质量流量测量方法和质量流量计
阅读：723发布：2020-06-12
专利汇可以提供质量流量测量方法和质量流量计专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 质量 流量测量方法和质量流量计，一种质量流量测量方法包括：测量质量流量计的变送器和 传感器 之间的线缆芯线 电阻 ；基于测量的线缆芯线电阻和初始线缆芯线电阻以及线缆 温度 补偿系数对预定的初始零点时延进行补偿；测量流过传感器中的流量管的 流体 时延和流量管的温度来计算质量流量；以及基于补偿的初始零点时延对所计算的质量流量进行补偿，得到补偿的质量流量。根据本发明的质量流量测量方法和质量流量计，可以对质量流量计的零点漂移进行补偿，减小线缆温度变化导致的质量流量计的零点漂移，从而提高测量 精度 。，下面是质量流量测量方法和质量流量计专利的具体信息内容。
1.一种质量流量测量方法，其特征在于，包括：
测量质量流量计的变送器和传感器之间的线缆芯线电阻；
基于测量的线缆芯线电阻和初始线缆芯线电阻以及线缆温度补偿系数对预定的初始零点时延进行补偿；
测量流过所述传感器中的流量管的流体时延和流量管的温度来计算质量流量；以及基于补偿的初始零点时延对所计算的质量流量进行补偿，得到补偿的质量流量。
2.如权利要求1所述的质量流量测量方法，其特征在于，基于实际零点时延和所述初始零点时延的差与所述测量的线缆芯线电阻和所述初始线缆芯线电阻的差之间的线性关系或者多阶非线性关系，通过多个温度点的标定来得到线缆温度补偿系数。
3.如权利要求1所述的质量流量测量方法，其特征在于，所述变送器和所述传感器之间的线缆芯线电阻由所述变送器测量。
4.如权利要求1所述的质量流量测量方法，其特征在于，所述变送器和所述传感器一体式安装。
5.如权利要求1所述的质量流量测量方法，其特征在于，所述变送器和所述传感器远程安装。
6.一种质量流量计(900)，其特征在于，包括：变送器(902)、传感器(904)、将所述变送器(902)与所述传感器(904)进行连接的线缆(906)、零点时延补偿电路(908)以及质量流量补偿电路(910)，
所述变送器(902)测量所述变送器(902)和所述传感器(904)之间的所述线缆(906)的线缆芯线电阻；
所述传感器(904)中包括流量管，所述传感器(904)测量流过所述流量管的流体时延和流量管的温度，并将测量结果传送给所述变送器(902)来计算质量流量；
所述零点时延补偿电路(908)基于由所述变送器(902)测量的所述线缆芯线电阻和初始线缆芯线电阻以及线缆温度补偿系数对预定的初始零点时延进行补偿；以及所述质量流量补偿电路(910)基于补偿的初始零点时延对所述变送器(902)所计算的质量流量进行补偿，得到补偿的质量流量。
7.如权利要求6所述的质量流量计(900)，其特征在于，还包括线缆温度补偿系数计算电路，其基于实际零点时延和所述初始零点时延的差与所述测量的线缆芯线电阻和所述初始线缆芯线电阻的差之间的线性关系或者多阶非线性关系，通过多个温度点的标定来计算所述线缆温度补偿系数。
8.如权利要求6所述的质量流量计(900)，其特征在于，所述变送器(902)和所述传感器(904)一体式安装。
9.如权利要求6所述的质量流量计(900)，其特征在于，所述变送器(902)和所述传感器(904)远程安装。
10.如权利要求6所述的质量流量计(900)，其特征在于，所述零点时延补偿电路(908)和所述质量流量补偿电路(910)集成在所述变送器(902)中。
质量流量测量方法和质量流量计
技术领域
[0001] 本发明涉及工业测量领域，更具体地，涉及一种能够对零点漂移进行补偿的质量流量测量方法和质量流量计。
背景技术
[0002] 流体在旋转的管内流动时会对管壁产生一个力，它是科里奥利在1832年研究轮机时发现的，简称科氏力。质量流量计是以科氏力为基础测量管道内质量流量的流量测量仪表，其可以直接测量通过流量计的介质的质量流量。
[0003] 质量流量计包括传感器和变送器，在传感器内部有两根平行的流量管，中部装有驱动线圈，两端装有检测线圈，当变送器向驱动线圈提供激励电压时，流量管做往复周期振动，工业过程的流体介质流经传感器的流量管，就会在流量管上产生科氏力效应，使两根流量管扭转振动，安装在流量管两端的检测线圈将产生相位不同的两组信号，这两个信号的相位差与流经传感器的流体质量流量成比例关系，从而可以计算出流经流量管的质量流量。
[0004] 随着自动化水平的提高，许多生产过程都对流量测量提出了新的要求。化学反应过程是受原料的质量(而不是体积)控制的。蒸气、空气流的加热、冷却效应也是与质量流量成比例的。产品质量的严格控制、精确的成本核算、飞机和导弹的燃料量控制，也都需要精确的质量流量测量结果。
