專利名稱：：用于流量計現(xiàn)場校準的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明的實施例涉及一種用于流量計現(xiàn)場校準的系統(tǒng)和方法，并且在一個實施例中，涉及一種用于火炬氣(flaregas)流量計現(xiàn)場校準的系統(tǒng)和方法.
背景技術(shù)：
：流量計和流量計系統(tǒng)被用于測量管路或管道內(nèi)流動的流體的特性.一種特定的重要特性是流體的流量或流速。超聲波傳感器經(jīng)常被用于根據(jù)通過流體傳送的超聲波信號的通過時間來測量流速.通常，流量計利用兩個彼此分別設(shè)置在管路或管道上游和下游的傳感器來測量流速.每個傳感器都以交互的方式傳送和接收信號。隨后流速作為沿流動方向和逆流動方向傳送的超聲波信號的通過時間的函數(shù)而被計算，也就是說，作為上游通過時間和下游通過時間之間時差的函數(shù)而被計算。例如，在存在流動的情況下，從上游傳感器傳送到下游傳感器的通過時間信號脈沖快于從下游傳感器傳送到上游傳感器的脈沖。通過由從下游傳感器傳送到上游傳感器的通過時間中減去從上游傳感器傳送到下游傳感器的通過時間，即可算出通過時差&,再利用其他的已知參數(shù)例如管道尺寸和超聲波信號路徑長度，以及測得的流體內(nèi)的聲速，即可由此確定出流速.超聲波流量計中通過時間測量的基本原理完全是公知的.流體流量測量經(jīng)常給企業(yè)之間的現(xiàn)金轉(zhuǎn)移提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其中資源的銷量可能最終就取決于流量測量的準確性.而且，準確的流量測量能夠提供關(guān)于工業(yè)過程例如化工或燃燒過程的有價值信息，而這些信息能夠用作優(yōu)化和控制的基礎(chǔ)信息，例如，一旦流體流速被算出，那么其他的流體性質(zhì)也可以被確定，例如體積流量Q,它是流速和管道面積的函數(shù)，和/或流體的平均分子量。后一個性質(zhì)是某些化工過程效率的優(yōu)良指標。通過監(jiān)測該性質(zhì)，化工過程就能夠被優(yōu)化，在一個例子中，此處的受讓人提供了一種型號為GF868的超聲波流量計，來監(jiān)測排入大氣中的火炬氣.該流量計通常被用于測量化學加工工業(yè)中的流量.它不僅具有高于5X的精度，還提供了一種有效，經(jīng)濟和準確的監(jiān)測火炬氣排放的裝置，但是，某些州，例如德克薩斯州和加利福尼亞州，以及某些歐洲國家，需要對火炬氣流量計進行每年至少一次的校準以確保排放被很好地監(jiān)測和控制。通常在其他一些情況下也可能需要或者希望校準流量計.另外，在很多典型的流量計中，隨時間流逝造成的侵蝕或污染物沉積能夠?qū)е铝髁坑媯鞲衅餍盘枑夯?，從而能夠造成流量測量精度的降低.通常，由于大量的時間和資源消耗以及所導致的系統(tǒng)停機時間，拆除管路中的傳感器安裝段或部分進行離線校準的成本很高.一種公知的校準流量計的方法包括使用卡尺和CMM(坐標測量機)來校正聲速的測量。流量計的零點校準通過將流量計傳感器從流體管線拆除并將其放入沒有流量的"黑盒"內(nèi)實現(xiàn).但是，該方法4艮繁瑣，并且很難在現(xiàn)場使用。而且，作為一個實際因素，可能也無法跨越系統(tǒng)特定的流速范圍限制，例如在可能高達300英尺/秒的最大流速下，來校準流量計，因為這樣的條件可能在校準時或正常操作期間并不存在。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實施例提供了經(jīng)濟，復(fù)雜度更低，和更準確的流量計現(xiàn)場校準方法。由于通過時間主要是超聲波信號路徑(ultrasonicsignalpaths)和流體內(nèi)聲速的函數(shù)，因此準確的聲速測量對于實現(xiàn)準確的流量或流速測量來說是;f艮重要的.在本發(fā)明的各種實施例中，申請人的系統(tǒng)和方法提供了更準確的聲速測量和校準，并因此可以提供所需的精度.不過，本發(fā)明的各種實施例也另外包括了改進的通過時間測量和校準.本發(fā)明各種實施例相關(guān)的改進校準能夠在線進行，而不會不恰當?shù)那_現(xiàn)有系統(tǒng)，且停機時間很短甚至不會停機。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的實施例并不局限于任何特定類型的流量計或應(yīng)用，而是可以在需要或者想要獲得準確聲速和/或通過時差參數(shù)A/時被用于任何流量計。但是，本發(fā)明在其他實施例中并不需要實現(xiàn)上述所有目標，并且相關(guān)的權(quán)利要求也不應(yīng)被限制為能夠?qū)崿F(xiàn)這些目標的裝置和方法。本發(fā)明給出了一種用于流量計的校準系統(tǒng)，該校準系統(tǒng)包括流動模擬器，該流動模擬器包括設(shè)置為從流量計接收流量計傳感器信號的接收器和設(shè)置為建立模擬通過時間信號脈沖并以預(yù)定的時間間隔將模擬通過時間信號脈沖傳送至流量計的模擬子系統(tǒng).校準子系統(tǒng)被設(shè)置為從流量計接收由流量計基于模擬通過時間信號脈沖(simulatedtransittimesignalpulses)產(chǎn)生的通過時差值(transittimedifferential)并輸出校準因子至流量計，預(yù)定的時間間隔可以代表一種針對特定類型流體在一定已知流速下的通過時差值.