专利名称：流量计标定器和流量测量系统的制作方法
技术领域：
本公开内容涉及一种用于确定流量计标定器中的置换器位置的设备。
背景技术：
在从地面去除碳氢化合物之后，流体流(诸如原油或天然气)经由管线从一个地方运输到另一个地方。期望准确地知道在流中流动的流体的量，并且在流体转手或者“密闭输送”时需要特别准确。密闭输送可以发生在流体财政(fiscal)传输测量站或撬(skid)上，该流体贸易传输测量站或撬可包括关键的传输部件，诸如测量装置或流量计、标定装置、相关联的管道和阀，以及电控制装置。对流过全部递送管线系统的流体流的测量开始于流量计，流量计可包括例如涡轮流量计、正排量计、超声波测量仪、科里奥利流量计或涡流计。流体流的流动特性可以在产品递送期间改变，从而影响对正递送的产品的准确测量。通常，通过操作者的干预而获知压力、温度和流率的改变。这些改变被表示为流动特性的改变，并且通常通过操作者经由改变的影响以及其对测量装置的影响来验证。流量计性能会受流体的特性和/或管道传送部件的布置的影响。通常，流量计性能的验证通过利用标定装置或标定器对流量计进行标定来进行。在撬上与测量装置相邻的并且与测量装置流体连通的校准后的标定器对流体的体积进行采样，并且所采样的体积与测量装置的通过体积进行比较。如果在所比较的体积之间存在统计上的重大差别，则调整测量装置的通过体积，以反映标定器所识别的实际流动体积。标定器具有被校准为已知且接受的准确度标准(诸如美国石油组织(API)或国际标准化组织(ISO)规定的标准)的精确已知体积。标定器的精确已知体积可以被定义为两个检测器开关之间的产品的体积，该体积被置换器(诸如弹性球或活塞)的通道所置换。标定器中被置换的已知体积与流量计的通过量进行比较。如果比较产生了为零的体积差或可接受的变化，则认为流量计在允许的容限的限制内是准确的。如果体积差超过所允许的限制，则证明流量计可能不准确。此后，可以调整流量计通过体积，以反映标定器所识别的实际流动体积。调整可利用流量计校正因子来进行。为了获得精确的校准，必须利用通过标定器的流体的动态流来准确地确定标定器中的置换器位置。标定器是现场参考标准，相对于该现场参考标准对流量计进行校准。
实用新型内容用于对流量计进行标定的设备和方法。在一个实施例中，流量计标定器包括流动管、置换器以及信号分析器。置换器可在流动管的流动通道中移动。磁性目标布置在置换器上。一个或多个感应换能器布置在流动管上并且被配置成在置换器在流动管中移动时检测磁性目标。信号分析器被配置成检测表示由移动跨越换能器的磁性目标引起的各个换能器的感应改变的信号。信号分析器进一步被配置成基于信号的沿确定置换器速度。在另一实施例中，用于对流量计进行标定的方法包括通过流体流引起标定器的流动管中的置换器的移动。耦接到流动管的感应换能器的感应基于置换器的磁体目标到换能器的接近程度而改变。检测表示感应改变的信号。基于信号的沿确定置换器速度。在另一实施例中，流量测定系统包括流量计标定器。流量计标定器包括布置在流动管中的置换器。流动管包括沿流动管的长度布置的多个感应换能器。流量计标定器还包括耦接到各个换能器的脉冲发生电路。脉冲发生电路被配置成生成脉冲，该脉冲的斜率与移动跨越换能器的置换器产生的换能器的感应改变速率对应。
为了详细地描述示例性实施例，现在将参照附图，其中图I是根据各个实施例的用于对流量计进行标定的系统的示意表示；图2是根据各个实施例的单向标定器的示意表示；图3是根据各个实施例的双向标定器的示意表示；图4是根据各个实施例的包括标定器流动管、置换器以及接近换能器的标定系统的示意表示；图5是根据各个实施例的、示出在置换器通过换能器时产生的输出信号的标定系统的示意表示；以及图6示出了根据各个实施例的、用于对流量计进行标定的方法的流程图。
具体实施方式
