专利名称：用于确定振动流量计中流率误差的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及振动流量计，更特 别地，涉及用于确定振动流量计中流率误差的方法和装置。
背景技术：
振动流量计，诸如例如，振动密度计和科里奥利流量计是众所周知的，且用于测量质量流量和流过流量计中导管的材料的其他信息。J. E Smith等人的US专利4，109，524、US专利4，491，025以及Re. 31，450公开了示意性科里奥利流量计。这些流量计具有一个或多个直的或弯曲配置的导管。科里奥利质量流量计中的每个导管配置具有一套自然的振动模式，其可以是简单的弯曲、扭转或耦合的类型。每个导管可被驱动以在优选模式下振荡。由流量计入口侧的连接管路进入流量计的材料流直接穿过(一个或多个)导管，并且通过流量计的出口侧离开流量计。振动的、材料填充的系统的自然振动模式，部分地由导管以及在导管中流动的材料的组合质量来限定。当流量计中不存在流动时，施加到(一个或多个)导管上的驱动力引起沿着(一个或多个)导管的所有点以相同相位或较小的起始固定相位偏移而进行振荡，这是能够被校正的。当材料开始流过流量计时，科里奥利力引起沿着(一个或多个)导管的每个点具有不同的相位。例如，在流量计入口端的相位滞后于中心驱动位置的相位，而出口端的相位领先于中心驱动位置的相位。(一个或多个)导管上的拾取传感器(pick-off sensor)产生代表(一个或多个)导管运动的正弦信号。对拾取传感器输出的信号进行处理，以确定拾取传感器之间的相位差。两个或多个拾取传感器之间的相位差与流过(一个或多个)导管的材料的质量流率成比例。连接到驱动器的仪表电子设备产生操作驱动器的驱动信号，且根据从拾取传感器接收的信号确定质量流率和材料的其他特性。驱动器可包括许多已知配置之一；然而，磁铁和相对的驱动线圈已经在流量计工业中取得了极大的成功。将交流电传送到驱动线圈，用以以期望的流管幅度和频率振动(一个或多个)导管。本领域公知的还有提供拾取传感器作为与驱动器配置非常相似的磁铁和线圈的配置。然而，当驱动器接收诱发运动的电流时，拾取传感器能利用驱动器提供的运动来诱发电压。由拾取传感器测量的时延的量值很小；通常以纳秒测量。因此，必须使得换能器输出非常精确。一般来说，科里奥利流量计可被初始校正且可产生流量校正因子。在使用中，流量校正因子可与拾取传感器测量的相位差相乘，从而产生质量流率。在多数情况下，一旦科里奥利流量计被初始校正(典型地由制造商校正)，流量计可提供被测流体的精确的测量结果，而无需计及流体特性中的变化。尽管某些现有技术中的仪表确实提供了对温度和/或压力效应某些补偿，但这主要是补偿流管刚性的变化。然而，在某些情况中已经确定，其它流体特性可在由仪表电子设备输出的质量或体积流率中产生误差。这些误差通常随着更高密度流体诸如例如某些碳氢化合物流体而更大。然而，取决于所需的仪表精度，这些误差可能在各种密度的流体中经历。
因此，本领域需要一种采用可测量的流量参数来检测和补偿流率测量中的误差的方法。本发明克服了这个问题和其他问题并且在本领域中实现了改进。
发明内容
提供了一种用于确定流过振动 流量计的流体的流率误差的方法。该方法包括从振动流量计接收传感器信号的步骤。该方法进一步包括利用传感器信号确定第一流率以及确定流体密度的步骤。流体速度基于第一流率、流体密度以及振动流量计的物理特性而确定。流量参数，V/P基于流体速度和密度而确定。该方法进一步包括基于计算的流量参数确定流率误差的步骤。根据本发明的一个实施例提供了一种用于振动流量计的仪表电子设备。该仪表电子设备包括处理系统。处理系统配置为从振动流量计接收传感器信号。处理系统可以进一步配置为利用传感器信号确定第一流率以及确定流体密度。处理系统可以进一步配置为基于第一流率、密度和振动流量计的物理特性确定流体速度。流量参数，V/P基于流体速度和密度而确定。该处理系统进一步配置为基于计算的流量参数确定流率误差。各方面根据本发明的一个方面，一种用于确定流过振动流量计的流体的流率误差的方法，包括步骤从振动流量计接收传感器信号；利用传感器信号确定第一流率；确定流体密度，P ；利用第一流率，流体密度和振动流量计的物理特性确定流体速度，V ；基于流体速度和密度计算流量参数，V/P ;以及基于计算的流量参数确定流率误差。优选地，确定流率误差的步骤包括，将计算的流量参数与之前确定的流量参数和流率误差之间的关联进行比较。优选地，确定流率误差的步骤包括，将计算的流量参数和流体密度与之前确定的对于一个或多个流体密度的流量参数和流率误差之间的关联进行比较。优选地，该方法进一步包括步骤基于第一流率和流率误差产生补偿流率。优选地，该方法进一步包括步骤将流率误差和阈值比较；以及如果流率误差超过阈值，基于第一流率和流率误差产生补偿流率。优选地，该方法进一步包括测量流体温度和基于测量的流体温度与用于之前确定的流量参数和流率误差间的关联的温度之间的差异调节流率误差的步骤。根据本发明的另一个方面，用于振动流量计的仪表电子设备包括处理系统，其被配置为从振动流量计接收传感器信号；利用传感器信号确定第一流率；确定流体密度，P ；