在一個實施例中，接收器被設(shè)置為從流量計接收已傳送的流量計傳感器信號，而模擬子系統(tǒng)被設(shè)置為利用從流量計接收的已傳送的流量計傳感器信號建立模擬通過時間信號脈沖.校準子系統(tǒng)可以被進一步設(shè)置為將由流量計產(chǎn)生的通過時差值與預(yù)定的時間間隔做比較以計算校準因子.在一個實施例中，校準子系統(tǒng)被設(shè)置為從流量計接收由流量計基于模擬通過時間信號脈沖產(chǎn)生的流體流速值，并進一步設(shè)置為將由流量計產(chǎn)生的流體流速值與由流動模擬器算出的流體流速做比較以計算校準因子.算出的流速可以代表針對特定類型流體在預(yù)定時間間隔下的速度，校準因子可以調(diào)整由流量計產(chǎn)生的通過時差值，或者調(diào)整由流量計產(chǎn)生的流體流速值.在一種變形中，模擬通過時間信號脈沖是基于來自流量計的實際流量計通過時間信號脈沖的，而且，模擬子系統(tǒng)可以被進一步設(shè)置為將模擬通過時間信號脈沖失真來模擬干擾脈沖的噪聲因子，和/或被設(shè)置為調(diào)制模擬通過時間信號脈沖的信號品質(zhì).可以被調(diào)制的信號品質(zhì)包括振幅和/或頻率.在一個實施例中，校準系統(tǒng)包括用于插入其中有流體流動的管道內(nèi)的探針和連接至該探針并被設(shè)置為計算流體內(nèi)的聲速和輸出聲速校正系數(shù)至流量計的處理子系統(tǒng)，探針被成型為適合裝入管道的開口.在一種變形中，探針包括至少兩個間隔固定距離的傳感器和至少一個用于使流體流過探針的縫隙，探針傳感器設(shè)置為傳送和接收超聲波信號并輸出通過時間信號.探針傳感器通常確定了通過流體的超聲波信號路徑.在另一種變形中，探針包括間隔固定距離的至少一個傳感器和一個反射器以及至少一個用于使流體流過探針的縫隙，這一個探針傳感器設(shè)置為傳送超聲波信號，接收從反射器反射回來的超聲波信號，和輸出通過時間信號，在一種配置中，處理子系統(tǒng)被進一步設(shè)置為激活探針傳感器并響應(yīng)由探針傳感器輸出的通過時間信號以計算流體內(nèi)的聲速.處理子系統(tǒng)通常也被設(shè)置為從流量計接收由流量計確定的流體聲速值，并將由流量計確定的流體聲速值與算出的聲速做比較以計算聲速校正系數(shù).流量計可以是火炬氣流量計且流體可以是火炬氣.探針是便攜式的，并且可以被預(yù)校準，而在一個實施例中探針的直徑或?qū)挾刃∮诘扔?/4英寸。探針傳感器可以在探針內(nèi)移動，或者反射器可以在探針內(nèi)移動.在這些變形中，處理子系統(tǒng)被進一步設(shè)置為輸出一系列代表流體聲速分布的聲速值.本發(fā)明還給出了一種用于流量計的校準系統(tǒng)，該校準系統(tǒng)包括流動模擬器，該流動模擬器包括設(shè)置為從流量計接收已傳送的流量計傳感器信號的接收器和設(shè)置為利用從流量計接收的已傳送的流量計傳感器信號脈沖傳^至流量計的^模擬子系統(tǒng).校準子系統(tǒng)被i置為從流量計接:由流量計基于模擬通過時間信號脈沖產(chǎn)生的通過時差值，將由流量計產(chǎn)生的通過時差值與預(yù)定的時間間隔做比較以計算校準因子來調(diào)整由流量計產(chǎn)生的通過時差值，并輸出校準因子至流量計，本發(fā)明進一步給出了一種用于流量計的校準系統(tǒng)，該校準系統(tǒng)包括流動模擬器，該流動模擬器包括設(shè)置為從流量計接收流量計傳感器信號的接收器和設(shè)置為基于來自流量計的實際通過時間信號脈沖建立模擬至流量計的模擬子系統(tǒng).校準子系統(tǒng)被設(shè)置為從流量計接收由流量計基于模擬通過時間信號脈沖產(chǎn)生的通過時差值，將由流量計產(chǎn)生的通過時差值與預(yù)定的時間間隔做比較以計算校準因子，并輸出校準因子至流量計.本發(fā)明還給出了一種用于流量計的校準系統(tǒng)，包括用于插入其中有流體流動的管道內(nèi)的探針，和連接至探針并設(shè)置為計算流體內(nèi)的聲速和輸出聲速校正系數(shù)至流量計的處理子系統(tǒng).該系統(tǒng)進一步包括流動模擬器，該流動模擬器包括設(shè)置為從流量計接收流量計傳感器信號的接收器，設(shè)置為建立模擬通過時間信號脈沖并以預(yù)定的時間間隔將模擬通過時間信號脈沖傳送至流量計的模擬子系統(tǒng)，和校準子系統(tǒng).校準子系統(tǒng)被設(shè)置為從流量計接收由流量計基于模擬通過時間信號脈沖產(chǎn)生的通過時差值，并輸出校準因子至流量計。本發(fā)明還給出了一種用于流量計的校準系統(tǒng)，包括探針和處理子系統(tǒng)，探針包括至少兩個間隔固定距離的傳感器和至少一個用于使流體流過探針的縫隙，傳感器設(shè)置為傳送和接收超聲波信號并輸出通過時間信號.處理子系統(tǒng)激活探針傳感器和響應(yīng)通過時間信號，并被設(shè)置為計算流過探針的流體內(nèi)的聲速，再輸出聲速校正系數(shù)至流量計.