專(zhuān)利名稱(chēng)：用于確定氣體流物質(zhì)中的液體流份額的儀表電子設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定流過(guò)流量計(jì)的氣體流物質(zhì)(material)中的液體流份額(fraction)的儀表電子設(shè)備和方法。

背景技術(shù)：
正如在1985年1月1日頒發(fā)給J.E.Smith等人的美國(guó)專(zhuān)利No.4,491,025和1982年2月11日頒發(fā)給J.E Smith的Re.31,450中所公開(kāi)的，已知的是使用科里奧利質(zhì)量流量計(jì)來(lái)測(cè)量流過(guò)管線(xiàn)的物質(zhì)的質(zhì)量流量和其他信息。這些流量計(jì)具有不同結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)流管。每個(gè)管道結(jié)構(gòu)可以被看作具有一組固有振動(dòng)模式，所述固有振動(dòng)模式例如包括單純彎曲、扭轉(zhuǎn)、徑向和耦合模式。在一個(gè)典型的科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量應(yīng)用中，當(dāng)物質(zhì)流過(guò)管道時(shí)，以一種或多種振動(dòng)模式對(duì)管道結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵(lì)，并且在沿該管道隔開(kāi)的各個(gè)點(diǎn)處測(cè)量該管道的運(yùn)動(dòng)。
物質(zhì)填充系統(tǒng)的振動(dòng)模式由流管以及流管內(nèi)的物質(zhì)的組合質(zhì)量來(lái)部分地限定。物質(zhì)從流量計(jì)的入口側(cè)上連接的管線(xiàn)流入該流量計(jì)。然后，物質(zhì)被引導(dǎo)穿過(guò)所述一個(gè)流管或多個(gè)流管，并且離開(kāi)該流量計(jì)至在出口側(cè)上連接的管線(xiàn)。
驅(qū)動(dòng)器對(duì)流管施加力。該力使流管振蕩。當(dāng)沒(méi)有物質(zhì)流過(guò)流量計(jì)時(shí)，沿流管的所有點(diǎn)以相同的相位振蕩。當(dāng)物質(zhì)開(kāi)始流過(guò)流管時(shí)，科里奧利加速度引起沿流管的各個(gè)點(diǎn)相對(duì)于沿該流管的其他點(diǎn)具有不同的相位。在流管的入口側(cè)的相位滯后于驅(qū)動(dòng)器，而在出口側(cè)的相位超前于驅(qū)動(dòng)器。將傳感器放置在流管上的不同點(diǎn)處以產(chǎn)生正弦信號(hào)，所述正弦信號(hào)表示在不同點(diǎn)處流管的運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)傳感器信號(hào)之間的相位差與流過(guò)所述一個(gè)流管或多個(gè)流管的物質(zhì)的質(zhì)量流速成比例。在一種現(xiàn)有技術(shù)的方法中，使用離散傅里葉變換(DFT)或快速傅里葉變換(FFT)來(lái)確定傳感器信號(hào)之間的相位差。使用流管組件的相位差和振動(dòng)頻率響應(yīng)來(lái)獲得質(zhì)量流速。
在一種現(xiàn)有技術(shù)的方法中，使用獨(dú)立的基準(zhǔn)信號(hào)來(lái)確定拾取(pickoff)信號(hào)頻率，例如通過(guò)使用發(fā)送給振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的頻率。在另一種現(xiàn)有技術(shù)的方法中，由拾取傳感器所生成的振動(dòng)響應(yīng)頻率可以通過(guò)使該頻率在陷波濾波器中居中而被確定，其中現(xiàn)有技術(shù)的流量計(jì)試圖使陷波濾波器的陷波保持在拾取傳感器頻率處。這種現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)在靜止?fàn)顟B(tài)下工作相當(dāng)良好，其中流量計(jì)中的流動(dòng)物質(zhì)是均勻的，并且其中所得到的拾取信號(hào)頻率相對(duì)較穩(wěn)定。然而，當(dāng)流動(dòng)物質(zhì)不均勻時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)的相位測(cè)量就會(huì)受到影響，例如在流動(dòng)物質(zhì)包括含有夾帶的液體的氣體流物質(zhì)的兩相流中。在這種情況下，現(xiàn)有技術(shù)確定的頻率會(huì)快速波動(dòng)。在快速和大的頻率轉(zhuǎn)變的條件期間，拾取信號(hào)有可能移動(dòng)到濾波器帶寬的外部，從而生成不正確的相位和頻率測(cè)量。這在空-滿(mǎn)-空定量中也是一個(gè)問(wèn)題，其中在交替的空和滿(mǎn)狀態(tài)中重復(fù)操作流量計(jì)。而且，如果傳感器的頻率快速移動(dòng)，則解調(diào)過(guò)程將不能跟上實(shí)際或測(cè)量的頻率，從而引起以不正確的頻率解調(diào)。應(yīng)當(dāng)理解，如果所確定的頻率是不正確的或不準(zhǔn)確的，則隨后導(dǎo)出的密度、體積流速等的值也將是不正確的和不準(zhǔn)確的。此外，在隨后的流動(dòng)特性確定中可能結(jié)合該誤差。
在現(xiàn)有技術(shù)中，為了實(shí)施陷波濾波器，可以對(duì)拾取信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化和數(shù)字化操作。陷波濾波器僅僅接受窄帶頻率。因此，當(dāng)目標(biāo)頻率改變時(shí)，陷波濾波器可能不能跟蹤目標(biāo)信號(hào)一段時(shí)間。典型地，數(shù)字陷波濾波器實(shí)現(xiàn)方式采用1-2秒來(lái)跟蹤波動(dòng)的目標(biāo)信號(hào)。由于現(xiàn)有技術(shù)為了確定頻率所需的時(shí)間，因此結(jié)果不但是頻率和相位確定包含誤差，而且是誤差測(cè)量包含這樣一個(gè)時(shí)間間隔，所述時(shí)間間隔超過(guò)誤差和/或兩相流動(dòng)實(shí)際發(fā)生期間的時(shí)間間隔。
結(jié)果是，在流量計(jì)中流動(dòng)物質(zhì)的兩相流動(dòng)期間，現(xiàn)有技術(shù)的流量計(jì)不能準(zhǔn)確、快速或令人滿(mǎn)意地跟蹤或確定拾取傳感器頻率。因此，對(duì)相位的確定同樣是緩慢且易出錯(cuò)的，因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)使用所確定的拾取頻率來(lái)導(dǎo)出相位差。因此，在相位確定中結(jié)合了在頻率確定中的任何誤差。結(jié)果是在頻率確定和相位確定中增加了誤差，從而在確定質(zhì)量流速時(shí)導(dǎo)致誤差增加。另外，因?yàn)槭褂盟_定的頻率值來(lái)確定密度值(密度近似等于頻率的平方分之一)，所以頻率確定中的誤差被重復(fù)或結(jié)合在密度確定中。這對(duì)于體積流速的確定也適用，其中體積流速等于質(zhì)量流速除以密度。
如上所述的振動(dòng)流管設(shè)備的一個(gè)應(yīng)用是測(cè)量氣體流物質(zhì)的質(zhì)量流速。一個(gè)典型的應(yīng)用是測(cè)量來(lái)自井的氣體產(chǎn)量，例如天然氣。然而，來(lái)自井的氣體通常不以純凈狀態(tài)存在，而是包含不同數(shù)量的雜質(zhì)，例如水。因此，氣體流物質(zhì)可能包含氣體和液體或液體顆粒的混合物。這種兩相流使得產(chǎn)量測(cè)量變得困難。另外，在天然氣生產(chǎn)中，氣體可以通過(guò)分離器，該分離器使用乙二醇(或其他干燥液體)來(lái)從氣體流物質(zhì)中除去水。然而，這種干燥過(guò)程可能導(dǎo)致一些干燥液體變得被夾帶在氣體流物質(zhì)中。這被稱(chēng)為液體流份額，其中氣體流物質(zhì)包含一些液體或液體顆粒。對(duì)包含液體流份額的氣體流物質(zhì)的測(cè)量是有問(wèn)題的。
一種對(duì)包含液體流份額的氣體流進(jìn)行測(cè)量的現(xiàn)有技術(shù)的方法是測(cè)量平均密度?，F(xiàn)有技術(shù)可以確定密度何時(shí)已經(jīng)脫離基本上純凈的氣體流，并且在氣體流中夾帶可檢測(cè)到的數(shù)量的液體時(shí)忽略密度信息?？蛇x擇地，現(xiàn)有技術(shù)可以使平均流量密度與已知值相關(guān)，以便獲得平均氣體流份額的數(shù)量。
然而，這種現(xiàn)有技術(shù)的方法具有缺陷。平均氣體質(zhì)量流速在很多設(shè)置中不是高度準(zhǔn)確的，例如其中液體流份額的數(shù)量正在波動(dòng)。


發(fā)明內(nèi)容
通過(guò)提供用于確定流過(guò)流量計(jì)的氣體流物質(zhì)中的液體流份額的儀表電子設(shè)備和方法，解決了上面和其他問(wèn)題，并且實(shí)現(xiàn)了在現(xiàn)有技術(shù)中的進(jìn)步。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供用于確定流過(guò)流量計(jì)的氣體流物質(zhì)中的液體流份額的儀表電子設(shè)備。該儀表電子設(shè)備包括從該流量計(jì)接收第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)的接口以及與該接口通信的處理系統(tǒng)。該處理系統(tǒng)被配置成從接口接收第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)，使用該第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)來(lái)確定氣體流物質(zhì)的基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度，將基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度與預(yù)定氣體密度和預(yù)定液體密度中的至少一個(gè)進(jìn)行比較，并且根據(jù)該比較來(lái)確定液體流份額，所述預(yù)定氣體密度表示氣體流物質(zhì)的氣體流份額，所述預(yù)定液體密度表示液體流份額。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供用于確定流過(guò)流量計(jì)的氣體流物質(zhì)中的液體流份額的儀表電子設(shè)備。該儀表電子設(shè)備包括從該流量計(jì)接收第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)的接口以及與該接口通信的處理系統(tǒng)。該處理系統(tǒng)被配置成從接口接收第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)，從第一傳感器信號(hào)生成90度相移，使用該90度相移和第一傳感器信號(hào)來(lái)計(jì)算頻率響應(yīng)，使用該頻率響應(yīng)來(lái)確定氣體流物質(zhì)的流動(dòng)流密度，并且根據(jù)該流動(dòng)流密度來(lái)確定液體流份額。