专利名称：用于科里奥利效应质量流量计中的故障检测和校正的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于测量通过管道系统的物料流量的科里奥利效应质量流量计。确切地说，本发明涉及在科里奥利质量流量计工作中可能产生的各种故障情况的检测和校正。
众所周知利用科里奥利效应质量流量计可测量质量流量以及其它与流经管道系统的物料的其他信息。正如在1985年1月1日授予J.E.Smith等人的序号为4491025的美国专利及在1982年2月11日授予J.E.Smith的Re 31450中所公开的，这些流量计具有一或多个呈弯曲形状结构的流体管。具有直流量管的科里奥利质量流量计也是公知的，如在1978年8月29日也是授权给J.E.Smith等人的序号为4109524的美国专利所表示的。科里奥利质量流量计中的各种流量管结构具有几种固有的振动模式，可以是简单弯曲型、扭曲型或耦合类型的。每种流量管被驱动，按照这些固有模式中的一种谐振模式振动。振动的加注物料系统的固有振荡模式部分地是由流量管和流量管内的物料的综合质量所决定的。由在流量计的入口侧连接的管道进入流量计的物料流被引导经过一或多个流量管并由流量计流出到在其外侧相连的管道中。
当没有流体通过流量计时，沿该流量管的所有各点由于所施加的驱动力产生同相振动。当物料开始流动时，科里奥利加速作用使沿流量管的各点具有不同的相位。在流量管入口侧的相位滞后于驱动器，出口侧的相位趋前于驱动器。将传感器置于流量管上以便产生表示流量管运动的正弦信号。两个传感器信号之间的相位差与通过流量管的物料的质量流量成正比。
这种测量方式中的一个复杂因素在于通常处理的物料的密度是变化的。密度的变化引起固有振动模式的频率变化。由于流量计的控制系统维持谐振，振动频率随之变化。在这种情况下，质量流量与相位差和振动频率之比成比例。
序号为Re 31450的美国专利中的科里奥利流量计不需要测量相位差和振动频率。通过测量由流量计输出的两个正弦输出信号的电平相交点之间的时间延迟确定该相位差。当采用这种方法时，消除了振动频率的偏差，质量流量与所测量的时间延迟成比例。这种测量方法通常称为时间延迟测量法。
在科里奥利流量计的很多应用场合下，流经流量计和该流量管的物料可能是腐蚀性的或处于高压之下。这种质量流量计的流量管中的裂缝可能漏出腐蚀性的材料。在这些应用场合下，重要的是要使物料泄漏的可能性降到最低。使这种危险降低的一种方法是将流量计封装起来，以便容纳在流量管中的总体压力下降情况下有可能逸出的物料。根据所用的材料和工作的压力值，这种办法存在很多附带的问题。将盛有腐蚀性物料或盛有很高压力的物料的流量管包封起来的复杂性和费用可能限制科里奥利效应质量流量计在很多场合的应用。
与其试图在故障情况下将流量管包封起来，不如最好在流体可能漏到周围环境之前先检测到故障状态。这种故障的早期检测使得在产生泄漏之前就中止物料的流动。解决这一问题其它方法是监测由振动的管道发出的声波(发射声谱)或测量流量管电阻的变化(电子示踪法)。这两种方法可以检测在流量管中的裂缝，然而，它们对于诸如腐蚀性等流量管表面特性同样是敏感的。利用这些方法，为了区分裂缝与其它表面状态需要灵敏的电子测量装置和对测量结果的技术性很强的判别。这种测量装置的复杂性使得这些方法很少用于流量计的实际商业应用。
当空气或其它外部物质渗入流经科里奥利效应质量流量计的物料时，现有技术装置还出现另一个问题。这些物质改变了流量计流量管的振动特性，使得所计算的质量流量产生误差。现有技术装置既不检测也不校正质量流量测量过程中的这些误差。
利用本发明解决了上述问题以及其它问题，本发明包含用于检测工作中的科里奥利效应质量流量计中的各种故障情况，以及用于校正这些测得的故障的方法和装置。本发明提供对于流量管中的裂缝足够早地进行检测，使得在流动的物料漏入周围环境之前就能中止物料的流动。此外，本发明能够早期检测和校正与流动中的物料有关的其它情况，这些情况可以代表其它类型的系统故障。超出阈值限值之外的所计算的质量流量、物料密度、空隙百分率或质量百分率的变化都可能表示质量流量计在某些应用场合下的系统故障。本发明包含的方法和装置用于监测科里奥利效应质量流量计的工作，使得能够早期检测流量管中的裂缝或上述系统故障。另外，本发明包含的方法和装置用于控制在流量计内的物料流动，以校正检测到的故障或停止物料的流动，防止流动的物料的有害漏出。
在正常工作的流量计中，在静止状态下，振动流量管所需的驱动功率和形成的流量管的谐振频率是不变的。所需驱动功率或振动的流量管的谐振频率的变化代表工作情况下流量计中的状态变化。利用本发明的方法和装置分析驱动功率和谐振频率的变化，以便检测在流量管中的裂缝或其它工作异常。利用本发明可检测的每一种故障呈现一个随驱动功率和/或谐振频率的时间变化的特征“标志”。例如，流量管中物料的质量流量变化可能引起流量管谐振频率的变化，而所需的驱动功率没有明显的变化。不过，伴随所需驱动功率增加，流量管的谐振频率的突然降低则表明在流量管中有裂缝。工作状态的其它变化在流量计的工作参数方面表现出类似的可识别“标志”，并且可由本发明检测作为运行故障或异常的依据。该“标志”是根据驱动功率和频率的阈值以及随着时间的变化的速率和曲线(关于时间的一阶和二阶导数)来定义的。
本发明包含的装置用于检测科里奥利效应质量流量计的某些工作参数，包括振动流体管道所需的驱动功率以及响应于所加的驱动功率管道振动的谐振频率。本发明的装置还包含用于通知控制人员在流量计工作时出现特定故障情况以及用于自动调节或中止物料经过流量计的流动的输出信号。后者的这些输出信号用于控制与流量计中物料流动相关联的泵和阀。
本发明还包含确定所检测的工作参数随时间的变化的方法。这些方法确定某些所检测的工作参数的瞬时值以及每个所测的工作参数的变化速率(斜率和曲率)。这些方法分析所检测的工作参数的现时值和变化，以便确定正在发生的特定故障情况。由在所检测的工作参数的数值和变化方面特有的“标志”来识别可用本发明检测的每种故障状态。本发明的装置中存有代表各种不同故障状态的工作参数的标志数值。就监测的工作参数的数值和变化与所存储的这些标志相一致而言，由本发明的装置产生上述输出信号，以表明产生相应的故障状态或控制通过流量计的物料流量。
特别是本发明能检测在科里奥利流量计中流量管中裂缝的存在。利用振动的流量管的谐振频率“标志”降低结合振动流量管所需驱动功率的增加识别裂缝的存在。裂缝故障的这种早期检测使得控制人员或者控制电路中止物料流动或者降低在流量管中的压力以便防止在流量计中流动物料的有害泄漏。
本发明还能识别一些工作状态，这些状态可以代表在某些流量计应用场合下的故障，如质量流量变化、物料密度变化、空隙百分率变化和物质成分变化。例如，谐振频率的增加结合驱动功率的增加表示流量计中流动物料的空隙百分率的增加。在某些应用中，这可以理解为这样一种故障状态，例如表示在流动物料中正在形成过量的空气泡或空隙，或者传感器的输出有错。本发明装置所产生的输出信号用于警告控制人员，或者自动中止物料流动或者自动调节管内流动物料的混合。提供另外的输出信号，用以自动调节物料的流率，以便使由于空隙百分率的增加造成的误差降至最小。
除了检测故障情况之外，本发明的方法和装置考虑到在流动的物料中的空隙百分率或物质成分自动校正在工作的流量计中所测量的流量。存储在本发明装置内的信息用于计算空隙百分率，它作为振动频率和驱动功率测量值及所计算的变化速率的函数。于是，这样计算的空隙百分率结合所测的流量被用于计算误差百分值。将该误差百分值应用于所测的质量流率，以便计算经校正的质量流率，后者如上述那样用于对控制人员显示或进行流量自动控制。
总之，本发明提供的方法和装置能早期检测操作中的科里奥利效应质量流量计中的各种故障情况。本发明进行的故障检测和校正与先前的方法或装置相比提高了可靠性并降低了复杂性。本发明还提供了根据测量的流率和计算的空隙百分率能自动校正质量流率的方法和装置。
