專利名稱：用于檢測流量計組件中殘積物的計量電子裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及流量計領域，特別是涉及檢測流量計的流量計組件中的殘積物。
2問題分析流量計被用來測量流動物質的質量流量、密度和其它特性。流動物質可以包含液體、氣體、組合的液體和氣體、懸浮在液體中的固體、和包括氣體和懸浮固體的液體。例如，流量計被用在通過測量流量(即，通過測量穿過該流量計的質量流量)測量成分量和最終產(chǎn)品的量的工業(yè)過程中。
一種類型的流量計是科里奧利流量計。已知使用科里奧利質量流量計來測量流過管道的物質的質量流量和其它信息，如于1985年1月1日授予J.E.Smith等人的美國專利No.4,491,025和于1982年2月11日授予J.E.Smith的Re.31,450中所公開的。這些流量計具有一個或多個不同配置的流量管。每個導管配置可以被看作具有一組固有振動模式，例如包括簡單彎曲、扭轉、徑向和耦合模式。在典型的科里奧利質量流量測量應用中，當物質流過該管道時，以一種或多種振動模式激勵管道配置，并且在沿著該管道間隔開的多點處測量該管道的運動。該填充有物質的系統(tǒng)的振動模式在部分上是由流量管和流量管內物質的組合質量來確定的。當沒有物質流過該流量計時，沿著流量管的所有點以同一相位振蕩。隨著物質開始流過該流量管，科里奧利加速度導致沿著該流量管的每個點相對于沿著該流量管的其它點具有不同的相位。該流量管入口端上的相位落后于該驅動器，而輸出端上的相位領先于該驅動器。將傳感器布置在該流量管上的不同點處，以產(chǎn)生代表該流量管在該不同點處運動的正弦信號。以時間單位計算由這些傳感器接收的信號的相位差。這些傳感器信號之間的相位差與流過這個或這些流量管的質量流量成比例。
現(xiàn)有技術中存在的一個問題是確定是否有任何殘積物殘存于流量管中。當流量計被準許自排放時，一些水分可能殘存于流量管中。在封閉的環(huán)境中尤其是這樣。該流量計可能包含使用直流管裝置的流量計，其中一定量的殘積物可能殘存在該流量管裝置中而并不排放?；蛘?，流量計可以使用弧形或環(huán)形的流量管裝置。這種流量管裝置的形狀可以藏匿大量的殘積物，并且很難確保工藝流體被全部從該流量計中排出。而且，該流量計的安裝方位可以有助于殘積物的保持，其中該殘積物不能充分地或全部地排出該流量計。
在一些應用中，特別是在制藥、生物技術、食品和飲料工業(yè)中，這對于確保流量計完全自排放且沒有流動介質來說是關鍵的。

發(fā)明內容
本發(fā)明通過提供用于檢測流量計組件中殘積物的計量電子裝置和方法，幫助解決上述問題。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供適合檢測流量計組件中殘積物的計量電子裝置。該計量電子裝置包含處理系統(tǒng)，其適于控制該流量計去振動該流量計組件并從該流量計組件接收振動響應。該計量電子裝置進一步包含存儲系統(tǒng)，其被配置成存儲流量計參數(shù)和數(shù)據(jù)。該流量計電子裝置進一步的特征在于，該處理系統(tǒng)配置成將該振動響應與預定殘積物閾值進行比較，從而檢測殘積物。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供檢測流量計組件中殘積物的方法。該方法包含振動該流量計組件和測量該流量計組件的振動響應。該方法進一步的特征在于，對該振動響應與預定殘積物閾值進行比較，從而檢測殘積物。
在本發(fā)明的一個方面中，該預定殘積物閾值是可用戶設置的。
在本發(fā)明的另一個方面中，該檢測進一步包含基本上確定殘積物質量值。
在本發(fā)明的另一個方面中，該處理系統(tǒng)被進一步配置為如果振動響應超過該預定殘積物閾值，則產(chǎn)生報警條件。
在本發(fā)明的另一個方面中，該處理系統(tǒng)被進一步配置為如果振動響應沒有超過該預定殘積物閾值，確定該流量計組件中的空條件。
在本發(fā)明的另一個方面中，該處理系統(tǒng)被進一步配置為如果該振動響應超過該預定殘積物閾值，并且如果驅動增益超過驅動振幅一增益閾值，則另外比較該驅動振幅和該驅動增益，并且檢測殘積物。
在本發(fā)明的另一個方面中，該流量計包含科里奧利流量計。
在本發(fā)明的另一個方面中，該處理系統(tǒng)被進一步配置為首先存儲該流量計的基本振動頻率，和從該基本振動頻率確定該預定殘積物閾值，該預定殘積物閾值包含相對于該基本振動頻率的預定頻率偏移量。
在本發(fā)明的另一個方面中，該處理系統(tǒng)被進一步配置為從該振動響應確定補償頻率，計算該補償頻率和流量計基本振動頻率之間的頻率差，并且用質量-頻率關系因子乘該頻率差來獲得該流量計組件的殘積物質量值，其中，該比較包含對該殘積物質量值與該預定殘積物閾值進行比較。
在本發(fā)明的另一個方面中，該預定殘積物閾值包含該流量計組件的校準密度值，并且該處理系統(tǒng)被進一步配置為補償該振動響應以產(chǎn)生補償密度值，其中，該比較包含對該補償密度值與該校準密度值進行比較，并且其中該檢測包含如果該補償密度值基本上匹配該校準密度值，那么檢測該殘積物。