該系統(tǒng)也包括流動模擬器，該流動模擬器包含設(shè)置為從流量計接收已傳送的流量計傳感器信號的接收器，設(shè)置為利用從流量計接收的已傳送的流量計傳^間^號脈沖傳送至流量計的S;^擬^"系統(tǒng)，和校準子系統(tǒng):校準子系統(tǒng)被設(shè)置為從流量計接收由流量計基于模擬通過時間信號脈沖產(chǎn)生的通過時差值和流體流速值中的至少一個，并輸出校準因子至流量計.本發(fā)明還給出了一種用于流量計的校準方法，該校準方法包括從流量計接收流量計傳感器信號，建立模擬通過時間信號脈沖并以預(yù)定的時間間隔將模擬通過時間信號脈沖傳送至流量計，從流量計接收由流量計基于模擬通過時間信號脈沖產(chǎn)生的通過時差值，并輸出校準因子至流量計。預(yù)定的時間間隔可以代表一種針對特定類型流體在一定已知流速下的通過時差值.在一個實施例中，接收的流量計傳感器信號是已傳送的流量計傳感器信號，而模擬通過時間信號脈沖是利用從流量計接收的已傳送的流量計傳感器信號而建立的.該方法可以進一步包括將由流量計產(chǎn)生的通過時差值與預(yù)定的時間間隔做比較以計算校準因子.可選地或者附加地，該方法可以包括從流量計接收由流量計基于模擬通過時間信號脈沖產(chǎn)生的流體流速值，并將由流量計產(chǎn)生的流體流速值與由流動模擬器算出的流體流速做比較以計算校準因子.算出的流速可以代表針對特定類型流體在預(yù)定時間間隔下的速度.校準因子可以調(diào)整由流量計產(chǎn)生的通過時差值，或者調(diào)整由流量計產(chǎn)生的流體流速值.在一種變形中，模擬通過時間信號脈沖是基于來自流量計的實際流量計通過時間信號脈沖的。在另一種變形中，該方法可以包括將模擬通過時間信號脈沖失真來模擬干擾脈沖的噪聲因子，和/或調(diào)制模擬通過時間信號脈沖的信號品質(zhì)。被調(diào)制的信號品質(zhì)可以包括振幅和/或頻率.在一個實施例中，校準方法可以進一步包括將探針插入其中有流體流動的管道內(nèi)，計算流體內(nèi)的聲速，并輸出聲速校正系數(shù)至流量計.探針被成型為適合裝入管道的開口，并且在一種配置中，探針包括至少兩個間隔固定距離的傳感器和至少一個用于使流體流過探針的縫隙，探針傳感器設(shè)置為傳送和接收超聲波信號并輸出通過時間信號.探針傳感器通常確定了通過流體的超聲波信號路徑.在另一種配置中，探針包括間隔固定距離的至少一個傳感器和一個反射器以及至少一個用于使流體流過探針的縫隙，該探針傳感器設(shè)置為傳送超聲波信號，接收從反射器反射回來的超聲波信號，和輸出通過時間信號，該方法也可以包括激活探針傳感器并響應(yīng)由探針傳感器輸出的通過時間信號以計算流體內(nèi)聲速的步驟，其中流體內(nèi)聲速的計算包括從流量計接收由流量計確定的流體聲速值，并將由流量計確定的流體聲速值與算出的聲速做比較以計算聲速校正系數(shù)。流量計可以是火炬氣流量計且流體可以是火炬氣.探針通常為便攜式且可以被預(yù)校準。在一個實施例中，探針的直徑或?qū)挾刃∮诘扔?/4英寸.探針傳感器可在探針內(nèi)移動，或者反射器可以在探針內(nèi)移動.在這樣的變形中，該方法可以包括輸出一系列代表流體聲速分布的聲速值的步驟.本發(fā)明進一步給出了一種用于流量計的校準方法，該校準方法包括從流量計接收已傳送的流量計傳感器信號，利用從流量計接收的已傳送的流量計傳感器信號建立模擬通過時間信號脈沖并以預(yù)定的時間間隔將模擬通過時間信號脈沖傳送至流量計，從流量計接收由流量計基于模擬通過時間信號脈沖產(chǎn)生的通過時差值，將由流量計產(chǎn)生的通過時差值與預(yù)定的時間間隔做比較以計算校準因子來調(diào)整由流量計產(chǎn)生的通過時差值，并輸出校準因子至流量計。本發(fā)明還給出了一種用于流量計的校準方法，該校準方法包括從流量計接收流量計傳感器信號，基于來自流量計的實際通過時間信號脈沖脈沖傳送至流量計，從流量計接收由流量計基于模擬通過時間信號脈沖產(chǎn)生的通過時差值，將由流量計產(chǎn)生的通過時差值與預(yù)定的時間間隔做比較以計算校準因子，并輸出校準因子至流量計.本發(fā)明還給出了一種用于流量計的校準方法，該校準方法包括將探針插入其中有流體流動的管道開口內(nèi)，計算流體內(nèi)的聲速，并輸出聲速校正系數(shù)至流量計.該方法進一步包括從流量計接收流量計傳感器信號，建立模擬通過時間信號脈沖并以預(yù)定的時間間隔將模擬通過時間信號脈沖傳送至流量計，從流量計接收由流量計基于模擬通過時間信號脈沖產(chǎn)生的通過時差值，并輸出校準因子至流量計.本發(fā)明進一步給出了一種用于流量計的校準方法，該校準方法包括將探針插入其中有流體流動的管道開口內(nèi)的步驟，探針包括至少兩個間隔固定距離的傳感器和至少一個用于使流體流過探針的縫隙，傳感器設(shè)置為傳送和接收超聲波信號并輸出通過時間信號，該方法也包括激活探針傳感器，響應(yīng)通過時間信號并計算管道內(nèi)流過縫隙的流體內(nèi)的聲速，并輸出聲速校正系數(shù)至流量計的步驟.該方法進一步包括從流量計接收已傳送的流量計傳感器信號，利用從流量計接收的已傳送的流量計傳感器信號建立模擬通過時間信號脈沖，以預(yù)定的時間間隔將模擬通過時間信號脈沖傳送至流量計，從流量計接收由流量計基于模擬通過時間信號脈沖產(chǎn)生的通過時差值，并輸出校準因子至流量計的步驟.