流量計的管線內驗證方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了一種安裝在流管線(3)中的流量計(1)的管線內驗證方法，該方法借助將與該待驗證流量計(1)同樣安裝的一個或兩個夾合式超聲波流量計(5，5a，5b)，具有該方法所固有的低標準測量不確定性(A)，并且包括：準備階段，在該準備階段期間，記錄經校準的流量計(1)和經校準的超聲波流量計(5，5a，5b)的預定數量(n)的同時得出的被測流量指示(QFLk)，并且在該準備階段期間，確定虛擬管道直徑(D)，該虛擬管道直徑(D)如果在該同時測量期間被應用則使該流量計(1)的被測流量指示(QFLk)分別與該超聲波流量計(5)的被測流量指示(QUSk)或該超聲波流量計(5a，5b)的被測流量指示(QUS1k，QUS2k)的平均值之間的差最小化，并且該方法包括驗證階段，在該驗證階段期間，設定該超聲波流量計(5，5a，5b)以基于該虛擬管道直徑(D)確定其被測流量指示；在該驗證階段期間，記錄該流量計(1)和該超聲波流量計(5，5a，5b)的同時得出的被測流量指示(QFLk，QUSk或QUS1k，QUS2k)；并且在該驗證階段期間，分別在該流量計(1)和該超聲波流量計(5)的同時得出的被測流量指示(QUSk，QFLk)之間或該流量計(1)的被測流量指示(QFLk)與該超聲波流量計(5a，5b)的被測流量指示(QUSk，QFLk)的平均值(B)之間的相應偏差(C)超過預定偏差界限的情況下發(fā)出報警，基于該偏差(C)的確定所固有的測量不確定性(A)來設定該預定偏差界限。
【專利說明】流量計的管線內驗證方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種流量計的管線內驗證方法，該管線內驗證方法是通過確定待驗證流量計的被測流量指示與一個或兩個與該待驗證流量計同樣安裝的夾合式超聲波流量計的被測流量指示之間的偏差。
【背景技術】
[0002]流量計是用于測量經過管道的介質的流量的常用設備。在各個工業(yè)分支中，例如在化學工業(yè)或制藥業(yè)中，使用通過流量計獲得的被測流量指示來控制復雜的工業(yè)過程。
[0003]市場上存在各種各樣的流量計，它們根據各種不同的測量原理操作，如例如超聲波流量計、科里奧利流量計、旋渦流量計或電磁流量計。
[0004]為確保流量計滿足規(guī)定的測量精度，在將它們首次安裝之前將其校準。校準是將在預限定的條件下由待校準的流量計獲得的測量指示與對應的參考或標準進行比較的過程。在此程度上，需要知道或確定對應的參考或標準的精度必須至少與針對測試中的流量計規(guī)定的測量精度一樣精確，優(yōu)選比其更精確。因此定期在特別設計的校準臺上執(zhí)行流量計校準，該校準臺能夠產生經過測試中的流量計的可精確確定的流量和/或能夠傳送經過測試中的流量計的可精確確定量的介質。
[0005]假設校準顯示測試中的流量計的被測流量指示不如所規(guī)定精確，則基于校準數據調整流量計，并且執(zhí)行重新校準，直到所達到的測量精度符合規(guī)定的測量精度。例如，通過將在校準期間確定的最大測量指示誤差與最大容許誤差進行比較來確定符合性。最大容許誤差是流量計在仍符合規(guī)定的測量精度的同時可以具有的最大測量指示誤差。
[0006] 隨后將流量計安裝在測量場點并且投入操作。在流量計的壽命期間，由于老化、環(huán)境條件或其它影響，其測量性質可能改變。