在本發(fā)明的另一方面中，該處理系統(tǒng)被進一步配置為補償該振動響應以產(chǎn)生補償密度值，用流量管體積、用限定流量介質粘性耦合特性的耦合因子和用方位因子乘該補償密度值，以便產(chǎn)生殘積物質量值。該預定殘積閾值包含預定殘積質量閾值。該比較包含對該殘積物質量值與該預定殘積物閾值進行比較。
在本發(fā)明的另一個方面中，該補償進一步包含用環(huán)境溫度和環(huán)境壓力補償該振動響應。


在所有附圖中相同的參考符號代表相同的元件。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的包含流量計組件和計量電子裝置的科里奧利流量計；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的計量電子裝置圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的檢測流量計組件中殘積物的方法流程圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的計量電子裝置圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的檢測流量計組件中殘積物的方法流程圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的計量電子裝置圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的檢測流量計組件中殘積物的方法流程圖；和圖8是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的檢測流量計組件中殘積物的方法流程圖。
具體實施例方式
圖1-8和下面的記述描述了本發(fā)明的具體示例，從而教導本領域技術人員如何進行和使用本發(fā)明的最好模式。出于教導發(fā)明原理的目的，簡化或省略了本發(fā)明的一些常規(guī)方面。本領域技術人員將意識到落入本發(fā)明范圍的這些示例的變化。本領域技術人員將意識到下面記述的特征可以以各種方式被組合，以形成本發(fā)明的多種變化?？傊?，本發(fā)明不由下面記述的具體示例限定，而是僅由權利要求和它們的等同物來限定。
流量計-圖1圖1表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的科里奧利流量計5，其包含流量計組件10和計量電子裝置20。該科里奧利流量計5是作為示例來提供的，應當理解本發(fā)明可應用于其它的流量計結構和其它的流量計類型。流量計組件10響應于工藝物質的質量流量和密度。計量電子裝置20經(jīng)由導線100被連接到流量計組件10，以在通道26上提供密度、質量流量和溫度信息，以及其它信息。記述了科里奧利流量計結構，盡管對于本領域技術人員來說很明顯的是，本發(fā)明可以用不具有科里奧利質量流量計所提供的附加測量能力的振動管密度計來實施。另外，本發(fā)明可以應用于其它流量計類型。
流量計組件10可以包括一對歧管150和150’、具有法蘭頸110和110’的法蘭103和103’、一對平行的流量管130和130’、驅動機構180、溫度傳感器190和一對拾取傳感器170L和170R。流量管130和130’具有兩個基本上直的入口腿131和131’和出口腿134和134’，它們在流量管安裝架120和120’處朝著彼此聚合。流量管130和130’在沿著它們長度的兩個對稱位置彎曲，并基本上在它們的整個長度上平行。支撐板140和140’用來限定軸線W和W’，每個流量管關于該軸線振蕩。
將流量管130和130’的側腿131、131’和134、134’固定地連接到流量管安裝架120和120’上，這些安裝架又固定地連接到歧管150和150’。這提供了穿過科里奧利流量計組件10的連續(xù)封閉物質通道。
當具有通孔102和102’的法蘭103和103’經(jīng)由輸入端104和輸出端104’被連接到運送被測工藝物質的工藝管線(未示出)時，通過法蘭103中的管口101進入該流量計輸入端104的物質被引導穿過歧管150，到達具有表面121的流量管安裝架120。在歧管150內該物質被分開并被發(fā)送穿過流量管130和130’。當該工藝物質離開流量管130和130’時，該工藝物質在歧管150’內被重新組合成單股流，之后被發(fā)送到出口端104’，該出口端通過具有螺栓孔102’的法蘭103’被連接到該工藝管線(未示出)。
選擇流量管130和130’，并將其適當?shù)匕惭b到流量管安裝架120和120’，從而分別關于彎曲軸線W-W和W’--W’具有基本上相同的質量分布、慣性力矩和楊式模量。這些彎曲軸線經(jīng)過支撐板140和140’。
因為流量管的楊式模量隨著溫度變化，并且這個變化會影響流量和密度的計算，所以諸如電阻式溫度檢測器(RTD)的溫度傳感器190可以被安裝到流量管130’，以便測量該流量管的溫度。該流量管的溫度由經(jīng)過該流量管的物質溫度控制。計量電子裝置20以眾所周知的方法利用該測量溫度來補償由于流量管溫度的任何變化而引起的流量管130和130’的彈性模量的變化。通過導線195將溫度傳感器190連接到計量電子裝置20。