利用第一流率、流体密度和振动流量计的物理特性确定流体速度，V ；基于流体速度和密度计算流量参数，V/P ;并且基于计算的流量参数确定流率误差。优选地，处理系统进一步配置 为通过将计算的流量参数和之前确定的流量参数与流率误差之间的关联进行比较来确定流率误差。优选地，处理系统进一步配置为通过将计算的流量参数和流体密度与之前确定的对于一个或多个流体密度的流量参数和流率误差间的关联进行比较来确定流率误差。优选地，处理系统进一步配置为基于第一流率和流率误差产生补偿流率。优选地，处理系统进一步配置为将流率误差与阈值比较并且如果流率误差超过阈值，基于第一流率和流率误差产生补偿流率。优选地，处理系统进一步配置为测量流体温度以及基于测量的流体温度和用于之前确定的流量参数和流率误差间的关联的温度之间的差异来调节流率误差。
图I示出了根据本发明实施例的流量计。图2示出了根据本发明实施例的仪表电子设备。图3示出了对于各种流率的流率误差相对密度的图例。图4示出了根据本发明实施例的流率误差相对流量参数V/P的图例。图5示出了根据本发明实施例的误差确定程序。图6示出了根据本发明实施例的流率误差相对补偿流量参数V P的图例。
具体实施例方式图1-6和下面的说明描绘了具体示例以教导本领域技术人员如何制造和使用本发明最优模式。为了教导发明原理的目的，某些传统方面做了简化或忽略。本领域技术人员将认识到落入本发明范围的这些示例的变形。本领域技术人员会认识到下面描述的特征能够以多种方式组合而形成本发明的多个变形。因此，本发明不限于下面描述的具体示例，而仅通过权利要求及其等价物限定。图I示出了形式为科里奥利流量计的振动传感器组件5的示例，其包括流量计10以及一个或多个仪表电子设备20。该一个或多个仪表电子设备20连接到流量计10来测量流动材料的特性，例如，密度、质量流率、体积流率、总质量流量、温度以及其他信息。流量计10包括一对凸缘101和101’，歧管102和102’以及导管103A和103B。导管103A和103B包括内部的横截面积A，其是已知的或易于测量的。歧管102，102’附加在导管103A，103B的相对端。本示例的凸缘101和101，附加到歧管102和102，上。本示例的102和102，附接到间隔物106的相对端。间隔物106保持了本示例中歧管102和102，之间的间隔从而阻止了导管103A和103B中不期望的振动。导管从歧管处以基本平行的方式向外延伸。当流量计10插入载有流动材料的管路系统(未示出)时，材料通过凸缘101进入流量计10，流过入口歧管102 (在这里材料的总量被导向进入导管103A和103B)，流过导管103A和103B并且流回出口歧管102’ (在这里材料通过凸缘101’流出流量计10)。流量计10包括驱动器104。驱动器104附接到导管103A、103B的某个位置，在该位置上驱动器104能以驱动模式振动导管103AU03B。更具体地，驱动器104包括附接到导管103A的第一驱动元件(未示出)和附接到导管103B的第二驱动元件(未示出)。驱动器104可以包括众多已知布置之一，例如安装到导管103A的磁铁和安装到导管103B的相对线圈。在本示例中，驱动模式为第一异相弯 曲模式并且优选地选择导管103A和103B且适当将其安装到入口歧管102和出口歧管102’从而分别提供具有围绕弯曲轴W-W和r -r基本相同的质量分布、惯性力矩以及弹性模量的平衡系统。在本示例中，在驱动模式为第一异相弯曲模式的情况下，导管103A和103B由驱动器104围绕其各自弯曲轴W和r反向驱动。形式为交流电的驱动信号可以由一个或多个仪表电子设备20提供，诸如例如通过路径110，且流经线圈从而引起导管103A和103B都振动。本领域普通技术人员会认识到在本发明范围内可采用其它驱动模式。示出的流量计10包括一对传感器(pick-off) 105、105'，其附接到导管103A和103B上。更特别的，第一拾取元件(未示出)位于导管103A上且第二拾取元件(未示出)位于导管103B上。在描述的实施例中，传感器105,105'位于导管103A, 103B的相对端。