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于確定流過(guò)流量計(jì)的氣體流物質(zhì)中的液體流份額的方法。該方法包括從流量計(jì)接收第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)，使用該第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)來(lái)確定氣體流物質(zhì)的基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度，將基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度與預(yù)定氣體密度和預(yù)定液體密度中的至少一個(gè)進(jìn)行比較，并且根據(jù)該比較來(lái)確定液體流份額，所述預(yù)定氣體密度表示氣體流物質(zhì)的氣體流份額，所述預(yù)定液體密度表示液體流份額。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于確定流過(guò)流量計(jì)的氣體流物質(zhì)中的液體流份額的方法。該方法包括從流量計(jì)接收第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)，從第一傳感器信號(hào)生成90度相移，使用該90度相移和第一傳感器信號(hào)來(lái)計(jì)算頻率響應(yīng)，使用該頻率響應(yīng)來(lái)確定氣體流物質(zhì)的流動(dòng)流密度，以及根據(jù)流動(dòng)流密度來(lái)確定液體流份額。
發(fā)明的多個(gè)方面 在儀表電子設(shè)備的一個(gè)方面中，所述處理系統(tǒng)進(jìn)一步被配置成確定氣體流份額。
在儀表電子設(shè)備的另一個(gè)方面中，所述處理系統(tǒng)進(jìn)一步被配置成從第一傳感器信號(hào)生成90度相移，使用該90度相移和第一傳感器信號(hào)來(lái)計(jì)算頻率響應(yīng)，以及使用該頻率響應(yīng)來(lái)確定基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度。
在儀表電子設(shè)備的又一個(gè)方面中，所述處理系統(tǒng)進(jìn)一步被配置成通過(guò)對(duì)該頻率響應(yīng)進(jìn)行平方以生成平方的頻率響應(yīng)，并對(duì)平方的頻率響應(yīng)求倒數(shù)以生成流動(dòng)流密度，從而確定流動(dòng)流密度。
在儀表電子設(shè)備的又一個(gè)方面中，所述處理系統(tǒng)進(jìn)一步被配置成從第一傳感器信號(hào)生成90度相移，使用該90度相移和第一傳感器信號(hào)來(lái)計(jì)算頻率響應(yīng)，對(duì)該頻率響應(yīng)進(jìn)行平方以生成平方的頻率響應(yīng)，并對(duì)平方的頻率響應(yīng)求倒數(shù)以生成氣體流物質(zhì)的基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度。
在儀表電子設(shè)備的又一個(gè)方面中，所述處理系統(tǒng)進(jìn)一步被配置成將液體流份額與預(yù)定液體份額閾值進(jìn)行比較，并且如果液體流份額超過(guò)預(yù)定液體份額閾值，就設(shè)置報(bào)警條件。
在儀表電子設(shè)備的又一個(gè)方面中，所述處理系統(tǒng)進(jìn)一步被配置成根據(jù)該第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)來(lái)確定氣體流物質(zhì)的流動(dòng)流密度，將該流動(dòng)流密度與預(yù)定氣體密度和預(yù)定液體密度中的至少一個(gè)進(jìn)行比較，并且根據(jù)該比較來(lái)確定液體流份額，所述預(yù)定氣體密度表示氣體流物質(zhì)的氣體流份額，所述預(yù)定液體密度表示液體流份額。
在儀表電子設(shè)備的又一個(gè)方面中，所述比較進(jìn)一步包括將基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度與驅(qū)動(dòng)增益以及與預(yù)定氣體密度和預(yù)定液體密度中的至少一個(gè)進(jìn)行比較，所述預(yù)定氣體密度表示氣體流物質(zhì)的氣體流份額，所述預(yù)定液體密度表示液體流份額。
在儀表電子設(shè)備的又一個(gè)方面中，所述確定液體流份額進(jìn)一步包括根據(jù)流動(dòng)流密度和驅(qū)動(dòng)增益來(lái)確定液體流份額 在儀表電子設(shè)備的又一個(gè)方面中，所述流量計(jì)包括科里奧利流量計(jì)。
在儀表電子設(shè)備的又一個(gè)方面中，所述流量計(jì)包括振動(dòng)密度計(jì)。
在所述方法的一個(gè)方面中，所述方法進(jìn)一步包括確定氣體流份額。
在所述方法的另一個(gè)方面中，所述方法進(jìn)一步包括從第一傳感器信號(hào)生成90度相移，使用該90度相移和第一傳感器信號(hào)來(lái)計(jì)算頻率響應(yīng)，以及根據(jù)該頻率響應(yīng)來(lái)確定基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度。
在所述方法的又一個(gè)方面中，所述方法進(jìn)一步包括對(duì)該頻率響應(yīng)進(jìn)行平方以生成平方的頻率響應(yīng)，以及對(duì)平方的頻率響應(yīng)求倒數(shù)以生成基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度。
在所述方法的又一個(gè)方面中，所述方法進(jìn)一步包括將液體流份額與預(yù)定液體份額閾值進(jìn)行比較，并且如果液體流份額超過(guò)預(yù)定液體份額閾值，就設(shè)置報(bào)警條件。
在所述方法的又一個(gè)方面中，確定液體流份額進(jìn)一步包括將流動(dòng)流密度與預(yù)定氣體密度和預(yù)定液體密度中的至少一個(gè)進(jìn)行比較，并且根據(jù)該比較來(lái)確定液體流份額，其中所述預(yù)定氣體密度表示氣體流物質(zhì)的氣體流份額，所述預(yù)定液體密度表示液體流份額。
在所述方法的又一個(gè)方面中，確定液體流份額進(jìn)一步包括根據(jù)流動(dòng)流密度和驅(qū)動(dòng)增益來(lái)確定液體流份額。
在所述方法的又一個(gè)方面中，所述比較進(jìn)一步包括將基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度與驅(qū)動(dòng)增益以及與預(yù)定氣體密度和預(yù)定液體密度中的至少一個(gè)進(jìn)行比較，所述預(yù)定氣體密度表示氣體流物質(zhì)的氣體流份額，所述預(yù)定液體密度表示液體流份額。



在所有的附圖上，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
圖1說(shuō)明在本發(fā)明的一個(gè)例子中的科里奧利流量計(jì)； 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的儀表電子設(shè)備。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的對(duì)流量計(jì)中的傳感器信號(hào)進(jìn)行處理的方法的流程圖。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的儀表電子設(shè)備。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的對(duì)流量計(jì)中的第一和第二傳感器信號(hào)進(jìn)行處理的方法的流程圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的處理系統(tǒng)的一部分的框圖。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的希爾伯特變換框的細(xì)節(jié)。
圖8和圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的分析框中的兩個(gè)獨(dú)立分支的框圖。
圖10是在正常條件下流量計(jì)的拾取傳感器信號(hào)的功率譜密度曲線(xiàn)。
圖11示出根據(jù)單相移實(shí)施例的希爾伯特變換框。
圖12示出用于單相移實(shí)施例的分析框。
圖13示出與現(xiàn)有技術(shù)相比的本發(fā)明的傳感器處理，其中每個(gè)的時(shí)差(Δt)值被比較。
圖14示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的儀表電子設(shè)備。
圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于確定流過(guò)流量計(jì)的氣體流物質(zhì)中的液體流份額的方法的流程圖。
圖16是天然氣密度與乙二醇百分比(即液體流份額)的關(guān)系的圖表。
圖17是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于確定流過(guò)流量計(jì)的氣體流物質(zhì)中的液體流份額的方法的流程圖。

具體實(shí)施例方式 圖1-圖17和下面的說(shuō)明描述了特定的例子，以教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何制造和使用本發(fā)明的最佳方式。出于教導(dǎo)發(fā)明原理的目的，一些常規(guī)方面已被簡(jiǎn)化或省略。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到根據(jù)這些例子的落在本發(fā)明的范圍內(nèi)的各種變化。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，以下描述的特征可以以各種方式被組合以形成本發(fā)明的多個(gè)變化。因此，本發(fā)明不限于以下描述的特定例子，而是僅由權(quán)利要求書(shū)及其等同物來(lái)限定。
圖1示出科里奧利流量計(jì)5，該科里奧利流量計(jì)5包括儀表組件10和儀表電子設(shè)備20。儀表組件10對(duì)處理物質(zhì)的質(zhì)量流速和密度進(jìn)行響應(yīng)。儀表電子設(shè)備20經(jīng)由導(dǎo)線(xiàn)100被連接至儀表組件10，以便在通路26上提供密度、質(zhì)量流速和溫度信息、以及與本發(fā)明不相關(guān)的其他信息。對(duì)科里奧利流量計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述，盡管對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可以被實(shí)踐作為振動(dòng)管密度計(jì)而不具有由科里奧利質(zhì)量流量計(jì)所提供的附加測(cè)量能力。
