專利名稱：用于確定流量計標定器中的置換器位置的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容涉及一種用于確定流量計標定器中的置換器位置的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
在從地面去除碳氫化合物之后，流體流(諸如原油或天然氣)經(jīng)由管線從一個地方運輸?shù)搅硪粋€地方。期望準確地知道在流中流動的流體的量，并且在流體轉(zhuǎn)手或者“密閉輸送”時需要特別準確。密閉輸送可以發(fā)生在流體財政(fiscal)傳輸測量站或撬(skid) 上，該流體貿(mào)易傳輸測量站或撬可包括關(guān)鍵的傳輸部件，諸如測量裝置或流量計、標定裝置、相關(guān)聯(lián)的管道和閥，以及電控制裝置。對流過全部遞送管線系統(tǒng)的流體流的測量開始于流量計，流量計可包括例如渦輪流量計、正排量計、超聲波測量儀、科里奧利流量計或渦流計。流體流的流動特性可以在產(chǎn)品遞送期間改變，從而影響對正遞送的產(chǎn)品的準確測量。通常，通過操作者的干預(yù)而獲知壓力、溫度和流率的改變。這些改變被表示為流動特性的改變，并且通常通過操作者經(jīng)由改變的影響以及其對測量裝置的影響來驗證。流量計性能會受流體的特性和/或管道傳送部件的布置的影響。通常，流量計性能的驗證通過利用標定裝置或標定器對流量計進行標定來進行。在撬上與測量裝置相鄰的并且與測量裝置流體連通的校準后的標定器對流體的體積進行采樣，并且所采樣的體積與測量裝置的通過體積進行比較。如果在所比較的體積之間存在統(tǒng)計上的重大差別，則調(diào)整測量裝置的通過體積，以反映標定器所識別的實際流動體積。標定器具有被校準為已知且接受的準確度標準(諸如美國石油組織(API)或國際標準化組織(ISO)規(guī)定的標準)的精確已知體積。標定器的精確已知體積可以被定義為兩個檢測器開關(guān)之間的產(chǎn)品的體積，該體積被置換器(諸如彈性球或活塞)的通道所置換。標定器中被置換的已知體積與流量計的通過量進行比較。如果比較產(chǎn)生了為零的體積差或可接受的變化，則認為流量計在允許的容限的限制內(nèi)是準確的。如果體積差超過所允許的限制，則證明流量計可能不準確。此后，可以調(diào)整流量計通過體積，以反映標定器所識別的實際流動體積。調(diào)整可利用流量計校正因子來進行。為了獲得精確的校準，必須利用通過標定器的流體的動態(tài)流來準確地確定標定器中的置換器位置。標定器是現(xiàn)場參考標準，相對于該現(xiàn)場參考標準對流量計進行校準。

發(fā)明內(nèi)容
用于對流量計進行標定的設(shè)備和方法。在一個實施例中，流量計標定器包括流動管、置換器以及信號分析器。置換器可在流動管的流動通道中移動。磁性目標布置在置換器上。一個或多個感應(yīng)換能器布置在流動管上并且被配置成在置換器在流動管中移動時檢測磁性目標。信號分析器被配置成檢測表示由移動跨越換能器的磁性目標引起的各個換能器的感應(yīng)改變的信號。信號分析器進一步被配置成基于信號的沿確定置換器速度。在另一實施例中，用于對流量計進行標定的方法包括通過流體流引起標定器的流動管中的置換器的移動。耦接到流動管的感應(yīng)換能器的感應(yīng)基于置換器的磁體目標到換能器的接近程度而改變。檢測表示感應(yīng)改變的信號?；谛盘柕难卮_定置換器速度。在另一實施例中，流量測定系統(tǒng)包括流量計標定器。流量計標定器包括布置在流動管中的置換器。流動管包括沿流動管的長度布置的多個感應(yīng)換能器。流量計標定器還包括耦接到各個換能器的脈沖發(fā)生電路。脈沖發(fā)生電路被配置成生成脈沖，該脈沖的斜率與移動跨越換能器的置換器產(chǎn)生的換能器的感應(yīng)改變速率對應(yīng)。


