專利名稱：用于確定介質(zhì)的體積流量或質(zhì)量流量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于通過諧波激勵(lì)方法確定管道或者測量管中的 介質(zhì)的體積流量或質(zhì)量流量的方法。
背景技術(shù)：
由美國專利No. 3，940，985 了解了一種超聲流量測量儀表，其中半 徑依賴地測測量管道中流動(dòng)的介質(zhì)的體積流率。在該已知的解決方案 中，多個(gè)超聲傳感器對(duì)配置在測量管的外周上。這些超聲傳感器遞送 關(guān)于測量管的不同段中的介質(zhì)的流速的測量數(shù)據(jù)。為了確定通過管道 的介質(zhì)的體積流量，通過適當(dāng)?shù)募訖?quán)對(duì)來自獨(dú)立測量路徑的測量數(shù)據(jù) 積分。
由WO 97/19326 了解了一種超聲流量測量方法，其中沿超聲流量 測量儀表的不同的測量路徑確定介質(zhì)在管道中的流速。為了提高測量 精度，在流量測量中考慮粘度變化測量。介質(zhì)的粘度變化是由例如， 溫度變化引起的。為了將其納入考慮范圍中，在WO 97/19326中提出 了，通過測量雷諾數(shù)確定修正因子，可以利用該修正因子補(bǔ)償流量測 量儀表的流型依賴關(guān)系。在WO 97/19326中，為了確定雷諾數(shù)，使用 不同測量路徑中測得的流速的比。因此，在該已知的解決方案中，依 賴于流型的測量誤差修正僅在首先明確地確定或測得雷諾數(shù)時(shí)是可行 的。該方法在標(biāo)定階段和后繼的測量操作中是相對(duì)復(fù)雜的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種成本低廉的方法，用于借助于具有多 條測量路徑的流量測量儀表，高度準(zhǔn)確地確定通過管道的體積流量或 質(zhì)量流量。
該目的是通過下列特征實(shí)現(xiàn)的沿管道或測量管的多條定義的測 量路徑發(fā)射和/或接收超聲測量信號(hào)；在管道或測量管中，連續(xù)建立測 量介質(zhì)的不同的流型；并且對(duì)于各個(gè)流型，確定定義的體積流量或者 定義的質(zhì)量流量?；谠讵?dú)立測量路徑中確定的測量值，由特征參數(shù) 組描述在管道或測量管中建立的各個(gè)流型?；谠讵?dú)立測量路徑中確 定的測量值，導(dǎo)出測得的體積流量或質(zhì)量流量。此外，對(duì)于各個(gè)流型， 基于定義的體積流量或質(zhì)量流量，并且基于測得的體積流量或質(zhì)量流 量，計(jì)算依賴于流型的修正因子，隨后在測量操作中，利用該修正因 子修正通過參數(shù)組確定的流量測量儀表的體積流量或質(zhì)量流量。本發(fā) 明的方法基本上在于流動(dòng)通過管道的介質(zhì)的流型的分析描述。
特別地，提出了，利用函數(shù)近似基于獨(dú)立測量路徑中的測量值確
定的流型。在最簡單的情況中，由多項(xiàng)式描述流型。例如，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱 流型可由具有v(r"(v腿，a,，....，an，neN)形式的函數(shù)描述。這里，v(r)
是離開測量管縱軸的距離r處的介質(zhì)流速，Vm^是管道的縱軸區(qū)域中的 介質(zhì)的最大流速，而ab ....， an是以充分的準(zhǔn)確性描述流型的適當(dāng)?shù)臄M 合函數(shù)的參數(shù)。在文獻(xiàn)中可獲得關(guān)于適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)的基本形式和基本方 法。例如，在 Gatke 的題為 "Akustische Str6mungs- und Durchfluss-messung"("聲學(xué)流量測量")的書中提出了多種基本方 法。