儀表組件10包括一對(duì)歧管150和150′、帶有法蘭頸110和110′的法蘭103和103′、一對(duì)平行流管130和130′、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)180、溫度傳感器190和一對(duì)速度傳感器170L和170R。流管130和130′具有兩個(gè)基本上直的入口腿131、131′和出口腿134、134′，它們朝著彼此會(huì)聚在流管安裝塊120和120′處。流管130和130′沿其長(zhǎng)度在兩個(gè)對(duì)稱(chēng)位置處彎曲，并且在其整個(gè)長(zhǎng)度上基本上平行。撐桿140、140′用來(lái)限定軸W、W′，各個(gè)流管?chē)@所述軸W、W′振蕩。
流管130和130′的側(cè)腿131、131′和134、134′被牢固地連接到流管安裝塊120和120′，并且這些塊又被牢固地連接到歧管150和150′。這提供了穿過(guò)科里奧利儀表組件10的連續(xù)閉合物質(zhì)通路。
當(dāng)具有孔102、102′的法蘭103、103′經(jīng)由入口端104和出口端104′被連接到處理管線(xiàn)(未示出)中時(shí)，其中所述處理管線(xiàn)運(yùn)送正在被測(cè)量的處理物質(zhì)，則穿過(guò)法蘭103中的管口101，儀表的物質(zhì)進(jìn)入端104通過(guò)歧管150連通至具有表面121的流管安裝塊120。在歧管150內(nèi)，物質(zhì)通過(guò)流管130和130′被分配和傳送。一旦離開(kāi)流管130和130′，處理物質(zhì)就在歧管150′內(nèi)被重新組合成單流，并且此后被傳送至出口端104′，所述出口端104′通過(guò)具有螺栓孔102′的法蘭103′被連接至處理管線(xiàn)(未示出)。
對(duì)流管130和130′進(jìn)行選擇，并將其適當(dāng)?shù)匕惭b至流管安裝塊120、120′，以便具有分別圍繞彎曲軸W-W和W′-W′的基本上相同的質(zhì)量分布、慣性矩和楊氏模量。這些彎曲軸穿過(guò)撐桿140和140′。因?yàn)榱鞴艿臈钍夏Ａ侩S溫度改變，并且這一改變影響了對(duì)流量和密度的計(jì)算，所以電阻溫度檢測(cè)器(RTD)190被安裝至流管130′，以便連續(xù)測(cè)量流管的溫度。流管的溫度以及因此由于經(jīng)過(guò)其的給定電流而在RTD上出現(xiàn)的電壓被經(jīng)過(guò)流管的物質(zhì)的溫度所控制。以眾所周知的方法通過(guò)儀表電子設(shè)備20來(lái)使用依賴(lài)于溫度的RTD上出現(xiàn)的電壓，以便補(bǔ)償由于流管溫度的任何改變而導(dǎo)致的流管130和130′的彈性模量的變化。RTD通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)195被連接至儀表電子設(shè)備20。
流管130和130′都由驅(qū)動(dòng)器180在圍繞它們各自彎曲軸W和W′的相反方向上、并且以所謂的流量計(jì)的第一異相彎曲模式來(lái)驅(qū)動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)180可包括許多眾所周知結(jié)構(gòu)中的任何一種，例如安裝至流管130′的磁體和安裝至流管130的相對(duì)線(xiàn)圈，并且通過(guò)其使交變電流通過(guò)以用于振動(dòng)這兩個(gè)流管。合適的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由儀表電子設(shè)備20經(jīng)由導(dǎo)線(xiàn)185被施加給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)180。
儀表電子設(shè)備20接收導(dǎo)線(xiàn)195上的RTD溫度信號(hào)以及分別出現(xiàn)在導(dǎo)線(xiàn)165L和165R上的左速度信號(hào)和右速度信號(hào)。儀表電子設(shè)備20對(duì)驅(qū)動(dòng)元件180和振動(dòng)管130、130′產(chǎn)生出現(xiàn)在導(dǎo)線(xiàn)185上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。儀表電子設(shè)備20處理左速度信號(hào)和右速度信號(hào)以及RTD信號(hào)，以便計(jì)算經(jīng)過(guò)儀表組件10的物質(zhì)的質(zhì)量流速和密度。這個(gè)信息連同其他信息一起由儀表電子設(shè)備20經(jīng)由通路26施加給利用裝置29。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的儀表電子設(shè)備20。儀表電子設(shè)備20可包括接口201和處理系統(tǒng)203。儀表電子設(shè)備20從儀表組件10接收第一和第二傳感器信號(hào)，例如拾取/速度傳感器信號(hào)。該儀表電子設(shè)備20可以作為質(zhì)量流量計(jì)操作或可以作為密度計(jì)操作，其中包括作為科里奧利流量計(jì)操作。該儀表電子設(shè)備20處理第一和第二傳感器信號(hào)，以便獲得流過(guò)儀表組件10的流動(dòng)物質(zhì)的流動(dòng)特性。例如，儀表電子設(shè)備20可以根據(jù)傳感器信號(hào)例如確定相位差、頻率、時(shí)差(Δt)、密度、質(zhì)量流速和體積流速中的一個(gè)或多個(gè)。另外，根據(jù)本發(fā)明可以確定其他流動(dòng)特性。以下討論所述確定。
相位差確定和頻率確定比現(xiàn)有技術(shù)中這樣的確定快得多，并且更精確和更可靠。在一個(gè)實(shí)施例中，相位差確定和頻率確定從僅僅一個(gè)傳感器信號(hào)的相移中被直接導(dǎo)出，而無(wú)需任何頻率基準(zhǔn)信號(hào)。這有利地減少了為了計(jì)算流動(dòng)特性而所需的處理時(shí)間。在另一個(gè)實(shí)施例中，相位差從兩個(gè)傳感器信號(hào)的相移中被導(dǎo)出，而頻率從僅僅一個(gè)相移信號(hào)中被導(dǎo)出。這增加了兩個(gè)流動(dòng)特性的精確度，并且與現(xiàn)有技術(shù)相比，二者可以被更快地確定。
現(xiàn)有技術(shù)的頻率確定方法典型地采用1-2秒來(lái)執(zhí)行。相比之下，根據(jù)本發(fā)明的頻率確定可以在小至50毫秒(ms)中被執(zhí)行。根據(jù)處理系統(tǒng)的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)、振動(dòng)響應(yīng)的采樣率、濾波器尺寸、抽取速率等，可以設(shè)想甚至更快的頻率確定。以50ms的頻率確定速率，根據(jù)本發(fā)明的儀表電子設(shè)備20可以比現(xiàn)有技術(shù)快大約40倍。
接口201從速度傳感器170L和170R之一經(jīng)由圖1中的導(dǎo)線(xiàn)100接收傳感器信號(hào)。接口201可以執(zhí)行任何必須或期望的信號(hào)調(diào)節(jié)，例如格式化、放大、緩沖等的任何方式?？蛇x擇地，一些或全部信號(hào)調(diào)節(jié)可以在處理系統(tǒng)203中被執(zhí)行。
另外，接口201能夠?qū)崿F(xiàn)在儀表電子設(shè)備20和外部設(shè)備之間的通信。接口201能夠?qū)崿F(xiàn)電子、光學(xué)或無(wú)線(xiàn)通信中的任何方式。
在一個(gè)實(shí)施例中，接口201與數(shù)字轉(zhuǎn)換器202耦合，其中傳感器信號(hào)包括模擬傳感器信號(hào)。該數(shù)字轉(zhuǎn)換器202對(duì)模擬傳感器信號(hào)進(jìn)行采樣和數(shù)字化，并且生成數(shù)字傳感器信號(hào)。數(shù)字轉(zhuǎn)換器202還可以執(zhí)行任何所需的抽取，其中數(shù)字傳感器信號(hào)被抽取以便減少所需的信號(hào)處理量和減少處理時(shí)間。以下將更詳細(xì)地討論所述抽取。
處理系統(tǒng)203指導(dǎo)儀表電子設(shè)備20的操作，并且處理來(lái)自流量計(jì)組件10的流量測(cè)量。處理系統(tǒng)203執(zhí)行一種或多種處理程序，從而處理流量測(cè)量，以便生成一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)特性。
處理系統(tǒng)203可以包括通用計(jì)算機(jī)、微處理系統(tǒng)、邏輯電路或某一其他通用或定制處理設(shè)備。處理系統(tǒng)203可以被分布在多個(gè)處理設(shè)備中。處理系統(tǒng)203可以包括任何方式的集成或獨(dú)立的電子存儲(chǔ)介質(zhì)，例如存儲(chǔ)系統(tǒng)204。
處理系統(tǒng)203處理傳感器信號(hào)210，以便根據(jù)傳感器信號(hào)210確定一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)特性。所述一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)特性可以包括例如用于流動(dòng)物質(zhì)的相位差、頻率、時(shí)差(Δt)、質(zhì)量流速和/或密度。
在所示的實(shí)施例中，處理系統(tǒng)203根據(jù)兩個(gè)傳感器信號(hào)210、211和單個(gè)傳感器信號(hào)相移213確定流動(dòng)特性。根據(jù)兩個(gè)傳感器信號(hào)210、211和單個(gè)相移213，處理系統(tǒng)203可以至少確定相位差和頻率。結(jié)果，第一或第二相移傳感器信號(hào)(例如上游或下游拾取信號(hào)之一)可以由根據(jù)本發(fā)明的處理系統(tǒng)203來(lái)處理，以便確定用于流動(dòng)物質(zhì)的相位差、頻率、時(shí)差(Δt)和/或質(zhì)量流速。
存儲(chǔ)系統(tǒng)204可以存儲(chǔ)流量計(jì)參數(shù)和數(shù)據(jù)、軟件程序、常量值和變量值。在一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)系統(tǒng)204包括由處理系統(tǒng)203所執(zhí)行的程序。在一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)系統(tǒng)204存儲(chǔ)相移程序212、相位差程序215、頻率程序216、時(shí)差(Δt)程序217和流動(dòng)特性程序218。
在一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)系統(tǒng)204存儲(chǔ)被用來(lái)操作諸如科里奧利流量計(jì)5之類(lèi)的流量計(jì)的變量。在一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)系統(tǒng)204存儲(chǔ)諸如第一傳感器信號(hào)210和第二傳感器信號(hào)211之類(lèi)的變量，它們從速度/拾取傳感器170L和170R中被接收。另外，存儲(chǔ)系統(tǒng)204可以存儲(chǔ)生成的90度相移213，以便確定流動(dòng)特性。