流量管130和130’都被驅動器180關于它們各自的彎曲軸線W和W’以相反方向進行驅動，并且在這樣的情況下被稱為在該流量計的第一異相彎曲模式。這個驅動機構180可以包含許多公知裝置中的任意一種，諸如安裝到流量管130’的磁體和安裝到流量管130的對置線圈，交流電流通過該對置線圈來使得這兩個流量管振動。計量電子裝置20經(jīng)由導線185將適當?shù)尿寗有盘柺┘拥津寗訖C構180。
計量電子裝置20接收導線195上的溫度信號，并且左和右拾取信號分別出現(xiàn)在導線165L和165R上。計量電子裝置20產(chǎn)生出現(xiàn)在導線185上的驅動信號，以驅動元件180和振動管130和130’。計量電子裝置20處理左和右拾取信號和溫度信號，從而計算出經(jīng)過流量計組件10的質量流量(以及可選擇地計算出該密度)。計量電子裝置20將該信息連同其它信息施加到通道26上。
計量電子裝置-圖2圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的計量電子裝置20的圖。計量電子裝置20包括處理系統(tǒng)22和連接到該處理系統(tǒng)22的存儲系統(tǒng)。接口26可以被包括在計量電子裝置20中，并且也連接到該處理系統(tǒng)22。
計量電子裝置20從該流量計組件10(參見圖1)接收流量計信號，并能夠確定該流量計組件10是空還是非空。在一個實施例中，本發(fā)明可以獲得振動頻率響應31，并將該振動響應31與一頻率閾值或范圍相比較，以便確定該流量計組件10的空或非空條件(參見圖4及其伴隨的討論)。在另一個實施例中，該振動響應31可以被用來確定殘積物質量，并且可以將該殘積物質量與一質量閾值或范圍相比較，以便確定空或非空狀態(tài)(參見圖4及其伴隨的討論)。該質量可以被另外用來確定流量計組件10中殘積物量。而且，可以將殘積物密度與一密度閾值或范圍相比較，以便確定空或非空狀態(tài)(參見圖6及其伴隨的討論)。殘積物的檢測可以具有幾個用途。一種用途是當該流量計5被用來以某種流體處理系統(tǒng)的方式來測量流體供給時，確定該流量計組件10何時是空的。例如，當該流量計5測量流體儲存器的輸出時，該計量電子裝置20和方法可以被用來確定來自該儲存器的流體流何時被切斷。另一種用途是檢測流體流的結束并因此能檢測該儲存器何時空了。再一種用途是流量計5的瞬時工作，以便確定該流量計5是否是空的。
接口26處理與其它設備的通訊。該接口26包含能夠與一個或多個流量計通訊的任意設備。而且，該接口26可以實現(xiàn)在電話系統(tǒng)和/或數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)絡上的通訊。因此，該計量電子裝置20可以與遠程流量計、遠程存儲介質和/或遠程用戶通訊。
在一個實施例中，接口26從流量計組件10中接收信號，包括表示流量計5的振動響應31的信號。因此該計量電子裝置20可以與該流量計組件10定位在一起，或遠離該流量計組件10。在另一個實施例中，接口26使得操作人員能夠與計量電子裝置20進行交互。結果，接口26可以接收操作員的輸入，并可以將輸出傳遞至操作員。
在一個實施例中，接口26可以接收操作員輸入，這些輸入包括用來確定流量計組件10是空還是非空的殘積物閾值30。因此，在該實施例中，殘積物閾值30是可用戶設置的?；蛘呖蛇x擇地，該殘積物閾值30可以是固定值或工廠設置值。
在一個實施例中，接口26可以另外產(chǎn)生輸出到操作員。一種輸出可以包含流量計組件10是空還是非空的確定結果。一種輸出可以包含流量計組件10中任何殘積物的近似質量。一種輸出可以包含警告操作員流量計組件10中有殘積物的報警條件。當流量計組件10中殘積物大于殘積物閾值30時，可以產(chǎn)生該報警條件。該輸出可以包含任何形式的視頻、音頻或文本的信息。
處理系統(tǒng)22指導計量電子裝置20的操作。該處理系統(tǒng)22可以包含通用計算機、微處理系統(tǒng)、邏輯電路或一些其它的通用或專用處理設備。該處理系統(tǒng)22可以被分布在多個處理設備當中。該處理系統(tǒng)22可以包括任何形式的集成或獨立的電子存儲介質，諸如存儲系統(tǒng)24。
存儲系統(tǒng)24可以包含任何形式的數(shù)字存儲介質。該存儲系統(tǒng)24可以存儲流量計參數(shù)和數(shù)據(jù)、軟件程序、常量值和變量值。在一個實施例中，該存儲系統(tǒng)24包括殘積物閾值30、振動響應31、殘積物檢測程序32、空條件33、報警條件34、振動響應偏移量35、殘積物質量值36、驅動振幅37、驅動增益38和增益閾值39。
處理系統(tǒng)22執(zhí)行殘積物檢測程序32，并由此確定流量計組件10是空還是非空。在一個實施例中，殘積物檢測程序32是計量電子裝置20的一部分，如圖所示。當處理系統(tǒng)22執(zhí)行該殘積物檢測程序32時，殘積物檢測程序32配置該處理系統(tǒng)22來比較該振動響應31和殘積物閾值30。因此如果該振動響應3 1超過了該殘積物閾值30，那么殘積物檢測程序32則檢測流量計組件10中的殘積物。