图1表示利用本发明故障检测装置的典型科里奥利效应质量流量计；图1A表示按照典型的闭路控制使用结构，图1所示的科里奥利效应质量流量计与一可控泵和一可控阀相连；图2表示本发明的故障检测仪器的附加元件；图3是一曲线图，表示由于流量管中出现破裂，频率和驱动功率作为时间函数曲线的特征标志；图4是一曲线图，表示作为流量管中质量流量函数的频率和驱动功率曲线的特征标志；图5是一曲线图，表示作为流量管内部流动的物料密度函数的频率和驱动功率曲线的特征标志；图6是一曲线图，表示作为流量管内流动物料的空隙百分率或迟滞流动函数的频率和驱动功率曲线的特征标志；图7是一曲线图，表示作为流量管内流动物料的物质成分函数的频率和驱动功率曲线的特征标志；图8是一曲线图，表示加于所测量的质量流量的百分误差，以便计算经校正的质量流量；图9是表示包含本发明方法步骤的总览流程图；图10是表示图9中的步骤针对工作参数采样附加细节的流程图；图11是表示图9中的步骤针对存储经采样的工作参数附加细节的流程图；图12是表示图9中的步骤针对计算所存工作参数中的变化斜率和曲率附加细节的流程图；图13是表示图9中的步骤针对对破裂的流量管的测试和相应地中止物料流动附加细节的流程图；图14是表示图9中的步骤针对计算空隙百分率应校正的质量流量以及相应地调节物料流动附加细节的流程图；图15是表示图9中的步骤、针对对其它工作故障情况的测试以及相应控制质量流量附加细节的流程图。
装置图1表示一种典型的科里奥利效应质量流量计10，图中示有两个以悬臂梁式安装固定到复式接头本体30上的流体管道12、14，它们具有基本相同的弹性常数和关于它们各自的异相弯曲轴线W-W和W′-W′的惯性矩。
一个驱动线圈和磁铁20安装在流体管道12、14的顶部130和130′之间的中点区，以便关于轴线W-W和W′-W′按异相方式振动流量管12、14。左传感器16和右传感器8安装在流量管12、14顶部各自端部附近，以便检测流量管12、14的相对运动。这种检测可以按很多方式实现，包括通过测量流量管12、14的顶端经过它们的过零点或某些其它预定点的运动。流量管12和14具有左侧支管131和131′以及右侧支管134和134′。各侧面支管向下彼此收拢并固定到复式接头元件121和121′的表面120和120′上。支撑件140R和140L焊接到流量管12-14的支管上，用以限定轴线W-W和W′-W′，当沿通道156激励驱动器20时，二流量管关于该二轴线异相振动。轴线W-W和W′-W′的位置由在流量管侧支管131、131′和134、134′上的支撑件140R和140L的位移决定。
温度检测器22安装在流量管14的侧支管131上，以便测量流量管的温度以及其中流动物料的近似温度。这一温度信息用于测定流量管弹性常数的变化。驱动器20、传感器16和18以及温度检测器22经过通道157、158和159连接到质量流量测量仪器24。质量流量测量仪器24可包括一微处理器，处理从传感器16、18和22接收的信号，以便测定流经流量计10的物料的质量流量以及其它测量量；例如物料密度和温度。质量流量测量仪器24还沿通道156向驱动器20提供驱动信号，以使流量管12和14关于轴线W-W和W′-W′异相振动。
复式接头主体30由壳体150、150′构成。壳体元件150、150′经过法兰103、103′可与输入导管和输出导管(未表示)相连接。复式接头主体30将来自输入导管的物料流转向流量管12、14，然后返回到输出导管。当复式接头法兰103和103′经过入口端104和出口端104′连接到导管系统(未表示)上时，传输需测量的生产过程的物料，该物料经过在法兰103中的输入孔口101输入到复式接头主体30和复式接头元件110，并利用壳体元件150中截面逐渐变化的通道(未表示)流入该流量管12、14。由复式接头元件121将物料分开并分别按选定的通路被送入流量管14和12中的左支管131和131′。随后物料流经流量管的顶部130、130′，并通过右侧支管134和134′，然后重新汇合成单一料流进入流量管复式接头元件121′。该料流在此之后沿一出口壳体元件150′中的通道(未表示)行进，然后流出复式接头元件110′。出口端104′利用具有螺孔102′的法兰103′连接到导管系统(未表示)。物料经过输出孔口101′返回在导管系统(未表示)中流动。
质量流量测量仪器24分析沿通道157、158和159接收的信号，产生沿通道155的基准输出信号，以便告之控制系统或控制人员所采用的质量流量用于监测和控制通过相关导管系统(未表示)的质量流量。此外，质量流量测量仪器24沿通道160、161、162、163产生输出信号，分别表示当时的流量管谐振频率，当时驱动流量管所需的驱动功率，当时的流量管温度以及所计算的质量流量。这些信号由故障检测仪器26所接收并预分析，以确定流量计10工作过程中产生的故障。以下从总体上以及就每个而言都将这些信号(以及流量计10工作过程中可以检测的其它信号)称为“工作参数”。
质量流量测量仪器24可包含已有技术中公知的常规装置和方法。一种Micromotion Remote Flow Transmitter(微动式遥测流量发送器)(型号9739)是这种装置的一个实例。虽然，表示驱动功率的信号通常不是做为9739型装置的输出信号而提供的，但本领域的熟练人员会易于认识到，这样一种信号是可以由9739型装置得到的。频率信号一般可以由9739型装置得到，因为该设计是能测量流体密度的。一个电子技术人员能够易于将这样一种装置进行改进，以便提供表示流量管振动频率的适用信号和提供向由连接到故障检测仪器26上的仪器引出的导体所需的驱动功率。
根据对故障情况的检测结果，故障检测仪器26经过通道170向泵180提供信号，以及经过通道171向阀181提供信号，以便校正通过流量计10的质量流量或中止物料流动以防物料漏出。由故障检测仪器26控制泵180，增加或降低在流量计10的输入孔口101处的压力，校正检测到的异常。由故障检测仪器26控制阀181，增减在流量计10的输出孔口101′的背压，校正检测到的误差。故障检测仪器26还沿通道172提供信号，以便通知控制人员在流量计10的工作过程中检测到的故障状态的发生情况。加给通道172的信号是在控制板182上显示的信息，以便通知控制人员需要进行手动校正操作或通知控制人员由故障检测仪器26进行的校正控制的状态。
例如，故障检测仪器26通过分析分别由通道160和161接收的谐振频率和驱动功率信息测定流量管中是否存在裂缝。如果在流量管中存在裂缝，故障检测仪器26沿通道170产生输出信号，降低在流量计10的输入孔口101处由泵180产生的压力。这样在裂缝导致整体压力消失之前就将通过流量管的物料流动减慢或中止，从而防止在流量管12和14内部的物料漏出。
图1A表示连有泵180和阀181的流量计10和故障检测仪器26，它们都是流量计10的典型应用。泵180由料源191吸取物料192，并将其经过管道190输送到流量计10的输入孔口101。通过沿着线路170提供信号，通过增减泵180的速度来由故障检测仪器26控制由泵180形成的入口压力。输送到流量计10输入孔口101的物料通过该流量计移动到输出孔口101′，进入管道190，最终通过阀181达到其指定地。通过沿通道171提供信号以开闭阀181，由故障检测仪器26控制阀181所形成的背压。
本技术领域的熟练人员会认识到，本发明的方法和装置可以便利地应用到任何结构的流量计。上面关于图1和1A讨论的特定流量计结构是所有这种流量计结构的实例。具体地说，直流量管、U形流量管、不规则的以及其它的流量计结构都可以结合本发明的方法和装置来检测和校正工作故障情况。
图2表示故障检测仪器26内部的附加部分。利用模数(A/D)变换器203到206将图1中的质量流量检测仪器24加给通道160到163的模拟信号变换为数字值。将表示变换成的数字值的信号加给通道220到223，由CPU200进行处理。加给通道220、221、222和223的信号分别代表振动的流量管的当前谐振频率、当前振动流量管所需驱动功率，流量管的当前温度以及所计算的质量流量。
CPU200分别由通道220到223对代表当前的频率、驱动功率、温度和计算的质量流量的数字信号周期性地进行采样。在每次周期性采样时，CPU200将加给通道220到223的数字值的多个读数进行平均并将该平均值沿通道229写入RAM存储器201中的缓冲器。这种平均有助于滤除可能在通道160到163中存在的模拟信号噪声。对于频率、驱动功率、温度和计算的质量流量的平均值以循环方式存储在RAM存储器20的缓冲器中，使得当最先存放各存储数值的缓冲器可由最新要存储的数值进行重写。环形缓冲器包含在一个时间周期内存储的工作参数值。