在一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)系統(tǒng)204存儲(chǔ)從流量測(cè)量中獲得的一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)特性。在一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)系統(tǒng)204存儲(chǔ)流動(dòng)特性，例如相位差220、頻率221、時(shí)差(Δt)222、質(zhì)量流速223、密度224和體積流速225，所有的都根據(jù)傳感器信號(hào)210來(lái)確定。
相移程序212對(duì)輸入信號(hào)即對(duì)傳感器信號(hào)210執(zhí)行90度相移。在一個(gè)實(shí)施例中，相移程序212實(shí)施希耳伯特變換(在下面討論)。
相位差程序215使用單個(gè)90度相移213確定相位差。為了計(jì)算相位差，還可以使用附加信息。在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)第一傳感器信號(hào)210、第二傳感器信號(hào)211和90度相移213來(lái)計(jì)算相位差。所確定的相位差可以被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)系統(tǒng)204的相位差220中。相比于現(xiàn)有技術(shù)，在根據(jù)90度相移213確定時(shí)可以更快地計(jì)算和獲得相位差。在具有高流速或發(fā)生多相流動(dòng)的流量計(jì)應(yīng)用中，這可提供臨界差。另外，可以獨(dú)立于任何一個(gè)傳感器信號(hào)210或211的頻率來(lái)確定該相位差。而且，因?yàn)楠?dú)立于頻率來(lái)確定相位差，所以相位差中的誤差分量沒(méi)有包含頻率確定中的誤差分量，即在相位差測(cè)量中沒(méi)有結(jié)合誤差。因此，相位差誤差相比于現(xiàn)有技術(shù)的相位差被減小。
頻率程序216根據(jù)90度相移213來(lái)確定頻率(例如由第一傳感器信號(hào)210或第二傳感器信號(hào)211所展現(xiàn)的)。所確定的頻率可以被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)系統(tǒng)204的頻率221中。相比于現(xiàn)有技術(shù)，在根據(jù)單個(gè)90度相移213確定時(shí)可以更快地計(jì)算和獲得該頻率。在具有高流速或發(fā)生多相流動(dòng)的流量計(jì)應(yīng)用中，這可提供臨界差。
時(shí)差(Δt)程序217確定第一傳感器信號(hào)210與第二傳感器信號(hào)211之間的時(shí)差(Δt)?？蓪⒃摃r(shí)差(Δt)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)系統(tǒng)204的時(shí)差(Δt)222中。該時(shí)差(Δt)基本上包括所確定的相位除以所確定的頻率，并且因此被用來(lái)確定質(zhì)量流速。
流動(dòng)特性程序218可以確定一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)特性。流動(dòng)特性程序218可以使用所確定的相位差220和所確定的頻率221，例如為了完成這些附加流動(dòng)特性。應(yīng)當(dāng)理解，可能需要附加信息來(lái)用于這些確定，例如質(zhì)量流速或密度。流動(dòng)特性程序218可以根據(jù)時(shí)差(Δt)222并且因此根據(jù)相位差220和頻率221來(lái)確定質(zhì)量流速。用于確定質(zhì)量流速的公式在Titlow等人的美國(guó)專(zhuān)利No.5,027,662中被給出，并且被結(jié)合于此以作參考。質(zhì)量流速與儀表組件10中流動(dòng)物質(zhì)的質(zhì)量流相關(guān)。同樣，流動(dòng)特性程序218還可以確定密度224和/或體積流速225。所確定的質(zhì)量流速、密度和體積流速可以分別被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)系統(tǒng)204的質(zhì)量流速223、密度224和體積225中。另外，通過(guò)儀表電子設(shè)備20可以將流動(dòng)特性傳送至外部設(shè)備。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的對(duì)流量計(jì)中的傳感器信號(hào)進(jìn)行處理的方法的流程圖300。在步驟301中，接收第一和第二傳感器信號(hào)。第一傳感器信號(hào)可以包括上游或下游拾取傳感器信號(hào)。
在步驟302中，可以調(diào)節(jié)傳感器信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，該調(diào)節(jié)可以包括除去噪聲和不需要的信號(hào)的濾波。在一個(gè)實(shí)施例中，該濾波可以包括以流量計(jì)的預(yù)期基頻為中心的帶通濾波。另外，可以執(zhí)行其他調(diào)節(jié)操作，例如放大、緩沖等。如果傳感器信號(hào)包括模擬信號(hào)，則該步驟可進(jìn)一步包括為了生成數(shù)字傳感器信號(hào)而執(zhí)行的采樣、數(shù)字化和抽取中的任何方式。
在步驟303中，生成單個(gè)90度相移。該90度相移包括該傳感器信號(hào)的90度相移?？梢酝ㄟ^(guò)相移機(jī)構(gòu)或操作的任何方式來(lái)執(zhí)行該90度相移。在一個(gè)實(shí)施例中，使用希爾伯特變換、對(duì)數(shù)字傳感器信號(hào)進(jìn)行操作來(lái)執(zhí)行該90度相移。
在步驟304中，使用該單個(gè)90度相移對(duì)相位差進(jìn)行計(jì)算。為了對(duì)相位差進(jìn)行計(jì)算，也可以使用附加信息。在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)第一傳感器信號(hào)、第二傳感器信號(hào)和單個(gè)90度相移來(lái)確定相位差。相位差包括響應(yīng)信號(hào)即拾取傳感器中的相位差，這是由于該振動(dòng)儀表組件10中的科里奧利效應(yīng)而看到的。
在計(jì)算中不需要任何頻率值的情況下確定所得到的相位差。相比于使用頻率計(jì)算的相位差，可以更快地獲得所得到的相位差。該所得到的相位差比使用頻率計(jì)算的相位差具有更高的精確度。
在步驟305中，計(jì)算頻率。根據(jù)90度相移有利地計(jì)算根據(jù)本發(fā)明的頻率。在一個(gè)實(shí)施例中，該頻率使用了90度相移以及從其導(dǎo)出該90度相移的對(duì)應(yīng)的傳感器信號(hào)。該頻率是第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)之一的振動(dòng)響應(yīng)頻率(兩個(gè)傳感器信號(hào)的頻率在操作中基本上相同)。該頻率包括所述一個(gè)流管或多個(gè)流管對(duì)由驅(qū)動(dòng)器180所生成的振動(dòng)的振動(dòng)頻率響應(yīng)。
因此，在不需要任何獨(dú)立的頻率基準(zhǔn)信號(hào)的情況下獲得所導(dǎo)出的頻率。在操作中根據(jù)單個(gè)90度相移獲得頻率，這比現(xiàn)有技術(shù)中的快得多。所得到的頻率比在現(xiàn)有技術(shù)中所計(jì)算的頻率具有更高的精確度。
在步驟306中，計(jì)算流動(dòng)物質(zhì)的質(zhì)量流速。根據(jù)在步驟304和305中進(jìn)行計(jì)算所得到的相位差和所得到的頻率來(lái)計(jì)算質(zhì)量流速。另外，質(zhì)量流速計(jì)算可以根據(jù)相位差和頻率來(lái)計(jì)算時(shí)差(Δt)，該時(shí)差(Δt)最終被用來(lái)計(jì)算質(zhì)量流速。
在步驟307中，可以可選地確定密度。該密度可以作為流動(dòng)特性之一被確定，并且例如可以根據(jù)頻率來(lái)確定。
在步驟308中，可以可選地確定體積流速。該體積流速可以作為流動(dòng)特性之一被確定，并且例如可以根據(jù)質(zhì)量流速和密度來(lái)確定。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的儀表電子設(shè)備20。與圖2一樣的元件共用相同的附圖標(biāo)記。
本實(shí)施例中的儀表電子設(shè)備20包括第一傳感器信號(hào)210和第二傳感器信號(hào)211。處理系統(tǒng)203處理第一(數(shù)字)傳感器信號(hào)210和第二(數(shù)字)傳感器信號(hào)211，以便根據(jù)所述信號(hào)來(lái)確定一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)特性。如前所述，一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)特性可以包括用于流動(dòng)物質(zhì)的相位差、頻率、時(shí)差(Δt)、質(zhì)量流速、密度和/或體積流速。
在所示的實(shí)施例中，處理系統(tǒng)203僅僅根據(jù)這兩個(gè)傳感器信號(hào)210和211來(lái)確定流動(dòng)特性，而不需要任何外部頻率測(cè)量和外部頻率基準(zhǔn)信號(hào)。處理系統(tǒng)203可以根據(jù)這兩個(gè)傳感器信號(hào)210和211至少確定相位差和頻率。
如前所述，存儲(chǔ)系統(tǒng)204存儲(chǔ)相移程序212、相位差程序215、頻率程序216、時(shí)差(Δt)程序217和流動(dòng)特性程序218。存儲(chǔ)系統(tǒng)204存儲(chǔ)第一傳感器信號(hào)210和第二傳感器信號(hào)211。存儲(chǔ)系統(tǒng)204還存儲(chǔ)從傳感器信號(hào)生成的第一90度相移213和第二90度相移，以便確定流動(dòng)特性。如前所述，存儲(chǔ)系統(tǒng)204存儲(chǔ)相位差220、頻率221、時(shí)差(Δt)222、質(zhì)量流速223、密度224和體積流速225。
相移程序212對(duì)輸入信號(hào)執(zhí)行90度相移，其中包括針對(duì)第一傳感器信號(hào)210和第二傳感器信號(hào)211。在一個(gè)實(shí)施例中，相移程序212實(shí)施希爾伯特變換(在下面論述)。
相位差程序215使用第一90度相移213和第二90度相移214來(lái)確定相位差。為了計(jì)算相位差，也可以使用附加信息。在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)第一傳感器信號(hào)210、第二傳感器信號(hào)211、第一90度相移212和第二90度相移213來(lái)計(jì)算相位差。所確定的相位差可以被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)系統(tǒng)204的相位差220中，如前所述。相位差在使用第一和第二90度相移被確定時(shí)可以比現(xiàn)有技術(shù)中更快地被計(jì)算和獲得。這可在具有高流速或多相流動(dòng)發(fā)生處的流量計(jì)應(yīng)用中提供臨界差。另外，可以獨(dú)立于傳感器信號(hào)210和211的頻率來(lái)確定相位差。而且，因?yàn)楠?dú)立于頻率來(lái)確定相位差，所以相位差中的誤差分量不受頻率確定中的誤差分量的影響，即在相位差測(cè)量中沒(méi)有結(jié)合誤差。因此，相位差誤差相比于現(xiàn)有技術(shù)的相位差被減小。
