支持流动不稳定性检测的漩涡流量计转让专利
申请号 : CN201811292013.5
文献号 : CN110631646B
文献日 : 2021-06-11
发明人 : 杰夫里·杜安·福斯特
申请人 : 微动公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种用于测量过程流体的流速的漩涡流量计,包括:漩涡发生器,被布置成在所述过程流体的流动中产生漩涡;
漩涡传感器,被布置成感测所述过程流体的流动中的漩涡,并且作为响应提供与所述过程流体的流速相关的传感器输出;
测量电路,被配置为接收所述传感器输出并且提供指示过程流体的流动的、包括由于在过程流体的流动中的不稳定性所导致的流动测量结果中的误差的数字输出;
存储器,被配置为基于所述数字输出存储测量结果;以及诊断电路,耦合到所述存储器,被布置成基于存储在所述存储器中的所述测量结果来检测所述过程流体的流动中的不稳定性。
2.根据权利要求1所述的漩涡流量计,其中所述诊断电路通过将所述测量结果与阈值进行比较来检测不稳定性。
3.根据权利要求2所述的漩涡流量计,其中所述阈值包括动态阈值。
4.根据权利要求1所述的漩涡流量计,其中存储在所述存储器中的测量结果包括与频率有关的信息。
5.根据权利要求1所述的漩涡流量计,其中所述诊断电路基于存储在所述存储器中的所述测量结果的分布来检测不稳定性。
6.根据权利要求1所述的漩涡流量计,其中所述诊断电路计算所述测量结果的统计参数。
7.根据权利要求6所述的漩涡流量计,其中所述统计参数包括标准偏差。
8.根据权利要求6所述的漩涡流量计,其中所述诊断电路通过将所述测量结果与所述统计参数进行比较来检测所述过程流体的流动中的不稳定性。
9.根据权利要求1所述的漩涡流量计,包括耦合到过程控制回路的输出电路。
10.根据权利要求9所述的漩涡流量计,其中所述漩涡流量计由从所述过程控制回路接收的功率供电。
11.根据权利要求1所述的漩涡流量计,其中所述诊断电路基于检测到的所述过程流体的流动中的不稳定性来校正测量流速的误差。
12.根据权利要求1所述的漩涡流量计,其中所述诊断电路确定存储在所述存储器中的测量结果的模态。
13.根据权利要求12所述的漩涡流量计,其中如果存储在所述存储器中的测量结果是多模态的,则所述诊断电路检测所述过程流体的流动中的不稳定性。
14.根据权利要求1所述的漩涡流量计,其中所述诊断电路基于存储在所述存储器中的测量结果的频率的峰值来检测所述过程流体的流动中的不稳定性。
15.根据权利要求1所述的漩涡流量计,其中所述诊断电路识别所述过程流体的流动中的不稳定性的可能原因。
16.根据权利要求15所述的漩涡流量计,包括输出,所述输出向操作者提供指示所识别的可能原因的输出。
17.根据权利要求1所述的漩涡流量计,其中所述诊断电路响应于命令而操作。
18.根据权利要求1所述的漩涡流量计,其中所述诊断电路响应于测量结果中的峰值而操作。
19.根据权利要求1所述的漩涡流量计,其中所述诊断电路响应于存储在所述存储器中的测量结果中的检测到的签名而操作。
20.根据权利要求1所述的漩涡流量计,包括输出,所述输出被配置为将与所述传感器输出有关的信息输出到远程位置,并且其中所述诊断电路位于所述远程位置。
说明书 :
支持流动不稳定性检测的漩涡流量计
技术领域
背景技术
涡的频率与流量计中的流速成正比。脱落的漩涡在阻流体上产生交替的压差。该压差通过
2
压电晶体或其他差压设备转换成电信号。差压或电信号的大小与ρV成正比,其中ρ是流体
密度,V是流体速度。漩涡流量计产生具有与流速成比例的频率的脉冲。
4‑20mA之间变化。还希望漩涡流量计完全由电流回路供电,从而不需要使用额外的电源。
发明内容
提供与过程流体的流速相关的传感器输出。测量电路用于接收传感器输出并提供数字输
出。存储器被配置为基于数字输出存储测量结果。耦合到存储器的诊断电路基于存储在存
储器中的测量结果来检测过程流体的流动中的不稳定性。
附图说明
具体实施方式
确定每个脱落循环的周期的变化,当流速在周期上变化太快而不能获得准确的流动测量
时,设备可以警告操作员。
到电子回路,该电子回路在电流回路17上产生指示流动的4‑20mA电流以及具有与流体流动
成比例的频率的可选方波输出Fout(未示出)。
器26感测与脱落漩涡15相关联的压力差。漩涡传感器26可包括例如压电传感器。传感器26
具有由电位源Es和串联电容器Cs近似的特性。来自压电传感器26的输出信号的大小与压差
2 2 2
成比例,压差与ρV 成比例,其中ρ是流体密度,V是流体14的速度,并且也与ρDF 成比例,其
中D是仪表壳体22的内径并且F是漩涡15的脱落频率。
抗混叠滤波器62和以64表示的模拟‑数字(西格玛‑德尔塔)转换器。抗混叠滤波器62对来自
线路30的信号滤波以去除不需要的高频噪声并执行抗混叠滤波。
过电传感器所需的电隔离屏障66传输,传感器接地或具有漏电流到地。
出信号。微处理器70根据存储在存储器81中的指令操作。微处理器70向数模转换器83提供
所需的输出值,以将数字值转换成过程流体流动的4‑20mA电流表示。该电流水平被应用于