以下描述和所附权利要求中使用特定术语来提及特定系统部件。如本领域技术人员所理解的，公司可以以不同的名称来提及部件。该文献不旨在名称不同而功能相同的部件之间进行区分。除非另外指出，在以下讨论和所附权利要求中，术语“包括(including)”和“包括(comprising)”以开放形式来使用，并且因此应被解释为表示“包括而不限于…”。对术语“连接”、“啮合”、“耦接”、“附接”或描述元件之间的交互的任何其它术语的任何形式的使用不意在将交互限制于元件之间的直接交互，而是还可包括所描述的元件之间的间接交互。术语“流体”可指的是液体或气体，并且不是仅与任何特定类型的流体(诸如碳氢化合物)相关。术语“管道”、“导管”、“线”、“管”等指的是任何流体传输装置。弓I用“基于”旨在表示“至少部分基于”。因此，如果X基于Y，则X可基于Y以及多种另外的因素。在以下的附图和描述中，相同的部分通常在说明书和附图中以相同的附图标记来标注。附图图像不一定是按比例的。本实用新型的某些特征可以在尺度上放大或者以某种示意形式来示出，并且为了清楚和简洁起见，常用元件的一些细节可不示出。本公开内容涉及不同形式的实施例。详细描述了具体实施例并且在附图中示出了具体实施例，其中应理解，本公开内容被视为本公开内容的原理的例示，并且不旨在将本公开内容限于此处示出和描述的内容。应全面认识到，以下讨论的实施例的不同教导和部件可单独采用或以任何适当的组合来使用，以产生期望的结果。本公开内容的实施例可以用于流量计标定器，该流量计标定器用于精确地确定流量计标定器的流动管中内的动态的置换器位置。实施例适用于具有通过标定器流动管的双向或单向流体移动的标定器。在流量计标定器的描述中一个常用术语是“置换式标定器”。实施例不限于“置换式标定器”，而是也可用于“小体积标定器(small volume prover)”或“轻便式标定器(compact prover)”或者期望准确地确定活塞型或类似置换器的动态位置的任何其它装置。实施例可应用于利用传统置换式标定器以每单位体积输出的脉冲对流量计进行标定，其中对于传统置换式流量计，流量计使用如美国石油学会(API)标准中描述的双测时或脉冲内插技术，在标定期间生成最少10，000个脉冲或少于10，000个脉冲。具有替选类型的输出的流量计也可用于此处描述的实施例，其中在流量计标定器的流动管上的检测器之间施加流量计登记(registration)的适当选通。使用了多种方法和装置来确定流量计标定器中的置换器的位置。其中，这些包括机械压杆型开关、由从流动管内的置换器延伸到流动管外的位置的棒致动的光学开关、磁簧开关以及利用利用磁性材料来使致动开关的磁体移位的磁型开关。所有这些都限于小于此处描述的实施例所提供的温度范围的温度范围，并且因此不能在低温处或高温下使用，并且在较小的温度和动态平移的范围中呈现出小于期望的准确度。本公开内容的实施例采用如下技术通过该技术，通过新的且创新的技术来增强感应换能器的输出，以提供对跨越换能器的面平移的(例如，跨越面垂直平移的)置换器的精确动态位置检测。根据此处公开的实施例的标定器可工作于从大约380° F (_230°C)上至大约800° F(425°C)的温度范围内。实施例与API、国际标准化组织(ISO)或用于将在操作温度下测量的流体体积校正为“标准”或基础温度以及用于流体的密闭输送的压力条件的其它标准兼容。图I是根据各个实施例的用于对流量计12进行标定的系统10的示意表示。在一个实施例中，流量计12是涡轮流量计。基于流体流11内的涡轮状结构的转动，涡轮流量计生成电脉冲15，其中每个脉冲与体积成比例，并且脉冲速率与体积流率成比例。在系统10的其它实施例中，流量计12可以是正排量计、超声波测量仪、科里奥利流量计或涡流计或者本领域公知的任何流量计。流量计12的体积可以通过在标定器100中使置换器流动而与标定器100的体积相关。在系统10中，标定器100布置在流量计12的上游。在其它实施例中，标定器100可布置在流量计12的下游。一般地，迫使置换器在标定器100中首先通过上游检测器16然后通过下游检测器18。检测器16、18之间的体积是校准后的标定器体积。体积可借助于水标定(waterdraw)或者API或其它国际标准中概述的其它方法而被校准至高精确度。在水标定方法中，干净的水通过标定器流动管而被泵送到NIST或另一重量和度量组织认证的测试度量器中。当置换器穿过流动管时，测试度量器的填充通过检测器16、18的动作而被选通为启动和停止。测量测试度量器中的水的温度以及标定器中的水的温度和压力，并且将置换的体积校正为标准温度和压力基础条件。以此方式，可准确地建立检测器之间所置换的体积。流动置换器首先致动或松开(trip)检测器16，以使得向处理器或计算机26指示启动时间t16(图I)。处理器26然后经由信号线14收集来自流量计12的脉冲15。流动置换器最终松开检测器18，以指示停止时间t18并且由此指示关于置换器的单次通过而收集的脉冲15的序列17。