頻率程序216根據(jù)第一90度相移213和第二90度相移214確定頻率(例如由第一傳感器信號(hào)210或第二傳感器信號(hào)211所展現(xiàn)的)。所確定的頻率可以被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)系統(tǒng)204的頻率221中，如前所述。該頻率在根據(jù)第一和第二90相移被確定時(shí)可以比現(xiàn)有技術(shù)中的更快地被計(jì)算和獲得。這可在具有高流速或多相流動(dòng)發(fā)生的流量計(jì)應(yīng)用中提供臨界差。
時(shí)差(Δt)程序217確定第一傳感器信號(hào)210與第二傳感器信號(hào)211之間的時(shí)差(Δt)。該時(shí)差(Δt)可以被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)系統(tǒng)204的時(shí)差(Δt)222中，如前所述。該時(shí)差(Δt)基本上包括所確定的相位除以所確定的頻率，并且因此被用來(lái)確定質(zhì)量流速。
流動(dòng)特性程序218可以確定質(zhì)量流速、密度和/或體積流速中的一個(gè)或多個(gè)，如前所述。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的對(duì)流量計(jì)中的第一和第二傳感器信號(hào)進(jìn)行處理的方法的流程圖500。在步驟501中，接收第一傳感器信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一傳感器信號(hào)包括上游或下游拾取傳感器信號(hào)。
在步驟502中，接收第二傳感器信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，第二傳感器信號(hào)包括下游或上游拾取傳感器信號(hào)(即第一傳感器信號(hào)的相對(duì)信號(hào))。
在步驟503中，傳感器信號(hào)可以被調(diào)節(jié)。在一個(gè)實(shí)施例中，該調(diào)節(jié)可以包括除去噪聲和不需要的信號(hào)的濾波。在一個(gè)實(shí)施例中，該濾波可以包括帶通濾波，如前所述。另外，可以執(zhí)行其它調(diào)節(jié)操作，例如放大、緩沖等。如果傳感器信號(hào)包括模擬信號(hào)，則該步驟可以進(jìn)一步包括為了生成數(shù)字傳感器信號(hào)而執(zhí)行的采樣、數(shù)字化和抽取中的任何方式。
在步驟504中，生成第一90度相移。該第一90度相移包括第一傳感器信號(hào)的90度相移。該90度相移可以通過(guò)任何形式的機(jī)構(gòu)或操作來(lái)執(zhí)行。在一個(gè)實(shí)施例中，使用希爾伯特變換、對(duì)數(shù)字傳感器信號(hào)進(jìn)行操作來(lái)執(zhí)行該90度相移。
在步驟505中，生成第二90度相移。該第二90度相移包括第二傳感器信號(hào)的90度相移。與在第一90度相移中一樣，該90度相移可以通過(guò)任何形式的機(jī)構(gòu)或操作來(lái)執(zhí)行。
在步驟506中，使用第一90度相移和第二90度相移來(lái)計(jì)算第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)之間的相位差。為了計(jì)算相位差，還可以使用附加信息。在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)第一傳感器信號(hào)、第二傳感器信號(hào)、第一90度相移和第二90度相移來(lái)確定相位差。該相位差包括響應(yīng)信號(hào)即兩個(gè)拾取傳感器中的相位差，這是由于該振動(dòng)儀表組件10中的科里奧利效應(yīng)而看到的。
在計(jì)算中不需要任何頻率值的情況下確定所得到的相位差。該所得到的相位差相比于使用頻率計(jì)算的相位差可以被更快地被獲得。該所得到的相位差相比于使用頻率計(jì)算的相位差具有更高的精確度。
在步驟507中，計(jì)算頻率。根據(jù)本發(fā)明的頻率有利地根據(jù)第一90度相移和第二90度相移而被計(jì)算。在一個(gè)實(shí)施例中，該頻率使用了90度相移和從其導(dǎo)出該90度相移的對(duì)應(yīng)的傳感器信號(hào)。該頻率是第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)之一的振動(dòng)響應(yīng)頻率(這兩個(gè)傳感器信號(hào)的頻率在操作中基本上相同)。該頻率包括所述一個(gè)流管或多個(gè)流管對(duì)由驅(qū)動(dòng)器180所生成的振動(dòng)的振動(dòng)頻率響應(yīng)。
因此，在不需要任何獨(dú)立的頻率基準(zhǔn)信號(hào)的情況下獲得導(dǎo)出的頻率。在操作中根據(jù)90度相移來(lái)獲得該頻率，這比現(xiàn)有技術(shù)中的快得多。該所得到的頻率比現(xiàn)有技術(shù)中計(jì)算的頻率具有更高的精確度。
在步驟508中，計(jì)算流動(dòng)物質(zhì)的質(zhì)量流速。根據(jù)在步驟506和507中進(jìn)行計(jì)算所得到的相位差和所得到的頻率，計(jì)算該質(zhì)量流速。另外，質(zhì)量流速計(jì)算可以根據(jù)相位差和頻率來(lái)計(jì)算時(shí)差(Δt)，該時(shí)差(Δt)最終被用來(lái)計(jì)算質(zhì)量流速。
在步驟509中，如前所述，可以可選地確定密度。
在步驟510中，如前所述，可以可選地確定體積流速。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的處理系統(tǒng)203的一部分的框圖600。在該圖中，各個(gè)框表示處理電路或處理動(dòng)作/程序?？驁D600包括1級(jí)濾波框601、2級(jí)濾波框602、希爾伯特變換框603和分析框604。LPO和RPO輸入包括左拾取信號(hào)輸入和右拾取信號(hào)輸入。該LPO或RPO可包括第一傳感器信號(hào)。
在一個(gè)實(shí)施例中，1級(jí)濾波框601和2級(jí)濾波框602包括數(shù)字有限沖激響應(yīng)(FIR)多相抽取過(guò)濾器，其被實(shí)施在處理系統(tǒng)203中。這些濾波器提供一種用于濾波和抽取一個(gè)或兩個(gè)傳感器信號(hào)的最佳方法，其中該濾波和抽取以相同時(shí)間順序的時(shí)間和相同的抽取率來(lái)執(zhí)行?？蛇x擇地，l級(jí)濾波框601和2級(jí)濾波框602可以包括無(wú)限沖激響應(yīng)(IIR)濾波器或其它合適的數(shù)字濾波器或?yàn)V波過(guò)程。然而，應(yīng)當(dāng)理解，其它濾波過(guò)程和/或?yàn)V波實(shí)施例可以被設(shè)想，并且在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的希爾伯特變換框603的細(xì)節(jié)。在所示的實(shí)施例中，希爾伯特變換框603包括LPO分支700和RPO分支710。該LPO分支700包括與LPO濾波框702并行的LPO延遲框701。同樣，RPO分支包括與RPO濾波框712并行的RPO延遲框711。LPO延遲框701和RPO延遲框711引入采樣延遲。因此，該LPO延遲框701和RPO延遲框711選擇LPO和RPO數(shù)字信號(hào)采樣，這些LPO和RPO數(shù)字信號(hào)采樣在時(shí)間順序上晚于由LPO濾波框702和RPO濾波框712所濾波的LPO和RPO數(shù)字信號(hào)采樣。LPO濾波框702和RPO濾波框712對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)采樣執(zhí)行90度相移。
希爾伯特變換框603是提供相位測(cè)量的第一步。該希爾伯特變換框603接收經(jīng)過(guò)濾波的、抽取的LPO和RPO信號(hào)，并且執(zhí)行希爾伯特變換。該希爾伯特變換生成LPO和RPO信號(hào)的90度相移版本，即它生成原始的、同相(I)信號(hào)分量的正交(Q)分量。因此，希爾伯特變換框603的輸出提供連同原始的、同相(I)信號(hào)分量LPOI和RPOI一起的新的正交(Q)分量LPOQ和RPOQ。
對(duì)希爾伯特變換框603的輸入可被表示為 LPO＝Alpocos(ωt) (2) RPO＝Arpocos(ωt+φ)(3) 使用希爾伯特變換，輸出變?yōu)? LPOhilbert＝Alposin(ωt) (4) RPOhilbert＝Arposin(ωt+φ)](5) 將原始項(xiàng)與希爾伯特變換的輸出合并，從而生成 LPO＝Alpo[cos(ωt)+isin(ωt)]＝Alpoej(ωt) (6) RPO＝Arpo[cos(ωt+φ)+isin(ωt+φ)]＝Arpoej(ωt+φ)(7) 圖8和圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的分析框604的兩個(gè)獨(dú)立分支的框圖。分析框604是頻率、差分相位和delta T(Δt)測(cè)量的末級(jí)。圖8是包括第一分支的相位部分604a，其根據(jù)同相(I)和正交(Q)分量確定相位差。圖9是頻率部分604b，其根據(jù)單個(gè)傳感器信號(hào)的同相(I)和正交(Q)分量確定頻率。單個(gè)傳感器信號(hào)可包括LPO信號(hào)(如所示)或者可選擇地可以包括RPO信號(hào)。
在圖8的實(shí)施例中，分析框604的相位部分604a包括結(jié)合框801a和801b、共軛框802、復(fù)數(shù)相乘框803、濾波框804和相角框805。
結(jié)合框801a和801b接收傳感器信號(hào)的同相(I)和正交(Q)分量，并且傳遞它們。共軛框802對(duì)傳感器信號(hào)(這里為L(zhǎng)PO信號(hào))執(zhí)行復(fù)數(shù)共軛，并且形成虛信號(hào)的負(fù)數(shù)。復(fù)數(shù)相乘框803將RPO信號(hào)和LPO信號(hào)進(jìn)行相乘，從而實(shí)施以下的等式(8)。濾波框804實(shí)施數(shù)字濾波，例如上述的FIR濾波。濾波框804可包括多相抽取濾波，該多相抽取濾波被用來(lái)從傳感器信號(hào)的同相(I)和正交(Q)分量中除去諧波含量，以及抽取該信號(hào)?？梢赃x擇濾波系數(shù)來(lái)提供對(duì)輸入信號(hào)的抽取，例如以因子10的抽取。相角框805根據(jù)LPO信號(hào)和RPO信號(hào)的同相(I)和正交(Q)分量確定相角。相角框805實(shí)施以下所示的等式(11)。
圖8中所示的相位部分604a實(shí)施下面的等式
其中

是LPO的復(fù)共軛。假設(shè) ARpo＝ALpo＝A(9) 則