传感器105、105'可为电磁检测器，例如产生代表导管103AU03B的速度和位置的拾取信号的拾取磁铁和拾取线圈。例如，传感器105、105'可以通过路径111、111'向一个或多个仪表电子设备20供应拾取信号。本领域普通技术人员会认识到导管103AU03B的运动与流量材料的某些特性成比例，例如流过导管103AU03B的材料的质量流率和密度。应该认识到，尽管上面描述的流量计10包括双流量导管流量计，但采用单管流量计也在本发明的范围内。此外，尽管示出的流量导管103AU03B包括弯曲的流量导管配置，本发明也可采用包括直的流量导管配置的流量计来实现。因此，上述流量计10的特定实施例仅仅作为一个示例，并且不以任何方式限定本发明的范围。在图I示出的例子中，一个或多个仪表电子设备20从传感器105、105'接收拾取信号。路径26提供了允许一个或多个仪表电子设备20与管理员对接的输入和输出手段。一个或多个仪表电子设备20测量流动材料的特性，诸如例如，密度、质量流率、体积流率、总质量流量、温度以及其他信息。更具体地，一个或多个仪表电子设备20接收一个或多个信号，例如，来自传感器105、105'和一个或多个温度传感器(未示出)，并且利用此信息测量流动材料的特性，诸如例如密度、质量流率、体积流率、总质量流量、温度以及其他信息。振动测量装置，诸如例如，科里奥利流量计或密度计测量流动材料特性的技术已经完全理解；因此，为了简短说明，省略了详细的论述。有关振动流量计的一个问题，例如流量计10由于各种流体特性而发生的流率测量中存在的误差。流率误差例如可以对应于质量流率或体积流率。在操作中，常常很难提供在流率测量中存在多大误差的精确估计。根据本发明的实施例，一旦误差量值已知，仪表电子设备20可产生补偿流率测量。根据本发明的实施例，仪表电子设备20可以基于可测的流量参数和可预期的流率误差之间的关联来补偿流率误差。图2示出了根据本发明实施例的仪表电子设备20。仪表电子设备20可以包括接口 201和处理系统203。处理系统203可以包括存储系统204。存储系统204可以包括如所示的内部存储器，或可替代地，可以包括外部存储器。仪表电子设备20可产生驱动信号211并且将驱动信号211供应到驱动器104上。此外，仪表电子设备20可从流量计10接收传感器信号210，例如拾取/速度传感器信号。在某些实施例中，传感器信号210可从驱动器104接收。仪表电子设备20可作为密度计或作为质量流量计而操作，包括作为科里奥利流量计而操作。仪表电子设备20可处理传感器信号210以便获得流过流量导管103AU03B的材料的流量特性。例如，仪表电子设备20可确定相位差、频率、时间差、密度、温度、质量流率、体积流率、仪表校验等中的一个或多 个。在某些实施例中，仪表电子设备20可例如从一个或多个RTD或其它温度测量装置中接收温度信号212。接口 201可从拾取传感器105、105'或通过引线110、111、111'从驱动器104接收传感器信号210。接口 201可执行任何必须的或期望的信号调节，例如任意方式的格式化、放大、缓冲等。可选地，某些或全部信号调节可在处理系统203中执行。此外，接口 201可使得仪表电子设备20和外部装置之间进行通信。接口 201能够是任意方式的电子的、光学的或无线通信。一个实施例中的接口 201可以包括数字转换器(未示出)，其中传感器信号包括模拟传感器信号。数字转换器可采样并数字化模拟传感器信号数字并产生数字的传感器信号。数字转换器还可执行任何需要的抽取，其中抽取数字传感器信号以便减少需要的信号处理的量以及减少处理时间。处理系统203可进行仪表电子设备20的操作并且处理来自流量计10的流量测量。处理系统203能执行一个或多个处理程序，例如误差确定程序213，并因此处理流量测量从而产生一个或多个流量特性。处理系统203可以包括通用的计算机、微处理系统、逻辑电路或某些其它通用的或定制的处理装置。处理系统203可分配在多重处理装置中。处理系统203可包括任何方式的集成的或独立的电子存储介质，例如存储系统204。除了别的以外，处理系统203还处理传感器信号210以便产生驱动信号211。驱动信号211被供应到驱动器104上以便振动相关联的(一个或多个)流动管，例如图I的流动管 103A、103B。应该理解的是仪表电子设备20可包括本领域公知的各种其它的元件和功能。这些额外的特征为了简洁的目的，在说明书和附图中省略。因此，本发明应不限于示出和讨论的具体实施例。由于处理系统203产生各种流量特性,诸如例如,质量流率或体积流率，因此误差可与产生的流率相关。