CPU200对每个存储的工作参数计算关于时间的一阶和二阶导数，以便确定图1所示的流量计10的工作参数随时间的变化斜率和曲率。CPU200沿通道229由RAM存储器201读出所存储的平均值。两个按时间顺序存储的平均值之间的差是一种工作参数的变化斜率(被采样的工作参数的一阶导数)。下面介绍这种计算的一个实例，其中f0到fN设为在由CPU200进行读出的N+1个周期内对于流量管振动频率所存储的平均值，而其中S1到SN是对于每个采样周期从f0到fN的数值所计算的变化斜率。
S1＝(f1-f0)或更一般地SX＝(fX-fX-1)，其中X等于1到N。
两个如此计算的斜率间的差代表工作参数的曲率(被采样的工作参数的二阶导数)。下面介绍这种计算的一个实例，其中S1到SN设为如上讨论的周期性存储的平均值的变化斜率，而其中CL到CN是斜率S1到SN的计算的变化曲率。
C2＝(S2-S1)或者更一般地CX＝(SX-SX-1)，其中X＝2～N。
ROM存储器202包含利用本发明可检测的每个故障的阈值“标志”。按“标志”存储的信息与对于工作参数当前数值的阈值以及对于工作参数变化斜率和曲率的阈值相关。利用本发明的装置和方法对可检测的每一工作故障记录这种信息。对于流量计的特定特性，流经流量计的物料的通常物理性质以及流经流量计的物料的额定质量流量，各“标志”阈值都是单值的。这些阈值是由流量计的使用者或制造商预定的，并且被编程存入ROM存储器202。在另一替换的示范性的实施例中，CPU200可以将这些数值由ROM存储器202复制到ROM存储器201中，并且与控制人员相互配合，对于应用流量计时需要特别确定的阈值“标志”进行调节。
ROM存储器202包含在制造或安装流量计10时预先确定的附加信息，这些信息与考虑检测到的物料中产生空隙百分率的变化对测量的质量流量进行校正有关。正如下面所讨论到的，空隙百分率的增加使质量流量测量产生误差。根据本发明的方法，利用对作为所测量的质量流量和所计算的空隙百分率函数的误差百分值进行编码的“标志”信息可确定该误差值(误差百分值)。代表所测量的质量流量、所计算的空隙百分率和形成的误差百分值之间相互关系的“标志”信息对于特定的流量计10和特定的应用是独特的。这种信息按照故障检测标志存储在ROM存储器202中。下面讨论利用这种信息校正测量的质量流量的本发明方法。
CPU200将所存的工作参数平均值、所计算的斜率以及所计算的斜率与从存储在ROM存储器202中的“标志”沿通道228读出的对应阈值相比较。该标志信息表示对于工作参数、计算的斜率以及计算的曲率的特定阈值，它们表示在图1中的流量计10工作时产生特定的故障情况。CPU200将由ROM存储器202中读出的标志阈值信息与在RAM中对于频率、驱动功率、温度和测量的质量流量的相应平均值相比较。CPU200还将在ROM存储器202中的标志阈值与对于各参数的计算的斜率和曲率相比较。这种比较确定是否在图1中的流量计10工作时已经产生各种故障状态中的某一种。下面进一步详细讨论适合于进行这种比较的各个方法。
CPU200响应于故障状态的检测结果向通道170提供信号以控制泵180的速度，向通道171提供信号以控制阀181的开闭。此外，CPU200沿通道172提供信号在控制板182上显示信息，通知控制人员关于流量计10的控制和工作状态。正如下面所讨论的，当CPU200检测到流量计10的流量管中有裂缝时，它控制泵180和阀181，中止物料流动和减轻流量计10的内部压力。与之相似，CPU200可以调节质量流量，以便对例如由于异常的质量流量、异常的物料密度、异常的空隙百分率或异常的物质成分所造成的其它异常状态进行补偿。所有这些异常状态中的每一种都利用CPU200通过将ROM存储器202中所存的标志阈值信息与RAM中所存的当前参数值相比较进行检测，并且对于上面讨论的每种参数计算其变化斜率和曲率。每种异常状态由ROM存储器202中所存的一组阈值定义。这些阈值与几个工作参数的当前数值以及这几种工作参数的变化斜率和曲率相关。
标志信息采样图3是一曲线图，表示当形成一个贯通流量管管壁的裂缝以及继续发展时，振动中的流量管的谐振频率和振动该流量管所需驱动功率的典型变化。图3中曲线的横座标是以秒计的时间。标有“压力”的曲线300的纵位标标度标在曲线图的左侧。这一曲线300代表在流量管中产生的裂缝随时间发展时，流量管内部的压力随时间变化的情况。正如由曲线图可以看出的，在流量管内部的压力如用以312标注的虚线所表示的在时间180秒之前维持恒定。由于流动的物料经过在流量管中的裂缝漏出，在这一时间点上压力开始下降。
标注“驱动功率”的曲线301它的纵坐标标度标在曲线图的左侧。曲线301表示按照谐振频率振动流量管所需的驱动功率。标有“频率”的曲线302的纵坐标标度标在曲线图的右侧。曲线302表示振动中的流量管谐振频率的变化。如标注为310的虚线所示，随着裂缝开始产生，发展经过约80秒，驱动功率和频率维持相对恒定。在这一时间点上，频率曲线302开始下降，而驱动功率曲线301开始增加。在用310标注的80秒的时间点，通过使该频率下降和驱动功率上升与ROM存储器202中所存的适当标志信息相配合，CPU200可以确定在流量管中的裂缝在发展。如在曲线301处所呈现的所需驱动功率的非线性增加，以及在曲线302处所呈现的谐振频率的非线性降低都是如图1所示的一种流量计中的流量管中裂缝发展的标志特征。正如由图3的曲线300、301和302中的关系变化可以看出的，一到时间80秒(标注310)本发明的方法就能检测流量管12或14中裂缝的形成，如在时间180秒处用312标注的直线表示的，在流量管12或14内部压力下降很早之前就完成检测。
在图3中表示的并如上面讨论的，形成裂缝故障的工作参数中的标志变化明显地不同于与物料的质量流量变化相对应的正常工作参数(如图4所示)。图4表示正常响应于经过流量计的物料质量流量变化的流量计的工作参数中的标志变化。图4中的曲线图中的横坐标是流经如图1中的一种流量计的流量管的物料的质量流量。标注“驱动功率”的曲线401的纵坐标标度标在曲线图的左侧。这一曲线401表示按照谐振频率振动流量管所需的驱动功率。标注“频率”的曲线402的纵坐标标度标在曲线图的右侧。这一曲线402表示振动中的流量管的谐振频率的变化。如由图4中的曲线所示，按照正常的工作参数，当质量流量增加时驱动功率维持不变，但当质量流量增加时，谐振频率下降。如曲线401中所表现的不变的驱动功率以及如曲线402中所表现的谐振频率的非线性下降，都是如图1所示流量计中的流量管的流量增加的标志特征。相反，不变的驱动功率结合谐振频率的非线性增加表示流量计中流量的下降。
图5表示正常响应于流经流量计的物料密度变化的流量计工作参数的标志变化。图5中曲线图的横坐标是流经如图1所示的一种流量计中的流量管的物料密度。标注“驱动功率”的曲线501的纵坐标标度标注在曲线图的左侧。这一曲线表示按照谐振频率振动流量管所需的驱动功率。标注“频率”的曲线502的纵坐标标度标在曲线图的右侧。这一曲线502表示振动中的流量管的谐振频率的变化。如图5中的曲线可以看出，当物料密度增加时驱动功率维持不变，而物料密度增加时谐振频率下降。如曲线501所表现的不变的驱动功率和如曲线502所表现的谐振频率的非线性下降，都是如图1中的一种流量计中的流量管中物料密度增加的标志特征。相反，不变的驱动功率结合谐振频率的非线性下降表示流量计中的流量管中的物料密度的下降。
如图5中所示的物料密度变化的标志明显地可与参照图3上面讨论的裂缝故障相区别。由图5中曲线501所表现的不变的驱动功率由CPU200明显地区别于图3中曲线301按正的斜率变化增加的驱动功率。为了将图5中的物料密度标志与图4中的流量标志相区别，CPU200检测出图4中频率曲线402的负的曲率(二次导数)与图5中频率曲线502的正的曲率的不同。用于流量异常状态与物料密度异常状态比较的存储在ROM存储器202中的异常标志信息表示CPU200必须将频率工作参数的曲率(二次导数)进行比较，才能确定已经发生哪种异常。