流量计12在单个置换器穿过校准后的标定器体积期间所生成的脉冲15的数量17表示在时间t16至时间t18期间流量计测量的体积。通过比较校准后的标定器体积与流量计12所测量的体积，可将流量计12校正为标定器100所定义的通过体积。在标定器100的特定实施例中，并且参照图2，示出了活塞式或轻便式标定器100。活塞102 (置换器的一种类型)互补地布置在流动管104中。管道120将流106从主要管线连通到流动管104的入口 122。流体的流108迫使置换器102通过流动管104，并且流最终通过出口 124离开流动管104。流动管104和活塞102还可连接到其它部件，诸如弹簧腔116，其可具有用于活塞102中的提升阀的偏置弹簧。室118也可连接到流动管104。液压泵和马达110也被示出为耦接到流动线120和腔116。液压蓄力器112、控制阀114以及液压压力线126也被示出为耦接到腔116。标定器100包括可位于沿活塞102的轴向长度的各个位置处的目标130。流动管104包括也可布置在沿流动管104的轴向长度的各个位置处的一个或多个换能器128，用于检测目标130的通道。目标130是用于进入和离开标定器100的流动管104的校准后测量部的解扣激励器(trip instigator)。一个或多个换能器128是感应接近检测器，并且安装在标定器流动管104上，以使得置换器102的磁性材料(或置换器102上的磁性材料)与换能器128之间不存在物理接触。每个换能器128可通过机械固定而安装在流动管104上，诸如利用换能器128与流动管104上的安装基部之间的螺纹、螺栓连接、结合(band)、夹持或其它物理装置。换能器128可垂直于流动管104的轴而安装，或者以相对于流动管104的任意其它角度而安装。换能器128的面可突出穿过流动管104中的孔，与内表面齐平，从内表面凹陷，或者可被安装到与流动管104的内表面不相交的盲孔中。替选地，换能器128的面可布置在流动管104的外部，即布置在流动管104的外表面上或者通过非磁性安装材料而与流动管104的外表面分开。换能器128的面与活塞上的磁性材料或活塞本身之间的间隙由孔的深度来控制、通过调整换能器128在孔中的插入深度来控制、或者通过其它安装或定位设备来控制。流动管104可由非磁性材料或顺磁性材料制成。非磁性材料的示例是有色金属、塑料、玻璃或合成材料(诸如玻璃强化塑料、环氧树脂或聚合物)。顺磁性材料包括一些类型的金属合金和被热处理为呈现非磁性或顺磁性特性的不同类型的耐蚀剂或不锈钢。类似地，置换器102可由任意上述材料制成。标定器操作的温度上限由置换器上的磁性材料的居里温度来确定。换能器128被设计为在置换器102上的磁性材料或置换器102本身(如果是磁性的)跨越换能器128的面时，输出信号或“脉冲”。图3是根据各个实施例的双向标定器200的示意表示。在双向标定器200中，置换器102通过换能器128定义的标定部在流动管104内来回循环。流动管104、置换器102和换能器128如以上关于标定器100所述地布置，其中进行修改以用于双向标定器200中。换能器128是感应接近检测器，并且置换器102包括磁性目标。双向标定器200包括在处理器26的控制之下而打开和关闭的发射阀222、224和滑阀204。阀的位置确定置换器102在流动管104内行进的方向。如图3所示，在发射阀214关闭的情况下，发射阀216打开，并且相交的滑阀构件206从多支导管228流动，发射阀222被阻挡且流体流被路由通过旁路滑阀导管(bypass spool conduit)218,从而使得置换器102移动到右侧。类似地,在发射阀216关闭的情况下，发射阀214打开，并且相交的滑阀构件206从多支导管226流动，发射导管224被阻挡且流体流被路由通过旁路滑阀导管220，从而使得置换器102移动到左侦U。双向标定器200的其它实施例包括其它类型的阀和/或阀和流体导管的其它布置。本公开内容的实施例包括所有这样的变型。图4是标定系统300的示意图，标定系统300包括标定器流动管104、置换器102以及位于流动管104上的接近换能器128。标定系统300可用于实现图I至3所示的标定器100、200。在图4中，为了方便起见，示出了一个方向上的流动，但是标定系统300的实施例可用于双向流动。标定系统300包括连接到各个换能器128的信号调节模块302。接近换能器128包括例如封装在非磁性或顺磁性材料的密封外壳内的一个或多个电线线圈(在一些实施例中为两个或更多个线圈)。