间接质量流量传感器 |
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| 申请号 | CN201280071380.7 | 申请日 | 2012-03-13 | 公开(公告)号 | CN104272063B | 公开(公告)日 | 2017-11-14 |
| 申请人 | 微动公司; | 发明人 | A.T.帕滕; R.贾利奇-麦卡尔; A.皮什楚利纳; | ||||
| 摘要 | 提供了一种 质量 流量 传感器 系统(200)。质量流量 传感器系统 (200)包括 密度 计量器(202)，其包括传感器组件(204a)和密度计量器 电子 装置(204b)，其构造成生成工艺 流体 的密度测量值。质量流量传感器系统(200)进一步包括体积流量计量器(203)，其包括传感器组件(205a)和体积计量器电子装置(205b)，其被构造成生成工艺流体的体积流量，并与密度计量器电子装置(204b)电连通。提供了远程处理系统(207)，其只与密度计量器电子装置(204b)或体积计量器电子装置(205b)之一电连通。远程处理系统(207)被构造成接收工艺流体的质量流量测量值，其由密度计量器电子装置(204b)或体积计量器电子装置(205b)基于所生成的密度测量值和所生成的体积流量而生成。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种质量流量传感器系统(200)，包括： |
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| 说明书全文 | 间接质量流量传感器技术领域背景技术[0002] 存在振动计量器，比如科里奥利(Coriolis)质量流量计量器，其可直接测量流体的质量流量。虽然科里奥利质量流量计量器在各种工业中已获得巨大成功，但是存在某些情形，其中科里奥利质量流量计量器是非所需的。例如，在一些情形中，为流管使用高纯度金属比如钽或钛的成本在大流量情形中变得过分地昂贵，在所述大流量情形中，管的尺寸需求过量的金属。另一情形可以是：顾客已经具有安装在他们的系统中的密度计量器或体积流量计量器，并且仅仅需要其它计量器以便生成质量流量。在这些情形中，顾客可能不希望更换现有传感器，而是仅仅增加缺失的测量装置，以便使用公式(1)计算质量流量： [0003] (1) [0004] 其中： [0005] 是质量流量； [0006] Q是体积流量；而 [0007] ρ是密度。 [0008] 使用密度计量器和体积流量计量器的组合而不是科里奥利质量流量计量器来生成质量流量的一个问题是所涉及的过量布线问题，如图1中所示。 [0009] 图1示出了现有技术质量流量传感器系统10。现有技术质量流量传感器系统10可包括密度计量器11和体积流量计量器12。密度计量器11和体积流量计量器12定位在承载工艺流体的流动导管5内。密度计量器11可以包括任一种众所周知的密度计量器，比如科里奥利密度计量器、湿度计量器、x射线光密度计量器、伽马光密度计量器等。体积流量计量器12可以包括测量体积流量的任何众所周知的计量器，比如超声波流量计、磁流量计、涡轮流量计、旋涡流量计等。 [0010] 现有技术质量流量传感器系统10还包括中央处理系统13。如所示，密度计量器11经由电引线14与中央处理系统13电连通。类似地，体积流量计量器12经由电引线15与中央处理系统13电连通。因此，计量器11、12中的每个向中央处理系统13发送信号。中央处理系统13处理接收自密度计量器11的信号，以生成密度测量值。同样地，中央处理系统13处理接收自体积流量计量器12的信号，以生成体积流量。中央处理系统13可以随后基于所生成的密度和体积流量生成质量流量。质量流量然后可以经由引线16提供至用户或另一处理系统。作为一个替代方案，中央处理系统13可以仅仅输出单独的密度和体积流量，而不计算质量流量。顾客于是必须使用另一处理系统，以基于来自中央处理系统13的输出确定质量流量。 [0011] 现有技术质量流量系统10遭受多个问题的困扰。一个问题是由于所需布线量的增加。虽然密度计量器11和体积流量计量器12常常定位成彼此相对靠近，但是中央处理系统13可能定位成远离密度计量器11和体积流量计量器12。因此，因为每个计量器11和12独立地与中央处理系统13连通，所以布线量是重复的。 [0012] 现有技术系统10的另一问题是：如果有必要更换密度计量器11或体积流量计量器12，则中央处理系统13有必要被重新编程，以接收来自新计量器的新信号。