在另一個實施例中，殘積物檢測程序32包含被結合到在外部設備(未示出)上運行的軟件平臺中的數(shù)據(jù)和指令。該外部設備能夠通過通訊通道26與計量電子裝置20通訊。例如，該外部設備可以包含運行諸如ProLinkTM或ProLinkTMII軟件的外部計算機。該ProLinkTM軟件被設計成用于與流量計通訊，并用于記錄和處理流量計的輸出，該軟件可從美國科羅拉多州玻爾得市微動有限公司中獲得。該ProLinkTM軟件只是一個有用的軟件平臺，并且應當理解，根據(jù)本發(fā)明的殘積物檢測可以以任何適合的軟件語言或平臺并在任何適合的外部設備上執(zhí)行。
在一個實施例中，該殘積物閾值30包含這樣的閾值，即殘積物檢測程序32使用該閾值來確定在該流量計組件10中是否存在殘積物。該殘積物閾值30還被用來確定該流量計組件10中的殘積物是否有明顯足夠的量以被認作為殘積物，并因此是非空的。
在一個實施例中，該殘積物閾值30包含相對于空狀態(tài)振動響應(即，流量計組件10的基本振動頻率)的偏移量。該空狀態(tài)振動響應可以包含在流量計組件10充有處于特定環(huán)境大氣溫度和特定環(huán)境大氣壓(即，在標準校準條件下)的空氣時對流量計組件10的空條件所記錄的振動響應。因此，當流量計組件10處于特定溫度下的干凈且干燥的空氣狀態(tài)中時，可以確定該設備的基本/諧振頻率。該空狀態(tài)振動響應隨后可以用作與隨后的振動響應進行比較的標準，以便檢測流量計組件10的空和非空條件。因此，在一種應用情況下，相對于經(jīng)溫度校正過的空氣狀態(tài)諧振頻率的明顯偏移說明工藝物質的存在。因此，如果該振動響應31超過該殘積物閾值30，則檢測到了殘積物?；蛘?，該殘積物閾值30包含殘積物范圍，其中如果該振動響應落入該范圍，那么該流量計組件10是非空的，但是卻足夠空到僅包含殘積物(即，流量計組件10是不滿的)。如果該振動響應超過這個范圍，那么物質是以正常的使用方式流過該流量計組件10。
從流量計組件10中接收振動響應31。該振動響應31包含已測量的或已檢測到的對由驅動器180引起的流量管或者多個流量管振動的響應。該振動響應31將隨著存在于流量計組件10中的物質量而變化。該振動響應31可以被存儲為模擬頻率響應，該響應由一個或多個拾取傳感器170測得。
該振動響應偏移量35可以包含相對于空狀態(tài)振動響應的偏移量。因此該振動響應偏移量35包含相對于空條件的偏移量，其中，如果該振動響應31沒有落入振動響應偏移量35和該空狀態(tài)振動響應之間，那么該流量計組件10是非空的。該振動響應偏移量35可以包含頻率偏移量、密度偏移量或質量值偏移量，例如，如在此所討論的和如結合圖4-8在下面所討論的。
除了使用該振動響應來檢測殘積物之外，該振動響應31還可以被用來估計殘積物質量值36。該殘積物質量值36包含為該流量計組件10所確定的基本上當前的質量值。而且，該殘積物質量值36可以被用來確定流量計組件10是空的還是非空的。而且，該殘積物質量值36可以被輸出到操作員等，以便指示該殘積物的近似質量。而且，在一個實施例中，該殘積物質量值36可以存儲在空和非空條件期間質量流量與相應時期的歷史記錄。
該空條件33可以包含可以表示空和非空狀態(tài)的狀態(tài)變量，例如通過諸如真態(tài)或假態(tài)來表示。因此，如果流量計組件10的當前振動響應被判斷為空狀態(tài)，那么該空條件33可以被設置為真、一或其它空狀態(tài)。相反地，如果流量計組件10的當前振動響應被判斷為非空狀態(tài)，那么該空條件33可以被設置為假、零或其它非空狀態(tài)。因此該空條件33反映了該流量計組件10的當前空或非空條件。而且，在一個實施例中，該空條件33可以存儲空和非空條件以及相應時期的歷史記錄。
報警條件34可以包含當殘積物超過殘積物閾值30時產(chǎn)生的狀態(tài)變量。因此該報警條件34可以被用來警告用戶或操作員流量計組件10中存在殘積物。而且，可以將該報警條件34用作為過程控制變量，其中如果設置了該報警條件34，那么可以禁止或修改接下來的過程操作。在一個實施例中，該報警條件34可以存儲報警和非報警條件與相應時期的歷史記錄。而且，在一個實施例中，該報警條件34包含可用戶設置的報警閾值，其中該用戶可以確定殘積物的量，而在該量處由計量電子裝置20設置報警條件。
除了該振動響應31，在本發(fā)明的這個實施例和任何實施例中，該計量電子裝置20可以進一步監(jiān)測施加到驅動機構180的驅動信號振幅。而且，計量電子裝置20還可以監(jiān)測從拾取傳感器170接收的驅動增益，其中該驅動增益包含提供給驅動機構180的驅動信號振幅和所產(chǎn)生的振動響應31之間的關系。該振幅和增益表明了由殘積物吸收的振動能量的量，并可以被用來進一步改進該殘積物檢測。因此，該驅動信號增益和驅動信號振幅可以被用來進一步改進殘積物質量值36的確定。因此，在一個實施例中，如果振動響應31超過預定殘積物閾值30，并且如果驅動增益38超過了該驅動振幅37一增益閾值39，那么該處理系統(tǒng)22被進一步配置為要另外比較驅動振幅37和驅動增益38，以及檢測殘積物。
檢測方法流程圖-圖3圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例檢測流量計組件中殘積物的方法的流程圖300。在步驟301中，流量計組件10隨著驅動器振動而振動。該振動可以包含流量計組件10的基本頻率。因此該驅動器振動可以包含用來檢測流量計組件10中質量流量的典型振動。