[0007]因此，為了在流量計的長期操作期間保證規(guī)定的測量精度，定期重新校準流量計，例如一年一次。由于重新校準通常需要使用特別設計的校準臺，因此無法在測量場點在流量計的正常操作期間管線內執(zhí)行重新校準。因此，重新校準是時間和成本密集的，因為其通常需要中斷測量場點處的進行中的生產過程。
[0008]為避免或至少減少重新校準所涉及的時間和成本，把另外的流量計與被考慮的流量計同樣地安裝，并且基于現場的兩個流量計的被測流量指示之間的偏差來驗證流量計的正確操作是可行的。在此方面，非入侵性超聲波流量計，包括將夾在管道的外側的超聲波換能器，將是最合適的，因為其可以容易地根據需要安裝在現場而不用中斷該地點處的進行中的生產過程，并且在每次驗證之前正確地重新校準。
[0009]在有利的條件下，超聲波流量計達到被測流量的約2%的測量精度。因此，其呈現遠遠不如例如通常達到在I%的范圍內的測量精度的旋渦流量計、通常達到在
0.2% -0.5%的范圍內的測量精度的電磁流量計或達到在0.1 %的范圍內的測量精度的科里奧利流量計精確的測量結果。將超聲波流量計的被測流量指示Qus與待驗證流量計的被測流量指示QK之間的偏差確定為其差△，由下式給出:[0010]Δ = Qfl-Qus (I)
[0011]因此，根據例如在國際標準組織的ISO Guide98-3中描述的不確定性傳播律來將此偏差Λ的標準測量不確定性評估為等于:
[0012]Iia =φ?2η +!4(2)
[0013]其中，
[0014]uFL是流量計的標準測量不確定性，并且
[0015]Uus是超聲波流量計的標準測量不確定性。
[0016]因此，對于具有 2%的測量精度的超聲波流量計和具有0.5%的測量精度的流量計來說，當考慮等于測量精度的一半的標準測量不確定性時，該偏差的標準不確定性將總計1.03%。因此，對應于此假設的擴展不確定性總計2.03%。因此，在可接受的置信水平下，可以僅將兩個流量計的大于被測流量的2.06%的對應測量指示之間的偏差△識別為由于待驗證流量計的受損測量性質而導致。較小偏差不呈現關于待驗證流量計的測量性質的信息，因為其在驗證方法的測量不確定性內。

【發(fā)明內容】

[0017]本發(fā)明的一個目標是提供一種借助夾合式超聲波流量計的流量計管線內驗證方法，其具有方法所固有的低不確定性。
[0018]在此程度上，本發(fā)明包括一種流量計的管線內驗證方法，其包括準備階段和至少一個驗證階段，其中，準備階段包括以下步驟:
[0019]-校準流量計并且在測量場點將其安裝在流管線中，
[0020]-將經校準的夾合式超聲波流量計與該流量計同樣地安裝在相同的流管線上，
[0021]-設定超聲波流量計，使得基于被測流量指示對由超聲波流量計測量的流量依賴量和測量場點固有的參數的預定值的預定函數依賴性，來產生被測流量指示，測量場點所固有的參數的預定值包括流管線的內徑的預定值。
[0022]-利用超聲波流量計和流量計來同時測量經過流管線的流量，并且記錄預定數量的它們同時得出的被測流量指示，并且
[0023]-基于所記錄的被測流量指示和超聲波流量計的被測流量指示的函數依賴性來確定虛擬管道直徑，該虛擬管道直徑如果在同時測量期間被應用，則使流量計和超聲波流量計的對應的被測流量指示之間的差最小化，并且
[0024]其中，驗證階段包括以下步驟:
[0025]-以與在準備階段期間相同的方式安裝超聲波流量計，并且對其進行設定以基于虛擬管道直徑確定其被測流量指示，
[0026]-利用流量計和超聲波流量計來同時測量經過流管線的流量，
[0027]-確定流量計和超聲波流量計的同時得出的被測流量指示之間的偏差，并且
[0028]-在偏差超過預定偏差界限的情況下發(fā)出報警，基于偏差的確定所固有的標準測量不確定性來設定該預定偏差界限。