图6表示正常响应于流经流量计的物料的空隙百分率变化的流量计工作参数的标志变化。空隙百分率是流经流量计的物料中空气或气体含量的测量值。图6中的曲线图的横坐标是流经如图1的一种流量计中的流量管的物料的空隙百分率。标注“驱动功率”的曲线601的纵座标标度标在曲线图的左侧。这一曲线表示按照谐振频率振动流量管所需的驱动功率。标注“频率”的曲线602的纵坐标标度标在曲线图中的右侧。这一曲线602表示振动中的流量管谐振频率的变化。如图6中的曲线所示，当空隙百分率增加时，驱动功率和谐振频率两者都增加。按曲线601呈现的驱动功率的增加和按曲线602呈现的谐振频率的增加是如图1的一种流量计中的流量管中空隙百分率的标志特征。相反，驱动功率和谐振频率两者的下降表示流计量中的流量管中空隙百分率的下降。
图7表示通常与流经流量计物料的物质成分变化相对应的流量计工作参数的标志变化。物质成分是在流经流量计中的物料中较重物料含量的测量值。图7中的曲线图的横坐标是流经如图1的一种流量计中的流量管物料的物质成分。标注“驱动功率”的曲线701的纵座标标度标在曲线图的左侧。这一曲线701表示按照谐振频率振动流量管所需的驱动功率。标注“频率”的曲线702的纵坐标标度标在曲线图的右侧。这一一曲线702表示振动中的谐振频率的变化。如图7中的曲线所示，当物质成分增加时，驱动功率增加，而当质量百分率增加时谐振频率下降。如曲线701所表现的驱动功率的线性增加和如曲线702所表现的谐振频率的线性下降是在如图1的一种流量计中的流量管中物质成分增加的标志特征。相反，驱动功率的线性下降和谐振频率的线性增加表示流量计中的流量管中的物质成分下降。
为了将图7中的物质成分变化标志与图3中的裂缝故障相区别，CPU200必须检测图3中频率曲线302和图7中频率曲线702的不同曲率(二次导数)。另外CPU200必须检测图3中的驱动功率曲线301和图7中驱动功率曲线701的不同曲率(二次导数)。对于裂缝故障状态与质量百分率异常状态比较的存储在ROM存储器202中的故障标志信息表示，CPU200必须将频率或驱动功率工作参数的曲率(二次导数)相比较，以便确定已经发生了两种故障(异常)中的哪一种。
对于代表一种特定故障的工作参数的精确的“标志”阈值、斜率和曲率对于每种特定的流量计以及标称的材料成分、流量以及流量计内部的压力都是独特的。这些特定的标志值是在制造时通过测试确定的，并被存储在ROM存储器202中。本技术领域的熟练人员会易于认识到，这些标志阈值可以利用CPU200复制到RAM存储器201中，然后修改、设定以便适合于流量计的具体应用。
图3到图7中的纵坐标标度是按工作参数的百分变化表示的。本技术领域的熟练人员会认识到，可将阈值信息等效地表示为百分变化或绝对值阈值。下面讨论的本发明的方法是通过比较绝对值阈值来表示的。
图8是与图6中表示的信息一起使用的信息曲线，用以计算校正的质量流量。由质量流量测量仪器测量的质量流量的精确度由于流经流量计10的物料中空隙百分率的增加而受到有害的影响。如上面讨论的，空隙百分率代表与流经流量计10的物料相混合的较轻物质，如空气的含量。图6表示识别空隙百分率上升的标志信息是频率和驱动功率的函数，确切地说，为频率的线性上升伴随着驱动功率的按正的曲率增加。
除了下面讨论的其它信息之外，存储在ROM存储器202中的标志信息包括图6的曲线图中表示的空隙百分率信息的编码。本发明的方法利用空隙百分率信息来确定作为所测量的频率和驱动功率函数的当前空隙百分率。利用标志信息，如图6中的曲线所表示的或以为了由频率或驱动功率值对空隙百分率进行内插所用的表格形式表示的、多项式等式中的系数，将图6中空隙百分率信息编码存入ROM存储器中。正如下面关于图14所讨论的，ROM存储器202存储的空隙百分率信息被用于从频率和驱动功率测量值计算空隙百分率。本技术领域的熟练人员会认识到，图6中所表示的函数的制表式的编码被推荐用于低廉的微处理机，这种处理机能处理有限的数字计算能力。
图8的曲线中所示的信息用来计算拟被用到所测量的质量流量的误差校正系数(误差百分值)，以便确定经校正的质量流量。图8表示了作为所测量的质量流量函数的误差百分率的6种示范性曲线。6条曲线中的每一条都经标注，以表示按照上面讨论的利用图6所示的信息和在ROM存储器202中用标志信息存储的信息所确定的相应计算的空隙百分率。例如，如果空隙百分率计算约为1.5％，在图8中标注1.5的曲线被用于确定要应用到指定的质量流量的误差校正系数(误差百分率)。使用标注1.5的曲线和测量的质量流量，可如图8所示那样确定误差百分数。
除了下面讨论的其它信息之外，存储在ROM存储器202中的标志信息包括图8的曲线图中表示的误差百分值的编码。本发明的方法利用误差百分值信息来确定作为测得流量和算得的空隙百分率函数的当前误差百分值。利用标志信息，如由图8中的曲线或以用于根据测得的质量流量和计算的空隙百分率数值对误差百分值进行内插所用的表格形式表示的多项式等式中的系数，对图8中的误差百分值信息进行编码存入ROM存储器202中。正如下面关于图14所描述的，在ROM存储器202中存储的误差百分值信息被用于计算校正的质量流量。本技术领域的熟练人员会认识到图8中所表示的函数的制表式编码被推荐用于低廉微处理机，这种处理机能处理有限的数字运算能力。
故障标志信息格式在图2中的ROM存储器202中存储的标志阈值信息由CPU用于与当前的工作参数值、斜率和曲率进行比较。当利用高级编程语言，如“C”语言表示为一种数据结构时，阈值信息格式要非常易于理解。要清楚地理解，这种表达只不过是在ROM存储器202中的标志阈值信息的一种示范性实施例。在本发明的构思和范围内有很多表示参考阈值信息的等效形式。通过确定几个工作参数的较高的下限，包括工作参数斜率的以及斜率的曲率的较高下限，阈值信息表示正常工作的流量计标称值。对于利用本发明的方法对可检测的几种故障(异常)状态将这些限值进行编码。如果这些参数的当前值，包括它们的斜率及它们的曲率，都处在限定的限值之内，则没有相应的故障(异常)状态出现。
<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[struct reference_data{float NOMINALP；/*应用场合的标称驱动功率*/ float NOMINALF；/*应用场合的标称频率*/ float MAXM；/*最大校正的质量流量*/ float MINM；/*最小校正的质量流量*/ struct crack_detection_info{ /* *用按正曲率增加的驱动功率表示的裂缝 *与按负曲率降低的频率结合 */ float MAXP；/*最大驱动功率*/ float MINF；/*最小频率*/ float MAXPSLOPE； /*最大驱动功率斜率*/ float MAXPCURV；/*最小频率斜率*/ float MINFCURV；/*最大驱动功率曲率*/ /*最小频率曲率*/ }CRACK； struct flow_correction_info{ /* *表示图6中标志曲线的表 /* float VOID_FRACTION[]； /*用于计算空隙百分率的表*/ /* *表示图8中的曲线的表 /* float ERROR_PERCENT[]； /*用于计算误差百分值的表*/}MASS_CORRECT；int NUMFAULTS； /*其它可检测故障的数目*/ struct other_fault_info{ /*]]></pre>*每个“其它”可检测的故障具有如下的范围，可将这些范围设定为适合于特定的流量计应用场合。
*例如，如果MAXimum参数与特定故障的检测无关，则将
*其设定为+INFINITY。同样如果MINimum参数不需要，则设定*为-INFINITY。