其他的目的，特征和優(yōu)點將通過下述實施例的說明以及附圖而被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個流量計校準系統(tǒng)實施例的透視示意圖；圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一種應(yīng)用的一個探針和處理子系統(tǒng)實施例的部分剖視的透視示意圖2B是根據(jù)本發(fā)明的一種應(yīng)用的一個包括一個傳感器和一個反射器的探針實施例的部分剖視的透視示意圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個處理子系統(tǒng)實施例的主要處理步驟的示意方塊圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個流動模擬器實施例的主要部件的示意方塊圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個流動模擬器實施例的主要處理步驟的示意方塊圖；和圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的一種同時包括了聲速校準和通過時差校準的校準方法實施例的主要方法步驟的示意方塊圖.具體實施例方式除了下面公開的一個或多個實施例之外，本發(fā)明還能夠有其他的實施例和以各種方式被實踐或?qū)崿F(xiàn)。因此，應(yīng)該理解本發(fā)明的應(yīng)用并不局限于如下的說明書所述或附圖所示的結(jié)構(gòu)細節(jié)和部件設(shè)置。即使文中介紹了一個實施例，相關(guān)的權(quán)利要求也不應(yīng)被限制為該實施例，而且，除非有清楚和有力的證據(jù)表明確定的排除，限制，或放棄，相關(guān)的權(quán)利要求也不應(yīng)被加以限制地理解。圖1中的一種典型的流量計10包括傳感器12和14以及相關(guān)的電子處理單元16.傳感器12和14如圖所示位于管路或管道18的相對的兩側(cè)，但是在不同的流量計中傳感器也可以位于管路的相同側(cè)，或者也可以有多于兩個的傳感器.如圖所示，管道18包括可以熱鑄入管道18內(nèi)的傳感器安裝段18a。其他的部件也可以被包括在流量計10內(nèi)或者與流量計10—起使用，或者某些部件也可以被排除在外.在本發(fā)明的一個實施例中，流量計校準系統(tǒng)20包括用于確定在管道18內(nèi)流動的流體24中的聲速的探針30和處理子系統(tǒng)40.在另一個實施例中，流量計校準系統(tǒng)20包括設(shè)置用于模擬流體流動，例如模擬該實施例中的流體24流動的流動模擬器60.流量計校準系統(tǒng)20的其他實施例可以同時包括探針30和處理子系統(tǒng)40，以及流動模擬器60，如下所述。在各種情況下，流量計校準系統(tǒng)20校準流量計IO用于提高流體24內(nèi)的聲速和/或速度測量的準確性，以及其他基于該測量值參數(shù)的準確性.盡管本發(fā)明的實施例特別適用于測量火炬氣的火炬氣流量計，但本發(fā)明并不局限于此，并且本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的實施例并不局限于結(jié)合任何特定的流量計或流量計的特定結(jié)構(gòu)使用.如
背景技術(shù)：
部分所述，例如流量計10這樣的流量計使用兩個傳感器12和14來測量管道18內(nèi)流動的流體24的流體流速，其中傳感器12位于上游而傳感器14位于下游，每個傳感器都位于或連接至管路或管道18。通常，每個傳感器12，14都被設(shè)置為以交互的方式傳送和接收超聲波信號。從一個傳感器送出的超聲波信號被另一個傳感器接收，反之亦然，然后，和其他已知的參數(shù)一起，通過管道18的流體24的流速能夠作為沿流動方向和逆流動方向的超聲波信號通過時間的函數(shù)，也就是作為上游和下游超聲波信號通過時間之間的時差的函數(shù)被算出.例如，在流體24存在時，從上游傳感器12傳送至下游傳感器14的通過時間信號脈沖^與從下游傳感器14傳送至上游傳感器12的脈沖^并不相同.通過發(fā)現(xiàn)通過時間之間的差，例如，超聲波信號從下游傳4器14傳送至上游傳感器12所耗費的時間與超聲波信號從上游傳感器12傳送至下游傳感器14所耗費的時間之間的差，,—^,即可算出通過時差A(yù)/，其中&=~-Q.利用其他的已知參數(shù)例如超聲波信號的路徑P和管道尺寸L，以及測得的流體內(nèi)聲速C，即可確定流體18的流速V,在任何情況下，流速或者是&的函數(shù)和/或是流體內(nèi)聲速c的函數(shù)，例如<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>(1)在第一種情況下，能夠看出流體24內(nèi)的聲速c是確定流速V的重要因子.流體24內(nèi)的聲速c通過流量計IO利用超聲波信號通過時間來確定。但是，隨著時間流逝造成的流量計部件的侵蝕與退化和/或積累的污染物的沉積，都能夠?qū)τ闪髁坑嫶_定的聲速的準確性產(chǎn)生不利影響，并因此對由流量計確定的流體流速V的準確性產(chǎn)生不利影響。在本發(fā)明的一種應(yīng)用中，校準系統(tǒng)20包括用于插入其中有流體24流動的管道18內(nèi)的探針30,在一種結(jié)構(gòu)中，探針30被成型為適合裝入管道18內(nèi)的開口31。在一個實施例中，圖2A中的探針30具有小于或等于3/4英寸的寬度或直徑w以將探針30插入管道18內(nèi)。