為了詳細地描述示例性實施例，現(xiàn)在將參照附圖，其中圖I是根據(jù)各個實施例的用于對流量計進行標定的系統(tǒng)的示意表示；圖2是根據(jù)各個實施例的單向標定器的示意表示；圖3是根據(jù)各個實施例的雙向標定器的示意表示；圖4是根據(jù)各個實施例的包括標定器流動管、置換器以及接近換能器的標定系統(tǒng)的示意表示；圖5是根據(jù)各個實施例的、示出在置換器通過換能器時產(chǎn)生的輸出信號的標定系統(tǒng)的示意表示；以及圖6示出了根據(jù)各個實施例的、用于對流量計進行標定的方法的流程圖。
具體實施例方式以下描述和所附權(quán)利要求中使用特定術(shù)語來提及特定系統(tǒng)部件。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，公司可以以不同的名稱來提及部件。該文獻不旨在名稱不同而功能相同的部件之間進行區(qū)分。除非另外指出，在以下討論和所附權(quán)利要求中，術(shù)語“包括(including)” 和“包括(comprising)”以開放形式來使用，并且因此應(yīng)被解釋為表示“包括而不限于...”。對術(shù)語“連接”、“嚙合”、“耦接”、“附接”或描述元件之間的交互的任何其它術(shù)語的任何形式的使用不意在將交互限制于元件之間的直接交互，而是還可包括所描述的元件之間的間接交互。術(shù)語“流體”可指的是液體或氣體，并且不是僅與任何特定類型的流體(諸如碳氫化合物)相關(guān)。術(shù)語“管道”、“導(dǎo)管”、“線”、“管”等指的是任何流體傳輸裝置。引用 “基于”旨在表示“至少部分基于”。因此，如果X基于Y，則X可基于Y以及多種另外的因素。在以下的附圖和描述中，相同的部分通常在說明書和附圖中以相同的附圖標記來標注。附像不一定是按比例的。本發(fā)明的某些特征可以在尺度上放大或者以某種示意形式來示出，并且為了清楚和簡潔起見，常用元件的一些細節(jié)可不示出。本公開內(nèi)容涉及不同形式的實施例。詳細描述了具體實施例并且在附圖中示出了具體實施例，其中應(yīng)理解，本公開內(nèi)容被視為本公開內(nèi)容的原理的例示，并且不旨在將本公開內(nèi)容限于此處示出和描述的內(nèi)容。應(yīng)全面認識到，以下討論的實施例的不同教導(dǎo)和部件可單獨采用或以任何適當?shù)慕M合來使用，以產(chǎn)生期望的結(jié)果。本公開內(nèi)容的實施例可以用于流量計標定器，該流量計標定器用于精確地確定流量計標定器的流動管中內(nèi)的動態(tài)的置換器位置。實施例適用于具有通過標定器流動管的雙向或單向流體移動的標定器。在流量計標定器的描述中一個常用術(shù)語是“置換式標定器”。 實施例不限于“置換式標定器”，而是也可用于“小體積標定器(small volume pixwer) ”或“輕便式標定器(compact prover) ”或者期望準確地確定活塞型或類似置換器的動態(tài)位置的任何其它裝置。實施例可應(yīng)用于利用傳統(tǒng)置換式標定器以每單位體積輸出的脈沖對流量計進行標定，其中對于傳統(tǒng)置換式流量計，流量計使用如美國石油學(xué)會(API)標準中描述的雙測時或脈沖內(nèi)插技術(shù)，在標定期間生成最少10，000個脈沖或少于10，000個脈沖。具有替選類型的輸出的流量計也可用于此處描述的實施例，其中在流量計標定器的流動管上的檢測器之間施加流量計登記(registration)的適當選通。使用了多種方法和裝置來確定流量計標定器中的置換器的位置。其中，這些包括機械壓桿型開關(guān)、由從流動管內(nèi)的置換器延伸到流動管外的位置的棒致動的光學(xué)開關(guān)、磁簧開關(guān)以及利用利用磁性材料來使致動開關(guān)的磁體移位的磁型開關(guān)。所有這些都限于小于此處描述的實施例所提供的溫度范圍的溫度范圍，并且因此不能在低溫處或高溫下使用， 并且在較小的溫度和動態(tài)平移的范圍中呈現(xiàn)出小于期望的準確度。本公開內(nèi)容的實施例采用如下技術(shù)通過該技術(shù)，通過新的且創(chuàng)新的技術(shù)來增強感應(yīng)換能器的輸出，以提供對跨越換能器的面平移的(例如，跨越面垂直平移的)置換器的精確動態(tài)位置檢測。