在標(biāo)定階段中，對(duì)于流動(dòng)路徑中的各個(gè)流型x，確定速度v"rD.... vx(rm)，其中m表示測量路徑的數(shù)目。因此，這些測得的速度對(duì)應(yīng)于管 道或測量管的獨(dú)立的m個(gè)段中的介質(zhì)速度?；谠搈個(gè)測量值，通過 誤差均衡計(jì)算可以以所需的精確度確定具有參數(shù)ai， ....， an的擬合曲 線。隨后，對(duì)于各個(gè)流型v"r)，確定對(duì)應(yīng)的參數(shù)組ab ....， an。通過利 用具有定義的測量精度的第二測量儀表進(jìn)行標(biāo)定，針對(duì)每個(gè)參數(shù)組 al5 ....,an確定修正因子MF(ai， ....， an)。經(jīng)由該修正因子MF(ai, ....， an)， 可以補(bǔ)償流量測量儀表的流動(dòng)依賴性。當(dāng)然，參數(shù)ab a。的有效數(shù)
目依賴于可用的測量路徑的數(shù)目。在原理上，可以認(rèn)為，可用于測量 流速并且因此可用于測量流型的測量路徑越多，該函數(shù)對(duì)實(shí)際流型的 描述越好。
現(xiàn)將基于附圖更加詳細(xì)地解釋本發(fā)明，附圖示出如下 圖1是具有四個(gè)測量路徑的超聲流量測量儀表的示意圖； 圖2是流程圖，其說明了在流量測量儀表的標(biāo)定階段中的獨(dú)立步 驟；并且
圖3是流程圖，其呈現(xiàn)了流量測量儀表的后繼測量階段中的獨(dú)立 步驟。
具體實(shí)施例方式
圖l是具有四條測量路徑的超聲流量測量儀表6的示意圖，艮P， m-4。 m條測量路徑中的每一條是由兩個(gè)超聲傳感器1形成的。超聲傳 感器1的測量值經(jīng)由連接線4轉(zhuǎn)發(fā)到控制/評(píng)估單元5?？刂?評(píng)估單元 5基于介質(zhì)2的流動(dòng)方向以及與其流動(dòng)方向相反的方向中的超聲測量信 號(hào)在介質(zhì)2的流動(dòng)方向及逆流方向上的行程時(shí)間差確定通過管道3的 介質(zhì)2的體積流量或質(zhì)量流量。超聲傳感器1還配置在測量管或管道3 的外周，使得該傳感器提供關(guān)于介質(zhì)2的流速v(n) ....v(rj的信息，該 信息依賴于離開測量管或管道3的縱軸7的距離r。
根據(jù)本發(fā)明，由不同的測量路徑m導(dǎo)出的并且充分準(zhǔn)確地描述介 質(zhì)2的流型的測量值由擬合曲線近似，其依次可由參數(shù)組ai， ....， an充 分準(zhǔn)確地描述。在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的流型的情況中，擬合曲線優(yōu)選地具有v(r) =(Vraax,ai，....，an，其中neN)的形式，其中v麗表示在縱軸區(qū)域中測得 的測量介質(zhì)2的流速。
圖2呈現(xiàn)了流程圖，其說明了在流量測量儀表6的標(biāo)定階段中的 各工作步驟。在管道3或測量管中連續(xù)建立不同的流型vx(r)，這在流
程圖中由點(diǎn)10表示。例如，將水用作用于執(zhí)行標(biāo)定的介質(zhì)2;然而，
也可以利用在后面的測量操作中利用流量測量儀表6在管道3或測量 管中將實(shí)際測量的介質(zhì)2執(zhí)行該標(biāo)定。這里典型的示例是石油。然而， 該限制不是本發(fā)明的方法的必要特征，因?yàn)楸景l(fā)明的方法的基本優(yōu)點(diǎn) 在于，其在確定介質(zhì)2的流量時(shí)近似地僅盡可能準(zhǔn)確地了解相關(guān)的流 型v(r)。
借助于具有多條測量路徑m的超聲流量測量儀表6，在點(diǎn)11處， 確定依賴于半徑的流型vx(r);在點(diǎn)12處，各個(gè)流型v"r)由適當(dāng)?shù)臄M合 曲線或者由適當(dāng)?shù)膮?shù)組描述?；跍y得的流型、(r)，確定當(dāng)前被測 體積流量。
然后，在程序點(diǎn)13處，將借助于多路徑流量測量儀表6確定的體 積流量與參考流量測量儀表的參考體積流量比較。在測得的體積流量 和經(jīng)由標(biāo)定定義的體積流量之間存在差異的情況中，確定并且適當(dāng)?shù)?存儲(chǔ)關(guān)于對(duì)應(yīng)的流型v(r)或者關(guān)于描述流型v(r)的參數(shù)組ai， ....，^的修 正因子MF(a,， ....，an)。在這個(gè)方法步驟是程序點(diǎn)14。