盡管向現(xiàn)有管道內(nèi)攻出大于3/4英寸的開口通常是一種需要專業(yè)人員的昂貴過程，但是例如在目前的化工過程排放監(jiān)控中，由加工廠的操作員在管道所在處開出達到3/4英寸的管道端口或開口是允許的，這樣，就不再需要專業(yè)人員，而且這種端口或開口能夠被容易地和便宜地準備好用于允許將探針插入管道內(nèi)，實際上，例如很多化工廠的管道，都包括這種尺寸的可以插入探針的內(nèi)置端口，在各種實施例中，探針30都是便攜式的以便能夠?qū)⑵鋷氍F(xiàn)場并用于各種位置，同樣，探針30自身也可以被現(xiàn)場校準或預(yù)校準，例如可以通過將其放入某種介質(zhì)例如蒸餾水中并利用由NIST(國家標準技術(shù)研究所)公告的已知水中聲速值進行，在一種變形中，探針30包括圖2A中的傳感器32和34，間隔固定距離d。通常，探針傳感器32和34是傳送傳感器和接收傳感器對，每個都設(shè)置為傳送和接收超聲波信號并輸出通過時間信號.探針30還包括用于使流體流過探針30的縫隙36和38。盡管上述討論中提到了兩個傳感器，但是應(yīng)該理解探針30內(nèi)傳感器的數(shù)量，它們的間距，以及縫隙的數(shù)量，都和基于特定需求應(yīng)用的變形有關(guān)。并且例如探針傳感器32和34可以移動以改變或調(diào)整它們的間距.而且在另一種配置中，兩個傳感器中的一個，例如傳感器34，可以被圖2B中的反射器35所取代以將傳感器32送出的超聲波信號反射回去并被傳感器32接收。反射器也可以移動.通過反射器，超聲波信號的路徑被加倍且信號通常會變得更弱，但是對于某些所需的應(yīng)用來說可能就足夠強了.在傳感器可以移動，或者反射器可以移動的變形中，處理子系統(tǒng)40被設(shè)置為輸出一系列代表流體聲速分布的聲速值.流量計校準系統(tǒng)20包括探針30，也包括連接至探針30并設(shè)置為計算流體24內(nèi)的聲速和輸出聲速校正系數(shù)至流量計10的處理子系統(tǒng)40.在一種配置中，處理子系統(tǒng)40激活探針傳感器32和34中的至少一個以傳遞超聲波信號。當探針30被裝入或插入圖1所示的管道18的開口31內(nèi)，圖2所示的縫隙36和38即允許管道內(nèi)流動的流體也流過探針30。探針傳感器32和34因此確定出通過流體的超聲波信號路徑。利用很多上述關(guān)于流量計和超聲波傳感器的相同原理，處理子系統(tǒng)40響應(yīng)于由探針傳感器32和34輸出的通過時間信號并被設(shè)置為計算流體24內(nèi)的聲速c—e然后輸出聲速校正系數(shù)至流量計10.如圖所示，探針30和處理子系統(tǒng)40是分開的，但是這并不是本發(fā)明的限制，如果需要，探針30和處理子系統(tǒng)40可以是一個部件的一部分或者構(gòu)成一個部件.在一個實施例中，管道內(nèi)流動的流體內(nèi)聲速的計算是利用傳感器之間的固定間隔或距離d以及分別由探針傳感432和34傳送和接收的超聲波信號的平均通過時間/一來計算的，也就是其中,，"是從探針傳感器32至探針傳感器34的通過時間，而,3432是從探針傳感器34至探針傳感器32的通過時間.另外，處理子系統(tǒng)40被設(shè)置為從流量計接收由流量計確定的流體聲速值，例如上述流量計實施例內(nèi)的聲速值.為了計算用于輸出至流量計10的聲速校正系數(shù)，處理子系統(tǒng)40通常被設(shè)置為將由流量計確定的流體聲速值，例如聲速值c，與算出的聲速值，例如c—e進行比較.如果聲速值c與c—不相等，則聲速校正系數(shù)根據(jù)比較的結(jié)果按需要調(diào)整聲速c增大或ii小。如果聲速值c與c,確實相等，則聲速校正系數(shù)根據(jù)校正系數(shù)是乘法運算還是加法運算可以是例如1或0。一種處理子系統(tǒng)40的搮作過程概述如困3的流程圖所示.步驟42中，探針傳感器30和32被激活以傳送超聲波脈沖或信號；步驟44中，處理子系統(tǒng)40響應(yīng)探針傳感器的通過時間信號；步驟46中，計算流體內(nèi)的聲速；步寐48中，輸出聲速校正系數(shù)至流量計.盡管圖3所示的步驟是以一定的順序設(shè)置，但是應(yīng)該理解該順序并不是限制，并且這些步驟可以同時進行或者顛倒順序進行，步驟可以根據(jù)各種實施例而被省略或添加，一個或多個步驟可以至少部分的利用電子電路實現(xiàn).對很多應(yīng)用來說，由探針30和處理子系統(tǒng)40提供給流量計的流體聲速校準即可足以確保流量計的準確性.但是，如杲希望或者需要流量計的精度有更進一步或者獨立的保證，流量計校準系統(tǒng)20的附加實施例也可以包括圖4所示的流動模擬器60。在一個實施例中，圖4所示的流動模擬器60被連接至流量計電子處理單元16并包括接收器62，模擬子系統(tǒng)或模塊64，和校準子系統(tǒng)或模塊66,在典型的流量計中，上游和下游傳感器被激活以產(chǎn)生和傳送超聲波信號，超聲波信號通過管道內(nèi)流動的流體來傳送。在本發(fā)明的一種應(yīng)用中，接收器62被設(shè)置為接收或捕獲來自流量計10的流量計傳感器信號68和68'，通常是已傳送的流量計傳感器信號。利用流量計傳感器信號68和68'例如已傳送的流量計傳感器信號，模擬子系統(tǒng)64被設(shè)置為建立模擬通過時間信號脈沖70和7(T并以預(yù)定的時間間隔傳送模擬通過時間信號脈沖70和70'至流量計10.