通常，中央处理系统13可能是顾客自身的设备，从而顾客需要执行更新编程。 [0013] 类似地，许多用户仅仅想知道质量流量，而并不一定需要知道具体的密度或体积流量。然而，在现有技术系统10中，用户只被提供表示密度和体积流量的信号，从而需要独立地执行质量流量的计算。 [0014] 因此，本领域中需要这样一种系统，其可使用密度计量器和体积流量计量器来提供质量流量输出。此外，本领域中需要这样一种系统，其可减少所需布线，尤其是计量器与中央处理系统之间的所需布线。以下描述的实施例克服了这些以及其它问题，从而实现了本领域中的进步。以下描述的实施例提供一种质量流量系统，其使用密度计量器和体积流量计量器中的一者或两者来执行质量流量计算。因此，只需计量器之一与中央处理系统连通。因此，系统输出质量流量，并且用以与中央处理系统连通所需的布线得到减少。发明内容 [0015] 根据一个实施例提供了一种质量流量传感器系统。该质量流量传感器系统包括密度计量器，其包括传感器组件和密度计量器电子装置，其构造成生成工艺流体的密度测量值。根据一个实施例，所述质量流量传感器系统进一步包括体积流量计量器，其包括传感器组件和体积计量器电子装置，其被构造成生成工艺流体的体积流量，并与密度计量器的计量器电子装置电连通。根据一个实施例，所述质量流量传感器系统进一步包括远程处理系统，其只与所述密度计量器电子装置或所述体积计量器电子装置之一电连通。远程处理系统被构造成接收工艺流体的质量流量测量值，其由密度计量器电子装置或体积计量器电子装置基于所生成的密度测量值和所生成的体积流量而生成。 [0016] 根据一个实施例提供了一种用于生成流体导管中的工艺流体的质量流量测量值的方法。所述方法包括以下步骤：用密度计量器确定所述工艺流体的密度，所述密度计量器包括与所述工艺流体处于流体连通的传感器组件以及密度计量器电子装置。根据一个实施例，所述方法进一步包括以下步骤：用体积流量计量器确定所述工艺流体的体积流量，所述体积流量计量器包括与所述工艺流体处于流体连通的传感器组件以及体积计量器电子装置。根据一个实施例，在所述密度计量器电子装置与所述体积计量器电子装置之间提供电连通。所述方法进一步包括以下步骤：基于所确定的密度和所确定的体积流量，使用所述密度计量器电子装置或所述体积计量器电子装置中的至少一个来确定所述工艺流体的质量流量。所述方法进一步包括以下步骤：向远程处理系统提供所述质量流量，所述远程处理系统只与所述密度计量器电子装置或所述体积计量器电子装置之一电连通。 [0017] 方面 [0018] 根据一个方面，一种质量流量传感器系统包括： [0019] 密度计量器，其包括传感器组件和密度计量器电子装置，所述密度计量器电子装置构造成生成工艺流体的密度测量值； [0020] 体积流量计量器，其包括传感器组件和体积计量器电子装置，所述体积计量器电子装置被构造成生成所述工艺流体的体积流量，并与所述密度计量器电子装置电连通；和[0021] 远程处理系统，其只与所述密度计量器电子装置或所述体积计量器电子装置之一电连通，并且被构造成接收所述工艺流体的质量流量测量值，所述质量流量测量值由所述密度计量器电子装置或所述体积计量器电子装置基于所生成的密度测量值和所生成的体积流量而生成。 [0022] 优选地，所述密度计量器的传感器组件和所述体积流量计量器的传感器组件定位成与承载所述工艺流体的流体导管共线。 [0023] 优选地，所述体积流量计量器的传感器组件定位成与承载所述工艺流体的流体导管共线，并且所述密度计量器的传感器组件定位在耦合至所述流体导管的滑流中，以接收所述工艺流体的一部分。 [0024] 优选地，所述密度测量值和所述体积流量大致同时生成。 [0025] 优选地，所述密度测量值包括平均密度。 [0026] 根据另一方面，一种用于生成流体导管中的工艺流体的质量流量测量值的方法包括以下步骤： [0027] 用密度计量器确定所述工艺流体的密度，所述密度计量器包括与所述工艺流体处于流体连通的传感器组件以及密度计量器电子装置； [0028] 用体积流量计量器确定所述工艺流体的体积流量，所述体积流量计量器包括与所述工艺流体处于流体连通的传感器组件以及体积计量器电子装置； [0029] 在所述密度计量器电子装置与所述体积计量器电子装置之间提供电连通； [0030] 基于所确定的密度和所确定的体积流量，使用所述密度计量器电子装置或所述体积计量器电子装置中的至少一个来确定所述工艺流体的质量流量；以及 [0031] 向远程处理系统提供所述质量流量，所述远程处理系统只与所述密度计量器电子装置或所述体积计量器电子装置之一电连通。 [0032] 优选地，所述密度计量器的传感器组件和所述体积流量计量器的传感器组件定位成与承载所述工艺流体的流体导管共线。 [0033] 优选地，所述体积流量计量器的传感器组件定位成与承载所述工艺流体的流体导管共线，并且所述密度计量器的传感器组件定位在耦合至所述流体导管的滑流中，以接收所述工艺流体的一部分。 [0034] 优选地，所述密度测量值和所述体积流量大致同时被确定。 [0036] 图1示出了现有技术质量流量系统。 [0037] 图2示出了根据一个实施例的质量流量传感器系统。 [0038] 图3示出了根据一个实施例的计量器电子装置。 [0039] 图4示出了根据另一实施例的质量流量传感器系统。 具体实施方式[0040] 图2-4和以下描述示出了具体示例来教导本领域的技术人员如何制作和使用最佳实施例模式的质量流量系统。为了教导创造性原理的目的，一些常规方面已经被简化或者省略。本领域的技术人员应理解落入本说明书的范围内的这些示例的变型。本领域的技术人员应理解的是：以下描述的特征可以按各种方式组合，以形成质量流量系统的多种变型。作为结果，以下描述的实施例并不局限于以下描述的具体示例，而是只由权利要求书及其等同方案限定。 [0041] 图2示出了根据一个实施例的质量流量传感器系统200。根据一个实施例，质量流量传感器系统200可定位在流动导管201内，所述流动导管201接收工艺流体或一些其它类型的流动流。质量流量传感器系统200可包括密度计量器202和体积流量计量器203。密度计量器202可以包括任一种众所周知的密度计量器，比如科里奥利(Coriolis)密度计量器、湿度计量器、x射线光密度计量器、伽马光密度计量器等。特定类型的密度计量器可以取决于特定应用，并且绝不应该限制本实施例的范围。体积流量计量器203可以包括测量体积流量的任何众所周知的计量器，比如超声波流量计、磁流量计、涡轮流量计、旋涡流量计等。根据一个实施例，密度计量器202和体积流量计量器203可串联设置，与导管201共线。在所示实施例中，密度计量器202定位在体积流量计量器203的上游，然而，在另一些实施例中，该顺序可逆转。在替代实施例中，密度计量器202可设置在滑流(slip stream)中，所述滑流从导管201分流(见图4)。 [0042] 根据一个实施例，密度计量器202包括传感器组件204a，其接收流动的流体。密度计量器202进一步包括密度计量器电子装置204b。尽管密度计量器电子装置204b被示为物理地耦合至传感器组件204a，但是在另一些实施例中，两个部件可以仅仅经由电引线电耦合。在任一情形中，传感器组件204a都经由电引线(未示出)与密度计量器电子装置204b电连通。 [0043] 根据一个实施例，密度计量器电子装置204b可接收来自传感器组件204a的传感器信号。密度计量器电子装置204b可处理接收到的传感器信号，以生成流动穿过导管201的流体的测量密度，如本领域中众所周知的。 [0044] 根据一个实施例，体积流量计量器203包括传感器组件205a，其接收流体导管201中的工艺流体。体积流量计量器203进一步包括体积计量器电子装置205b。类似于密度计量器202，虽然体积计量器电子装置205b被示为物理地耦合至传感器组件205a，但是在另一些实施例中，两个部件可以仅仅经由电引线耦合。在任一情形中，传感器组件205a都经由电引线(未示出)与体积计量器电子装置205b电连通。 [0045] 根据一个实施例，体积计量器电子装置205b可接收来自传感器组件205a的信号。体积计量器电子装置205b可处理信号，并生成体积流量，如本领域中众所周知的。 [0046] 根据一个实施例，两个计量器电子装置204b、205b经由电引线206彼此电连通。两个计量器电子装置204b、205b之间的电连通允许来自计量器电子装置之一的所生成测量值被传送至另一计量器电子装置。例如，在所示构造中，密度计量器电子装置204b可接收来自体积计量器电子装置205b的所生成体积流量。通过接收自体积流量计量器203的体积流量以及所生成的密度，密度计量器202可使用公式(1)生成质量流量。根据一个实施例，所生成的质量流量于是可经由电引线208输出至远程处理系统207。根据一个实施例，电引线208可附加地提供电力至密度计量器202和体积流量计量器203。在一些实施例中，远程处理系统207可以包括再一输出引线209。输出引线209可实现与例如再一处理系统连通。 [0047] 根据一个实施例，远程处理系统207可以定位在某距离处，该距离大于密度计量器202与体积流量计量器203之间的距离。