根據(jù)此處公開的實施例的標定器可工作于從大約380° F(-2300C )上至大約800° F(425°C )的溫度范圍內(nèi)。實施例與API、國際標準化組織(ISO)或用于將在操作溫度下測量的流體體積校正為“標準”或基礎(chǔ)溫度以及用于流體的密閉輸送的壓力條件的其它標準兼容。圖I是根據(jù)各個實施例的用于對流量計12進行標定的系統(tǒng)10的示意表示。在一個實施例中，流量計12是渦輪流量計?；诹黧w流11內(nèi)的渦輪狀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動，渦輪流量計生成電脈沖15，其中每個脈沖與體積成比例，并且脈沖速率與體積流率成比例。在系統(tǒng)10 的其它實施例中，流量計12可以是正排量計、超聲波測量儀、科里奧利流量計或渦流計或者本領(lǐng)域公知的任何流量計。流量計12的體積可以通過在標定器100中使置換器流動而與標定器100的體積相關(guān)。在系統(tǒng)10中，標定器100布置在流量計12的上游。在其它實施例中，標定器100可布置在流量計12的下游。一般地，迫使置換器在標定器100中首先通過上游檢測器16然后通過下游檢測器18。檢測器16、18之間的體積是校準后的標定器體積。體積可借助于水標定 (waterdraw)或者API或其它國際標準中概述的其它方法而被校準至高精確度。在水標定方法中，干凈的水通過標定器流動管而被泵送到NIST或另一重量和度量組織認證的測試度量器中。當置換器穿過流動管時，測試度量器的填充通過檢測器16、18的動作而被選通為啟動和停止。測量測試度量器中的水的溫度以及標定器中的水的溫度和壓力，并且將置換的體積校正為標準溫度和壓力基礎(chǔ)條件。以此方式，可準確地建立檢測器之間所置換的體積。流動置換器首先致動或松開(trip)檢測器16，以使得向處理器或計算機26指示啟動時間t16(圖I)。處理器26然后經(jīng)由信號線14收集來自流量計12的脈沖15。流動置換器最終松開檢測器18，以指示停止時間t18并且由此指示關(guān)于置換器的單次通過而收集的脈沖15的序列17。流量計12在單個置換器穿過校準后的標定器體積期間所生成的脈沖 15的數(shù)量17表示在時間t16至時間t18期間流量計測量的體積。通過比較校準后的標定器體積與流量計12所測量的體積，可將流量計12校正為標定器100所定義的通過體積。在標定器100的特定實施例中，并且參照圖2，示出了活塞式或輕便式標定器100。 活塞102 (置換器的一種類型)互補地布置在流動管104中。管道120將流106從主要管線連通到流動管104的入口 122。流體的流108迫使置換器102通過流動管104，并且流最終通過出口 124離開流動管104。流動管104和活塞102還可連接到其它部件，諸如彈簧腔 116，其可具有用于活塞102中的提升閥的偏置彈簧。室118也可連接到流動管104。液壓泵和馬達110也被示出為耦接到流動線120和腔116。液壓蓄力器112、控制閥114以及液壓壓力線126也被示出為耦接到腔116。標定器100包括可位于沿活塞102的軸向長度的各個位置處的目標130。流動管 104包括也可布置在沿流動管104的軸向長度的各個位置處的一個或多個換能器128，用于檢測目標130的通道。目標130是用于進入和離開標定器100的流動管104的校準后測量部的解扣激勵器(tripinstigator)。一個或多個換能器128是感應(yīng)接近檢測器，并且安裝在標定器流動管104上，以使得置換器102的磁性材料(或置換器102上的磁性材料)與換能器128之間不存在物理接觸。每個換能器128可通過機械固定而安裝在流動管104上，諸如利用換能器128與流動管104上的安裝基部之間的螺紋、螺栓連接、結(jié)合(band)、夾持或其它物理裝置。換能器128 可垂直于流動管104的軸而安裝，或者以相對于流動管104的任意其它角度而安裝。