<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[*/ float MAXF； /*最大频率*/ float MAXP； /*最大驱动功率*/ float MAXT； /*最大温度*/ float MAXM； /*最大测量质量流量*/ float MINF； /*最小频率*/ float MINP； /*最小驱动功率*/ float MINT； /*最小温度*/ float MINM； /*最小被测质量流量*/ float MAXFSLOPE，/*最大频率斜率*/ float MAXPSLOPE；/*最大驱动功率斜率*/ float MAXTSLOPE；/*最大温度斜率*/ float MAXMSLOPE；/*最大质量流量斜率*/ float MINFSLOPE；/*最小频率斜率*/ float MINPSLOPE；/*最小驱动功率斜率*/ float MINTSLOPE；/*最小温度斜率*/ float MINMSLOPE；/*最小质量流量斜率*/ float MAXFCURV； /*最大频率曲率*/ float MAXPCURV； /*最大驱动功率曲率*/ float MAXTCURV； /*最大温度曲率*/ float MAXMCURV； /*最大质量流量曲率*/ float MINFCURV； /*最小频率曲率*/ float MINPCURV； /*最小驱动功率曲率*/ float MINTCURV； /*最小温度曲率*/ float MINMCURV； /*最小质量流量曲率*/]]></pre>*如果利用上述标志表示的故障被检测到，则如下的各种场合确定拟利用泵、阀和显示板采取的动作<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[*/ /*调节泵速度以便校正*/ /*调节阀以便校正*/ /*显示信息*/}FAULT[MAXFAULTS]；}REF；]]></pre>故障检测和校正方法一总览本发明的方法利用上述标志信息来检测和校正几种故障情况。图9是本发明方法的流程图。图9中的各步骤按高概括程度表示了本发明的方法。后面的附图和下面的相关介绍提供了图9中的各个步骤的附加细节。
步骤900的实施是为了得到准备用于分析流量计工作的流量计10的当前工作参数的采样。以下关于图10进一步详细地描述步骤900。
步骤902的实施是为将由步骤900得到的采样存储在RAM存储器201中的循环缓冲器中。以下关于图11进一步详细地描述步骤902。
步骤904的实施是为了计算由于实施步骤900进行采样的和由于实施步骤902在RAM存储器201中存储的工作参数变化斜率和曲率。利用在RAM存储器201中的循环缓冲器中存储的最新的采样加上先前的采样来确定工作参数随时间变化的斜率和曲率。以下关于图12进一步详细地描述步骤904。
步骤906的实施是为了确定是否在流量计10中的流量管12和14中形成裂缝。步骤906分析当前采样的工作参数以及在步骤904中计算的斜率和曲率，以便检测在流量管12和14中裂缝的形成。如果检测到裂缝，实施步骤906以便中止物料流经流量计10并减少流量管12和14内部的流体压力。以下关于图13进一步详细地描述步骤906。
步骤908的实施为了通过对于检测到的流经流量管12和14的物料中的空隙百分率补偿测量的质量流量来校正通过流量计10的质量流量。如果发现校正的质量流量在许可的限值之外，实施步骤908，以便调节所计算的通过流量计10的流量。以下关于图14进一步详细地描述步骤908。
步骤910的实施是为了将被采样的工作参数与所计算的工作参数对ROM存储器202中存储的相应标志信息的变化斜率和曲率相比较。如果某一故障标志信息与相应的测量的或计算的信息相一致，则在ROM存储器202中记录的校正操作与标志信息一起实施，以便努力校正产生的问题并通知控制人员产生了故障。以下关于图15进一步详细地描述步骤910。
步骤912的实施是为了延迟执行本发明的方法，直到下一个采样周期。这样就保证了按周期采样和分析流量计10的工作参数。本方法的过程继续在步骤900实施。本方法周期性地重复从900到912的各个步骤的进行，以便监视流量计10的工作，检测和校正工作中的故障。
故障检测和校正方法-采样图10是表示实施上述步骤的附加细节的流程图。图10中的各步骤的实施是为了对流量计10的工作参数进行采样。具体地说，通过实施图10中的各步骤对频率、驱动功率、温度和测量的质量流量分别进行采样和按名为F、P、T和M的各变量存储在RAM存储器201中。将三个连续的读数平均有助于降低在经通道160到163由质量流量测量仪器24所接收的模拟信号中的噪声影响。名为S1、S2和S3的存储在RAM存储器201中的变量用于暂时存储每个被采样工作参数的三个连续的读数。
步骤1000的实施是为了由通道220读出频率的3个连续的数值，分别作为变量S1、S2、S3。
步骤1002通过将变量S1、S2和S3相加并将其和除以3计算平均频率值。然后将平均频率按变量F存储，以便由后续的步骤进一步处理。
步骤1004的实施是为了由通道221读出3个连续的驱动功率值，分别作为变量S1、S2和S3。
步骤1006通过将变量S1、S2和S3相加及对其和除以3计算平均驱动功率值。然后将平均驱动功率作为变量P存储，以便由后续的步骤进一步处理。
步骤1008的实施是为了由通道222分别读出3个连续的温度值作为变量S1、S2和S3。
步骤1010通过将变量S1、S2和S3相加并对其和除以3来计算平均温度值。然后将该平均温度作为变量T存储，以便由后续的步骤进一步处理。
步骤1012的实施是为了由通道223分别读出3个连续的测量的质量流量值作为变量S1、S2和S3。
步骤1014通过将变量S1、S2和S3相加并将其和除以3来计算平均的测量的质量流量。然后将平均的测量的质量流量作为变量M存储，以便由后续的步骤进一步处理。这样就完成了图10中的各步骤，因而也就是完成了图9中的步骤900的处理过程。继续由图9的步骤902进行处理。
故障检测和校正方法-存储图11是表示上述步骤902实施的附加细节的流程图。具体地说，图11中的各步骤将通过实施图9中的步骤900计算的平均工作参数值存储在图2中的RAM存储器201中的循环缓冲器中。对于当前的采样周期和先前的采样周期存储在循环缓冲器中的数值在后续的步骤中使用，以便进一步处理。
步骤1100的实施是为了存储由实施图9中的步骤900确定的平均工作参数值。NEXT是一个存储在RAM存储器201中的变量，并且作为一个循环指针被用并行循环缓冲器阵列RARRAY、PARRAY、TARRAY和MARRAY中。在RAM存储器201中的循环缓冲器也进行存储。具体地说，由NEXT变量当前值所指引的F、P、T和M每个分别存储在FARRAY、PARRAY、TARRAY和MARRAY的一个单元中。
步骤1102的实施是为了通过按照MAXSAMPIES提供一个模数函数以循环方式来递增变量NEXT。MAXSAMPLE是拟被存储在上面在步骤1100中讨论的循环缓冲器阵列中的最大采样数目。这样就完成了图11中的各步骤，因此亦就是图9中的步骤902的处理过程。由图9中的步骤904继续处理过程。
故障检测和校正方法-斜率和曲率计算图12是表示实施上述步骤904的附加细节流程图。图12各步骤的实施是为了计算每个存储的平均工作参数变化的斜率(关于时间的一阶导数)和曲率(关于时间的二阶导数)。将用于存储被计算的每个工作参数的变化斜率和曲率的变量存储在RAM存储器201中。此外用于指引输入上述循环缓冲器中的3个暂存的变量被存储在RAM存储器201中。
步骤1200对于通过实施上述步骤902存储在循环缓冲器中的过去的3个平均值，计算输入到循环缓冲器阵列FARRAY、PARRAY、TARRAY和MRRAY中的系数。如上所述，模数运算用于计算变量PREV1、PREV2和PREV3的值，对于过去3个平均值的输入到循环缓冲器中的系数。按照NEXT的当前值分别减1、2和3计算PREV1、PREV2和PREV3。