[0029]根據本發(fā)明的實施例，偏差是由超聲波流量計的被測流量指示與待驗證流量計的同時得出的被測流量指示之間的差給出的簡單偏差。[0030]根據優(yōu)選實施例，偏差是由在驗證階段期間執(zhí)行的預定數量的流量測量期間得出的待驗證流量計的被測流量指示與超聲波流量計的同時得出的被測流量指示之間的差的平均值給出的平均偏差。
[0031]根據對按照本發(fā)明的方法的改進，偏差的確定所固有的標準測量不確定性僅包括流量計的不確定性的貢獻和超聲波流量計的被測流量指示的可重復性的貢獻。
[0032]本發(fā)明還包括流量計的第二管線內驗證方法，該方法包括準備階段和至少一個驗證階段，其中，準備階段包括以下步驟:
[0033]-校準流量計并且在測量場點將其安裝在流管線中，
[0034]-將兩個經校準的夾合式超聲波流量計與該流量計同樣地安裝在相同的流管線上，
[0035]-設定超聲波流量計，使得基于被測流量指示對由超聲波流量計測量的流量依賴量和測量場點所固有的參數的預定值的預定函數依賴性，來產生被測流量指示，測量場點所固有的參數的預定值包括流管線的內徑的預定值，
[0036]-利用超聲波流量計和流量計來同時測量經過流管線的流量，并且記錄預定數量的它們同時得出的被測流量指示，并且
[0037]-基于所記錄的被測流量指示和超聲波流量計的被測流量指示的函數依賴性來確定虛擬管道直徑，該虛擬管道直徑如果在同時測量期間被應用，則使超聲波流量計的同時得出的被測流量指示的平均值和流量計的同時得出的被測流量指示之間的差最小化，并且
[0038]其中，驗證階段包括以下步驟:
[0039]-以與在準備階段期間相同的方式安裝超聲波流量計，并且對它們中的每一個進行設定以基于虛擬管道直徑確定其被測流量指示，
[0040]-利用流量計和超聲波流量計來同時測量經過流管線的流量，
[0041]-確定流量計的被測流量指示與超聲波流量計的同時得出的被測流量指示的平均值之間的偏差，并且
[0042]-在偏差超過預定偏差界限的情況下發(fā)出報警，基于偏差的確定所固有的標準測量不確定性來設定該預定偏差界限。
[0043]根據第二方法的實施例，偏差是由超聲波流量計的同時得出的被測流量指示的平均值與待驗證流量計的同時得出的被測流量指示之間的差給出的簡單偏差。
[0044]根據第二方法的優(yōu)選實施例，偏差是由在驗證階段期間執(zhí)行的預定數量的流量測量期間得出的超聲波流量計的同時得出的被測流量指示的平均值與待驗證流量計的同時得出的被測流量指示之間的差的平均值給出的平均偏差。
[0045]根據第二方法的改進，偏差的確定所固有的測量不確定性僅包括流量計的不確定性的貢獻和超聲波流量計的被測流量指示的平均值的可重復性的貢獻。
[0046]根據按照本發(fā)明的兩種方法的實施例，傳送經過流管線的介質的流量是在準備階段和驗證階段期間提供跨越流管線的內部的相同流量剖面的可再現流量。
[0047]根據按照本發(fā)明的兩種方法的另一實施例，定期地、周期性地或者根據需要來執(zhí)行驗證階段。
[0048]根據按照本發(fā)明的兩種方法的又一實施例，
[0049]-在流量計的相繼執(zhí)行的重新校準之間執(zhí)行一個或多個驗證階段，并且[0050]-基于在驗證階段期間確定的偏差確定相繼的重新校準之間的時間間隔。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0051]使用附圖中的圖來更詳細地解釋本發(fā)明和其它優(yōu)點，在附圖中示出一個示范性實施例。貫穿各圖，相同的參考符號標示相同的元件。
[0052]圖1示出:根據本發(fā)明的用于執(zhí)行管線內驗證的測量布置。