尽管由于温度和压力所导致的与导管刚度相关的误差通常被补偿，但已经发现的额外误差，其可归因于一个或多个流过流量计10的流体的流体特性。根据本发明的实施例，可确定流率测量中的误差和新的流量参数V/P之间的关联，其中V是流量导管103AU03B中的流体速度；并且P是流体密度。流体速度，V，可基于质量流率、密度和流量计的物理特性，即流量计的内流通面积确定。经过实验校正，已经确定对于多种流体，在典型地存在于流率测量中的误差和流量参数V/P之间存在可靠的关联。尽管流率误差一般随着具有较高密度的流体例如某些碳氢化合物而较大，采用的特定流体不限制本发明的范围。因为流量参数V/P用绝大多数振动流量计(包括科里奥利流量计)都易于测量，一旦流率误差和给定密度的流量参数之间的关系已知，测量的流量参数V/P可与已知的关系进行比较从而确定流量测量中的误差。根据本发明的实施例，一旦流量参数和流率误差之间的关系已知，误差补偿的流率就会产生。
通过示例，通常已知振动流量计，包括科里奥利流量计，除别的以外还能够测量质量流率、体积流率、密度以及温度。质量流率可由等式I定义。m = pAV(I)其中w是测量的质量流率；P是测量的密度；A是一个或多个流量导管的总内截面流通面积；并且
V是一个或多个流量导管中流体的平均速度。等式(I)中唯一未知的就是平均速度V。这是因为其他变量根据仪表设计得知，或根据公知技术能通过流量计10而是易于测量的。因此，等式(I)可重新整理并且用来求解N。
权利要求
1.用于确定流过振动流量计的流体的流率误差的方法，包括步骤 从振动流量计接收传感器信号； 利用传感器信号确定第一流率； 确定流体密度，P ; 利用第一流率、流体密度和振动流量计的物理特性确定流体速度，V ； 基于流体速度和密度计算流量参数，V/P ;以及 基于计算的流量参数确定流率误差。
2.根据权利要求I所述的方法，其中确定流率误差的步骤包括将计算的流量参数与之前确定的、流量参数和流率误差之间的关联进行比较。
3.根据权利要求I所述的方法，其中确定流率误差的步骤包括将计算的流量参数和流体密度与之前确定的、对于一个或多个流体密度的流量参数和流率误差之间的关联进行比较。
4.根据权利要求I所述的方法，进一步包括步骤 基于第一流率和流率误差产生补偿流率。
5.根据权利要求I所述的方法，进一步包括步骤 将流率误差与阈值进行比较；并且 如果流率误差超过阈值，基于第一流率和流率误差产生补偿流率。
6.根据权利要求I所述的方法，进一步包括测量流体温度以及基于测量的流体温度和用于之前确定的、流量参数与流率误差之间的关联的温度之间的差异调节流率误差的步骤。
7.用于振动流量计(10)的、包括处理系统(203)的仪表电子设备(20)，所述处理系统配置为 从振动流量计(10)接收传感器信号(210)； 利用传感器信号(210)确定第一流率； 确定流体密度，P ; 利用第一流率、流体密度和振动流量计的物理特性确定流体速度，V ； 基于流体速度和密度计算流量参数，V/P ;以及 基于计算的流量参数确定流率误差。
8.根据权利要求7所述的仪表电子设备(20)，其中处理系统(203)进一步配置为，通过将计算的流量参数与之前确定的、流量参数和流率误差之间的关联进行比较来确定流率误差。
9.根据权利要求7所述的仪表电子设备(20)，其中处理系统(203)进一步配置为，通过将计算的流量参数以及流体密度与之前确定的、对于一个或多个流体密度的流量参数和流率误差之间的关联进行比较来确定流率误差。
10.根据权利要求7所述的仪表电子设备(20)，其中处理系统(203)进一步配置为基于第一流率和流率误差产生补偿流率。
11.根据权利要求7所述的仪表电子设备(20)，其中处理系统(203)进一步配置为将流率误差与阈值进行比较，并且，如果流率误差超过阈值，基于第一流率和流率误差产生补偿流率。
12.根据权利要求7所述的仪表电子设备(20)，其中处理系统(203)进一步配置为测量流体温度，以及基于测量的流体温度和用于之前确定的、流量参数与流率误差之间的关联的温度之间的差异调节流率误差。
全文摘要
提供了一种用于确定流过振动流量计的流体的流率误差的方法。该方法包括从振动流量计接收传感器信号的步骤。利用传感器信号确定第一流率。确定流体密度。利用第一流率、流体密度以及流量计的物理特性确定流体速度。基于流体速度和密度计算流量参数V/ρ。随后基于计算的流量参数确定流率误差。
文档编号G01F1/84GK102713532SQ200980159547
公开日2012年10月3日 申请日期2009年5月27日 优先权日2009年5月27日
发明者A·W·潘克拉茨, J·魏因施泰因 申请人:微动公司