步骤1202的实施是为了计算所存的频率工作参数的平均值变化的斜率和曲率。FSLOPE和FCURV是作为在图2中的RAM存储器201中存储的斜率和曲率的变量。按照按FARRAY[PREV1]和FARRAY[PREV2]存储的频率的最后两个平均值之间的差计算FSLOPE。用于工作参数变化速率的时基预设为这样一个时间单位，该时间单位等于上面讨论的图9中单元912中用于对工作参数采样的采样周期。FCURV是过去的两个时间周期的计算的斜率之间的差。具体地说，FCURV等于(FARRAY[PREV1]-FARRAY[PREV2])-(FARRAY[PREV2]-FARRAY[PREV3])。
步骤1204的实施是为了计算所存的驱动功率工作参数平均值的变化斜率和曲率。PSLOPE和PCURV是在图2中存储斜率和曲率的RAM存储器201中的变量。按照以PARRAY[PREV1]和PARRAY[PREV2]存储的最后两个驱动功率值之间的差计算PSLOPE。对于工作参数变化速率的时基预设为这样一个时间单位，这个时间单位等于如上面讨论的图9中的步骤912中用于对工作参数采样的采样周期。PCURV是所计算的过去的两个时间周期的斜率之间的差。具体地说，PCURV等于(PARRY[PREV1]-PARRAY[PREV2])-(PARRAY[PREV2]-PARRAY[PREV3])。
步骤1206的实施是为了计算所存的温度工作参数平均值变化的斜率和曲率。TSLOPE和TCURV是在图2中存储斜率和曲率的RAM存储器201中的变量。按照以TARRAY[PREV1]和TARRAY[PREV2]存储的温度的最后两个数值之间的差计算TSLOPE。对于工作参数变化速率的时基预设为这样一个时间单位，这样的时间单位等于如上面讨论的图9中的步骤912中用于对工作参数进行采样的采样周期。TCURV是所计算的最后两个时间周期斜率之间的差。具体地说，TCURV等于(TARRAY[PREV1]-TARRAY[PREV2])-(TARRAY[PREV2]-TARRAY[PREV3])。
步骤1208的实施是为了计算所存的被测质量流量工作参数平均值变化的斜率和曲率。MSLOPE和MCURV是在图2中存储斜率和曲率的RAM存储器201中的变量。按照以MARRAY[PREV1]和MARRAY[PREV2]存储的被测质量流量的最后两个数值之差计算MSLOPE。对于工作参数变化速率的时基预设为这样一个时间单位，该时间单位等于如上面讨论的按照图9中的步骤912中用于对工作参数进行采样的采样周期。MCURV是所计算的最后两个时间周期斜率之间的差。具体地说，MCURV等于(MARRAY[PREV1]-MARRAY[PREV2])-(MARRAY[PREV2]-MARRAY[PREV3])。这样就完成了图12中的各步骤，因而也就完成了图9中的步骤904的处理过程。过程继续由图9中的步骤来实施。
故障检测和校正方法-裂缝检测图13是表示实施上述步骤906附加细节的流程图。图13中的各步骤的实施是为了确定是否在流量计10的流量管12和14中产生了裂缝。通过将当前采样的工作参数值、对于频率和驱动功率所计算的斜率和计算的曲率与在ROM存储器202中存储的标志信息相比较来检测裂缝。上述REF.CRACK数据结构包含对于如图1A中所示特定应用场合的特定流量计10的相关限值。正曲率增加驱动功率结合按负曲率减小频率是在流量管12或14中产生裂缝的特征。
步骤1300的实施是为了将由实施步骤900计算的、采样驱动功率P与上面讨论的REF.CRACK.MAXP进行比较。这样确定是否驱动功率已经增加超出阈值之外，以致需要进一步测试，以确定在流量管12或14中存在的裂缝。如果采样的驱动功率还没有达到相应的标志阀值，表明在流量管12和14中没有裂缝，图12中的各步骤的处理过程就完成了。如果没有产生裂缝，图9中的步骤906的处理过程完成，利用图9中的步骤908继续该过程。否则，需要进一步测试，以确定在流量管12和14中是否产生裂缝，由步骤1302继续处理过程。
步骤1302的实施是为了将由实施步骤900计算的、采样频率F与上面讨论的REF.CRACK.MINF相比较。这样确定是否频率已经降低到阈值之外，以致需要进一步测试，以确定流量管12和14中存在的裂缝。如果采样频率还没有达到相应的标志阈值，表明在流量管中没有裂缝，图12中的各步骤的处理过程完成。如果没有裂缝存在，则完成图9中步骤906的处理过程，并由图9中的步骤908继续该过程。否则，需要进一步测试，以便确定在流量管12和14中是否存在裂缝，由步骤1304继续处理过程。
步骤1304的实施是为了将通过实施步骤904计算的驱动功率变化的斜率PSLOPE与上面讨论的REF.CRACK.MAX.PSLOE相比较。这样确定了驱动功率斜率是否已经增加超出阈值之外，以致需要进一步测试，以确定在流量管12或14中是否存在裂缝。如果驱动功率斜率还没有达到相应的标志阈值，则表明在流量管12和14中没有裂缝，图12中的各个步骤的处理过程完成。假如没有裂缝，则使图9中的步骤906的处理过程被完成，并由图9中的步骤908继续该过程。否则，需要进一步测试，以确定在流量管12和14中是否存在裂缝，由步骤1306继续处理过程。
步骤1306的实施是为了将通过实施步骤900所计算的频率变化的斜率FSLOPE与上面讨论的REF.CRACK.MINFSLOPE相比较。这样确定了频率斜率是否已被降低超出阈值之外，以致需要进一步测试，以确定在流量管12或14中是否存在裂缝。如果频率斜率还没有达到相应的标志阈值，则表明在流量管12和14没有裂缝，图12中的各步骤的处理过程完成。如果不存在裂缝，则使图9中步骤906的处理过程被完成，并由图9中的步骤908继续该过程。否则，需要进一步测试，以确定在流量管12或14是否存在裂缝，由步骤1308继续处理过程。
步骤1308的实施是为了将通过实施步骤904所计算的驱动功率的变化曲率与上面讨论的REF.CRACK.MAXPCURV相比较。这样确定了驱动功率斜率是否已经增加超出阈值之外，以致需要进一步测试，以确定在流量管12和14中是否存在裂缝。如果驱动功率斜率还没有达到相应的标志阈值，表明在流体管道12和14中没有裂缝，图12中的各步骤的处理过程完成。如果不存在裂缝，则使图9中的步骤906的处理过程被完成，由图9中的步骤908继续该过程。否则，需要进行进一步测试，以确定在流量管12和14中是否存在裂缝，由步骤1310继续处理过程。
步骤1310的实施是为了将通过实施步骤900所计算的频率变化曲率FCURV与上面讨论的REF.CRACK.MINFCURV相比较。这样就确定了频率曲率是否已经下降超出阈值之外，以致需进一步测试，以确定在流量管12和14中是否存在裂缝。如果频率曲线还没有达到相应的标志阈值，表明在流量管12和14中没有裂缝，图12中的各步骤的处理过程完成。假如没有裂缝存在，则完成图9中的步骤906的处理过程，由图9中的步骤908继续该过程。否则在流量管12和14中存在裂缝，并由步骤1312继续处理过程。
步骤1312的实施是为了通过对通道170提供适当的信号，中止泵180运转。中止泵180工作将中止通过流量管12和14的物料流动，减少物料经过在流量管12和14中的裂缝漏出的可能性。
步骤1314的实施是为了通过向通道171提供适当的信号打开阀181。打开阀181减小在流量计10中的背压，以便进一步降低通过在流量管12和14中的裂缝漏出的可能性。
步骤1316的实施是为了通知控制人员流量计10中的流量管12和14中存在裂缝。将适当的信息提供到通道172上以便在控制板182上显示。图13中的各步骤的控制过程完成，因而完成了图9中的步骤906的控制过程。由图9中的步骤908继续处理过程。
故障检测和校正方法-质量流量校正图14是表示实施上述步骤908的附加细节流程图。实施图14的各步骤是为了计算通过流量计10的经校正的质量流量。利用由所测量的质量流量和所计算的流经流量管12和14物料的空隙百分率所确定的误差系数(误差百分值)，来调节所述经校正的质量流量。按照作为图6所示的和如上讨论的采样频率和采样驱动功率的函数确定空隙百分率。按照上面关于图8讨论的由质量流量测量仪器24所提供的被计算的空隙百分率和被计算的质量的函数确定误差百分值。然后将该误差百分值应用到所测量的质量流量，以确定该校正的质量流量。如上面所讨论的那样，图6和8中所示的信息在ROM存储器202中被编码，用以确定空隙百分率和误差百分值，以校正所测量的质量流量。REF.MASS_CORRECT.VOID_FRACTION是ROM存储器202中所存储的并在图6中所示的信息的编码，用于作为测量的频率和驱动功率的函数计算空隙百分率。REF.MASS_CORRECT.ERROR_PERCENT是ROM存储器202中所存的并在图8中所示的信息的编码，用于作为所测量的质量流量和所计算的空隙百分率的函数计算误差百分值。