[0053]圖2示出:圖1的夾合式超聲波流量計的測量單元；以及
[0054]圖3示出:被測的量和測量場點所固有的參數的不確定性對圖1和圖2示出的超聲波流量計的整體測量不確定性的貢獻。
【具體實施方式】
[0055]圖1示出用于待驗證流量計I的管線內驗證的測量布置,包括流管線3、待驗證流量計I和夾合式超聲波流量計5。
[0056]待驗證流量計I可以是任何類型的流量計，例如科里奧利流量計、旋渦流量計、電磁流量計或超聲波流量計。
[0057]流管線3例如是圖1所示的是用于輸送流動介質的單個管道，或者是用于輸送流動介質的經互連的管道、管線或導管的系統(tǒng)，以使相同的流量流過流管線3的整個長度。
[0058]例如，夾合式超聲波流量計5是根據多普勒原理操作或者根據行進時間差原理操作的流量計，包括用于測量流量依賴量的測量單元7和電子器件9，用于基于被測流量指示Q對被測的量、對超聲波流量計5所固有的參數以及對測量場點所固有的參數的函數依賴性來確定被測流量指示Q。
[0059]在多普勒原理的情況下，將預定頻率的超聲波信號經過管道壁發(fā)射到流動的介質中，并且評價其反射。根據多普勒原理，基于在所發(fā)射信號與其反射之間發(fā)生的頻率偏移來確定介質的流速。因此，流管線的橫截面積與流速的乘積提供經過流管線的介質的體積流
量的度量。
[0060]根據行進時間差原理操作的超聲波流量計基于在單個路徑上沿著流動和逆著流動交替發(fā)射的例如脈沖或波束的超聲波信號的通過時間的差來測量流量。
[0061]由于根據多普勒原理操作的超聲波流量計可以僅在介質包含反射超聲波信號的氣泡、污染物或其它元素的應用中應用，因此基于如圖1所示的根據行進時間差原理操作的超聲波流量計5來詳細描述本發(fā)明。然而，其能夠相應地應用于根據多普勒原理操作的超聲波流量計。
[0062]圖2示出圖1所示出的根據行進時間差原理操作的夾合式超聲波流量計5的測量單元7的橫截面圖。其包括安裝在流管線3的外側的兩個超聲波換能器11，一個超聲波換能器在另一個的上游。其相對于流管線3朝向彼此傾斜角度α。每個換能器11交替地充當用于傳送超聲波信號的發(fā)射機，并且用于接收由相應的另一個超聲波換能器11朝其發(fā)射的超聲波信號。每個換能器11經過其所安裝到的管道壁區(qū)段將其信號發(fā)射到流管線3中。信號在相對的管道壁13處被反射并且行進經過流管線3的內部和相應的另一個換能器11安裝到的管道壁區(qū)段，以由相應的另一個換能器11接收。由于順流和逆流發(fā)射的信號沿著相同路徑行進，因此超聲波信號的上游和下游通過時間之間的差與介質的流速成正t匕。因此，流管線3的橫截面積與流速的乘積提供體積流量的度量。
[0063]基于超聲波傳播的物理原理和測量單元7的性質，將流速設置為下述量的函數:順流測量的行進時間tup和逆流測量的行進時間tdn、其時間差tdn-tup、管道3中的橫斷面(transverse)的數量η、流管線3的內徑屯、管道壁的厚度4、超聲波信號在管道壁內部的速度Cp超聲波信號在經過流管線3流動的介質內部的速度Cm、換能器11相對于流管線3以及相對于彼此的位置特別是其傾斜角度α和兩者之間的距離ds。
[0064]在測量操作期間，超聲波流量計5產生被測流量指示，該被測流量指示由該指示對被測流量依賴量、超聲波流量計5所固有的參數的預定值，以及測量場點所固有的參數的預定值的預限定的函數依賴性確定的；被測流量依賴量在這里是順流測量的行進時間tup和逆流測量的行進時間^和其時間差tdn-tup ;超聲波流量計5所固有的參數的預定值在這里是傾斜角度α、換能器11的位置、換能器11之間的距離4和信號接收和處理所涉及的電子延遲;測量場點所固有的參數的預定值在這里是管道壁的厚度4、流管線3的內徑屯、超聲波信號在管道壁內部的速度q和超聲波信號在介質中的速度cm。對于圖2所示出的實施例來說，通過以下函數依賴性來確定被測流量指示:
【權利要求】
1.一種流量計(I)的管線內驗證方法，所述方法包括準備階段和至少一個驗證階段，其中，所述準備階段包括以下步驟: -校準所述流量計(I)并且在測量場點把它安裝在流管線(3)中， -把經校準的夾合式超聲波流量計(5)與所述流量計(I)同樣地安裝在相同的流管線(3)上， -設定所述超聲波流量計(5)以產生被測流量指示(Qusk，Q?k)，該指示(Qusk，Q?k)是基于該指示對所述超聲波流量計(5)測量的流量依賴量和所述測量場點固有的參數的預定值的預定函數依賴性而產生的，所述測量場點固有的參數的預定值包括所述流管線(3)的內徑(Cli)的預定值， -利用所述超聲波流量計(5) 并且利用所述流量計(I)同時測量經過所述流管線(3)的流量，并且記錄預定數量⑷的它們同時得出的被測流量指示(Qusk，QF\)，并且 -基于所記錄的被測流量指示(Qusk，QFLk)和所述超聲波流量計(5)的被測流量指示(Qusk)的函數依賴性來確定虛擬管道直徑(D)，如果在所述同時測量期間應用所述虛擬管道直徑，則使所述流量計(I)和所述超聲波流量計(5)的對應的被測流量指示(Qusk，QFLk)之間的差最小化，并且 其中，所述驗證階段包括以下步驟: -按照與所述準備階段期間相同的方式安裝所述超聲波流量計(5)，并且對它進行設定以使得基于所述虛擬管道直徑(D)確定它的被測流量指示(Qusk), -利用所述流量計(I)和所述超聲波流量計(5)同時測量經過所述流管線(3)的流量，-確定所述流量計(I)和所述超聲波流量計(5)的同時得出的被測流量指示(Qusk，QF\)之間的偏差(Δ, Δ ),并且 -在所述偏差(Δ，X )超過預定偏差界限的情況下發(fā)出報警,基于所述偏差(Δ，Δ)的確定所固有的標準測量不確定性(?* U1)來設定所述預定偏差界限。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述偏差是用所述超聲波流量計(5)的被測流量指示(Qusk)和待驗證的所述流量計(I)的同時得出的被測流量指示(Qf\)之間的差(Ak)給出的簡單偏差(Λ)。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述偏差是用所述驗證階段期間執(zhí)行的預定數量(m)的流量測量期間得出的所述超聲波流量計(5)的同時得出的被測流量指示(Qusk)和待驗證的所述流量計⑴的被測流量指示(Qf\)之間的差(△,)的平均值給出的平均偏差C ) °
4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述偏差(Δ,i)的確定所固有的標準測量不確定性(uA* ι/Λ)僅包括所述流量計(I)的不確定性(ι%)的貢獻和所述超聲波流量計(5)的被測流量指示(Qusk)的可重復性(s_at)的貢獻。