在一種變形中，模擬通過時間信號脈沖70和70'是基于來自流量計10的實際通過時間信號脈沖的，實際通過時間信號脈沖在校準之前被捕獲和儲存，并隨后被流動模擬器60在建立模擬通過時間信號脈沖70和70'時使用，在這種方式下，由于模擬信號脈沖70和70'是基于實際信號的，因此模擬通過時間信號脈沖70和70'并不純粹，而將包括特定流量計的信號特性，這正是校準的目標.在另一變形中，模擬子系統(tǒng)64還設(shè)置為使模擬通過時間信號脈沖70和70'失真(distort)來模擬干擾脈沖的噪聲因子.在另一應(yīng)用中，模擬子系統(tǒng)64設(shè)置為調(diào)制模擬通過時間信號脈沖70和70'的信號品質(zhì)，例如振幅和/或頻率，以改善模擬效果和建立各種模擬信號脈沖。同樣如上所述，在典型的流量計中通過時差或A,的值是基于通過時間信號而確定的.流體流速v也是由流量計確定的，在此情況下，由于模擬通過時間信號脈沖70和7(V被送至流量計10,流量計將基于來自:準子系統(tǒng)66被設(shè)置為從流^:計io接收或捕獲由流量i;10產(chǎn)生的通過時差值(例如A,或^-^的值)72，和/或被設(shè)置為接收或捕獲由流量計10產(chǎn)生的流體流速^值〖例如V值)74，上述每個值都是基于模擬通過時間信號脈沖而產(chǎn)生的.校準子系統(tǒng)66被進一步設(shè)置為輸出校準因子76，78至流量計10,為了計算校準因子，通常校準子系統(tǒng)66被進一步設(shè)置為將由流量計10產(chǎn)生的通過時差值72與預(yù)定的時間間隔做比較.對于給定的管路尺寸，表1針對各種流體示出了一些通過時差值(△/)以及流體流速的例子。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>應(yīng)該理解這些數(shù)據(jù)可以被儲存在流動模擬器中或者使用常規(guī)計算機硬件，軟件和/或算法的相關(guān)計算機中，同時表l中所示的值僅僅是示例性的而不應(yīng)理解為限制性的。在一個實施例中，校準子系統(tǒng)66將由流量計10產(chǎn)生的通過時差值72與預(yù)定的時間間隔，例如模擬通過時間信號脈沖70的通過時間和模擬通過時間信號脈沖70'的通過時間之間的時間間隔做比較。預(yù)定的時間間隔可以是任何選定的時間間隔，因此，用戶能夠在模擬流動的整個范圍內(nèi)校準而不受限于在正常操作期間或者在流量計校準時可能并不存在的條件.如果通過時差值72(AO與預(yù)定的時間間隔不相等，校準子系統(tǒng)66即被設(shè)置為輸出校準因子76至流量計IO.可選地或者附加地，校準子系統(tǒng)66將由流量計10產(chǎn)生的速度值74與利用已知的預(yù)定時間間隔算出的流速計算值相比較.如果速度值74與流速計算值不相等，校準子系統(tǒng)66即被設(shè)置為輸出校準因子78至流量計IO.如果例如這些流量計參數(shù)值之一或全部都確實與預(yù)設(shè)或預(yù)定的值相等，則校準因子根據(jù)校準因子是乘法運算還是加法運算可以是l或者O.通常，校準因子76將會調(diào)整由流量計IO確定的通過時差值72(),而校準因子78將會調(diào)整由流量計IO確定的速度值74(V)。在各種實施例中，模擬通過時間信號脈沖70和70'之間預(yù)定的時間間隔可以如上所述進行選擇，并且用戶可以選擇一個或多個這樣的間隔，以對應(yīng)于例如圖l這樣能夠?qū)⒁阎耐ㄟ^時差與以已知流速流動的特定類型流體相關(guān)聯(lián)的表或數(shù)據(jù)庫中的值.例如，用戶可以選擇22.44微秒的預(yù)定時間間隔，根據(jù)表1這可以代表以5m/s的速度流動的環(huán)境空氣。同樣在不同的實施例中，流速計算值可以代表針對特定類型流體在預(yù)定時間間隔下的流速.例如，如果流速計算值為2.5m/s,根據(jù)表l這樣的速度可以代表通過時間脈沖之間的時間間隔為0.0601微秒的環(huán)境水.一種流動模擬器60的操作過程概述如圖5的流程圖所示.步驟80中，接收器62從流量計10接收已傳送的流量計傳感器信號68，6『；步驟82中，利用來自流量計10的已傳送的流量計傳感器信號68,68、模擬子系統(tǒng)64建立模擬通過時間信號脈沖70和70。步驟84中，將它們以預(yù)定的時間間隔傳送至流量計10;步驟86中，校準子系統(tǒng)66接收由流量計10基于模擬通過時間信號脈沖70和70'產(chǎn)生的通過時差值72和/或速度值74;步驟88中，輸出校準因子76和/或78至流量計，盡管圖5所示的步稞是以一定的順序設(shè)置，但是應(yīng)該理解該順序并不是限制，并且這些步驟可以同時進行或者顛倒順序進行，步稞可以根據(jù)各種實施例而被省略或添加，一個或多個步驟可以至少部分的利用電子電路實現(xiàn)，一個根據(jù)本發(fā)明的方法實施例的概述如圖6的流程圖所示.步驟100中，探針，例如這里所述的探針30，被插入管道內(nèi)；步驟102中，例如通過處理子系統(tǒng)40，計算聲速；步驟104中，輸出聲速校正系數(shù)至流量計；步驟106中，從流量計接收流量計傳感器信號，在一個實施例中通過流動模擬器60的接收器62接收；步驟108中，例如通過模擬子系統(tǒng)64，建立模擬通過時間信號脈沖并將模擬通過時間信號脈沖以預(yù)定的時間間隔傳送至流量計；步驟110中，例如通過校準子系統(tǒng)66，接收由流量計基于模擬通過時間信號脈沖產(chǎn)生的通過時差值；步稞112中，輸出校準因子至流量計.