專利名稱：流量測量診斷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體過程控制和監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明尤其涉及用于這種系統(tǒng) 的診斷。
背景技術(shù)：
流體流量計(jì)被用于工業(yè)過程控制和環(huán)境監(jiān)測中以測量流體流，并提供 用于流指示器和控制器的流信號。理論上的流量計(jì)通過測量管道中的間斷 部位附近的壓降來測量管中的流體流。所述間斷部位(主元件)可以是管 中的節(jié)流孔、噴嘴、文氏管、皮托管、渦旋阻件、某個(gè)目標(biāo)或者甚至是一 簡單的彎曲。在所述間斷部位周圍的流造成了壓降和湍流增加。所述壓降 由壓力變送器(次元件)來感測，所述壓力變送器位于所述管道的外側(cè)， 并經(jīng)由脈沖線或者脈沖通路連接到管道中的流體?？煽啃砸蕾囉诒３终_ 的校準(zhǔn)。在所述主元件上的腐蝕和固體顆粒的累積可以改變所述校準(zhǔn)。脈 沖線可能會(huì)隨時(shí)間的流逝而被堵塞，這將所述壓力變送器與所述過程隔 離，使得所述變送器不再能夠追蹤壓力并對所述變送器的操作產(chǎn)生負(fù)面影 響。
所述脈沖線的拆卸和檢驗(yàn)是用于檢測和修正所述線的阻塞的一種方 法。用于檢測阻塞的另一種已知的方法是從壓力變送器將"檢查脈沖"周 期性地加入到測量信號中。所述檢查脈沖使得與所述變送器相連的控制系 統(tǒng)擾亂所述流。如果所述壓力變送器不能精確地感測流的擾動(dòng)，則產(chǎn)生警 報(bào)信號以表示線阻塞。用于檢測阻塞的另一種巳知的方法是感測靜壓和差 壓。如果在靜壓和差壓的振蕩之間的相關(guān)性不充分，則產(chǎn)生表示線阻塞的 警報(bào)信號。用于檢測線阻塞的另一種已知的方法是感測靜壓，并讓它們通 過高通和低通濾波器。從所述濾波器獲得的噪聲信號與一閾值進(jìn)行比較， 且如果所述噪聲的方差小于所述閾值，則警報(bào)信號表示所述線被阻塞。

發(fā)明內(nèi)容
用于測量過程流體的流的流量計(jì)包括傳感器，所述傳感器構(gòu)造為提供 與所述過程流體相關(guān)的傳感器輸出信號。電路構(gòu)造成確定與傳感器輸出信 號有關(guān)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。基于所確定的統(tǒng)計(jì)參數(shù)和所述傳感器輸出信號提供診 斷輸出。


圖l是過程控制或監(jiān)測系統(tǒng)的簡化圖2是表示在圖1中示出的變送器的橫截面視圖的簡化的框圖3是差壓信號的標(biāo)準(zhǔn)偏差與差壓信號的曲線圖4是差壓信號的標(biāo)準(zhǔn)偏差與差壓信號的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是過程控制或監(jiān)測系統(tǒng)10的簡化視圖，其中，過程管道12承載過 程流體的流14。流變送器16構(gòu)造成感測該流14,并提供與所述流14相關(guān)的 輸出。在如圖l所示的示例中，所述輸出經(jīng)由雙線過程控制環(huán)20被提供給 控制室18。環(huán)20可以根據(jù)任何協(xié)議進(jìn)行操作。示例的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議包括4-20mA 信號、HART⑧通信協(xié)議或現(xiàn)場總線協(xié)議。然而，本發(fā)明不限于包括無線 技術(shù)的這種通信技術(shù)，并甚至可以在孤立的裝置中操作。
過程變量變送器16釆用任何合適的技術(shù)感測流。示例的技術(shù)包括測量 在管道12中的約束上的差壓、磁基技術(shù)、皮托管、振蕩傳感器等。
根據(jù)本發(fā)明，變送器16基于流14和傳感器輸出信號中的噪聲而提供診 斷輸出。在一個(gè)具體的配置中，在傳感器信號的標(biāo)準(zhǔn)偏差和該傳感器輸出 信號之間的相關(guān)性被用于診斷。所述診斷輸出可以被用于在變送器16內(nèi) 部，或者可以在外部提供，例如通過環(huán)20上的傳輸。
圖2是如圖1所示的變送器16的簡化的框圖。在圖2中，變送器16示出 為包括差壓傳感器。在這種配置中，壓力P1和P2之差被應(yīng)用于變送器16， 并可以被應(yīng)用于推知通過如圖1所示的過程管道12的流14的流量。節(jié)流孔 板47被置于該過程管道中，并包括形成在其中的節(jié)流孔49。節(jié)流孔板47 產(chǎn)生差壓，所述差壓是流14被強(qiáng)迫流過受限的節(jié)流孔49時(shí)壓力P1和P2之
5差。本發(fā)明不限于這種流量測量技術(shù)。