换能器128的操作原理在于，在置换器102上的磁性材料130跨越换能器128的面时，线圈的感应改变。磁性材料130可以具有高导磁率(诸如HYMU 80)或者可以是任何其它磁性材料。线圈由具有如下频率的交流电压激励该频率被确定为在磁性材料130接近换能器线圈时提供感应的可检测的改变。该原理与信号调节模块302结合使用，以提供呈现出与感应改变相关的电流改变或电压改变的输出信号。信号调节模块302包括通过线圈生成交流电压的电路，通过检测来接收并调节线圈中感应的改变，并且将线圈输出放大并滤波为与磁性材料130的位置改变有关的输出信号。所得到的输出信号与通过换能器128的面的置换器102的精确线性平移有关。输出信号可以是模拟的或数字的。信号分析器304被示出为连接到信号调节模块302。信号分析器304可以是电子数据记录或数据获取装置、流计算机、膝上型计算机、便携式计算机、传统计算机或可接收并分析信号调节模块302提供的输出信号的其它电子存储和显示装置。信号分析器304可对应于图1、3的处理器26。标定系统中的感应换能器的先前用途是用于磁性对象在与换能器轴向成直线的方向上的相对慢移动。本公开内容的实施例有利地允许对于在从零到每秒5英尺(每秒I. 5米)或者更高的大范围操作速度，磁性材料130跨越换能器128的面的相对快速的动态移动。可以使用包括在标定系统300中的一个或多个处理器来实现包括信号调节模块302和信号分析器304的至少一些部分的标定系统300的各个部件。处理器执行软件编程，该软件编程使得处理器执行这里描述的操作。在一些实施例中，信号分析器304包括执行如下软件编程的处理器其使得处理器基于信号调节模块302生成的表示感应改变的信号而确定置换器102的位置和/或速度，和/或执行这里描述的其它操作。适当的处理器包括例如通用微处理器、数字信号处理器以及微控制器。处理器架构一般包括执行单元(例如，定点、浮点、整数等)、存储装置(例如，寄存器、存储器等)、指令解码装置、外设(例如，中断控制器、定时器、直接存储器存取控制器等)、输入/输出系统(例如，串行端口、并行端口等)以及各种其它部件和子系统。使得处理器执行这里公开的操作的软件编程可以存储在标定系统300内部或外部的计算机可读存储介质中。计算机可读存储介质包括诸如随机存取存储器的易失性存储装置、非易失性存储装置(例如，闪速存储装置、只读存储器、光盘、硬盘驱动器等)或者它们的组合。一些实施例可以使用专用电路(例如，以集成电路实现的专用电路)实现标定系统300的部分，包括信号调节模块302和信号分析器304的部分。一些实施例可使用专用电路和执行适当软件的处理器的组合。例如，信号分析器304的一些部分可使用处理器或硬件电路来实现。实施例的硬件或处理器/软件实现的选择是基于各种因素的设计选择，这些因素诸如成本、实现的时间、以及并入未来的改变或附加功能的能力。图5示出了当置换器102上的磁性材料130跨越接近换能器128的面时，信号调节模块302提供的电输出信号402和脉冲404。在图上的水平轴上描绘了置换器102的增加的时间和行进距离，以便在置换器102通过换能器128时提供来自信号调节器302的脉冲输出404的视觉表示。脉冲形状可以是正弦、方波或任何其它期望的形状。在置换器102固定或远离换能器128的“静止”状态下，信号调节模块302的输出(电压或电流)基本上恒定。恒定输出的幅度可在信号调节模块302的内部被调整为“零”或“满刻度”，或者零与满刻度之间的任意间距以表示置换器102不接近换能器128时的位置。当置换器102接近换能器128以使得磁性材料130靠近换能器128的面时，输出信号402根据输出信号402的归零和定标而以正向或负向改变。当磁性材料130与换能器128的感应“中心”轴向成直线时，输出信号402为最小(或者根据归零和定标而为最大)。电中心通常与换能器128的物理中心相同，但是可根据换能器128的构造和校准而略微变化。可以利用安装在流动管104上的实际换能器128来实现对输出的调整和校准。本公开内容的实施例以独特且创新的方式利用换能器128的输出，以检测标定器流动管104中的置换器102的线性位置。实施例另外采用单个换能器128的输出，以建立与置换器102的位置有关的两个不同且唯一的检测点。为了使得输出信号402与置换器102的精确位置相关，信号分析器304在输出脉冲404上的如下点进行检测或“触发”其将提供与置换器102的位置有关的输出的期望的可重复性和分辨率。