換能器128的面可突出穿過流動管104中的孔，與內(nèi)表面齊平，從內(nèi)表面凹陷，或者可被安裝到與流動管104的內(nèi)表面不相交的盲孔中。替選地，換能器128的面可布置在流動管104的外部，即布置在流動管104的外表面上或者通過非磁性安裝材料而與流動管104的外表面分開。換能器128的面與活塞上的磁性材料或活塞本身之間的間隙由孔的深度來控制、 通過調(diào)整換能器128在孔中的插入深度來控制、或者通過其它安裝或定位設(shè)備來控制。流動管104可由非磁性材料或順磁性材料制成。非磁性材料的示例是有色金屬、塑料、玻璃或合成材料(諸如玻璃強化塑料、環(huán)氧樹脂或聚合物)。順磁性材料包括一些類型的金屬合金和被熱處理為呈現(xiàn)非磁性或順磁性特性的不同類型的耐蝕劑或不銹鋼。類似地，置換器 102可由任意上述材料制成。標定器操作的溫度上限由置換器上的磁性材料的居里溫度來確定。換能器128被設(shè)計為在置換器102上的磁性材料或置換器102本身(如果是磁性的)跨越換能器128的面時，輸出信號或“脈沖”。圖3是根據(jù)各個實施例的雙向標定器200的示意表示。在雙向標定器200中，置換器102通過換能器128定義的標定部在流動管104內(nèi)來回循環(huán)。流動管104、置換器102 和換能器128如以上關(guān)于標定器100所述地布置，其中進行修改以用于雙向標定器200中。 換能器128是感應(yīng)接近檢測器，并且置換器102包括磁性目標。雙向標定器200包括在處理器26的控制之下而打開和關(guān)閉的發(fā)射閥222、224和滑閥204。閥的位置確定置換器102 在流動管104內(nèi)行進的方向。如圖3所示，在發(fā)射閥214關(guān)閉的情況下，發(fā)射閥216打開， 并且相交的滑閥構(gòu)件206從多支導(dǎo)管228流動，發(fā)射閥222被阻擋且流體流被路由通過旁路滑閥導(dǎo)管(bypass spoolconduit) 218,從而使得置換器102移動到右側(cè)。類似地,在發(fā)射閥216關(guān)閉的情況下，發(fā)射閥214打開，并且相交的滑閥構(gòu)件206從多支導(dǎo)管226流動，發(fā)射導(dǎo)管224被阻擋且流體流被路由通過旁路滑閥導(dǎo)管220，從而使得置換器102移動到左側(cè)。雙向標定器200的其它實施例包括其它類型的閥和/或閥和流體導(dǎo)管的其它布置。本公開內(nèi)容的實施例包括所有這樣的變型。圖4是標定系統(tǒng)300的示意圖，標定系統(tǒng)300包括標定器流動管104、置換器102以及位于流動管104上的接近換能器128。標定系統(tǒng)300可用于實現(xiàn)圖I至3所示的標定器100、200。在圖4中，為了方便起見，示出了一個方向上的流動，但是標定系統(tǒng)300的實施例可用于雙向流動。標定系統(tǒng)300包括連接到各個換能器128的信號調(diào)節(jié)模塊302。接近換能器128包括例如封裝在非磁性或順磁性材料的密封外殼內(nèi)的一個或多個電線線圈(在一些實施例中為兩個或更多個線圈)。換能器128的操作原理在于，在置換器102上的磁性材料130跨越換能器128的面時，線圈的感應(yīng)改變。磁性材料130可以具有高導(dǎo)磁率(諸如HYMU 80)或者可以是任何其它磁性材料。線圈由具有如下頻率的交流電壓激勵該頻率被確定為在磁性材料130接近換能器線圈時提供感應(yīng)的可檢測的改變。該原理與信號調(diào)節(jié)模塊302結(jié)合使用，以提供呈現(xiàn)出與感應(yīng)改變相關(guān)的電流改變或電壓改變的輸出信號。信號調(diào)節(jié)模塊302包括通過線圈生成交流電壓的電路，通過檢測來接收并調(diào)節(jié)線圈中感應(yīng)的改變，并且將線圈輸出放大并濾波為與磁性材料130的位置改變有關(guān)的輸出信號。所得到的輸出信號與通過換能器128的面的置換器102的精確線性平移有關(guān)。輸出信號可以是模擬的或數(shù)字的。