盡管圖6所示的步驟是以一定的順序設(shè)置，但是應(yīng)該理解該順序并不是限制，并且這些步驟可以同時進行或者顛倒順序進行，同時一個或多個步碟可以利用電子電路實現(xiàn).如圖l所示，流動模擬器60被連接至計算機80.計算機80可以給搮作者提供一種給流動模擬器60輸入命令的裝置，例如控制，失真或調(diào)制送回流量計的模擬通過時間信號脈沖，和/或顯示來自流動模擬器60的各種輸出。但是，這不是一種必需的限制，在不同配置中流動模擬器60可以被編程或集成在計算機80內(nèi)，或者可選地，根據(jù)特定所需應(yīng)用，控制，輸入，輸出和/或顯示可以被編程或集成在流動模擬器60內(nèi)。還應(yīng)注意，實施例中包括了流動模擬器60，探針30和處理子系統(tǒng)40，根據(jù)特定應(yīng)用的需要，處理子系統(tǒng)40可以是流動模擬器60或計算機80的一部分或者集成在其中.在其他的實施例中，流量計校準系統(tǒng)20可以包括流動模擬器60作為探針30和處理子系統(tǒng)40的可選部件而不是附加部件。在此情況下，流動模擬器60將以與如上所述相同的方式工作，但是流量計的整體校準將不包括由探針30和處理器40提供的流量計聲速校正系數(shù).針對主要目的，由流動模擬器60單獨提供給流量計的校準因子也可以確保所需或想要的流量計準確性.申請?zhí)枮?1/831,996,申請日為2007年8月1日，發(fā)明名稱為"用于流量計測試的流動模擬電路"，并且包括本申請發(fā)明人和相同受讓人的共同待審的美國專利申請中，給出了至少一個可以被用作流動模擬器或者流動模擬器一部分的模擬電路的實施例，其在此以參見的方式被引入.因此，^L明顯本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的實施例提供了經(jīng)濟，復(fù)雜度更低，和更準確的流量計現(xiàn)場校準。盡管這些實施例不是用于限制，但是本發(fā)明的系統(tǒng)，子系統(tǒng)，模塊和方法的各個部分可以利用電子電路實現(xiàn)，和/或可以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員嵌入在軟件中，和/或可以作為能夠獨立于其余系統(tǒng)的計算機或其他處理器的一部分，并且本發(fā)明的各個部分可以由計算機和儲存在計算機內(nèi)的計算機可讀取介質(zhì)中例如磁帶或者光盤中的軟件程序?qū)崿F(xiàn).本發(fā)明的系統(tǒng)，子系統(tǒng)，模塊和方法也可以由多臺計算機或裝置實現(xiàn)，其中各部件緊密地物理接近設(shè)置或者在;f艮大的地理區(qū)域內(nèi)分散設(shè)置并通過例如通信網(wǎng)絡(luò)相連接，或者被集成在一個或多個裝置中.該書面說明使用了一些實施例來公開本發(fā)明，包括最佳方式，也是為了能夠使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員實現(xiàn)并使用本發(fā)明.本發(fā)明的專利性范圍由權(quán)利要求確定，并可以包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠預(yù)見的其他實施例.這些其他的實施例只要其中具有不背離權(quán)利要求書面語言的結(jié)構(gòu)部件，或者只要其中包括與權(quán)利要求書面語言沒有本質(zhì)區(qū)別的等價結(jié)構(gòu)部件，就都應(yīng)理解為落在權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi).盡管本發(fā)明的具體特征在某些附圖中示出而在其他視圖中未示出，但是這只是為了方便起見，各個特征都可以與任何或者其他全部的根據(jù)本發(fā)明的特征組合在一起。文中使用的"包括"，"包含"，"具有"，"帶有"等詞語應(yīng)該被廣泛和全面地理解而不應(yīng)受限于任何字面含義。而且，本申請主題中公開的任何實施例都不應(yīng)被認為是唯一可能的實施例.其他實施例也可以被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所預(yù)見同時仍落在權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi).另外，對于本專利在專利申請審查過程期間提交的任何修改都不是對提交的原始申請中所提出的任何權(quán)利要求內(nèi)容的放棄本領(lǐng)域普通技術(shù)人員合理地不能預(yù)見到如何撰寫出一項可以從字面上涵蓋所有可能的等價情況的權(quán)利要求，很多等價情況在修改時還是不可預(yù)見的并且對于要放棄哪些內(nèi)容(如果有的話)也是無法合理闡述的，修改的根本原因可能只是與很多等價情況有很細微的關(guān)聯(lián)，和/或還有很多其他的申請人無法預(yù)見的需要對任意修改后的權(quán)利要求內(nèi)容進行某些非實質(zhì)性替換的理由.