然而，根据另一实施例，远程处理系统207可以定位成紧邻两个计量器202、203。例如，比起密度计量器202与体积流量计量器203之间的距离，远程处理系统207可以定位在相同距离或较短距离处。远程处理系统207相对于计量器202、 203的特定位置绝不应该限制本实施例的范围，并且将取决于特定应用。 [0048] 远程处理系统207可包括通用计算机、微处理系统、逻辑电路、或一些其它通用的或定制的处理装置。远程处理系统207可分布在多个处理装置间。远程处理系统207可包括任何方式的集成的或独立的电子存储介质。 [0049] 如可理解的，只有密度计量器202或体积流量计量器203之一与远程处理系统207直接电连通。尽管在图2所示实施例中，是密度计量器202与远程处理系统207直接电连通，但是在另一些实施例中，也可是体积流量计量器203与远程处理系统207直接电连通。在任一情形中，与图1中示出的现有技术系统相比，所需布线量都被大幅减少。此外，与远程处理系统207电耦合的计量器电子装置输出质量流量。因此，远程处理系统207不必被专门构造成由密度和体积流量计算质量流量。 [0050] 图3示出了根据本发明一实施例的密度计量器电子装置204b。应该理解的是：密度计量器电子装置204b的许多特征也可在体积流量计量器203的体积计量器电子装置205b中找到。然而，体积计量器电子装置205b的描述被省略，以为描述简洁起见。密度计量器电子装置204b可包括界面301和处理系统303。处理系统303可以包括存储系统304。存储系统304可以包括如所示的内部存储器，或者替代地，可以包括外部存储器。密度计量器电子装置204b可生成驱动信号311，并将驱动信号311供给至传感器组件204a的驱动器(未示出)。密度计量器电子装置204b也可接收来自传感器组件204a的传感器信号310。密度计量器电子装置204b可处理传感器信号310，以便获得流动穿过导管201的材料的密度312。密度312可被存储，以备后用。 [0051] 除了接收自传感器组件204a的传感器信号310之外，界面301还可接收来自体积计量器电子装置205b的所生成体积流量314。界面301可以执行任何必需或所需的信号调整，比如任何方式的格式化、放大、缓冲等。替代地，信号调整的一部分或全部可在处理系统303中执行。另外，界面301可允许密度计量器电子装置204b与远程处理系统207之间连通。界面301可以能够进行任何方式的电子、光学或无线连通。 [0052] 界面301在一个实施例中可包括数字转换器(未示出)，其中，传感器信号310包括模拟传感器信号。数字转换器可采样并数字化模拟传感器信号，并产生数字传感器信号。数字转换器还可执行任何所需的降采样(decimation)，其中数字传感器信号被降采样，以便减少所需的信号处理量，以及减少处理时间。 [0053] 处理系统303可进行密度计量器电子装置204b的操作。处理系统303可执行所需的数据处理，以实施一个或多个处理例程，比如质量流量确定例程313。质量流量确定例程313可使用公式(1)以及所生成的密度312和接收到的体积流量314，以生成质量流量315。如以上论述的，质量流量315然后可输出至外部远程处理系统207。在一些实施例中，处理系统300可以附加地输出密度312和/或体积流量314。 [0054] 应该明白的是：计量器电子装置220可以包括本领域中众所周知的各种其它部件和功能。这些附加特征在说明书和附图中被省略，以为简洁之故。因此，本发明不应该局限于所图示和论述的具体实施例。 [0055] 图4示出了根据另一实施例的质量流量传感器系统200。在图4中示出的实施例中，密度计量器202的传感器组件204a定位在滑流401内，所述滑流401从主导管201分流。滑流401通常小于导管201，使得只有少量的流体流动到滑流401中。尽管体积流量计量器203在图4所示实施例中定位在滑流401的第一和第二端部之间，但是体积流量计量器203也可以定位在导管201的其它区域。例如，在一些实施例中，体积流量计量器203定位在滑流401的端部稍外，使得所有流体都流动穿过体积流量计量器203，而不是一部分流体绕过体积流量计量器203。因此，不必执行修正来应对绕过体积流量计量器203的流体量。然而，在许多实施例中，体积流量计量器203将定位成靠近滑流401，以便体积流量计量器203和密度计量器 202在任何给定时间测量大致相同的流体。 [0056] 根据图4中示出的实施例，传感器组件204a可接收流动穿过系统200的一小部分流体。