信號分析器304被示出為連接到信號調(diào)節(jié)模塊302。信號分析器304可以是電子數(shù)據(jù)記錄或數(shù)據(jù)獲取裝置、流計算機、膝上型計算機、便攜式計算機、傳統(tǒng)計算機或可接收并分析信號調(diào)節(jié)模塊302提供的輸出信號的其它電子存儲和顯示裝置。信號分析器304可對應(yīng)于圖1、3的處理器26。標定系統(tǒng)中的感應(yīng)換能器的先前用途是用于磁性對象在與換能器軸向成直線的方向上的相對慢移動。本公開內(nèi)容的實施例有利地允許對于在從零到每秒5英尺(每秒I. 5米)或者更高的大范圍操作速度，磁性材料130跨越換能器128的面的相對快速的動態(tài)移動?？梢允褂冒ㄔ跇硕ㄏ到y(tǒng)300中的一個或多個處理器來實現(xiàn)包括信號調(diào)節(jié)模塊 302和信號分析器304的至少一些部分的標定系統(tǒng)300的各個部件。處理器執(zhí)行軟件編程， 該軟件編程使得處理器執(zhí)行這里描述的操作。在一些實施例中，信號分析器304包括執(zhí)行如下軟件編程的處理器其使得處理器基于信號調(diào)節(jié)模塊302生成的表示感應(yīng)改變的信號而確定置換器102的位置和/或速度，和/或執(zhí)行這里描述的其它操作。適當?shù)奶幚砥靼ɡ缤ㄓ梦⑻幚砥?、?shù)字信號處理器以及微控制器。處理器架構(gòu)一般包括執(zhí)行單元(例如，定點、浮點、整數(shù)等)、存儲裝置(例如，寄存器、存儲器等)、指令解碼裝置、外設(shè)(例如，中斷控制器、定時器、直接存儲器存取控制器等)、輸入/輸出系統(tǒng) (例如，串行端口、并行端口等)以及各種其它部件和子系統(tǒng)。使得處理器執(zhí)行這里公開的操作的軟件編程可以存儲在標定系統(tǒng)300內(nèi)部或外部的計算機可讀存儲介質(zhì)中。計算機可讀存儲介質(zhì)包括諸如隨機存取存儲器的易失性存儲裝置、非易失性存儲裝置(例如，閃速存儲裝置、只讀存儲器、光盤、硬盤驅(qū)動器等)或者它們的組合。一些實施例可以使用專用電路(例如，以集成電路實現(xiàn)的專用電路)實現(xiàn)標定系統(tǒng)300的部分，包括信號調(diào)節(jié)模塊302和信號分析器304的部分。一些實施例可使用專用電路和執(zhí)行適當軟件的處理器的組合。例如，信號分析器304的一些部分可使用處理器或硬件電路來實現(xiàn)。實施例的硬件或處理器/軟件實現(xiàn)的選擇是基于各種因素的設(shè)計選擇， 這些因素諸如成本、實現(xiàn)的時間、以及并入未來的改變或附加功能的能力。圖5示出了當置換器102上的磁性材料130跨越接近換能器128的面時，信號調(diào)節(jié)模塊302提供的電輸出信號402和脈沖404。在圖上的水平軸上描繪了置換器102的增加的時間和行進距離，以便在置換器102通過換能器128時提供來自信號調(diào)節(jié)器302的脈沖輸出404的視覺表示。脈沖形狀可以是正弦、方波或任何其它期望的形狀。在置換器102 固定或遠離換能器128的“靜止”狀態(tài)下，信號調(diào)節(jié)模塊302的輸出(電壓或電流)基本上恒定。恒定輸出的幅度可在信號調(diào)節(jié)模塊302的內(nèi)部被調(diào)整為“零”或“滿刻度”，或者零與滿刻度之間的任意間距以表示置換器102不接近換能器128時的位置。當置換器102接近換能器128以使得磁性材料130靠近換能器128的面時，輸出信號402根據(jù)輸出信號402的歸零和定標而以正向或負向改變。當磁性材料130與換能器 128的感應(yīng)“中心”軸向成直線時，輸出信號402為最小(或者根據(jù)歸零和定標而為最大)。 電中心通常與換能器128的物理中心相同，但是可根據(jù)換能器128的構(gòu)造和校準而略微變化?？梢岳冒惭b在流動管104上的實際換能器128來實現(xiàn)對輸出的調(diào)整和校準。