz或大于100hz的频率范围中的波动。

如果与在差压管线敞开时收集的参考数据相比，在给定流率或平均差压下的差压测量信号的波动增加了，这则是高压管线或低压管线完全或部分堵塞的第一指示。

本发明有助于防止由于差压测量信号波动的增加或减少而导致的高压管线或低压管线堵塞的故障诊断。

图2a示出了图形表示，其中示出了以hpa(mbar)的压力差δp的差压测量信号22作为未堵塞的流率测量组件的时间的函数。约在时间的平均点上，测量管3中的流率从每小时0.7m³提高到每小时1m³。这导致了在差压发生器高压侧和低压侧之间的压力差δp的差压测量信号22的变化。在这种情况下，压力差δp的差压测量信号22从约50hpa增加至约100hpa(从约50mbar增加至约100mbar)。可以清楚地看出，在该加倍之后，压力差δp的差压测量信号22中的噪声或波动σ也加倍了。

图2b示出另一个图形表示，其中示出了对于堵塞的低压管线，以hpa(mbar)的压力差δp的差压测量信号22作为时间的函数。在与图2a所示的大致相同的时间点，测量管3中的流率从每小时约0.7m³提高到每小时约1m³。可以清楚地看到，伴随噪声或波动σ的加倍，压力差δp的差压测量信号22从约50hpa加倍到近140hpa(从约50mbar加倍到接近140mbar)。压力差δp的差压测量信号22的增加几乎是三倍。由此可以得出，在堵塞的低压管线的情况下，噪声或波动σ的增加伴随着压力差δp的差压测量信号22的显着增大。

图2c示出另一个图形表示，其中示出了对于堵塞的高压管线，以hpa(mbar)的压力差δp的差压测量信号22作为时间的函数。在该情况下，在与图2a或者图2c[原文如此]所示的大致相同的时间点，测量管3中的流率也从每小时约0.7m³提高到每小时约1m³。可以清楚地看到，伴随噪声或波动σ的加倍，压力差δp的差压测量信号22从约50hpa下降到约30hpa(从约50mbar下降到约30mbar)。这是在压力差δp的差压测量信号22中几乎一半的减小。由此可以得出，在堵塞的高压管线的情况下，噪声或波动σ的增加伴随着压力差δp的差压测量信号22的减小。

图3示出了图形表示，其中，示出了在四种不同状态下，在压力差δp的差压测量信号22中的平均噪声或平均波动σ作为压力差δp的差压测量信号22的函数被示出。所有四个状态之间的关系由线性函数18、19、20、21建模。

每个线性函数描述高压管线和低压管线的一个状态。这四个状态为：高压管线和低压管线敞开(函数18)，高压管线堵塞并且低压管线敞开(函数19)，高压管线敞开并且低压管线堵塞(函数20)，高压管线和低压管线堵塞(函数21)。

可以清楚地看出，在“高压管线堵塞并且低压管线敞开”的状态下，函数19具有负的线性系数(-0.003)。此外，在“高压管线敞开并且低压管线堵塞”的状态下，函数20具有线性系数(+0.012)，其明显大于在“高压管线和低压管线敞开”状态下函数18的线性系数(+0.003)。函数20的线性系数大约是函数18的线性系数的四倍。其中高压管线和低压管线都堵塞的函数21的线性系数为0。因此，可以根据其特性线性系数来检测所有状态。

附图标记列表

1流率测量组件

2介质

3测量管

4差压发生器

5差压测量换能器

6高压管线

7高压入口

8低压管线

9低压入口

10估计单元

11传感器模块

12二线制线路

13过程控制系统

14孔口

15高压侧取压通道

16低压侧取压通道

17压力差

18高压管线和低压管线敞开

19高压管线堵塞并且低压管线敞开

20高压管线敞开并且低压管线堵塞

21高压管线和低压管线堵塞

22差压测量信号