信号分析器304可通过利用充分的分辨率和响应时间实现置换器位置确定的期望的可重复性和分辨率，将输出信号402与特定预定幅值进行比较来执行检测或触发。例如，信号分析器304可包括和采用模拟电压或电流比较器，该模拟电压或电流比较器将输出信号402与触发或检测点值进行比较，并且基于与触发值严密匹配的输出信号402而生成触发指示。诸如直接数字分析的其它手段也可用于提供期望的置换器位置确定，在直接数字分析中，将输出信号402数字化并且将其与触发值进行比较或者另外进行处理。信号分析器304的实施例设置比较器或触发装置以得到最佳性能，从而提供用于利用换能器128的最大灵敏度以确定置换器102的线性位置的装置。如图5所示，当磁性材料130接近换能器128时，脉冲输出404的斜率(线性平移的每单位改变的伏特数或dV/dX)开始不太陡，然后在磁性材料130与换能器128的中心线成直线之前的距离处变得较陡。当磁性材料130处于换能器128的电场中在中心或接近中心时，脉冲输出404具有近似为零的斜率。如果输出信号脉冲404的最小斜率点用于位置检测，则置换器102的位置的分辨率将低于使用脉冲404的最大斜率点时的分辨率。与脉冲的最大斜率点处的每单位位移的显著较大的电压改变相比，脉冲404的最小斜率点处的电压改变相对于位移改变可以是非常平缓的。因此，信号分析器304的实施例使用脉冲404的最大斜率或每单位线性平移的输出信号402的最大改变速率作为检测点或触发点，以实现用于检测置换器102的位置的最大分辨率。当置换器102的速度增大时，脉冲输出404可以响应于置换器102的递增位置改变而呈现出滞后。假设置换器102的速度在各个换能器128处相同，则对于在同一流量计标定器300上安装并校准的其它换能器128，位置检测中的偏移在同一方向上并且可以具有相同的幅度。然而，为了准确的流量计校准，流率应该是均匀的，其中在置换器102在用于触发流量计输出的启动和停止登记的换能器128之间行进一定距离的时间期间，置换器速度近似恒定。本公开内容的实施例分析标定结果，以确定当置换器102通过各个换能器128时，置换器102通过标定器300的平均速度是否均匀以及是否具有相同的幅度。因此，信号分析器304针对每个换能器128，独立地比较下降检测点与上升检测点(例如，脉冲404的沿)之间的转变时间。当下降检测点与上升检测点之间的距离在非常短的距离范围内出现时，转变时间提供了在置换器102通过单个换能器128时的速度的准确指示。信号分析器304还使用两个换能器128之间的转变时间，用于在一组或多组两个换能器128当中比较平均置换器速度。然后可以使用比较结果通过以下关系确定标定结果是否受通过流量计标定器300的流率的不均匀性影响V =—
A其中V是置换器速度， Q是流率，以及A是流动管104的横截面面积。流动的不均匀性的幅度与流率稳定性是否在准确和可重复流量计标定的容限内有关。本公开内容的实施例还结合换能器128、信号调节模块302和信号分析器304 (诸如具有显示器或打印输出功能的计算机)采用方法来估计换能器性能的“健康状况”。实施例通过在流量计标定器300的初始操作期间相对于时间记录信号输出(例如，信号波形402)的“快照”，建立各个换能器128的性能的基线。标定器300的初始操作可以在标定器300的校准时或者在使标定器300与流体和流量计12 —起使用时进行。针对跨越使用标定器300的范围的各种流体和流率来记录性能的快照。初始记录的快照可周期性地与在实际操作中获得的当前记录的快照进行比较，以确定换能器128和相关电路(例如，信号调节器128)是否仍适当地运行。另外，本实用新型的实施例可以通过在置换器102速度相同的情况下将单个换能器128的下降检测点与上升检测点(例如，脉冲404的上升沿与下降沿)之间的转变时间与该换能器128的先前转变时间的历史进行比较，来估计换能器128的健康状况。为了该估计，如上所述，流率应该稳定。该估计可以在标定器的水标定校准(如对流量计标定器进行校准的领域中公知的)时进行并且此后周期性地进行。本实用新型的实施例还可通过估计标定器流动管104上的两个换能器128提供的脉冲的四个置换器检测点(例如，上升脉冲沿和下降脉冲沿)来估计换能器健康状况或性倉泛。信号分析器304可以在换能器的输出脉冲404的下降沿和上升沿之一或二者处进行触发。