5.一種流量計(I)的管線內驗證方法，所述方法包括準備階段和至少一個驗證階段，其中，所述準備階段包括以下步驟: -校準所述流量計(I)并且在測量場點把它安裝在流管線(3)中， -把兩個經校準的夾合式超聲波流量計(5a，5b)與所述流量計(I)同樣地安裝在相同的流管線⑶上， -設定所述超聲波流量計(5a，5b)以產生被測流量指示，所述被測流量指示是基于該被測流量指示對所述超聲波流量計(5a，5b)測量的流量依賴量和所述測量場點固有的參數的預定值的預定函數依賴性而產生的，所述測量場點固有的參數的預定值包括所述流管線⑶的內徑(Cli)的預定值， -利用所述超聲波流量計(5a，5b)并且利用所述流量計(I)來同時測量經過所述流管線⑶的流量，并且記錄預定數量(η)的它們同時得出的被測流量指示(Quslk，QUS2k，QF\)，并且 -基于所記錄的被測流量指示(Quslk，Qus2k, QFLk)和所述超聲波流量計(5)的被測流量指示的函數依賴性來確定虛擬管道直徑(D)，如果在所述同時測量期間應用所述虛擬管道直徑，則使所述超聲波流量計(5a，5b)的同時得出的被測流量指示(Quslk，Qus2k)的平均值(^)和所述流量計(I)的同時得出的被測流量指示(Qf\)之間的差最小化，并且 其中，所述驗證階段包括以下步驟: -按照與所 述準備階段期間相同的方式安裝所述超聲波流量計(5a，5b)，并且對它們中的每一個進行設定以使得基于所述虛擬管道直徑(D)確定它的被測流量指示(Quslk，Qus2k)， -利用所述流量計(I)和所述超聲波流量計(5a，5b)來同時測量經過所述流管線(3)的流量， -確定所述流量計(I)的被測流動指示(Q')和所述超聲波流量計(5a，5b)的同時得出的被測流量指示(Quslk，Qus2k)的平均值(P)之間的偏差(Δ, Δ),并且 -在所述偏差(Δ, 1)超過預定偏差界限的情況下發(fā)出報警，基于所述偏差(Δ? Δ)的確定所固有的標準測量不確定性(辦，Hi)來設定所述預定偏差界限。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，所述偏差是用所述超聲波流量計(5a，5b)的同時得出的被測流量指示(Qusik, Qus2k)的平均值()和待驗證的所述流量計(I)的同時得出的被測流量指示(Q')之間的差(△,)給出的簡單偏差(Λ)。
7.根據權利要求5所述的方法，其中，所述偏差是用所述驗證階段期間執(zhí)行的預定數量(m)的流量測量期間得出的所述超聲波流量計(5a，5b)的同時得出的被測流量指示(Quslk，Qus2k)的平均值(P)和待驗證的所述流量計(I)的同時得出的被測流量指示(QFLk)之間的差(Ak)的平均值給出的平均偏差(K) Q
8.根據權利要求5所述的方法，其中，所述偏差(Δ，K)的確定所固有的測量不確定性(《Δ? ?5 )僅包括所述流量計(I)的不確定性(uFJ的貢獻和所述超聲波流量計(5a，5b)的被測流量指示(Quslk，Qus2k)的平均值(P )的可重復性(Smreat)的貢獻。
9.根據權利要求1或5所述的方法，其中，在所述準備階段和所述驗證階段期間，經過所述流管線(3)輸送的所述介質的流是提供跨所述流管線(3)的內部的相同流量剖面的可再現流。
10.根據權利要求1或5所述的方法，其中，定期地、周期性地或者根據需要來執(zhí)行所述驗證階段。
11.根據權利要求1或5所述的方法，其中 -在所述流量計(1)的相繼執(zhí)行的重新校準之間執(zhí)行一個或多個驗證階段，并且-基于在所述驗證階段期間確定的所述偏差(Δ, Σ)來確定在相繼的重新校準之間的時間 間隔。
【文檔編號】G01F25/00GK104040299SQ201280063081
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年12月7日 優(yōu)先權日:2011年12月19日
【發(fā)明者】迪米特里·韋西埃 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾美斯泰科兩合公司