本公開內(nèi)容的實施例以獨特且創(chuàng)新的方式利用換能器128的輸出，以檢測標定器流動管104中的置換器102的線性位置。實施例另外采用單個換能器128的輸出，以建立與置換器102的位置有關(guān)的兩個不同且唯一的檢測點。為了使得輸出信號402與置換器102 的精確位置相關(guān)，信號分析器304在輸出脈沖404上的如下點進行檢測或“觸發(fā)”其將提供與置換器102的位置有關(guān)的輸出的期望的可重復(fù)性和分辨率。信號分析器304可通過利用充分的分辨率和響應(yīng)時間實現(xiàn)置換器位置確定的期望的可重復(fù)性和分辨率，將輸出信號 402與特定預(yù)定幅值進行比較來執(zhí)行檢測或觸發(fā)。例如，信號分析器304可包括和采用模擬電壓或電流比較器，該模擬電壓或電流比較器將輸出信號402與觸發(fā)或檢測點值進行比較，并且基于與觸發(fā)值嚴密匹配的輸出信號402而生成觸發(fā)指示。諸如直接數(shù)字分析的其它手段也可用于提供期望的置換器位置確定，在直接數(shù)字分析中，將輸出信號402數(shù)字化并且將其與觸發(fā)值進行比較或者另外進行處理。信號分析器304的實施例設(shè)置比較器或觸發(fā)裝置以得到最佳性能，從而提供用于利用換能器128的最大靈敏度以確定置換器102的線性位置的裝置。如圖5所示，當磁性材料130接近換能器128時，脈沖輸出404的斜率(線性平移的每單位改變的伏特數(shù)或dV/dX)開始不太陡，然后在磁性材料130與換能器128的中心線成直線之前的距離處變得較陡。當磁性材料130處于換能器128的電場中在中心或接近中心時，脈沖輸出404具有近似為零的斜率。如果輸出信號脈沖404的最小斜率點用于位置檢測，則置換器102的位置的分辨率將低于使用脈沖404的最大斜率點時的分辨率。與脈沖的最大斜率點處的每單位位移的顯著較大的電壓改變相比，脈沖404的最小斜率點處的電壓改變相對于位移改變可以是非常平緩的。因此，信號分析器304的實施例使用脈沖404 的最大斜率或每單位線性平移的輸出信號402的最大改變速率作為檢測點或觸發(fā)點，以實現(xiàn)用于檢測置換器102的位置的最大分辨率。當置換器102的速度增大時，脈沖輸出404可以響應(yīng)于置換器102的遞增位置改變而呈現(xiàn)出滯后。假設(shè)置換器102的速度在各個換能器128處相同，則對于在同一流量計標定器300上安裝并校準的其它換能器128，位置檢測中的偏移在同一方向上并且可以具有相同的幅度。然而，為了準確的流量計校準，流率應(yīng)該是均勻的，其中在置換器102在用于觸發(fā)流量計輸出的啟動和停止登記的換能器128之間行進一定距離的時間期間，置換器速度近似恒定。本公開內(nèi)容的實施例分析標定結(jié)果，以確定當置換器102通過各個換能器128時，置換器102通過標定器300的平均速度是否均勻以及是否具有相同的幅度。因此，信號分析器304針對每個換能器128，獨立地比較下降檢測點與上升檢測點(例如，脈沖404的沿) 之間的轉(zhuǎn)變時間。當下降檢測點與上升檢測點之間的距離在非常短的距離范圍內(nèi)出現(xiàn)時， 轉(zhuǎn)變時間提供了在置換器102通過單個換能器128時的速度的準確指示。信號分析器304 還使用兩個換能器128之間的轉(zhuǎn)變時間，用于在一組或多組兩個換能器128當中比較平均置換器速度。然后可以使用比較結(jié)果通過以下關(guān)系確定標定結(jié)果是否受通過流量計標定器 300的流率的不均勻性影響V =—