脉冲404得自换能器128对置换器102的磁性材料130的响应。当磁性材料130的前缘移动接近换能器128时，信号402在磁性材料130跨越换能器128的面而电地或磁地位于中心或近似中心时的点处减至最小。当磁性材料130移动远离换能器128时，信号402增加直至磁性材料130的后缘通过换能器128。相反地，如果期望，可进行跨距和零点设置以使脉冲反转。对于同一换能器128的输出信号402的下降沿和上升沿都可以建立检测点。单个换能器128提供与磁性材料130的物理大小成比例的两个检测点。两个换能器128然后可用于通过水标定或类似校准方法而在流量计标定器100上建立四个校准后的体积。如果需要，可设置另外的换能器以建立另外的校准后的体积。图5示出了与从两个换能器128产生的检测点有关的四个体积的示例。如本领域技术人员公知的，可根据已建立的行业容限来测量体积和距离。直线距离的关系是D^D2 = D3+D4本实用新型的实施例应用该关系以提供用于检查换能器健康状况的又一方法。四个距离Dp D2, D3和D4分别与四个水标定校准体积有关。四个流量计输出登记因此将遵循以下关系VOL^VOL2 = V0L3+V0L4通过根据以上关系验证被校正为API标准中概述的基础温度和压力条件的、用于对流量计12进行标定的四个测定体积，实施例确定检测系统是否正在所要求的可重复性 容限内运行。在具有并联连接的两个传统检测器开关的标定器的水标定校准期间，常见的是，如果传统检测器开关在通过置换器时没有提供输出，则置换器暂时“丢失”。置换器的这种暂时丢失由于标定器校准所需的低流速而成为问题。如果任一开关未能运行，则当置换器从一个开关行进到第二开关时将存在时间延迟。如果没有开关运行，则置换器将表现为丢失，即其位置或定位是未确定的。在本公开内容的实施例中，置换器的行进方向是公知的。该方向通过相对时间基准而记录或显示信号402的下降和上升检测点来确定。穿过流动管104的流体流使得置换器102在流动方向上移动。在将换能器128的输出(即，信号402)调整为零并且如图5所示的定标的情况下，下降检测点将出现在上升检测点之前。相反地，如果脉冲配置相对图5所示的配置反转，则上升检测点将出现在下降检测点之前。两个检测点的时间序列将提供置换器102在非常短时间中行进的方向的指示，该非常短的时间与置换器102在使得单个换能器128生成输出脉冲(和两个检测点)时的相对短的行进距离有关。图6示出了根据各个实施例的用于对流量计12进行标定的方法500的流程图。尽管为了方便而依次示出，但是所示出的至少一些动作可以以不同的顺序执行和/或并行地执行。另外，一些实施例可仅执行所不出的一些动作。在一些实施例中，图6的至少一些操作以及这里描述的其它操作可以被实现为存储在计算机可读介质中的指令并且由一个或多个处理器来执行。在方法500中，流量计标定器300可在流量计12的上游或下游流体地耦接到流量计12。在方框502中，流动管104中的流体的流动使得置换器102沿着流动管104的长度而移动。感应换能器128沿流动管104定位。置换器102包括磁性目标130。在方框504中，换能器128的感应根据磁性目标130对换能器128的接近程度而改变。在方框506中，信号调节模块302检测换能器128的感应的改变，并且在方框508中，信号调节模块302生成包括脉冲404的输出信号402或表示换能器128的感应改变的其它信号。脉冲404的斜率可对应于换能器128的感应的改变速率。 在方框510中，信号分析器304对信号进行处理，并且识别表示换能器感应的最大改变速率的点。这些点可以是脉冲404的各个上升沿和下降沿中的最大斜率点。最大斜率点对应于在磁性目标130接近并且移动通过换能器128时、换能器128的感应的最大改变速率的点。在一些实施例中，可基于信号的电压或电流水平来识别最大感应改变速率的点。[0062]在方框512中，信号分析器304基于所识别的最大感应改变速率的点(例如，最大斜率点)来确定置换器102的速度和/或位置。可基于所识别的点之间的时间以及跨越换能器128行进的距离来确定置换器速度。在方框514中，信号分析器304通过使用所识别的点对在各个换能器脉冲404处算出的置换器速度进行比较，来确定流动管104中的置换器速度的均匀性。在方框516中，信号分析器304基于所识别的点确定置换器的方向。在方框518中，信号分析器304验证流量计标定器300的性能。