双线过程控制回路17。也可以采用数字通信电路85来使用已知格式在与流动相关的过程控
制回路17上发送信息。通信电路85可用于发送和接收数据。显示器73为漩涡流量计10提供
用户界面。电源90连接到回路17并且可用于向流量计10提供电力。
于过程流体的不稳定流动,一些漩涡流量计可能产生错误的读数。当观察流量计的输出时,
这种不稳定性可能很明显。然而,在某些情况下,在稳态操作期间,即使流动本身正在经历
不稳定性,流量计也可能错误地产生稳定的输出。例如,如果在稳态操作期间流动变化很
大,则如果流动变化在某个频率范围内,则流量计可能不会检测到这种不稳定性。例如,4Hz
的不稳定性可能就检测不到。这种不稳定性会导致流量计报告明显小于实际流速的流动测
量结果。引入这种类型的误差与用于测量漩涡脱落的技术(例如压电传感器、差压传感器、
光学或声学传感器等)无关。
提供输出,所述输出指示流动不稳定性的发生。(如图5所示,频域中的输出信号应该具有单
个峰值。)
示,流动信号在约50Hz处很明显。
方图。图7清楚地示出了每个脱落循环的频率的双模态分布。因此,显然流速14始终处于瞬
态。然而,由微处理器70确定的输出是稳定的,因为平均值在1到2秒的测量范围内大致一
致。这会在测量的流速中引入误差。
环周期并且将多个这样的测量结果存储在存储器81中,如图1所示。然后可以使用任何数量
的统计和/或信号处理技术检查这些存储的周期,并且可以设置标记以指示流动不稳定性。
例如,如果达到阈值,则流量计10可以使用数字通信电路85来提供警报。可以通过例如
现场总线、Modbus或其他通信技术提供这种警报。类似地,在SIF(安全仪表功能)
应用中,可以提供警报以指示流量计10正在安全精度范围之外操作。
脱落周期的标准偏差应在约百分之四到百分之七之间变化,这取决于特定的仪表主体设计
和流动状态。其他流量计配置的标准偏差可在百分之八到百分之十之间。
一定百分比,例如12%,则可以设置指示流动不稳定性的诊断标记。
采用任何适用于单模态的适当测试。如果通过测试未检测到单模态,则可以提供指示过程
流动稳定的警告。
用于执行快速傅里叶变换。使用频域数据,可以观察到相对于超过阈值水平的频率而言脱
落频率的随时间变化。例如,可以在可测量的频率范围内采用最高峰值的25%的阈值。这种
配置避免结构共振导致可能的误报警。比阈值更快的变化,例如,信号的标准偏差的三倍,
可以用于触发流动不稳定性诊断警告。
漩涡脱落周期数据。在框106处,将获得的周期数据存储在存储器81中。框104‑106可以如虚
线箭头所示独立地操作,从而连续地收集周期数据。在框108处,使用统计或其他分析技术
(包括使用时域和/或频域实现的技术)分析存储在存储器81中的周期数据。然后在框110处
将分析的数据与基线进行比较。基线比较可以通过简单阈值、动态阈值或更复杂的基线(包
括特定签名、数据峰值配置、图形分析等)进行。在框112处,基于该比较,在框114处提供输
出警告或者将控制传递到框108以进行进一步分析。该配置允许在后台收集数据并对存储
的数据执行滚动分析。数据的存储和分析可以连续操作或者可以基于某些事件被触发,例
如,周期性地、响应于观察到来自漩涡传感器的数据中的异常峰值或其他签名、接收到来自
过程控制回路的命令、或用于启动程序的其他一些机制被触发。
以被配置为输出原始数据。这可以允许执行更高级的诊断,因为远程位置不会遭遇诸如流
量计10之类的现场设备中存在的功率限制。在另一示例配置中,诊断仅周期性地或根据需
要执行。这允许现场设备10进入高功率模式以执行这种诊断。在这样的配置中,电源90可以
包括某种类型的电力存储单元,例如电容器或电池,其用于在珍断计算期间提供额外的电
力。
在这样的配置中,由仪表10提供的诊断输出还可以包括与流动不稳定的可能原因有关的信
息,从而允许操作者改变过程配置。例如,随机分布的信号可以是“噪声”控制方案中的阀的
指示。
量计布置成使得其通过检测不稳定流动状况来提供警报。测量和存储各个脱落周期。存储
的周期可用于计算样本的标准偏差并将存储的周期与阈值进行比较。在另一种配置中,在
存储器81中存储来自漩涡传感器的输出和对存储的数据执行快速傅立叶变换。峰值查找算
法可用于确定是否存在多个频率并用于提供不稳定流动状况的指示。在另一个示例中,测
量的脱落循环周期用于形成直方图并且与已知的分布模型进行比较以寻找双模态分布或
其他不稳定的系统。在另一示例配置中,存储在微处理器中的存储器81中的漩涡传感器的
输出实现曲线拟合以确定不稳定性的驱动模式,并通过数字警报向客户提供关于不稳定的
可能来源的指导。在另一示例配置中,微处理器校正由于漩涡不稳定性导致的测量流速的
误差。这可以通过例如曲线拟合、基于不稳定性的分布或幅度的加权函数或其他技术进行。
微处理器70提供用于检测过程流体流动不稳定性的诊断电路的一个示例。在一种配置中,
图1中所示的元件60被配置为输出电路,所述输出电路将与模拟信号30相关的输出提供给
远程位置。在这样的配置中,位于远程位置的微处理器(诊断电路)70可以根据任何通信协
议或标准。示例包括过程控制回路、无线过程通信技术或通过一些其他手段。