在步驟302中，確定流量計組件10的振動響應。通常以電信號的形式接收該振動響應，其中該信號振幅的變化與流量計組件10中存在或流動的物質質量有關系。可以處理該電信號，從而獲得該管中物質的質量值和密度值。而且，與現(xiàn)有技術不同，可以處理該電信號，從而確定流量計組件10中殘積物的存在和近似量。
在步驟303中，將流量計組件10的振動響應與殘積物閾值相比較，以檢測殘積物。在一個實施例中，該殘積物閾值可以包含流量管空狀態(tài)振動響應。例如，可以在工廠測量流量管的流量管空狀態(tài)振動響應。該流量管空狀態(tài)振動響應通常是針對標準溫度和壓力來產(chǎn)生的。因此該流量管空狀態(tài)振動響應可以包含所有接下來殘積物檢測操作的基準。或者可選擇地，如前面所討論的，該殘積物閾值可以包含相對于流量管空狀態(tài)振動響應的偏移量，并且可以包含頻率、密度或質量值或范圍。
在步驟304中，如果該振動響應超過該殘積物閾值，那么該振動響應被確定來指示非空條件，并且該方法轉向步驟305?；蛘撸绻撜駝禹憫獩]有超過該殘積物閾值，則該流量計組件10被確定為是空的，并且該方法轉向步驟308。
在步驟305中，因為該振動響應超過了該殘積物閾值，那么在流量計組件10中檢測殘積物。該檢測可以包括將空條件狀態(tài)設置成非空。而且，該檢測可以包括記錄非空條件的發(fā)生和相應的時期的歷史記錄。結果，可以使用該非空條件來確定該流量計組件10是否需要檢查、清洗、維護、維修等。
在步驟306中，可以選擇性地產(chǎn)生報警條件。如前面所討論的，該報警條件可以包括呈現(xiàn)給用戶或操作員的視頻、音頻或文本報警。該報警條件可以發(fā)生在殘積物檢測的開始，或者只要殘積物存在于該流量計組件10中，該報警條件就一直持續(xù)。
在步驟307中，該方法可以選擇性地確定殘積物質量值。可以記錄該殘積物質量值?？梢允褂迷摎埛e物質量值來確定該流量計5是空還是非空。
在步驟308中，流量計組件10被確定為是空的，空條件的狀態(tài)可以被設置為空。而且，該檢測可以包括記錄空條件發(fā)生和相應的時期的歷史記錄。
計量電子裝置-圖4圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的計量電子裝置20的圖。如前面所討論的，該計量電子裝置20可以包括處理系統(tǒng)422、存儲系統(tǒng)24和接口426。
存儲系統(tǒng)24可以包括殘積物閾值30、頻率偏移量41、補償頻率42、頻率差43、質量-頻率關系因子44、殘積物質量值36和頻率補償程序40。如前面所討論的，存儲系統(tǒng)24可以進一步包括振動響應31、殘積物檢測程序32、空條件33、報警條件34、驅動振幅37、驅動增益38和增益閾值39。
在工作中，計量電子裝置20接收振動響應31，并確定該振動響應31是否指示空或非空的流量計組件10。在這個實施例中，計量電子裝置20可以提供這樣一種確定，即通過將振動響應31與頻率閾值或范圍相比較，或者通過從振動響應31中確定質量值，并將該質量值與質量閾值或范圍相比較。例如，在后面的實施例中，計量電子裝置20產(chǎn)生與流量計組件10中任何殘積物相關的殘積物質量值36，并確定殘積物質量值36是否達到該殘積物水平。應當理解，如果殘積物質量值36非常小，可以簡單地各該殘積物質量值36視為空流量計組件10。
科里奧利流量計的密度測量基于公式2πf=2π/τ=(k/m)---(1)]]>其中k＝流量計組件的剛度，m＝流量計組件的質量f＝(振動響應的)振蕩頻率，和τ＝振蕩周期更具體地，流量計組件10的諧振頻率與流量管的剛度成比例，并且與耦合質量(即，流量計組件10的質量加上在流量計組件10中的并因此耦合到該流量計組件10的任何流體介質的質量)成反比例。
殘積物閾值30存儲標準空氣(空)條件下流量計組件10的基本振動頻率。這對應于流量計組件10的空條件。
頻率偏移量41是相對于基本振動(即，空)頻率的頻率偏移閾值。該頻率偏移量41用來確定振動響應31是否足夠接近于流量計組件10的基本振動頻率從而被認作為空。
補償頻率42包含已經(jīng)用環(huán)境溫度和環(huán)境大氣壓補償了振動響應31之后的流量計組件10的振動響應。該補償過程還可以另外用其它因子對該振動響應31進行補償，諸如流量管的幾何形狀和特性等。這個實施例中的該補償過程可以由頻率補償程序40執(zhí)行(參見下面的討論)。
頻率差43包含補償頻率42和殘積物閾值30之間的差。計算頻率差43是確定殘積物質量值36的前奏。
質量-頻率關系因子44是將頻率差43映射到質量值的數(shù)學模型。在一個實施例中，該質量-頻率關系因子44可以包含數(shù)學公式。在另一個實施例中，質量-頻率關系因子44可以包含數(shù)據(jù)結構(諸如數(shù)據(jù)表)，該數(shù)據(jù)結構將輸入頻率差映射到輸出質量值(即，它產(chǎn)生殘積物質量值36)。
可以根據(jù)流量計5所測量的物質來選擇質量-頻率關系因子44。因此，質量-頻率關系因子44在不同的流體介質之間可能是不同的。如果將要改變該流動物質，那么可以諸如在工廠或通過操作員將該質量-頻率關系因子44編程到存儲系統(tǒng)24中。
殘積物質量值36包含從當前振動響應31中確定的質量值。該殘積物質量值36反映了流量計組件10中殘積物的近似質量。