[0005] 由于传感器和变送器之间要通过线缆来连接，而线缆的温度变化会引起流量计的零点漂移，因此需要一种能够对零点漂移进行补偿的流量计和流量测量方法。
发明内容
[0006] 在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0007] 本发明的一个主要目的在于，提供一种质量流量测量方法，包括：测量质量流量计的变送器和传感器之间的线缆芯线电阻；基于测量的线缆芯线电阻和初始线缆芯线电阻以及线缆温度补偿系数对预定的初始零点时延进行补偿；测量流过传感器中的流量管的流体时延和流量管的温度来计算质量流量；以及基于补偿的初始零点时延对所计算的质量流量进行补偿，得到补偿的质量流量。
[0008] 根据一个实施例，基于实际零点时延和初始零点时延的差与测量的线缆芯线电阻和初始线缆芯线电阻的差之间的线性关系或者多阶非线性关系，通过多个温度点的标定来得到线缆温度补偿系数。
[0009] 根据另一个实施例，变送器和传感器之间的线缆芯线电阻由变送器测量。
[0010] 根据另一个实施例，变送器和传感器远程安装。
[0011] 根据本发明另一个方面，提供一种质量流量计900，其特征在于，包括：变送器902、传感器904、将变送器902和传感器904进行连接的线缆906、零点时延补偿电路908以及质量流量补偿电路910，变送器902测量变送器902和传感器904之间的线缆906的线缆芯线电阻；传感器904中包括流量管，传感器904测量流过流量管的流体时延和流量管的温度，并将测量结果传送给变送器902来计算质量流量；零点时延补偿电路908基于由变送器902测量的线缆芯线电阻和初始线缆芯线电阻以及线缆温度补偿系数对预定的初始零点时延进行补偿；以及质量流量补偿电路910基于补偿的初始零点时延对变送器902所计算的质量流量进行补偿，得到补偿的质量流量。
[0012] 根据一个实施例，质量流量计900还包括线缆温度补偿系数计算电路，其基于实际零点时延和初始零点时延的差与测量的线缆芯线电阻和初始线缆芯线电阻的差之间的线性关系或者多阶非线性关系，通过多个温度点的标定来计算线缆温度补偿系数。
[0013] 根据另一个实施例，变送器902和传感器904一体安装。
[0014] 根据另一个实施例，变送器902和传感器904远程安装。
[0015] 根据另一个实施例，零点时延补偿电路908和质量流量补偿电路910集成在变送器902中。
[0017] 参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。在附图中：
[0018] 图1是对线缆温度变化对Δtzero的影响进行实验的示意图；
[0019] 图2示出了零点时延与线缆温度随时间变化的分布图；
[0020] 图3示出了线缆温度与Δtzero-actual之间的线性关系；
[0021] 图4示出了测量的线缆芯线电阻与Δtzero-actuall之间的线性关系；
[0022] 图5A示出了(Δtzero-actual-Δtzero)与(Rmeasured-Rzero)之间的线性关系；
[0023] 图5B示出了(Δtzero-actual-Δtzero)与(Rmeasured-Rzero)之间的二阶非线性关系；
[0024] 图5C示出了(Δtzero-actual-Δtzero)与(Rmeasured-Rzero)之间的三阶非线性关系；
[0025] 图6示出了Δtzero-compensated与实际测得的Δtzero-actual随时间的分布图；
[0026] 图7示出了根据本发明的一个实施例的对零点漂移进行补偿的流量测量方法700的示例性过程的流程图；
[0027] 图8示出了变送器对线缆芯线电阻进行测量的一个示意图；以及
[0028] 图9是示出根据本发明的一个实施例的质量流量计900的示例性结构的框图。
具体实施方式
[0029] 下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
[0030] 本发明提出了一种能够通过变送器测得的线缆芯线电阻对线缆温度变化导致的流量计的零点漂移进行补偿的质量流量测量方法和质量流量计。
[0031] 下面首先对质量流量计的测量原理进行说明。
[0032] 质量流量计是以科氏力为基础测量管道内质量流量的流量测量仪表，而科里奥利质量流量计的流量计算公式如以下等式(1)所示：
[0033] Massflow＝FCF*(Δtflow-Δtzero)*(1-FT*TT) (1)
[0034] 流量计算公式中的参数的含义分别如下：