壓力P1和P2通過過程連接53和55被分別被施加在隔離膜52和54。隔離 膜52和54分別形成變送器16中的腔56和58。腔56和58被與所述過程流體隔 離，并包含隔離流體。小毛細(xì)管60和62從各個(gè)腔56和58通向差壓傳感器50。 毛細(xì)管60和62在將差壓傳感器50與所述過程流體隔離的同時(shí)，將來自于P1 和P2所施加壓力的壓力轉(zhuǎn)移到差壓傳感器50。
差壓傳感器50可以根據(jù)任何技術(shù)進(jìn)行操作。 一種示例的技術(shù)采用可偏 轉(zhuǎn)的膜，所述膜形成可變電容。差壓傳感器50連接到變送器電路70，并給 變送器電路70提供傳感器輸出。變送器電路70可以包括任何類型的電路結(jié) 構(gòu)。典型地，變送器電路70包括存儲(chǔ)器72以及微處理器或其他的數(shù)字控制 器。存儲(chǔ)器72存儲(chǔ)程序指令、結(jié)構(gòu)信息、臨時(shí)變量等。變送器電路70包括 測量電路74，所述測量電路74提供與所述過程流體流相關(guān)的輸出。所述流 可以采用任何合適的技術(shù)來確定。診斷電路76也在變送器電路70中實(shí)現(xiàn)。 診斷電路76包括用于確定與傳感器輸出信號78相關(guān)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)的電路77。 所述統(tǒng)計(jì)參數(shù)可以指示傳感器輸出信號78中的噪聲，在一個(gè)具體的實(shí)施例 中，所述統(tǒng)計(jì)參數(shù)包括標(biāo)準(zhǔn)偏差。輸出電路86接收流信號，并依照所需的 信號和協(xié)議而在雙線過程控制環(huán)20上提供輸出。
在如圖2所示的配置中，診斷電路76接收來自測量電路74的流信號以 及來自傳感器50的傳感器輸出78。正如這里所使用的，所述流信號和傳感 器信號可以在被診斷電路76接收之前被處理?；诹餍盘?0和傳感器輸出 78，診斷電路76提供診斷輸出82。診斷輸出82可以本地地為變送器16所使 用，并可以對外提供，例如通過在雙線過程控制環(huán)20上的傳輸。所述診斷 輸出表示變送器16的至少一個(gè)部件或連接到如圖1所示的工業(yè)過程10的其 它部件的狀況。例如，診斷輸出82可以提供過程連接53和55中的一個(gè)被阻 塞的指示。該信息可以被單獨(dú)使用，或者與其它線阻塞診斷結(jié)合使用，以 確定過程連接53、 55的阻塞。另一個(gè)示例的診斷可表示用于產(chǎn)生差壓的限 制性節(jié)流孔板中的磨損。該磨損可能造成所述板中的邊緣腐蝕而導(dǎo)致流測 量不精確。類似地，可以檢測在毛細(xì)管60、 62和腔56、 58中承載的隔離填 充流體的損失。診斷輸出82還可以表示流過如圖1所示的管12的過程流體 的成分。由于流體的不同、成分的變化，例如由于固體的分解或添加等導(dǎo)致的流體中的污染物，可能發(fā)生變化。
可以根據(jù)需要選擇用于將傳感器信號和流信號與診斷輸出相關(guān)聯(lián)的 特定的算法。在一個(gè)示例的實(shí)施例中，診斷電路76辨識(shí)傳感器輸出信號中 的噪聲，并基于該噪聲和所測量的流量提供診斷輸出。尤其，在穩(wěn)態(tài)流情 況下的流量和在傳感器信號中的噪聲水平之間的關(guān)系被用于提供診斷輸
出82。標(biāo)準(zhǔn)偏差表示傳感器輸出信號中的噪聲。圖3是差壓傳感器輸出的 標(biāo)準(zhǔn)偏差與流量的曲線圖。在該示例中，所述過程流體包括在大致室溫下 的水。
圖4是類似的采用不同尺寸的節(jié)流孔板形成差壓的曲線圖。在圖3和圖 4兩者的情況下，在所述差壓信號的標(biāo)準(zhǔn)偏差和差壓信號自身之間存在近 似線性的關(guān)系。例如，隨著差壓由于流量的改變而增加20%，所述標(biāo)準(zhǔn)偏 差也增加大約20%。注意到，在流量范圍內(nèi)的差壓和標(biāo)準(zhǔn)偏差之間的變化 存在一定變化，尤其在低流量情況下，隨著基線噪聲在總噪聲中所占比重 的增加，更是如此。然而，通常，該標(biāo)準(zhǔn)偏差的增加或減少小于差壓均值 的增加或減少。在一些應(yīng)用中，標(biāo)準(zhǔn)偏差和傳感器信號之間的關(guān)系可以由 更復(fù)雜的關(guān)系來表征，例如具有附加項(xiàng)的多項(xiàng)式。
在所述傳感器信號的標(biāo)準(zhǔn)偏差和所述傳感器信號自身之間的特定關(guān) 系可以針對特定的流測量技術(shù)來確定。 一旦所述關(guān)系針對名義操作條件而 確定，則所述關(guān)系可以被監(jiān)測以辨識(shí)特定的診斷條件。