頻率補償程序40對振動響應31進行操作，并執(zhí)行對振動響應31的補償，從而提高流量計5的精確性。該補償可以包含任何形式的補償。在一個實施例中，該補償包含溫度補償和壓力補償，其中針對環(huán)境溫度和環(huán)境壓力來補償該振動響應31，以便接近標準溫度和壓力條件下的精確性。而且，在該補償過程中該頻率補償程序40可以使用其它預先測得的和預先存儲的校準因子。
檢測方法流程圖-圖5圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的檢測流量計組件中殘積物的方法流程圖500。在一個實施例中，該方法500包含操作圖4的計量電子裝置20的方法。在步驟501中，存儲該殘積物閾值。在這個方法實施例中，該殘積物閾值可以包含基本振動頻率。可以在下列步驟之前的任何時間存儲該殘積物閾值。
在步驟502中，如前面所討論的，振動流量管，以便檢測殘積物的存在。
在步驟503中，如前面所討論的，流量計5測量該振動響應。
在步驟504中，由該振動響應確定補償頻率。該補償頻率可以包含用溫度、壓力、流量管的幾何尺寸和特性等補償?shù)恼駝宇l率。另外，還可以對該振動響應執(zhí)行其它類型的補償。
在步驟505中，計算流量計細件10的補償頻率和基本振動頻率之間的頻率差。理想地，如果流量計組件10是完全空的，那么補償頻率將匹配基本振動頻率，并且該差別將會為零。但是，存在這樣的可能性，即，即使當流量計組件10基本上是空的時，頻率差也可以是非零。因此，在一個實施例中，在實際上確定非空狀態(tài)之前，該頻率差必須超過一閾值。
在步驟506中，用質量-頻率關系因子乘該補償頻率，以便確定殘積物質量值。
在步驟507中，將該殘積物質量值與一殘積物閾值相比較。在這個實施例中，該殘積物閾值包含一質量閾值，殘積物質量值低于在該質量閾值則被認為是空的。如果殘積物質量值超過了該殘積物閾值，那么流量計組件10被確定為非空。
計量電子裝置-圖6圖6是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的計量電子裝置20的圖。如前面所討論的，該計量電子裝置20可以包括處理系統(tǒng)622、存儲系統(tǒng)24和接口626。
存儲系統(tǒng)24可以包括殘積物閾值30、密度補償程序60、補償密度值61、殘積物質量值36、流量管容積62、耦合因子63和方位因子64。如前面所討論的，存儲系統(tǒng)24可以進一步包括振動響應31、殘積物檢測程序32、空條件33、報警條件34、驅動振幅37、驅動增益38和增益閾值39。
在工作中，計量電子裝置20接收振動響應31，產(chǎn)生與流量計組件10中的殘積物相關的補償密度值61，并將該補償密度值61與密度閾值或范圍相比較(參見圖7)。
在一個實施例中，該殘積物閾值30包含校準密度值或范圍。該校準密度值包含反映流過流量計組件10的物質的成分的密度值或密度范圍。對于給定的流動物質和對于給定的一組條件，諸如對于標準溫度和壓力等，提供該校準密度值。該校準密度值通常在標準條件測得并諸如在工廠或在現(xiàn)場校準操作期間預先存儲。該校準密度值的變化可以被用來確定非空狀態(tài)，并且可以另外被用來檢測流量計組件10中不曾預料的或不希望的流動介質的存在。如果該振動響應31(其被處理以產(chǎn)生補償密度值61)基本上匹配該殘積物閾值30，那么流量計組件10可以被確定為非空。
密度補償程序60對測量密度執(zhí)行密度補償操作，以便提高流量計5的精確性。密度補償程序60從振動響應31中產(chǎn)生該補償密度值61。由于該振動響應31包含每頻率測量的密度率(即，δρ/δf)，并且由于密度(ρ)包含質量除以容積，因此可以通過替換來確定頻率隨著質量的變化率(即，δm/δf)。因此，該振動響應31包含具有代表流量計組件10中物質質量的頻率的電信號。
如前面所記述的，補償密度值61包含從振動響應31中獲得的補償密度。該補償可以包含任何形式的補償，并為了提高流量計5的精確性而執(zhí)行該補償。在一個實施例中，該補償包含溫度補償和壓力補償，其中用環(huán)境溫度和環(huán)境壓力來補償該振動響應31。而且，密度補償程序60可以在補償過程中使用其它的預先測量的和預先存儲的校準因子。
除了使用該密度來確定流量計組件10是空還是非空之外，還可以使用該密度來確定該殘積物質量值36(參見圖8)。這種可選擇的質量確定可以用來確定所存在的殘積物量，并且進一步使用流量管容積62、耦合因子63和方位因子64。該流量管容積62、耦合因子63和方位因子64可以包含預定和/或預存儲的因子。
流量管容積62包含流量計組件10中流量管的容積。流量管容積62可以隨流量計類型和尺寸而變化，并且對于特定的流量計5來說是唯一的。
耦合因子63包括與該物質粘附到流量計組件10內表面的趨勢相關的流動物質粘度系數(shù)，即，更粘的物質將更容易粘附到流量計組件10并且不容易排出流量計組件10。因此耦合因子63將根據(jù)流動物質而變化。
方位因子64包含反映流量計組件10安裝方位的因子。因此該方位因子64隨著流量計組件10的安裝方位而變化，因為該方位將影響流量計組件10的排放能力。