[0035] Massflow：质量流量
[0036] FCF：流量标定系数
[0037] Δtflow：流体时延
[0038] Δtzero：初始零点时延
[0039] FT：流量管的温度补偿系数
[0040] TT：流量管的温度。
[0041] 通常，Δtzero为厂内标定或者客户安装后输入的定值，而实际上Δtzero受多种因素的影响。变送器和传感器之间的线缆的温度变化便是其中之一，特别是对于变送器和传感器分体式安装时，由于其间的电缆较长，温度变化的影响会更大，从而使得质量流量计的零点不稳定，形成零点漂移，影响其精确度。
[0042] 图1是对线缆温度变化对Δtzero的影响进行实验的示意图。在图1中，将变送器102和传感器104之间的线缆部分108放于温箱中，当温箱的温度变化时，实时读取温度和Δtzero-actual(实际零点时延)。
[0043] 图2示出了零点时延与线缆温度随时间变化的分布图，可以看出Δtzero-actual(ns)受线缆温度变化的影响。
[0044] 通过图2可以发现线缆温度与Δtzero-actual随时间变化的趋势基本一致，将线缆温度与Δtzero-actual进行线性拟合得到图3。从图3可以看到，线缆温度与Δtzero-actual基本成线性关系，而线缆温度T与测量的线缆芯线电阻Rmeasured具有以下等式(2)所示的关系：
[0045]
[0046] 其中，L为线缆芯线的长度，A为线缆芯线的横截面积，ρ为线缆芯线材料的电阻率，从上式可以看到，线缆芯线电阻Rmeasured与线缆温度T成正比关系。
[0047] 将线缆芯线电阻Rmeasured与Δtzero-actual进行线性拟合可以得到图4。可以看到，线缆芯线电阻Rmeasured与Δtzero-actual也基本成线性关系。因此可以通过以下的等式(3)用Rmeasured对Δtzero进行实时线性补偿。
[0048]
[0049] 其中的参数的含义分别如下：
[0050] Δtzero-compensated：补偿的零点时延；
[0051] Δtzero：初始零点时延；
[0052] k，b：线缆温度补偿系数；
[0053] Rmeasured：测量的线缆芯线电阻；
[0054] Rzero：初始线缆芯线电阻。
[0055] 将实际测得的(Δtzero-actual-Δtzero)与(Rmeasured-Rzero)拟合可以得到(Δtzero-actual-Δtzero)与(Rmeasured-Rzero)之间的线性关系，如图5A所示。
[0056] 基于(Δtzero-actual-Δtzero)与(Rmeasured-Rzero)之间的线性关系，通过多个温度点的标定可以得到线缆温度补偿系数k和b。
[0057] 本领域技术人员可以理解，也可以基于(Δtzero-actual-Δtzero)与(Rmeasured-Rzero)之间的多阶非线性关系，如图5B所示的二阶非线性关系或者图5C所示的三阶非线性关系，通过多个温度点的标定来得到线缆温度补偿系数。
[0058] 将参数k，b代入公式，得到Δtzero-compensated。从图6可以看到，Δtzero-compensated与实际测得的Δtzero-actual基本一致。
[0059] 将Δtzero-compensated代入科里奥利质量流量计的流量计算公式可以得到等式(4)，通过等式(4)的计算，可以在流量计算时消除或减小零点随电缆温度变化的影响。
[0060] Massflow＝FCF*{Δtflow-[Δtzero+k(Rmeasuread-Rzero)+b]}*(1-FT*TT) (4)[0061] 其中的参数的含义分别如下：
[0062] Massflow：质量流量
[0063] FCF：流量标定系数
[0064] Δtflow：流体时延
[0065] Δtzero：初始零点时延
[0066] k，b：线缆温度补偿系数；
[0067] Rmeasured：测量的线缆芯线电阻；
[0068] Rzero：初始线缆芯线电阻。
[0069] FT：流量管的温度补偿系数
[0070] TT：流量管的温度。
[0071] 上面对质量流量计以及根据本发明对质量流量计的零点漂移进行补偿的原理进行了说明。下面结合附图详细说明根据本发明的一个实施例的对零点漂移进行补偿的流量测量方法和流量计。
[0072] 图7示出了根据本发明的一个实施例的对零点漂移进行补偿的流量测量方法700的示例性过程的流程图。
[0073] 首先，在步骤S702中，测量质量流量计的变送器和传感器之间的线缆芯线电阻得到Rmeasured。
[0074] 图8示出了变送器对线缆芯线电阻进行测量的一个示意图。