在一個(gè)特定的實(shí)施例中，被提供給診斷電路76的信號80是傳感器輸出 信號78，或者直接與傳感器輸出信號78相關(guān)?？梢圆捎萌魏渭夹g(shù)進(jìn)行噪聲 判定，且并不限于以上所討論的標(biāo)準(zhǔn)偏差。然而，在一個(gè)特定的實(shí)施例中， 基于所述標(biāo)準(zhǔn)偏差來確定該噪聲。這種結(jié)構(gòu)是有優(yōu)勢的，這是因?yàn)橛?jì)算相 對簡單。典型地，感興趣的噪聲是在從大約lHz到大約30Hz的范圍內(nèi)的。 比這低的噪聲信號可能由于過程中的緩慢變化而難于辨識(shí)。在另一種示例 的技術(shù)中，診斷電路76包括高通濾波器79，以在計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差之前對過程 變量進(jìn)行濾波。可以采用任何合適的技術(shù)來確定傳感器信號中的噪聲。示 例包括數(shù)字帶通濾波器，所述數(shù)字帶通濾波器提供之后可以與平均的傳感 器信號相關(guān)的噪聲的RMS值。用于確定噪聲的另一種示例的技術(shù)包括采用 快速傅立葉變換(FFT)、小波等。在操作過程中，在噪聲信號和傳感器輸出信號之間的名義關(guān)系可以被
存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。所述關(guān)系可以通過觀察在名義條件下的變送器16的操作 來經(jīng)驗(yàn)性地確定，或者可以在制造過程中確定并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器72中。 一旦 變送器16被置于名義操作下，診斷電路76就計(jì)算在傳感器信號中的噪聲， 并采用該信息以及傳感器輸出信號，完成與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器72中的關(guān)系的比 較。存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器72中的關(guān)系可以例如是多項(xiàng)式等式、數(shù)據(jù)點(diǎn)表等。該信 息還可以在過程控制環(huán)20上或者通過其它編程技術(shù)來更新。
基于診斷輸出82，所述診斷信息可以在過程控制環(huán)20上被傳送。在另 一個(gè)示例中，診斷輸出用于提供局部警報(bào)、修正在從變送器16輸出的過程 變量的測量值、用于安排維修等。所述診斷輸出還可以與其它診斷技術(shù)結(jié) 合使用，以提供更精確的診斷信息。
盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)理解，可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，進(jìn)行形式和細(xì)節(jié) 上的改變?？梢詫⑷魏晤愋偷牧鳒y量技術(shù)與變送器16結(jié)合使用，所述變送 器包括磁性流量計(jì)、基于渦流或科里奧利的量計(jì)等。例如，傳感器50可以 包括用于磁性流量計(jì)的磁性傳感器、基于振動(dòng)的傳感器等。
權(quán)利要求
1. 一種用于測量過程流體的流量的流量計(jì)，包括傳感器，所述傳感器構(gòu)造成提供與所述過程流體的流量相關(guān)的傳感器輸出信號；電路，所述電路構(gòu)造成確定與傳感器輸出信號相關(guān)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)；以及診斷電路，所述診斷電路構(gòu)造成基于所確定的統(tǒng)計(jì)參數(shù)和所述傳感器輸出信號來提供診斷輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述診斷電路確定所述傳感器輸 出信號中的噪聲。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述噪聲基于所述傳感器輸出信 號的標(biāo)準(zhǔn)偏差來確定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述診斷電路確定在大致穩(wěn)態(tài)流 情況下的噪聲。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述傳感器包括差壓傳感器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述傳感器包括磁性傳感器或磁 性流量計(jì)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述傳感器包括渦流或科里奧利 流量計(jì)的振動(dòng)傳感器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，包括存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器構(gòu)造成存儲(chǔ) 所述統(tǒng)計(jì)參數(shù)和所述傳感器輸出之間的名義關(guān)系。