檢測方法流程圖-圖7圖7是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的檢測流量計組件中殘積物的方法流程圖700。該方法700包含操作圖6的計量電子裝置20的方法實施例。在步驟701中，存儲殘積物閾值。在這個方法實施例中，該殘積物閾值可以包含校準密度值。可以在下列步驟之前的任何時候存儲該殘積物閾值。
在步驟702中，如前面所討論的，振動流量計組件10。
在步驟703中，如前面所討論的，流量計5測量該振動響應。
在步驟704中，如前面所討論的，確定補償密度值。
在步驟705中，如前面所討論的，比較該補償密度值與校準密度值(即，該殘積物閾值)。該補償密度值可以包含該校準密度值的預定偏移量，或可以包含一密度范圍或公差。
在步驟706中，如果該補償密度值基本上匹配該校準密度值，該方法進入到步驟707。否則，該方法轉向步驟708。
在步驟707中，該補償密度值基本上匹配該校準密度值的，可以確定流動物質存在于流量計組件10中。因此，如前面所討論的，可以設置非空條件。而且，如前面所討論的，可以設置報警條件。
在步驟708中，該補償密度值明顯不匹配該校準密度值，可以確定流動物質不存在于流量計組件10中。因此，如前面所討論的，可以設置空條件。
檢測方法流程圖-圖8圖8是根據(jù)本發(fā)明一個實施例檢測流量計組件中殘積物的方法流程圖800。該方法800包含操作圖6的計量電子裝置20的另一個方法實施例。在步驟801中，存儲該殘積物閾值。在這個方法實施例中，該殘積物閾值可以包含殘積物質量閾值。可以在下面步驟之前的任何時間存儲該殘積物閾值。
在步驟802中，如前面所討論的，振動流量計組件10。
在步驟803中，如前面所討論的，流量計5測量該振動響應。
在步驟804中，如前面所討論的，確定補償密度值。
在步驟805中，如前面所討論的，用流量管容積、耦合因子和方位因子乘該補償密度值。該乘法的積是殘積物質量值。
在步驟806中，比較該殘積物質量值與該殘積物質量閾值。該殘積物質量閾值可以包含質量范圍或公差。
在步驟807中，如果該殘積物質量值超過該殘積物質量閾值，那么該方法進入到步驟808。否則，該方法轉向步驟810。
在步驟808中，該殘積物質量值超過該殘積物質量閾值，可以確定流動物質存在于流量計組件10中。因此，如前面所討論的，可以設置非空條件。而且，如前面所討論的，可以設置報警條件。
在步驟809中，該殘積物質量值沒有超過該殘積物質量閾值，可以確定流動物質不存在于流量計組件10中。因此，如前面所討論的，可以設置空條件。
如果需要，可以根據(jù)這些實施例中的任意一種來使用根據(jù)本發(fā)明的計量電子裝置和方法，以便提供若干優(yōu)點。該計量電子裝置和方法可以提供檢測流量計中殘積物的能力。例如，該流量計可以包含科里奧利流量計。該計量電子裝置和方法可以提供測量流量計中殘積物的殘積物質量的能力。可以在正常的物質流動結束之后的任何時間檢測和/或測量殘積物。例如，為了檢測和/或測量殘積物，可以暫時地或周期性地起動流量計?；蛘?，該流量計可以基本連續(xù)地工作，并因此可以檢測什么時候正常的流動已經(jīng)結束。因此，該流量計可以另外地檢測什么時候殘積物還存在或已經(jīng)被滿意地排出。
根據(jù)本發(fā)明的該計量電子裝置和方法可以提供設置用于檢測流量計中殘積物的閾值的能力。該閾值可以被預配置或可以是可用戶設置的。
根據(jù)本發(fā)明的計量電子裝置和方法可以提供報警，該報警在殘積物超過閾值時被起動。該報警可以被預配置或可替換地由操作員配置或設置。
權利要求
1.一種計量電子裝置(20)，其適用于檢測流量計組件(10)中的殘積物，該計量電子裝置(20)包含處理系統(tǒng)(22)和存儲系統(tǒng)(24)，該處理系統(tǒng)(22)適用于控制該流量計(5)去振動該流量計組件(10)并從該流量計組件(10)接收振動響應(31)，該存儲系統(tǒng)(24)配置成可存儲流量計參數(shù)和數(shù)據(jù)，其中，該流量計電子裝置(20)進一步的特征在于該處理系統(tǒng)(22)配置成將該振動響應(31)與預定殘積物閾值(30)相比較，從而檢測該殘積物。
2.根據(jù)權利要求1的計量電子裝置(20)，其中，該預定殘積物閾值(30)是可用戶設置的。
3.根據(jù)權利要求1的計量電子裝置(20)，其中，該處理系統(tǒng)(22)被進一步配置成估計殘積物質量值(36)。
4.根據(jù)權利要求1的計量電子裝置(20)，其中，該處理系統(tǒng)(22)被進一步配置為如果該振動響應(31)超過該預定殘積物閾值(30)，那么產(chǎn)生報警條件(34)。
5.根據(jù)權利要求1的計量電子裝置(20)，其中，該處理系統(tǒng)(22)被進一步配置為如果該振動響應(31)沒有超過該預定殘積物閾值(30)，確定該流量計組件(10)中的空條件(33)。
6.根據(jù)權利要求1的計量電子裝置(20)，其中，該處理系統(tǒng)(22)被進一步配置為如果該振動響應(31)超過該預定殘積物閾值(30)，并且如果驅動增益(38)超過驅動振幅(37)一增益閾值(39)，則另外比較該驅動振幅(37)和該驅動增益(38)，并且檢測該殘積物。
7.根據(jù)權利要求1的計量電子裝置(20)，其中，該流量計(5)包含科里奧利流量計。