[0075] 如图8所示，在三线制RTD(电阻测温)电路中，变送器可以通过测量点1和点2之间的实时电阻(Modbus地址469)来得到变送器和传感器之间的线缆芯线的电阻，此电阻与线缆温度的变化成正比。对于远程安装的发送器，线缆温度的变化可导致零点变化，零点的变化值与线缆温度的变化值大致成线性关系，因此可通过实时测得的电阻值对流量计的零点进行补偿。
[0076] 接着，在步骤S704中，基于测量得到的线缆芯线电阻Rmeasured和初始线缆芯线电阻Rzero以及线缆温度补偿系数对预定初始零点时延Δtzero进行补偿。
[0077] 如上所述，可以通过公式Δtzero-compensated＝Δtzero+k(Rmeasured-Rzero)+b计算得到补偿的零点时延Δtzero-compensated。
[0078] 其中，线缆温度补偿系数k，b可以基于(Δtzero-actual-Δtzero)与(Rmeasured-Rzero)的线性关系，通过多个温度点的标定来得到。
[0079] 初始线缆芯线电阻Rzero可以在使用流量计之前预先测量并记录。
[0080] 在步骤S706中，测量流过传感器中的流量管的流体时延Δtflow和流量管的温度TT来计算质量流量。
[0081] 可以通过上述等式(1)来计算质量流量。公式中的参数流量标定系数FCF和流量管的温度补偿系数FT可以在使用流量计进行测量之前预先标定并记录。
[0082] 最后，在步骤S708中，基于补偿的初始零点时延Δtzero-compensated对测量的质量流量进行补偿，得到补偿的质量流量。
[0083] 即，通过将Δtzero-compensated代入科里奥利质量流量计的流量计算公式，可以在流量计算时消除或减小零点随电缆温度变化的影响，从而得到补偿的质量流量。具体计算公式可以如以上等式(4)所示。
[0084] 根据本发明的质量流量测量方法可以应用于变送器和传感器一体式安装的情况，也可以应用于变送器和传感器远程安装的情况，并且在变送器和传感器远程安装的情况下，对于零点漂移的补偿效果更好。
[0085] 根据本发明的流量测量方法，可以对流量计的零点漂移进行补偿，减小线缆温度变化导致的流量计的零点漂移，从而提高测量精度。
[0086] 图9是示出根据本发明的一个实施例的质量流量计900的示例性结构的框图。
[0087] 如图9所示，质量流量计900包括变送器902、传感器904、将变送器902与传感器904进行连接的线缆906、零点时延补偿电路908和质量流量补偿电路910。
[0088] 变送器902检测变送器902和传感器904之间的线缆906的线缆芯线电阻。
[0089] 传感器904中包括流量管(图中未示出)，传感器904测量流过流量管的流体时延和流量管的温度，并将测量结果传送给变送器902来计算质量流量。
[0090] 零点时延补偿电路908基于变送器902测量得到的线缆芯线电阻Rmeasured和初始线缆芯线电阻Rzero以及线缆温度补偿系数对初始零点时延进行补偿。
[0091] 质量流量补偿电路910基于补偿的初始零点时延对测量的质量流量进行补偿，得到补偿的质量流量。
[0092] 在一个示例中，质量流量计900还可以包括线缆温度补偿系数计算电路(图中未示出)，线缆温度补偿系数计算电路可以基于实际零点时延和初始零点时延的差与测量的线缆芯线电阻和初始线缆芯线电阻的差之间的线性关系，通过多个温度点的标定来计算线缆温度补偿系数。
[0093] 变送器902和传感器904可以一体式安装，也可以远程安装。
[0094] 在一个实施例中，可以将零点时延补偿电路908和质量流量补偿电路910集成在变送器902中来实现控制功能。
[0095] 本领域技术人员可以理解，零点时延补偿电路908和质量流量补偿电路910可以由亚德诺半导体(Analog Device)公司的blackfin 522或者533数字信号处理器来实现。在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其他实施方式中使用，与其他实施方式中的特征相组合，或替代其他实施方式中的特征。
[0096] 应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
[0098] 尽管上面已经通过对具体实施例的描述对本发明及其优点进行了说明，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。
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