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述診斷輸出基于當(dāng)前統(tǒng)計(jì)參數(shù) 和當(dāng)前傳感器輸出之間的比較以及所存儲(chǔ)的名義關(guān)系。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，包括在過程控制環(huán)上傳輸所述傳感 器輸出。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述傳感器輸出與過程連接的 阻塞相關(guān)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述診斷輸出與節(jié)流孔板的狀 況相關(guān)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述診斷輸出與所述過程流體的成分相關(guān)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述傳感器輸出表示過程控制 環(huán)的狀況。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述診斷電路采用帶通濾波器 確定所述傳感器輸出信號中的噪聲。
16. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述診斷電路采用高通濾波器 確定所述傳感器輸出信號中的噪聲。
17. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述診斷電路通過確定所述傳感器輸出信號的均方根值來確定所述傳感器輸出信號中的噪聲。
18. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述診斷電路采用所述傳感器 信號的傅里葉變換來確定所述傳感器輸出信號中的噪聲。
19. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述名義關(guān)系在所述流量計(jì)的 制造過程中被確定。
20. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述名義關(guān)系在所述流量計(jì)的 操作過程中被確定。
21. —種診斷用于測量過程流體的流量的流量計(jì)的操作的方法，所述 方法包括獲得與所述過程流體的流量相關(guān)的信號；確定與所述的與所述過程流體的流量相關(guān)的信號相關(guān)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)；以及基于所述的與所述過程流體的流量相關(guān)的信號以及所確定的統(tǒng)計(jì)參 數(shù)，提供診斷輸出。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述統(tǒng)計(jì)參數(shù)與所述傳感器輸 出信號中的噪聲相關(guān)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中基于所述傳感器輸出信號的標(biāo) 準(zhǔn)偏差來確定所述噪聲。
24. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述信號與差壓傳感器相關(guān)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，包括包含當(dāng)前統(tǒng)計(jì)參數(shù)、當(dāng)前傳 感器輸出和所存儲(chǔ)的名義關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于測量過程流體的流量的流量計(jì)(16)。所述流量計(jì)(16)包括構(gòu)造成提供傳感器輸出信號(78)的傳感器(50)。傳感器輸出信號與所述過程流體的流量相關(guān)。在所述流量計(jì)中的電路(77)構(gòu)造成確定與傳感器輸出信號有關(guān)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。診斷電路(76)基于所確定的統(tǒng)計(jì)參數(shù)和所述傳感器輸出信號(78)提供診斷輸出(82)。
文檔編號G01F15/00GK101506629SQ200780030039
公開日2009年8月12日 申請日期2007年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月14日
發(fā)明者達(dá)維德·L·韋斯 申請人:羅斯蒙德公司