一些实施例通过针对给定的置换器速度，将所识别的脉冲404的最大斜率点之间的时间与先前记录的基线或参考脉冲的最大斜率点之间的时间进行比较，来验证标定器300的性能。一些实施例通过对由一个换能器128的脉冲404的第一识别的最大斜率点与另一换能器128的脉冲404的第二识别的最大斜率点定义的多个体积进行验证，来验证标定器300的性能。以上讨论意在说明本公开内容的各种原理和实施例。尽管示出并描述了特定实施例，但是在不背离本公开内容的精神和教导的情况下，本领域技术人员可以对其进行修改。这里所描述的实施例仅为示例性的而非限制。例如，为了简洁起见，参考特定类型和配置的流量计标定器描述了实施例。本领域技术人员应理解，本实用新型的实施例不限于所描述的实施例，而是可适用于任意广泛的多种流量计标定器。因此，保护范围不受以上阐述的描述的限制，而是仅由所附权利要求限定，该范围包括权利要求的主题内容的所有等同物。根据上述描述可知，本发明的公开技术方案包括但不限于下列方案I. 一种用于对流量计进行标定的方法，包括通过流体流引起标定器的流动管中的置换器的移动；基于所述置换器的磁性目标对感应换能器的接近程度，改变耦接到所述流动管的所述换能器的感应；检测表示所述感应的改变的信号；以及基于所述信号的沿确定置换器速度。方案2.根据方案I所述的方法，还包括基于所述换能器的输出而生成信号，所述信号包括具有与所述感应换能器的感应改变速率对应的斜率的脉冲。方案3.根据方案2所述的方法，还包括通过将在给定流率下基于所述换能器的输出而生成的信号与所存储的所述给定流率下的所述换能器的基线信号进行比较，来验证所述标定器的性能。方案4.根据方案2所述的方法，还包括基于所述脉冲的最大斜率点确定所述置换器在所述流动管中的位置。方案5.根据方案4所述的方法，还包括识别作为所述脉冲的上升沿的最大斜率点的第一检测点；以及识别作为所述脉冲的下降沿的最大斜率点的第二检测点。方案6.根据方案5所述的方法,其中，确定置换器速度包括确定由所述第一检测点和所述第二检测点定义的时间间隔以及所述置换器在所述时间间隔中行进的距离。方案7.根据方案5所述的方法，还包括基于在多个感应换能器中的每个处的置换器速度的比较，确定所述置换器的速度在所述流动管的长度上是否是均匀的，所述速度得自与所述换能器相关联的所述第一检测点和所述第二检测点。[0081]方案8.根据方案5所述的方法，还包括通过在给定的置换器速度下，将所述第一检测点与所述第二检测点之间的时间与先前记录的所述第一检测点与所述第二检测点之间的时间进行比较，来验证所述标定器的性能。方案9.根据方案5所述的方法，还包括通过对由多个感应换能器中的一个感应换能器的所述第一检测点和所述第二检测点之一以及所述多个换能器中的另一个换能器的所述第一检测点和所述第二检测点之一定义的多个体积进行验证，来验证所述标定器的性能。方案10.根据方案5所述的方法，还包括基于所述第一检测点和所述第二检测点，确定所述置换器在所述流动管中的行进方向。方案11.根据方案I所述的方法，其中，检测所述信号包括检测所述感应的改变速率；并且确定置换器速度包括基于所检测的所述感应的改变速率的最大值来确定置换器速度。
权利要求1.一种流量计标定器，其特征是，包括 流动管； 置换器，能够在所述流动管的流动通道中移动； 磁性目标，布置在所述置换器上； 布置在所述流动管上的至少两个感应换能器，所述换能器被配置成在所述置换器在所述流动管中移动时检测所述磁性目标；以及 信号分析器，被配置成 检测表示由移动跨越所述换能器的所述磁性目标引起的各个换能器的感应改变的信号；以及 基于所述信号的沿确定置换器速度。
2.根据权利要求I所述的流量计标定器，其特征是，还包括耦接到各个换能器的信号调节电路，所述信号调节电路被配置成针对各个换能器，生成包括下述脉冲的信号所述脉冲具有与所述换能器的感应改变速率对应的斜率。
3.根据权利要求2所述的流量计标定器，其特征是，所述信号分析器被配置成基于所述脉冲的最大斜率点，确定所述流动管中的所述置换器的位置。
4.根据权利要求2所述的流量计标定器，其特征是，所述信号分析器被配置成识别作为所述脉冲的上升沿的最大斜率点的第一检测点以及作为所述脉冲的下降沿的最大斜率点的第二检测点。
5.根据权利要求4所述的流量计标定器，其特征是，所述信号分析器被配置成基于所述第一检测点和所述第二检测点，确定所述置换器的速度。