所得到的差分相角是 圖9是根據(jù)本發(fā)明的分析框604的頻率部分604b的框圖。頻率部分604b可以對(duì)左拾取信號(hào)或右拾取信號(hào)(LPO或RPO)進(jìn)行操作。在所示的實(shí)施例中的頻率部分604b包括結(jié)合框901、復(fù)數(shù)共軛框902、采樣框903、復(fù)數(shù)相乘框904、濾波框905、相角框906、常數(shù)框907和除法框908。
如前所述，結(jié)合框901接收傳感器信號(hào)的同相(I)和正交(Q)分量，并且傳遞它們。共軛框902對(duì)傳感器信號(hào)(這里為L(zhǎng)PO信號(hào))執(zhí)行復(fù)數(shù)共軛，并且形成虛信號(hào)的負(fù)數(shù)。延遲框903將采樣延遲引入頻率部分604b，因此選擇在時(shí)間上時(shí)間順序較早的數(shù)字信號(hào)采樣。在復(fù)數(shù)相乘框904中，將這種較早的數(shù)字信號(hào)采樣與當(dāng)前數(shù)字信號(hào)相乘。該復(fù)數(shù)相乘框904將LPO信號(hào)和LPO共軛信號(hào)進(jìn)行相乘，從而實(shí)施以下的等式(12)。濾波框905實(shí)施數(shù)字濾波，例如前述的FIR濾波。濾波框905可以包括多相抽取濾波器，該多相抽取濾波器被用來(lái)從傳感器信號(hào)的同相(I)和正交(Q)分量中除去諧波含量，以及抽取該信號(hào)?？梢赃x擇濾波系數(shù)來(lái)提供對(duì)輸入信號(hào)的抽取，例如以因子10的抽取。相角框906根據(jù)LPO信號(hào)的同相(I)和正交(Q)分量確定相角。相角框906實(shí)施以下的等式(13)的一部分。常數(shù)框907供給包括采樣率Fs除以2π的因子，如等式(14)中所示。除法框908執(zhí)行等式(14)的除法操作。
頻率部分604b實(shí)施下面的等式
因此，兩個(gè)連續(xù)采樣之間的角度為 其為左拾取的角頻率。轉(zhuǎn)換成Hz 其中“Fs”是希爾伯特變換框603的速率。在先前所述的例子中，“Fs”是大約2kHz。
圖10是在正常條件下流量計(jì)的拾取傳感器信號(hào)的功率譜密度曲線(xiàn)。流量計(jì)的基頻是該曲線(xiàn)圖的最高尖峰，并且位于大約135Hz處。該圖還在頻譜中示出幾個(gè)其他大尖峰(第一非基諧模是在大約1.5倍的基諧模頻率的頻率處的扭曲模)。這些尖峰包括流量計(jì)的諧波頻率，并且還包括其他的、不希望有的傳感器模式(即扭曲模、第二彎曲模等)。
圖11示出根據(jù)單相移實(shí)施例的可替換的希爾伯特變換框603′。在這個(gè)實(shí)施例中，希爾伯特變換框603′包括LPO分支1100和RPO分支1110。該LPO分支1100包括與濾波框702并行的延遲框701。在這個(gè)實(shí)施例中，RPO分支1110僅僅包括延遲框701。如前所述，延遲框701引入采樣延遲。如前所述，濾波框702對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)采樣執(zhí)行90度相移。應(yīng)當(dāng)理解，可選擇地，希爾伯特變換框603′可能僅僅對(duì)RPO信號(hào)進(jìn)行相移。
這個(gè)處理實(shí)施例使用了僅僅一個(gè)傳感器信號(hào)的希爾伯特變換/相移，以便導(dǎo)出頻率和相位差(參見(jiàn)圖2-圖3)。這顯著地減少了執(zhí)行相位測(cè)量所需的計(jì)算量，并且顯著地減少了獲得質(zhì)量流速所需的計(jì)算量。
在這個(gè)實(shí)施例中，希爾伯特變換框603′的輸出將提供左傳感器信號(hào)或右傳感器信號(hào)的正交(Q)分量，而不是二者的正交(Q)分量。在以下的例子中，LPO信號(hào)被移相。
LPO＝Alpocos(ωt) (26) RPO＝Arpocos(ωt+φ)(27) 使用希爾伯特變換，輸出變?yōu)? LPOhilbert＝Alposin(ωt)(28) RPO＝Arpocos(ωt+φ)(29) 將LPO原始項(xiàng)與希爾伯特變換的輸出(即與90度相移)合并，從而生成 LPO＝Alpo[cos(ωt)+isin(ωt)]＝Alpoej(ωt)(30) 而RPO保持相同 圖12示出用于單相移實(shí)施例的分析框604a′。在這個(gè)實(shí)施例中，分析框604a′包括一個(gè)結(jié)合框801、復(fù)數(shù)相乘框803、低通濾波框1201和相角框805。在這個(gè)實(shí)施例中，該分析框604a′實(shí)施以下等式 低通濾波框1201包括低通濾波器，該低通濾波器除去由復(fù)數(shù)相乘框803所生成的高頻分量。該低通濾波框1201可以實(shí)施任何形式的低通濾波操作。乘法操作的結(jié)果生成兩項(xiàng)。(-ωt+ωt+φ)項(xiàng)合并并且簡(jiǎn)化為只有相位φ項(xiàng)(DC結(jié)果)，因?yàn)?-ωt)和(ωt)項(xiàng)互相抵消。(ωt+ωt+φ)項(xiàng)簡(jiǎn)化為(2ωt+φ)項(xiàng)，頻率為兩倍。由于結(jié)果是2項(xiàng)的和，所以高頻(2ωt+φ)項(xiàng)可以被除去。這里感興趣的唯一信號(hào)是DC項(xiàng)。使用低通濾波器可以濾去高頻(2ωt+φ)項(xiàng)。低通濾波器的截止可以位于零與2ω之間的任何地方。
在濾波后，結(jié)果是 因此，差分相角是 通過(guò)采用一個(gè)拾取信號(hào)而不是兩個(gè)拾取信號(hào)的的希爾伯特變換，在科里奧利質(zhì)量流量計(jì)中執(zhí)行相位和頻率估計(jì)所需的計(jì)算負(fù)荷被有利地減少。因此，使用兩個(gè)傳感器信號(hào)、但是僅僅使用一個(gè)90度相移，可以確定相位和頻率。
圖13示出與現(xiàn)有技術(shù)相比的本發(fā)明的傳感器處理，其中每個(gè)的時(shí)差(Δt)值被比較。該圖示出包含氣體流的流動(dòng)物質(zhì)(即例如氣泡)。在這種條件下，由于相位和頻率計(jì)算的速率，所以流動(dòng)噪聲在新算法中被大大減少。從該圖中可以看出，通過(guò)本發(fā)明所得到的結(jié)果沒(méi)有顯示在現(xiàn)有技術(shù)的(Δt)測(cè)量中所反映的大的峰和谷。
圖14示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的儀表電子設(shè)備20。如前所述，這個(gè)實(shí)施例的儀表電子設(shè)備20可以包括接口201、數(shù)字轉(zhuǎn)換器202、處理系統(tǒng)203和存儲(chǔ)系統(tǒng)204。應(yīng)當(dāng)理解，該圖的儀表電子設(shè)備20可以包括各種其它部件和/或程序(例如前面所述的那些)。與其它實(shí)施例一樣的部件和/或程序共用公共的附圖標(biāo)記。
在操作中，該儀表電子設(shè)備20從流量計(jì)接收和處理第一傳感器信號(hào)1405和第二傳感器信號(hào)1406。第一傳感器信號(hào)1405和第二傳感器信號(hào)1406包括時(shí)變電子信號(hào)，所述時(shí)變電子信號(hào)通過(guò)儀表電子設(shè)備20基本上連續(xù)接收和處理，例如來(lái)自拾取傳感器170L和170R的信號(hào)。儀表電子設(shè)備20可以處理第一傳感器信號(hào)1405和第二傳感器信號(hào)1406，以便獲得頻率響應(yīng)1411，并且最終獲得液體流份額1412。使用該液體流份額1412，則還可以容易地確定該氣體流份額1413。
處理系統(tǒng)203可被配置成從接口201接收第一傳感器信號(hào)1405和第二傳感器信號(hào)1406，使用第一傳感器信號(hào)1405和第二傳感器信號(hào)1406確定氣體流物質(zhì)的流動(dòng)流密度1408，將流動(dòng)流密度1408與氣體密度1409和液體密度1410中的至少一個(gè)進(jìn)行比較，并且根據(jù)流動(dòng)流密度1408以及氣體密度1409和液體密度1410中的至少一個(gè)來(lái)確定液體流份額1412，所述氣體密度1409表示氣體流物質(zhì)的氣體流份額，所述液體密度1410表示液體流份額。在一些實(shí)施例中，將流動(dòng)流密度1408與氣體密度1409和液體密度1410進(jìn)行比較。另外，處理系統(tǒng)203可被配置成從接口201接收第一傳感器信號(hào)1405和第二傳感器信號(hào)1406，根據(jù)第一傳感器信號(hào)1405生成90度相移1407，使用該90度相移1407和第一傳感器信號(hào)1405計(jì)算頻率響應(yīng)1411，使用頻率響應(yīng)1411確定氣體流物質(zhì)的流動(dòng)流密度1408，并且根據(jù)流動(dòng)流密度1408確定液體流份額1412。
除了液體流份額和氣體流份額之外，該儀表電子設(shè)備20可以處理第一傳感器信號(hào)1405和第二傳感器信號(hào)1406，以便獲得一個(gè)或多個(gè)其它流動(dòng)特性。所述一個(gè)或多個(gè)其它流動(dòng)特性例如可以包括傳感器信號(hào)之間的相位差或時(shí)間延遲、質(zhì)量流速、體積流速等。其它流動(dòng)特性可以被設(shè)想，并且在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。
氣體流物質(zhì)可包括任何氣體或氣體混合物。一種類(lèi)型的氣體流物質(zhì)包括從井中得到的氣體。例如，氣體流物質(zhì)可以包括天然氣。然而，其它氣體或氣體混合物可以被設(shè)想，并且在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。
液體流份額可以包括在氣體流物質(zhì)中夾帶的任何液體。液體流份額可以包括液體流、液體蒸氣或液滴。例如，液體可以包括天然氣體流中的水。可選擇地，液體可以包括天然氣體流中的乙二醇，例如來(lái)自干燥過(guò)程中的乙二醇遺留物。在另一替代方案中，液體可以包括氣體流物質(zhì)中的油，例如通過(guò)泵、調(diào)節(jié)器或其它流處理機(jī)構(gòu)引入氣體流物質(zhì)中的油。然而，其它液體或液體組合物可以被設(shè)想，并且在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。
本實(shí)施例的儀表電子設(shè)備20可以存儲(chǔ)和執(zhí)行處理程序。在一個(gè)實(shí)施例中的處理程序包括密度程序1403、液體流份額程序1404、相移程序1402和頻率響應(yīng)程序1401。應(yīng)當(dāng)理解，處理系統(tǒng)203可以包括其它程序，例如前面所述的程序。
儀表電子設(shè)備20可以包括變量和工作值。在一個(gè)實(shí)施例中，該變量和工作值包括第一傳感器信號(hào)1405、第二傳感器信號(hào)1406、90度相移1407、流動(dòng)流密度1408、氣體密度1409、液體密度1410、頻率響應(yīng)1411、液體流份額1412和可選氣體流份額1413。應(yīng)當(dāng)理解，處理系統(tǒng)203可以對(duì)其它變量操作或者生成其它變量，例如前面所述的變量。
儀表組件10的頻率在液體流份額通過(guò)儀表組件10時(shí)將改變。與純氣體流相對(duì)比，當(dāng)液體流份額增加時(shí)，頻率將減少。這是由于存在液體流份額時(shí)密度增加。因此，流動(dòng)流密度可被用來(lái)確定液體流份額。