采用经校正的质量流量能够在很宽的工艺条件范围下进行更精确的测量。
步骤1400的实施是为了确定流经流量计10的物料的空隙百分率。作为F、P、FSLOPE、PSLOPE、FCURV和PCURV的函数来确定空隙百分率，而所有这些信息是通过上面讨论的实施步骤900和904确定的，并且是结合在图6中所示的和在ROM存储器202中作为REF.MASS CORRECT.VOID FRACTION编码的信息使用的。正如以上讨论的，在ROM存储器202中的信息可以按表格形式或按照用于确定空隙百分率的多项式等式中的系数进行编码。表格形式最好被推荐用于低廉的微处理机如图2中的CPU200，这样的处理机具有有限计算能力。F、P、FSLOPE和PSLOPE的当前数值用于内插在ROM存储器202中按REF.MASS_CORRECT.VOID_FRACTION存储的各列表值的表格中，以便确定流经流量计10的物料的当前空隙百分率。
步骤1402的实施是为了确定拟用于校正该流量计10的测量的质量流量的误差百分值。作为通过实施上面讨论的步骤900确定的M以及上述通过步骤1400计算的空隙百分率的函数确定误差百分值，这些百分值结合在图8中表示的并在ROM存储器202中按照REF.MASS_CORRECT.ERROR_PERCENT编码的信息结合使用。正如上面讨论的，在ROM存储器202中的信息可以按照表格形式或按照用于确定空隙百分率的多项式等式中的系数进行编码。制表形式被推荐用于低廉的微处理器，如图2的CPU200，这种处理器，具有有限的计算能力。通过上述实施步骤1400确定的M的当前数值和空隙百分率，并被用于内插在ROM存储器202中按REF.MASS_CORRECT.ERROR_PERCENT存储的列表值的表中，以便确定当前的误差百分值，用以校正在流量计10内部流动的物料的被测质量流量。
实施步骤1404是为了由通过实施如上面讨论的步骤1402确定的M和所计算的误差百分值来确定经校正的质量流量。将该误差百分值应用于测量的质量流量，以便校正空隙百分率对于测量的质量流量的影响。
步骤1406的实施是为通过在控制板182上显示沿通道172传输的信息来告之控制人员校正的质量流量。
步骤1408将通过实施步骤1406确定的经校正的质量流量与如上讨论的在ROM存储器202中按照REF.MINM存储的标称的阈值最小流量相比较。如果校正的质量流量低于该阈值，则由步骤1410继续该过程。否则由步骤1412继续该过程。
步骤1410的实施是为了通过增加泵180的速度和打开阀181来增加质量流量。图2的CPU200通过向通道170和171分别提供信号控制泵180和阀181。这样就完成了图14中的各步骤的处理过程，因此也就完成了图9中的步骤908的处理过程。由图9中的步骤910继续处理过程。
步骤1412将由实施步骤1406所确定的经校正的质量流量与如上面讨论的在ROM存储器202中按REF.MAXM存储的标称的阈值最大流量相比较。如果校正的质量流量大于该阀值，由步骤1414继续处理过程。否则，这样就完成了图14中的各步骤的处理过程，因此完成了图9中的步骤908的处理过程，由图9中的步骤910继续处理过程。
步骤1414的实施是为了通过降低泵180的速度和关闭阈181来降低质量流量。图2中的CPU200通过分别向通道170和171提供信号来控制泵180和阀181。这样就完成了图14中的各步骤因而也完成图9中的步骤908的控制过程。由图9中的步骤910继续处理过程。
故障检测和校正方法-其它故障检测和校正图15是表示实施如上所述的步骤910附加细节的流程图。图15中各步骤的实施是为了检测在流量计10中的其它工作故障状态。如上所述，对于每种可检测故障情况的标志信息被存储在ROM存储器202中，这些信息被编码成为对于每个采样的工作参数的高和低的阈值，以及对每个相应的工作参数的相关的计算的变化斜率和曲率的高和低的阈值。利用如上所述，本发明的方法可检测的其它故障状态的数目按照REF.NUMFAULTS存储在ROM存储器202中。如上所述，对于所有可检测的故障情况的标志信息按照REF.FAULT[]结构的矩阵进行存储。
本技术领域的熟练人员将会认识到，上面参照图13讨论的对于流量计10中的流量管12和14中的裂缝的检测是这里关于图15所介绍的一般的故障检测方法实施时可检测的故障的一个实例。上面参照图13单独对裂缝检测进行了讨论，这有助于阐明根据本发明的方法检测裂缝的准确的方法。按照REF.CRACK编码的阈值可以像通过实施图15中的方法可检测其中一种故障以及在ROM存储器202中按REF.FAULT编码一样按类似方式编码。
实施步骤1500以便进行起始化，使在RAM存储器201中存储的循环计数的指定为I的变量设为0。当所有可检测的故障状态的处理过程完成时，使用I代表要确定的顺序各步骤。
实施步骤1502以便将每个采样的工作参数与在ROM存储器202中编码和存储的与之对应的高和低的阈值相比较。具体地说，将M与REF.FAULT[I].MINM以及REF.FAULT[I].MAXM相比较。按相似的方式，P、F和T每个与它们各自的最小和最大阈值即REF.FAULT[I].MINP、REF.FAULT[I].MAXP、REF.FAUT[I].MINF、REF.FAULT[I].MAXF、REF.FAULT[I].MINT以及REF.FAULT[I].MAXT相比较。如果全部比较结果表明，各采样的工作参数中的任何一个在规定范围之外，则已经产生相应的故障，由步骤1512继续处理过程。否则由步骤1504继续处理过程。
实施步骤1504以便将所计算的每个采样的工作参数的变化斜率与其对应的在ROM存储器202中编码和存储的高和低的阈值相比较。具体地说，将MSLOPE与REF.FAULT[I]、MINMSLOPE及REF.FAULT[I]、MAXMSLOPE相比较。按相似的方式，将PSLOPE、FSLOPE和TSLOPE每个与它们各自的最小和最大阈值，即REF.FAULT[I].MINPSLOPE、REF.FAULT[I].MAXPSLOPE、REF.FAULT[I].MINFSLOPE、REF.FAULT[I].MAXSLOPE、REF.FAULT[I].MINTSLOPE以及REF.FAULT[I].MAXTSLOPE相比较。如果全部比较结果表明，所计算的斜率中的任一个在规定范围之外，则已发生相应的故障，由步骤1512继续处理过程。否则，由步骤1506继续处理过程。
实施步骤1506以便将所计算的每个采样的工作参数的变化曲率与在ROM存储器202中编码和存储的与之对应的高和低阈值相比较。具体地说，将MCURV与REF.FAULT[I].MINMCURV和REF.FAULT[I].MAXMCURV相比较。按照相似的方式，PCURV、FCURV和TCURV每一个与它们各自的最小和最大阈值即REF.FAULT[I].MINPCURV、REF.FAULT[I].MAXPCURV、REF.FAULT[I].MINFCURV、REF.FAULT[I].MAXFCURV、REF.FAULT[I].MINTCURV和REF.FAULT[I].MAXTCURV相比较。如果全部比较结果表明，所计算的曲率中的任一个在规定范围之外，则已经产生相应的故障，由步骤1512继续处理过程。否则由步骤1508继续处理过程。
实施步骤1508以便将循环计数I加1，准备测试按经编码的标志信息的REF.FAULT[]矩阵所表示的下一种故障情况。息的REF.FAULT[]矩阵所表示的下一种故障情况。
实施步骤1510以便将循环计数值I与REF.NUMFAULTS相比较。如果I还没有达到按REF.FAULT[]矩阵中编码的故障数，则由步骤1502继续处理过程，以便处理在ROM存储器202中编码的另一种故障标志。否则，这样就完成了图15中的各步骤，因此也就完成图9中的步骤910的处理过程。由图9中的步骤912继续处理过程。