6.根据权利要求4所述的流量计标定器，其特征是，所述信号分析器被配置成基于所述置换器移动跨越各个换能器时所确定的所述置换器的速度，确定所述置换器的速度在所述流动管的长度上是否是均匀的。
7.根据权利要求4所述的流量计标定器，其特征是，所述信号分析器被配置成通过在给定的置换器速度下，将所述第一检测点与所述第二检测点之间的时间与先前记录的所述第一检测点与所述第二检测点之间的时间进行比较，来验证所述流量计标定器的性能。
8.根据权利要求4所述的流量计标定器，其特征是，所述信号分析器被配置成通过对由一个所述换能器的所述第一检测点和所述第二检测点之一以及另一所述换能器的所述第一检测点和所述第二检测点之一定义的多个体积进行验证，来验证所述流量计标定器的性能。
9.根据权利要求4所述的流量计标定器，其特征是，所述信号分析器被配置成基于所述第一检测点和所述第二检测点，确定所述置换器在所述流动管中的行进方向。
10.根据权利要求2所述的流量计标定器，其特征是，所述信号分析器被配置成通过将给定流率下的各个换能器的所述信号调节电路生成的信号与所存储的所述给定流率下的各个换能器的基线信号进行比较，来验证所述流量计标定器的性能。
11.根据权利要求I所述的流量计标定器，其特征是，所述流动管和所述置换器包括非磁性材料和顺磁性材料中的至少一种。
12.根据权利要求I所述的流量计标定器，其特征是，所述换能器和所述信号分析器被配置成测量在-380华氏度到800华氏度的流体温度下的双向流体流动的置换器速度。
13.根据权利要求I所述的流量计标定器，其特征是，所述信号分析器被配置成 检测由移动跨越所述换能器的所述磁性目标引起的各个换能器的感应改变速率；以及 基于所检测的感应改变速率确定置换器速度。
14.一种流量测定系统，其特征是包括 流量计标定器，包括 置换器，布置在流动管中，所述流动管包括 沿所述流动管的长度布置的多个感应换能器； 耦接到各个换能器的脉冲发生电路，所述脉冲发生电路被配置成生成下述脉冲所述脉冲具有与移动跨越所述换能器的所述置换器产生的所述换能器的感应改变速率对应的斜率。
15.根据权利要求14所述的流量测量系统，其特征是还包括耦接到所述流量计标定器的流量计。
16.根据权利要求14所述的流量测量系统，其特征是，所述流量计标定器还包括耦接到所述脉冲发生电路的信号分析器，所述信号分析器被配置成 基于所述脉冲的最大斜率点，确定所述流动管中的所述置换器的位置； 识别作为所述脉冲的上升沿的最大斜率点的第一检测点以及作为所述脉冲的下降沿的最大斜率点的第二检测点； 基于所述第一检测点和所述第二检测点，确定所述置换器的速度； 基于所确定的所述置换器移动跨越各个换能器时的所述置换器的速度，确定所述置换器的速度在所述流动管的长度上是否是均匀的；以及 基于所述第一检测点和所述第二检测点，确定所述置换器在所述流动管中的行进方向。
17.根据权利要求14所述的流量测量系统，其特征是，所述信号分析器进一步被配置成通过以下操作至少之一来验证所述流量计标定器的性能 在给定的置换器速度下，将所述第一检测点与所述第二检测点之间的时间与先前记录的所述第一检测点与所述第二检测点之间的时间进行比较； 对由一个所述换能器的所述第一检测点和所述第二检测点之一以及另一所述换能器的所述第一检测点和所述第二检测点之一定义的多个体积进行验证；以及 将给定流率下的各个换能器的所述信号调节电路生成的信号与所存储的所述给定流率下的各个换能器的基线信号进行比较。
专利摘要本公开内容公开了一种流量计标定器以及一种流量测量系统。此外，本公开内容公开了一种用于确定流量计标定器中的置换器位置的设备，该设备用于对流量计进行标定。在一个实施例中，流量计标定器包括流动管、置换器以及信号分析器。置换器可在流动管的流动通道中移动。磁性目标布置在置换器上。一个或多个感应换能器布置在流动管上，并且被配置成在置换器在流动管中移动时检测磁性目标。信号分析器被配置成检测由换能器响应于穿越换能器的磁性目标而生成的信号的上升沿和下降沿的最大斜率。信号分析器进一步被配置成基于所检测的最大斜率而确定置换器速度。
文档编号G01F25/00GK202814511SQ20122002850
公开日2013年3月20日 申请日期2012年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者德鲁·S·韦弗 申请人:丹尼尔测量和控制公司