頻率響應(yīng)程序1401接收第一傳感器信號(hào)1405和第二傳感器信號(hào)1406。如前所述，第一傳感器信號(hào)1405和第二傳感器信號(hào)1406反映了一個(gè)或多個(gè)流管對(duì)施加在流動(dòng)組件10上的驅(qū)動(dòng)振動(dòng)的響應(yīng)。頻率響應(yīng)程序1401至少處理第一傳感器信號(hào)1405以便計(jì)算頻率響應(yīng)1411。如前所述，第一傳感器信號(hào)1405可以包括從任一拾取傳感器接收的電子信號(hào)。頻率響應(yīng)1411固有地與穿過(guò)流量計(jì)的氣體流物質(zhì)的流動(dòng)相關(guān)，因此隨流量計(jì)中氣體流物質(zhì)的密度而變化。例如通過(guò)流量計(jì)的所夾帶的液體將引起頻率降低，因?yàn)榱髁坑?jì)中的密度增加，并且因?yàn)檎駝?dòng)響應(yīng)臨時(shí)受到流動(dòng)物質(zhì)的更多阻尼。如前所述，通過(guò)使用第一傳感器信號(hào)1405和90度相移1407可以計(jì)算頻率響應(yīng)1411。因此，通過(guò)采用快速頻率(和流動(dòng)流密度確定)，儀表電子設(shè)備20可以確定液體流份額1412，并且可以基本上瞬時(shí)確定液體流份額1412。
如前所述，相移程序1402處理第一傳感器信號(hào)1405，以便對(duì)第一傳感器信號(hào)1405進(jìn)行相移，并且生成90度相移1407。通過(guò)頻率響應(yīng)程序1401可以執(zhí)行相移程序1402。可選擇地，相移程序1402可被集成到頻率響應(yīng)程序1401中。
密度程序1403根據(jù)第一傳感器信號(hào)1405和第二傳感器信號(hào)1406確定流動(dòng)流密度1408。在一個(gè)實(shí)施例中，密度程序1403在流動(dòng)流密度確定中使用頻率響應(yīng)1411。流動(dòng)流密度1408與氣體流物質(zhì)的密度相關(guān)，并且根據(jù)氣體流物質(zhì)中的液體流份額而變化。
液體流份額程序1404使用流動(dòng)流密度1408來(lái)生成液體流份額1412。液體流份額1412與氣體流物質(zhì)中液體的數(shù)量(或百分比)相關(guān)。以下結(jié)合圖15討論該確定。另外，液體流份額程序1404還可生成氣體流份額1413，其中氣體流份額1413與氣體流物質(zhì)中氣體的數(shù)量/百分比相關(guān)。
第一傳感器信號(hào)1405和第二傳感器信號(hào)1406存儲(chǔ)從儀表組件10接收的振動(dòng)響應(yīng)。第一傳感器信號(hào)1405和第二傳感器信號(hào)1406可以包括從儀表組件10接收的模擬電信號(hào)的數(shù)字表示。第一傳感器信號(hào)1405和第二傳感器信號(hào)1406可以包括電信號(hào)的已采樣部分。
氣體密度1409可以存儲(chǔ)(已知)氣體密度，該(已知)氣體密度表示氣體流物質(zhì)的氣體流份額(即沒(méi)有液體流份額的純氣體的密度)。與已確定的流動(dòng)流密度相比較地使用氣體密度1409來(lái)確定液體流份額。該比較在下面結(jié)合圖15來(lái)論述。
液體密度1410可以存儲(chǔ)預(yù)定液體密度，該預(yù)定液體密度表示純液體的液體密度。該液體密度1409還可被用于與流動(dòng)流密度進(jìn)行比較，并且用于液體流份額確定。
與現(xiàn)有技術(shù)相對(duì)比，頻率在使用前面所述的相移方法被確定時(shí)可以被快速獲得。此外，可以基本上瞬時(shí)確定該頻率。該瞬時(shí)頻率確定被有利地可用于其它確定中，例如根據(jù)本發(fā)明確定流動(dòng)流密度和確定液體流份額。因?yàn)榭梢曰旧纤矔r(shí)確定該頻率，所以可以快速且準(zhǔn)確地確定用于氣體流物質(zhì)的液體流份額。
應(yīng)當(dāng)理解，儀表電子設(shè)備20可以反復(fù)地接收和處理傳感器信號(hào)。結(jié)果，儀表電子設(shè)備20可以連續(xù)且基本上瞬時(shí)確定氣體流物質(zhì)中的液體流份額。當(dāng)各種程度的液體流份額經(jīng)過(guò)流量計(jì)時(shí)，儀表電子設(shè)備20可以基本上連續(xù)地執(zhí)行隨時(shí)間的液體流份額確定過(guò)程。
圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于確定流過(guò)流量計(jì)的氣體流物質(zhì)中的液體流份額的方法的流程圖1500。在步驟1501中，如前所述，從儀表組件10中接收第一和第二傳感器信號(hào)。
在步驟1502中，如前所述，可以調(diào)節(jié)傳感器信號(hào)。
在步驟1503中，確定氣體流物質(zhì)的流動(dòng)流密度。使用第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)確定該流動(dòng)流密度。如果需要的話(huà)，在進(jìn)行確定時(shí)，還可以使用其它流動(dòng)特性、變量和/或常量。
在步驟1504中，將流動(dòng)流密度與氣體密度和液體密度進(jìn)行比較。該氣體密度表示氣體流動(dòng)流中的氣體流份額，以及液體密度表示液體流份額。在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)密度是已知的并且被使用。在另一實(shí)施例中，這兩個(gè)密度中僅有一個(gè)是已知的并且被使用。
圖16是天然氣密度與乙二醇百分比(即液體流份額)的圖表。該表表示用于比較的一組數(shù)據(jù)。然而，任何類(lèi)型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都可以被使用，并且數(shù)據(jù)不必是以表格形式。該對(duì)角曲線(xiàn)表示用于氣體對(duì)乙二醇的各種份額的氣體流物質(zhì)密度。從圖表可以看出，整個(gè)氣體流物質(zhì)密度與液體流份額成比例。因此，至少使用所測(cè)量的氣體流物質(zhì)(即全部)密度和已知?dú)怏w密度，可以確定液體流份額。應(yīng)當(dāng)理解，數(shù)據(jù)查表可包括其它因素，例如壓力和溫度。應(yīng)當(dāng)理解，盡管該圖表是用于天然氣和乙二醇的，但是其它氣體和液體也可被使用和確定。
再次參考圖15，在步驟1505中，確定液體流份額。液體流份額包括氣體流物質(zhì)中液體的數(shù)量或百分比。隨后，液體流份額可被用于執(zhí)行其它計(jì)算，例如氣體質(zhì)量流速和/或液體質(zhì)量流速。可以根據(jù)流動(dòng)流密度與至少已知的氣體密度的比較來(lái)確定液體流份額?？蛇x擇地，該比較可包括流動(dòng)流密度與已知的氣體密度和已知的液體密度二者的比較。
通過(guò)對(duì)流動(dòng)流密度與已知的氣體密度和已知的液體密度進(jìn)行比較可以形成比值，該比值可被用于液體流份額確定。該比值包括 Deasured＝X(DG)/DL(35) 其中Dmeasured是根據(jù)傳感器信號(hào)所確定的流動(dòng)流密度，DG是已知的氣體密度，DL是已知的液體密度，以及X是液體流份額。因此，液體流份額X可以被確定為 X＝Dmcasured(DL)/DG(36) 圖17是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于確定流過(guò)流量計(jì)的氣體流物質(zhì)中的液體流份額的方法的流程圖1700。在步驟1701中，如前所述，從儀表組件10中接收第一和第二傳感器信號(hào)。
在步驟1702中，如前所述，可以調(diào)節(jié)傳感器信號(hào)。
在步驟1703中，根據(jù)第一傳感器信號(hào)生成90度相移。該90度相移可以如前所述一樣被生成。盡管第一傳感器信號(hào)作為例子被移相，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以使用任一傳感器信號(hào)。
在步驟1704中，計(jì)算儀表組件10的頻率響應(yīng)。如前所述，使用90度相移和第一傳感器信號(hào)可以計(jì)算頻率響應(yīng)。
在步驟1705中，使用該頻率響應(yīng)確定該氣體流物質(zhì)的流動(dòng)流密度。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)頻率響應(yīng)進(jìn)行平方并對(duì)平方的頻率響應(yīng)求倒數(shù)來(lái)確定流動(dòng)流密度(因?yàn)槊芏龋?/f2)。應(yīng)當(dāng)理解，如果需要的話(huà)，在進(jìn)行確定時(shí)還可以使用其它流動(dòng)特性、變量和/或常量。
在步驟1706中，確定液體流份額。如前所述，可以根據(jù)流動(dòng)流密度與已知的氣體密度的比較來(lái)確定液體流份額。
如果期望的話(huà)，根據(jù)本發(fā)明的儀表電子設(shè)備和方法可以根據(jù)任一實(shí)施例被采用以便提供若干優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明可以確定氣體流物質(zhì)中的液體流份額。本發(fā)明可以根據(jù)第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)確定液體流份額。本發(fā)明可以根據(jù)流動(dòng)流密度確定液體流份額。本發(fā)明可以使用頻率響應(yīng)確定液體流份額。本發(fā)明可以使用第一傳感器信號(hào)和該第一傳感器信號(hào)的90度相移確定液體流份額。本發(fā)明還可連同液體流份額一起確定氣體流份額。如果液體流份額超過(guò)液體份額閾值，本發(fā)明可以設(shè)置報(bào)警條件。
權(quán)利要求
1.用于確定流過(guò)流量計(jì)(5)的氣體流物質(zhì)中的液體流份額的儀表電子設(shè)備(20)，該儀表電子設(shè)備(20)包括
接口(201)，用于從流量計(jì)(5)接收第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)；以及
處理系統(tǒng)(203)，其與接口(201)通信，并且被配置成從接口(201)接收第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)，使用該第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)來(lái)確定氣體流物質(zhì)的基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度，將基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度與預(yù)定氣體密度和預(yù)定液體密度中的至少一個(gè)進(jìn)行比較，并且根據(jù)該比較來(lái)確定液體流份額，其中所述預(yù)定氣體密度表示氣體流物質(zhì)的氣體流份額，所述預(yù)定液體密度表示液體流份額。
2.權(quán)利要求1所述的儀表電子設(shè)備(20)，所述處理系統(tǒng)(203)進(jìn)一步被配置成確定氣體流份額。