8.根據(jù)權利要求1的計量電子裝置(20)，其中，該處理系統(tǒng)(22)被進一步配置為首先存儲流量計組件(10)的基本振動頻率，并從該基本振動頻率確定該預定殘積物閾值(30)，該預定殘積物閾值(30)包含相對于該基本振動頻率的預定頻率偏移量(41)。
9.根據(jù)權利要求1的計量電子裝置(20)，其中，該處理系統(tǒng)(22)被進一步配置為從該振動響應(31)確定補償頻率(42)；計算該補償頻率(42)和該流量計組件(10)的基本振動頻率之間的頻率差(43)；和用質量-頻率關系因子(44)乘該頻率差(43)，以獲得流量計組件(10)的殘積物質量值(36)；其中，該比較包括對該殘積物質量值(36)與該預定殘積物閾值(30)進行比較。
10.根據(jù)權利要求1的計量電子裝置(20)，其中，該預定殘積物閾值(30)包含流量計組件(10)的校準密度值，并且該處理系統(tǒng)(22)被進一步配置為補償該振動響應(31)，以產(chǎn)生補償密度值(61)；其中，該比較包括對該補償密度值(61)與該校準密度值進行比較；和其中，該檢測包括如果該補償密度值(61)基本上匹配該校準密度值，則檢測該殘積物。
11.根據(jù)權利要求1的計量電子裝置(20)，其中，該處理系統(tǒng)(22)被進一步配置為補償該振動響應(31)，以產(chǎn)生補償密度值(61)；和用流量管容積(62)、用限定了流動介質粘度耦合特性的耦合因子(63)和用方位因子(64)乘該補償密度值(61)，從而產(chǎn)生殘積物質量值(36)；其中，該預定殘積閾值(30)包含預定殘積質量閾值；和其中，該比較包括對該殘積物質量值(36)與該預定殘積物閾值(30)進行比較。
12.根據(jù)權利要求11的計量電子裝置(20)，其中，該補償進一步包含用環(huán)境溫度和環(huán)境壓力補償該振動響應(31)。
13.一種檢測流量計組件中殘積物的方法，包含振動該流量計組件和測量該流量計組件的振動響應，其中，該方法進一步的特征在于將該振動響應與預定殘積物閾值進行比較，從而檢測該殘積物。
14.根據(jù)權利要求13的方法，其中，該預定殘積物閾值是可用戶設置的。
15.根據(jù)權利要求13的方法，其中，該檢測進一步包含基本上確定殘積物質量值。
16.根據(jù)權利要求13的方法，其中，該方法進一步包含如果該振動響應超過該預定殘積物閾值，則產(chǎn)生報警條件。
17.根據(jù)權利要求13的方法，其中，該方法進一步包含如果該振動響應沒有超過該預定殘積物閾值，則確定流量計組件中的空條件。
18.根據(jù)權利要求13的方法，其中，該方法進一步包含比較驅動振幅與驅動增益，該檢測包含如果該振動響應超過該預定殘積物閾值，并且如果該驅動增益超過該驅動振幅一增益閾值，則檢測該殘積物。
19.根據(jù)權利要求13的方法，其中，該流量計包含科里奧利流量計。
20.根據(jù)權利要求13的方法，其中，該方法進一步包含首先存儲該流量計組件的基本振動頻率，該確定包含從該基本振動頻率確定該預定殘積物閾值，該預定殘積物閾值包含相對于該基本振動頻率的預定頻率偏移量。
21.根據(jù)權利要求13的方法，其中，該比較進一步包含從該振動響應確定補償頻率；計算該補償頻率和該流量計組件的基本振動頻率之間的頻率差；和用質量-頻率關系因子乘該頻率差，從而獲得該流量計組件的殘積物質量值；其中，該比較包含對該殘積物質量值與該預定殘積物閾值進行比較。
22.根據(jù)權利要求13的方法，其中，該預定殘積物閾值包含該流量計組件的校準密度值，并且該方法進一步包含補償該振動響應以產(chǎn)生補償密度值；其中，該比較包含對該補償密度值與該校準密度值進行比較；和其中，該檢測包含如果該補償密度值基本上匹配該校準密度值，則檢測該殘積物。
23.根據(jù)權利要求13的方法，其中，該比較進一步包含補償該振動響應，以產(chǎn)生補償密度值；和用流量管容積、用于限定了流動介質粘度耦合特性的耦合因子和用與該流量計組件的安裝方位有關的方位因子乘該補償密度值，從而產(chǎn)生殘積物質量值；其中，該預定殘積閾值包含預定殘積質量閾值；和其中，該比較包含對該殘積物質量值與該預定殘積物閾值進行比較。
24.根據(jù)權利要求23的方法，其中，該補償進一步包含用環(huán)境溫度和環(huán)境壓力補償該振動響應。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于檢測流量計組件(10)中殘積物的計量電子裝置(20)和方法。該計量電子裝置(20)包括處理系統(tǒng)(22)，其適于控制該流量計(5)去振動該流量計組件(10)和從該流量計組件(10)中接收振動響應(31)。該計量電子裝置(20)進一步包括存儲系統(tǒng)(24)，其被配置成存儲流量計參數(shù)和數(shù)據(jù)。該計量電子裝置(20)進一步的特征在于，該處理系統(tǒng)(22)被配置成將該振動響應(31)與預定殘積物閾值(30)進行比較，從而檢測該殘積物。
文檔編號G01N9/00GK101014835SQ200480043407
公開日2007年8月8日 申請日期2004年6月22日 優(yōu)先權日2004年6月22日
發(fā)明者G·R·杜菲爾, A·T·帕藤, M·J·貝爾 申請人:微動公司