实施步骤1512以便按照以REF.FAULT[I].PUMPCHANGE确定的百分值改变泵180的速度。通过CPU200在通道170上施加适当的信号来改变泵180的速度。泵180速度的改变意在改变流量计10中物料的质量流量，以便校正测得的按REF.FAULT[I]编码的故障情况。
实施步骤1514以便按照以REF.FAULT[I].VALVECHANGE确定的百分值来改变阀门181的位置。通过CPU200在通道171施加适当的信号来改变阀门181的位置。阀门181位置的改变意在改变在流量计10中物料的质量流量，以便校正测得的按照REF.FAULT[I]编码的故障情况。
实施步骤1516以便在控制板181上显示信息表示产生所测得的故障情况。所显示的信息是由按REF.FAULT[I].DISPLAY确定的数值提取的。通过CPU200在通道172上提供适当的信号在控制板182上显示该信息。这样就完成了图15中的各步骤，因而也就完成了图9中的步骤910的处理过程。由图9中的步骤912继续处理过程。
应当明确地理解，提出权利要求的本发明并不局限于对优选实施例的介绍，而是包含在本发明的原理范围和构思内的其它改进和替换。特别是，本发明的方法和装置可以适用于具有各种管形，包括所谓的“U”形管、直管或其它形状管的科里奥利效应质量流量计。此外，在图3到8中的曲线图上所表示的信息和数据代表根据多种流量计，在不同时间和不同工作条件下所得到的测试值。因此，由图3到图8中的每个曲线图得到的数据不能推理与另一曲线图中的数据相比较。在确定的流量计数据输出中包含有很多变量。在这些变量中有流量管管壁厚度、材料温度、粘度和流速；包含流量管在内的材料的弹性特性，等等。因此，在这些图中的每一个所示的数据仅是说明性的，仅用于描述在同一曲线图上所示各种参数之间的相互关系。因为所包含的很多变量虽不能用数字值来表示，但易于以其它方式再现。
权利要求
1.一种用于检测科里奥利效应质量流量计(10)的工作状态变化的方法，其特征在于，所述方法包含的步骤有测定由当前工作参数、所述当前工作参数变化斜率以及所述斜率的变化曲率(900、904)构成的组中选择的代表所述流量计的当前工作状态的至少一个数值；测定所述至少一个数值是否已经偏离标称值一个预定的量(906、908、910)；根据所述测定出所述至少一个数值已经偏离标称值一个预定的量(906、908、910)产生一代表所述至少一个数值出现所述变化的一个输出信号；以及将所述输出信号提供给一个通用装置，用以进行包括校正所述流量计中的所述异常状态的操作(906、908、910)。
2.如权利要求1所述的方法，其中将所述输出信号提供到通用装置的所述步骤包含控制与所述流量计相关连的泵(180)，以改变流经所述流量计的物料的质量流率。
3.如权利要求1所述的方法，其中将所述输出信号提供到所述通用装置的所述步骤包含控制与所述流量计相关连的阀(181)以便改变流经所述流量计的物料的流率。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述振动频率的所述斜率的所述标称值大于或约为零(1302)；所述驱动功率的所述斜率的所述标称值小于或约等于零(1300)；所述振动频率的所述曲率的所述标称值大于或约等于零(1306)；所述驱动功率的所述曲率的所述标称值小于或约等于零(1308)；以及所述输出信号代表在所述流量计中的所述流量管中出现裂缝(1312、1314、1316)。
5.如权利要求4所述的方法，其中将所述输出信号提供到所述通用装置的所述步骤包括控制与所述流量计相关连的泵(180)以便中止流经所述流量计的物料(1312)。
6.如权利要求4所述的方法，其中将所述输出信号提供到所述通用装置的所述步骤包含控制与所述流量计相关连的阀(181)，以便中止流经所述流量计的物料(1314)。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述振动频率的所述斜率的所述标称值大于或等于零(1504)；所述驱动功率的所述斜率的所述标称值是零(1504)；所述振动频率的所述曲率的所述标称值小于或等于零(1506)；以及所述输出信号代表在所述流量计中的所述流量管中流动的物料出现不能容许的密度变化(1512、1514、1516)。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述振动频率的所述斜率的所述标称值小于或等于零(1504)；所述驱动功率的所述斜率的所述标称值小于或等于零(1504)；所述振动频率的所述曲率的所述标称值是零(1506)；所述驱动功率的所述曲率的所述标称值小于或等于零(1506)；以及所述输出信号代表在所述流量计的所述流量管中流动的物料出现不能容许的空隙百分率(1512、1514、1516)。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述振动频率的所述斜率的所述标称值大于或等于零(1504)；所述驱动功率的所述斜率的所述标称值小于或等于零(1504)；所述振动频率的所述曲率的所述标称值是零(1506)；所述驱动功率的所述曲率的所述标称值是零(1506)；所述输出信号代表在所述流量计中的所述流量管中流动的物料出现不能容许的物质成分(1512、1514、1516)。
10.如权利要求1所述的方法，包含的步骤有测定作为所述至少一个工作参数的函数的、流经所述流量管的物料的空隙百分率数值(1400)；测定作为所述当前测量的质量流率和所述空隙百分率数值的函数的误差校正系数(1402)；利用所述当前测量的质量流率和所述误差校正系数测定经校正的质量流率(1404)；以及将与所述经校正的质量流率和所述当前测量的质量流率之间的差成比例的输出信号提供到通用装置，用以改变流经所述流量计的物料的流率(1406、1408、1410、1412、1414)。
11.如权利要求10所述的方法，其中测定所述空隙百分率数值的所述步骤还包含在一个数值表中进行内插，以便测定作为所述当前振动频率的函数的所述空隙百分率。
12.如权利要求10所述的方法，其中测定所述空隙百分率数值的所述步骤还包含在一个数值表中进行内插，以便测定作为所述当前驱动功率的函数的所述空隙百分率。
13.如权利要求10所述的方法，其中测定所述误差校正系数的所述步骤包含在一个表中进行内插，以便作为当前测量的质量流率和所述空隙百分率数值的函数测定所述误差校正系数。
14.一种用于检测在科里奥利效应质量流量计(10)中故障情况的装置，其特征在于，所述装置还包含连接到所述流量计上的输入装置，用于接收关于所述流量计的当前工作参数的信息(160-163，203-206)；存储器装置，用于存储关于所述当前工作参数的一种故障情况的故障标志信息(201，202)；输出装置，用于表示在所述流量计工作时出现所述故障情况(180，181，182)；以及检测装置，连接到所述输入装置、所述输出装置和所述存储装置，用于将所述当前工作参数和所述故障标志信息相比较，以检测所述故障情况的产生以及将信号提供到所述输出装置，表示产生所述故障情况(200)。
全文摘要
一种用于在科里奥利效应质量流量计工作时检测和校正各种故障情况的装置和方法。本发明接收来自工作中的科里奥利质量流量计的信息并将该信息与代表各种故障状态的阀值标志相比较。当检测到故障状态时，提供输出信号，通知控制人员并控制流经流量计的质量流量，以便校正故障状态。本发明的一些特定方法检测在流量管中裂缝的存在并中止物料的流动，以防止物料经过有裂缝的流体管漏出。本发明的其它方法检测流经流量管中的物料的空隙百分率，计算经校正的实际质量流量，以及控制通过流量计的质量流量，对空隙百分率的影响进行补偿。
文档编号G01F1/84GK1166199SQ95195442
公开日1997年11月26日 申请日期1995年7月24日 优先权日1994年8月12日
发明者B·L·卡本特, A·X·路纳 申请人:微动公司