3.權(quán)利要求1所述的儀表電子設(shè)備(20)，所述處理系統(tǒng)(203)進(jìn)一步被配置成根據(jù)第一傳感器信號(hào)生成90度相移，使用該90度相移和第一傳感器信號(hào)來(lái)計(jì)算頻率響應(yīng)，并且使用該頻率響應(yīng)來(lái)確定基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度。
4.權(quán)利要求1所述的儀表電子設(shè)備(20)，所述處理系統(tǒng)(203)進(jìn)一步被配置成根據(jù)第一傳感器信號(hào)生成90度相移，使用該90度相移和第一傳感器信號(hào)來(lái)計(jì)算頻率響應(yīng)，對(duì)該頻率響應(yīng)進(jìn)行平方以生成平方的頻率響應(yīng)，并且對(duì)平方的頻率響應(yīng)求倒數(shù)以生成氣體流物質(zhì)的基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度。
5.權(quán)利要求1所述的儀表電子設(shè)備(20)，所述處理系統(tǒng)(203)進(jìn)一步被配置成將液體流份額與預(yù)定液體份額閾值進(jìn)行比較，并且如果液體流份額超過(guò)預(yù)定液體份額閾值，就設(shè)置報(bào)警條件。
6.權(quán)利要求1所述的儀表電子設(shè)備(20)，所述流量計(jì)(5)包括科里奧利流量計(jì)。
7.權(quán)利要求1所述的儀表電子設(shè)備(20)，所述流量計(jì)(5)包括振動(dòng)密度計(jì)。
8.權(quán)利要求1所述的儀表電子設(shè)備(20)，所述比較進(jìn)一步包括將基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度與驅(qū)動(dòng)增益以及與預(yù)定氣體密度和預(yù)定液體密度中的至少一個(gè)進(jìn)行比較，其中所述預(yù)定氣體密度表示氣體流物質(zhì)的氣體流份額，所述預(yù)定液體密度表示液體流份額。
9.用于確定流過(guò)流量計(jì)(5)的氣體流物質(zhì)中的液體流份額的儀表電子設(shè)備(20)，該儀表電子設(shè)備(20)包括
接口(201)，用于從流量計(jì)(5)接收第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)；以及
處理系統(tǒng)(203)，其與接口(201)通信，并且被配置成從接口(201)接收第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)，根據(jù)第一傳感器信號(hào)生成90度相移，使用該90度相移和第一傳感器信號(hào)來(lái)計(jì)算頻率響應(yīng)，使用該頻率響應(yīng)來(lái)確定氣體流物質(zhì)的流動(dòng)流密度，并且根據(jù)該流動(dòng)流密度來(lái)確定液體流份額。
10.權(quán)利要求9所述的儀表電子設(shè)備(20)，所述處理系統(tǒng)(203)進(jìn)一步被配置成確定氣體流份額。
11.權(quán)利要求9所述的儀表電子設(shè)備(20)，所述處理系統(tǒng)(203)進(jìn)一步被配置成通過(guò)對(duì)頻率響應(yīng)進(jìn)行平方以生成平方的頻率響應(yīng)，并且對(duì)平方的頻率響應(yīng)求倒數(shù)以生成流動(dòng)流密度，從而確定流動(dòng)流密度。
12.權(quán)利要求9所述的儀表電子設(shè)備(20)，所述處理系統(tǒng)(203)進(jìn)一步被配置成根據(jù)該第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)來(lái)確定氣體流物質(zhì)的流動(dòng)流密度，將該流動(dòng)流密度與預(yù)定氣體密度和預(yù)定液體密度中的至少一個(gè)進(jìn)行比較，并且根據(jù)該比較來(lái)確定液體流份額，其中所述預(yù)定氣體密度表示氣體流物質(zhì)的氣體流份額，所述預(yù)定液體密度表示液體流份額。
13.權(quán)利要求9所述的儀表電子設(shè)備(20)，所述處理系統(tǒng)(203)進(jìn)一步被配置成將液體流份額與預(yù)定液體份額閾值進(jìn)行比較，并且如果液體流份額超過(guò)預(yù)定液體份額閾值，就設(shè)置報(bào)警條件。
14.權(quán)利要求9所述的儀表電子設(shè)備(20)，所述流量計(jì)(5)包括科里奧利流量計(jì)。
15.權(quán)利要求9所述的儀表電子設(shè)備(20)，所述流量計(jì)(5)包括振動(dòng)密度計(jì)。
16.權(quán)利要求9所述的儀表電子設(shè)備(20)，所述確定液體流份額進(jìn)一步包括根據(jù)流動(dòng)流密度和驅(qū)動(dòng)增益來(lái)確定液體流份額。
17.一種用于確定流過(guò)流量計(jì)的氣體流物質(zhì)中的液體流份額的方法，該方法包括
從流量計(jì)接收第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)；
使用該第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)來(lái)確定氣體流物質(zhì)的基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度；
將基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度與預(yù)定氣體密度和預(yù)定液體密度中的至少一個(gè)進(jìn)行比較，其中所述預(yù)定氣體密度表示氣體流物質(zhì)的氣體流份額，所述預(yù)定液體密度表示液體流份額；并且
根據(jù)該比較來(lái)確定液體流份額。
18.權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括確定氣體流份額。
19.權(quán)利要求17所述的方法，所述確定基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度進(jìn)一步包括
根據(jù)第一傳感器信號(hào)生成90度相移；
使用該90度相移和第一傳感器信號(hào)來(lái)計(jì)算頻率響應(yīng)；并且
根據(jù)該頻率響應(yīng)來(lái)確定基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度。
20.權(quán)利要求19所述的方法，所述根據(jù)該頻率響應(yīng)來(lái)確定基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度包括
對(duì)該頻率響應(yīng)進(jìn)行平方以生成平方的頻率響應(yīng)；并且
對(duì)平方的頻率響應(yīng)求倒數(shù)以生成基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度。
21.權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括
將液體流份額與預(yù)定液體份額閾值進(jìn)行比較；并且
如果液體流份額超過(guò)預(yù)定液體份額閾值，就設(shè)置報(bào)警條件。
22.權(quán)利要求17所述的方法，所述比較進(jìn)一步包括將基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度與驅(qū)動(dòng)增益以及與預(yù)定氣體密度和預(yù)定液體密度中的至少一個(gè)進(jìn)行比較，其中所述預(yù)定氣體密度表示氣體流物質(zhì)的氣體流份額，所述預(yù)定液體密度表示液體流份額。
23.一種用于確定流過(guò)流量計(jì)的氣體流物質(zhì)中的液體流份額的方法，該方法包括
從流量計(jì)接收第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)；
根據(jù)第一傳感器信號(hào)生成90度相移；
使用該90度相移和第一傳感器信號(hào)來(lái)計(jì)算頻率響應(yīng)；
使用該頻率響應(yīng)來(lái)確定氣體流物質(zhì)的流動(dòng)流密度；并且
根據(jù)該流動(dòng)流密度來(lái)確定液體流份額。
24.權(quán)利要求23所述的方法，進(jìn)一步包括確定氣體流份額。
25.權(quán)利要求23所述的方法，所述根據(jù)該頻率響應(yīng)來(lái)確定流動(dòng)流密度包括
對(duì)該頻率響應(yīng)進(jìn)行平方以生成平方的頻率響應(yīng)；并且
對(duì)平方的頻率響應(yīng)求倒數(shù)以生成流動(dòng)流密度。
26.權(quán)利要求23所述的方法，所述確定液體流份額進(jìn)一步包括
將流動(dòng)流密度與預(yù)定氣體密度和預(yù)定液體密度中的至少一個(gè)進(jìn)行比較，其中所述預(yù)定氣體密度表示氣體流物質(zhì)的氣體流份額，所述預(yù)定液體密度表示液體流份額；并且
根據(jù)該比較來(lái)確定液體流份額。
27.權(quán)利要求23所述的方法，進(jìn)一步包括
將液體流份額與預(yù)定液體份額閾值進(jìn)行比較；并且
如果液體流份額超過(guò)預(yù)定液體份額閾值，就設(shè)置報(bào)警條件。
28.權(quán)利要求23所述的方法，所述確定液體流份額進(jìn)一步包括根據(jù)流動(dòng)流密度和驅(qū)動(dòng)增益來(lái)確定液體流份額。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供用于確定流過(guò)流量計(jì)(5)的氣體流物質(zhì)中的液體流份額的儀表電子設(shè)備(20)。該儀表電子設(shè)備(20)包括從流量計(jì)(5)接收第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)的接口(201)以及與該接口(201)通信的處理系統(tǒng)(203)。該處理系統(tǒng)(203)被配置成從接口(201)接收第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)，使用該第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)來(lái)確定氣體流物質(zhì)的基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度，將基本瞬時(shí)流動(dòng)流密度與預(yù)定氣體密度和預(yù)定液體密度中的至少一個(gè)進(jìn)行比較，并且根據(jù)該比較來(lái)確定液體流份額，其中所述預(yù)定氣體密度表示氣體流物質(zhì)的氣體流份額，所述預(yù)定液體密度表示液體流份額。
文檔編號(hào)G01N9/00GK101151516SQ200680010410
公開(kāi)日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2006年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月29日
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