權(quán)利要求1、一種用于流量計的校準系統(tǒng)，所述校準系統(tǒng)包括流動模擬器，所述流動模擬器包含接收器，設(shè)置為從流量計接收流量計傳感器信號；模擬子系統(tǒng)，設(shè)置為建立模擬通過時間信號脈沖并以預(yù)定的時間間隔將模擬通過時間信號脈沖傳送至流量計；和校準子系統(tǒng)，設(shè)置為從流量計接收由流量計基于模擬通過時間信號脈沖產(chǎn)生的通過時差值，并輸出校準因子至流量計。2、如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，進一步包括探針，用于插入其中有流體流動的管道內(nèi)；和處理子系統(tǒng)，連接至探針并設(shè)置為計算流體內(nèi)的聲速和輸出聲速校正系數(shù)至流量計。3、一種用于流量計的校準系統(tǒng)，所述校準系統(tǒng)包括流動模擬器，所述流動模擬器包含接收器，設(shè)置為從流量計接收已傳送的流量計傳感器信號；模擬子系統(tǒng)，設(shè)置為利用從流量計接收的已傳送的流量計傳感器信號建立模擬通過時間信號脈沖并以預(yù)定的時間間隔將模擬通過時間信號脈沖傳送至流量計；和校準子系統(tǒng)，設(shè)置為從流量計接收由流量計基于模擬通過時間信號脈沖產(chǎn)生的通過時差值，將由流量計產(chǎn)生的通過時差值與預(yù)定的時間間隔做比較以計算校準因子來調(diào)整由流量計產(chǎn)生的通過時差值，并輸出校準因子至流量計。4、一種用于流量計的校準系統(tǒng)，所述校準系統(tǒng)包括流動模擬器，所述流動模擬器包含接收器，設(shè)置為從流量計接收流量計傳感器信號；模擬子系統(tǒng)，設(shè)置為基于來自流量計的實際通過時間信號脈沖建立模擬通過時間信號脈沖，并以預(yù)定的時間間隔將模擬通過時間信號脈沖傳送至流量計；和校準子系統(tǒng)，設(shè)置為從流量計接收由流量計基于模擬通過時間信號脈沖產(chǎn)生的通過時差值，將由流量計產(chǎn)生的通過時差值與預(yù)定的時間間隔做比較以計算校準因子，并輸出校準因子至流量計.5、一種用于流量計的校準系統(tǒng)，包括探針，用于插入其中有流體流動的管道內(nèi)；處理子系統(tǒng)，連接至探針并設(shè)置為計算流體內(nèi)的聲速和輸出聲速校正系數(shù)至流量計；流動模擬器，該流動模擬器包含接收器，設(shè)置為從流量計接收流量計傳感器信號；模擬子系統(tǒng)，設(shè)置為建立模擬通過時間信號脈沖并以預(yù)定的時間間隔將模擬通過時間信號脈沖傳送至流量計；和校準子系統(tǒng)，設(shè)置為從流量計接收由流量計基于模擬通過時間信號脈沖產(chǎn)生的通過時差值，并輸出校準因子至流量計.6、一種用于流量計的校準系統(tǒng)，包括探針，包括至少兩個間隔固定距離的傳感器和至少一個用于使流體流過探針的縫隙，所述傳感器設(shè)置為傳送和接收超聲波信號并輸出通過時間信號；處理子系統(tǒng)，用于激活探針傳感器和響應(yīng)通過時間信號并被設(shè)置為計算流過探針的流體內(nèi)的聲速，且輸出聲速校正系數(shù)至流量計；流動模擬器，該流動模擬器包含接收器，設(shè)置為從流量計接收已傳送的流量計傳感器信號；模擬子系統(tǒng)，設(shè)置為利用從流量計接收的已傳送的流量計傳感器信號建立模擬通過時間信號脈沖并以預(yù)定的時間間隔將模擬通過時間信號脈沖傳送至流量計；和校準子系統(tǒng)，設(shè)置為從流量計接收由流量計基于模擬通過時間信號脈沖產(chǎn)生的通過時差值和流體流速值中的至少一個，并輸出校準因子至流量計.7、一種用于流量計的校準方法，包括從流量計接收流量計傳感器信號；建立模擬通過時間信號脈沖并以預(yù)定的時間間隔將模擬通過時間信號脈沖傳送至流量計；從流量計接收由流量計基于模擬通過時間信號脈沖產(chǎn)生的通過時差值；和輸出校準因子至流量計。8、如權(quán)利要求8所述的方法，進一步包括將探針插入其中有流體流動的管道內(nèi)；計算流體內(nèi)的聲速；和輸出聲速校正系數(shù)至流量計，9、一種用于流量計的校準方法，包括從流量計接收已傳送的流量計傳感器信號；利用從流量計接收的已傳送的流量計傳感器信號建立模擬通過時間信號脈沖并以預(yù)定的時間間隔將模擬通過時間信號脈沖傳送至流量計；從流量計接收由流量計基于模擬通過時間信號脈沖產(chǎn)生的通過時差值；將由流量計產(chǎn)生的通過時差值與預(yù)定的時間間隔做比較以計算校準因子來調(diào)整由流量計產(chǎn)生的通過時差值；和輸出校準因子至流量計。全文摘要用于流量計現(xiàn)場校準的系統(tǒng)和方法該校準系統(tǒng)包括流動模擬器，該流動模擬器包括設(shè)置為從流量計接收流量計傳感器信號的接收器。模擬子系統(tǒng)被設(shè)置為建立模擬通過時間信號脈沖，并以預(yù)定的時間間隔將模擬通過時間信號脈沖傳送至流量計。校準子系統(tǒng)被設(shè)置為從流量計接收由流量計基于模擬通過時間信號脈沖產(chǎn)生的通過時差值并輸出校準因子至流量計。文檔編號G01F25/00GK101339068SQ200810125100公開日2009年1月7日申請日期2008年7月7日優(yōu)先權(quán)日2007年7月6日發(fā)明者J·蒂爾登,X·S·敖申請人:通用電氣公司