圖3呈現(xiàn)了流程圖，其說明了流量測量儀表6的后繼測量操作中 的各工作步驟。依賴于多條測量路徑m中的半徑r，確定管道3或測量 管中的介質(zhì)2的流速；參看程序點(diǎn)15。在程序點(diǎn)16處，由此獲得的流 型v(r)的特征由具有例如v(r) = (vmax， ai， ，...， an，其中neN)的形式的擬 合曲線描述，或者由描述該擬合曲線的參數(shù)組ai,....，、描述。將測量 操作中獲得的參數(shù)組ah ....， an與標(biāo)定操作中測得的參數(shù)組al5 ....， an比 較，其中選擇最佳匹配的參數(shù)組a,，....，an。然后在點(diǎn)17處，利用與該 參數(shù)組ai， ....， an相關(guān)聯(lián)的修正因子MF(&， ....， &11)修正測得的體積流 量。
權(quán)利要求
1.用于通過諧波激勵(lì)方法確定具有半徑(r)的管道(3)或測量管中的介質(zhì)(2)的體積流量或質(zhì)量流量的方法，其中，沿多條定義的聲音路徑(m)發(fā)射和/或接收超聲測量信號(hào)；其中，在標(biāo)定階段期間，在管道(3)或測量管中連續(xù)建立測量介質(zhì)(2)的不同的流型(v(r))，并且其中對(duì)于各個(gè)流型(v(r))，確定定義的體積流量或者定義的質(zhì)量流量；其中，基于在各測量路徑(m)中確定的測量值(v(r1)，....，v(rm))，由特征參數(shù)組(a1，....，an，其中n∈N)描述在管道(3)或測量管中建立的各個(gè)流型(v(r))；以及其中，對(duì)于各個(gè)流型(v(r))，基于定義的體積流量或質(zhì)量流量并且基于測得的體積流量或質(zhì)量流量，計(jì)算依賴于流型的修正因子MF(a1，....，an)；以及其中，隨后在測量操作中，利用在標(biāo)定階段期間確定的依賴于流型的修正因子MF(a1，....，an)修正通過參數(shù)組(a1，....，an，其中n∈N)確定的體積流量或質(zhì)量流量。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中利用適當(dāng)?shù)臄M合函數(shù)近似基于各測量路徑(m)中的測量數(shù) 據(jù)確定的流型(v(r))。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法， 其中流型(v(r))由多項(xiàng)式描述。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中旋轉(zhuǎn)對(duì)稱流型由具有v(r) = (vmax， a,， ....， an， N)形式的函數(shù) 描述o
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于通過諧波激勵(lì)方法確定具有半徑(r)的管道(3)或測量管中的介質(zhì)(2)的體積流量或質(zhì)量流量的方法。沿多個(gè)定義的聲音路徑(m)發(fā)射和/或接收超聲測量信號(hào)；在標(biāo)定階段期間，在管道(3)或測量管中連續(xù)建立測量介質(zhì)(2)的不同的流型(v(r))；對(duì)于各個(gè)流型(v(r))，確定定義的體積流量或者定義的質(zhì)量流量；基于在各測量路徑(m)中確定的測量值(v(r<sub>1</sub>)，…，v(r<sub>m</sub>))，由特征參數(shù)組(a<sub>1</sub>，…，a<sub>n</sub>，其中n∈N)描述在管道(3)或測量管中建立的各個(gè)流型(v(r))；對(duì)于各個(gè)流型(v(r))，基于定義的體積流量或質(zhì)量流量并且基于測得的體積流量或質(zhì)量流量，計(jì)算依賴于流型的修正因子MF(a<sub>1</sub>，…，a<sub>n</sub>)；以及隨后在測量操作中，利用在標(biāo)定階段中確定的依賴于流型的修正因子MF(a<sub>1</sub>，…，a<sub>n</sub>)修正通過參數(shù)組(a<sub>1</sub>，…，a<sub>n</sub>，其中n∈N)確定的體積流量或質(zhì)量流量。
文檔編號(hào)G01F1/66GK101198841SQ200680013509
公開日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2006年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月20日
發(fā)明者托爾斯滕·施特龍茨, 托馬斯·弗勒利希, 馬西亞斯·阿爾滕多夫 申請(qǐng)人:恩德斯+豪斯流量技術(shù)股份有限公司