这在一些实施例中可能是有利的，因为传感器组件204a可被制造为大致小于图2所示实施例中的，因为图4中的密度计量器202接收较小的流量。因此，如果密度计量器202由高成本材料形成，比如由钛或钽制成的管，则传感器组件204a的成本可由于尺寸减小而得到降低。 [0057] 根据图4中示出的实施例，两个计量器电子装置204b、205b仍然彼此电连通，使得只有计量器电子装置204b或205b之一有必要与远程处理系统207直接电连通。在图4中示出的实施例中，是体积计量器电子装置205b而不是密度计量器202与远程处理系统207直接电连通。如可理解的，在该实施例中，体积计量器电子装置205b将被构造成接收来自密度计量器电子装置204b的密度测量值，并基于接收到的密度312和所生成的体积流量314生成质量流量。 [0058] 使用中，质量流量传感器系统200可以用于基于从两个分离的传感器组件204a、205a生成的单独地确定的体积流量和密度来生成质量流量。根据一个实施例，在工艺流体流动穿过导管201时，密度计量器202可生成密度测量值312。根据一个实施例，大致同时地，体积流量计量器203可生成体积流量314。根据另一实施例，密度计量器202可以生成平均密度测量值。例如，计量器电子装置204b可以存储并保持从在先密度测量值确定的滚动平均密度。在先密度测量值可以例如基于预定数量的在先接收到的传感器信号310。 [0059] 根据一个实施例，计量器电子装置204b、205b中的至少一个可接收来自另一个计量器电子装置的流体测量值。例如，在图2所示的实施例中，密度计量器电子装置204b可接收来自体积计量器电子装置205b的体积流量314。相反地，在图3所示的实施例中，体积计量器电子装置205b可接收来自密度计量器电子装置204b的密度测量值312。优选地，接收流体测量值的计量器电子装置是与远程处理系统207直接电连通的计量器电子装置。然而，本实施例不应该受限于此。例如，在图2中，密度计量器202与远程处理系统207直接电连通。在一些实施例中，体积计量器电子装置205b可以接收来自密度计量器202的密度测量值。在又一实施例中，计量器电子装置204b、205b中的每个可以将所生成的测量值发送至另一计量器电子装置，使得计量器电子装置204b、205b中的每个都包括密度测量值和体积流量测量值两者。 [0060] 根据一个实施例，一旦计量器电子装置之一包括密度测量值312和体积流量314两者后，该计量器电子装置可处理两个测量值，以生成质量流量315。所生成的质量流量315然后可经由引线208被发送至远程处理系统207。如果生成质量流量的计量器电子装置不与远程处理系统207直接电连通，则所生成的质量流量可被发送至与远程处理系统207直接电连通的计量器电子装置，并随后将质量流量315传送到远程处理系统207上。 [0061] 因此，如可理解的，远程处理系统207可接收来自密度计量器202和体积流量计量器203的组合的质量流量，而不必分离地执行质量流量计算。这有利地简化了远程处理系统207所需的处理，以及大幅减少了所需的布线量。此外，如果有必要更换计量器202、203中的任一个，则不必重新构造远程处理系统207。 [0062] 根据一个实施例，如果计量器电子装置204b、205b两者都包括密度测量值和体积流量测量值，则计量器电子装置204b、205b两者都可以生成质量流量测量值。这允许计量器电子装置204b、205b中的任一个将质量流量测量值发送至远程处理系统207。此外，在有必要更换计量器202、203之一的情况下，剩余的计量器可轻松地提供质量流量测量值至远程处理系统207。 [0063] 以上实施例的详细描述不是对发明人能够想到的落入本说明书的范围内的所有实施例的穷举描述。实际上，本领域的技术人员将意识到：上述实施例的某些构成要素可以按各种方式被组合或者去除以形成再一些实施例，并且这类再一些实施例落入本说明书的范围和教导内。本领域技术人员还应清楚的是：上述实施例可以被整体地或者部分地组合，以形成落入本说明书的范围和教导内的附加实施例。 [0064] 因此，如本领域的技术人员将意识到的，虽然在本文为了说明起见而描述了特定的实施例，但是在本说明书的范围内各种等同变型也是可能的。本文提供的教导可以应用于其它质量流量系统，而不只是应用于以上描述且在附图中示出的实施例。因此，上述实施例的范围应该从后附权利要求书确定。 |
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