A其中V是置換器速度，Q是流率，以及A是流動管104的橫截面面積。流動的不均勻性的幅度與流率穩(wěn)定性是否在準確和可重復(fù)流量計標定的容限內(nèi)有關(guān)。本公開內(nèi)容的實施例還結(jié)合換能器128、信號調(diào)節(jié)模塊302和信號分析器304(諸如具有顯示器或打印輸出功能的計算機)采用方法來估計換能器性能的“健康狀況”。實施例通過在流量計標定器300的初始操作期間相對于時間記錄信號輸出(例如，信號波形 402)的“快照”，建立各個換能器128的性能的基線。標定器300的初始操作可以在標定器 300的校準時或者在使標定器300與流體和流量計12 —起使用時進行。針對跨越使用標定器300的范圍的各種流體和流率來記錄性能的快照。初始記錄的快照可周期性地與在實際操作中獲得的當前記錄的快照進行比較，以確定換能器128和相關(guān)電路(例如，信號調(diào)節(jié)器128)是否仍適當?shù)剡\行。另外，本發(fā)明的實施例可以通過在置換器102速度相同的情況下將單個換能器 128的下降檢測點與上升檢測點(例如，脈沖404的上升沿與下降沿)之間的轉(zhuǎn)變時間與該換能器128的先前轉(zhuǎn)變時間的歷史進行比較，來估計換能器128的健康狀況。為了該估計， 如上所述，流率應(yīng)該穩(wěn)定。該估計可以在標定器的水標定校準(如對流量計標定器進行校準的領(lǐng)域中公知的)時進行并且此后周期性地進行。本發(fā)明的實施例還可通過估計標定器流動管104上的兩個換能器128提供的脈沖的四個置換器檢測點(例如，上升脈沖沿和下降脈沖沿)來估計換能器健康狀況或性能。信號分析器304可以在換能器的輸出脈沖404的下降沿和上升沿之一或二者處進行觸發(fā)。脈沖404得自換能器128對置換器102的磁性材料130的響應(yīng)。當磁性材料130 的前緣移動接近換能器128時，信號402在磁性材料130跨越換能器128的面而電地或磁地位于中心或近似中心時的點處減至最小。當磁性材料130移動遠離換能器128時，信號 402增加直至磁性材料130的后緣通過換能器128。相反地，如果期望，可進行跨距和零點設(shè)置以使脈沖反轉(zhuǎn)。對于同一換能器128的輸出信號402的下降沿和上升沿都可以建立檢測點。單個換能器128提供與磁性材料130的物理大小成比例的兩個檢測點。兩個換能器128然后可用于通過水標定或類似校準方法而在流量計標定器100上建立四個校準后的體積。如果需要，可設(shè)置另外的換能器以建立另外的校準后的體積。圖5示出了與從兩個換能器128產(chǎn)生的檢測點有關(guān)的四個體積的示例。如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，可根據(jù)已建立的行業(yè)容限來測量體積和距離。直線距離的關(guān)系是D^D2 = D3+D4本發(fā)明的實施例應(yīng)用該關(guān)系以提供用于檢查換能器健康狀況的又一方法。四個距離Dp D2, D3和D4分別與四個水標定校準體積有關(guān)。四個流量計輸出登記因此將遵循以下關(guān)系VOL^VOL2 = V0L3+V0L4通過根據(jù)以上關(guān)系驗證被校正為API標準中概述的基礎(chǔ)溫度和壓力條件的、用于對流量計12進行標定的四個測定體積，實施例確定檢測系統(tǒng)是否正在所要求的可重復(fù)性容限內(nèi)運行。在具有并聯(lián)連接的兩個傳統(tǒng)檢測器開關(guān)的標定器的水標定校準期間，常見的是， 如果傳統(tǒng)檢測器開關(guān)在通過置換器時沒有提供輸出，則置換器暫時“丟失”。置換器的這種暫時丟失由于標定器校準所需的低流速而成為問題。如果任一開關(guān)未能運行，則當置換器從一個開關(guān)行進到第二開關(guān)時將存在時間延遲。如果沒有開關(guān)運行，則置換器將表現(xiàn)為丟失，即其位置或定位是未確定的。在本公開內(nèi)容的實施例中，置換器的行進方向是公知的。該方向通過相對時間基準而記錄或顯示信號402的下降和上升檢測點來確定。穿過流動管104的流體流使得置換器102在流動方向上移動。在將換能器128的輸出(即，信號402)調(diào)整為零并且如圖5所示的定標的情況下，下降檢測點將出現(xiàn)在上升檢測點之前。相反地，如果脈沖配置相對圖5 所示的配置反轉(zhuǎn)，則上升檢測點將出現(xiàn)在下降檢測點之前。兩個檢測點的時間序列將提供置換器102在非常短時間中行進的方向的指示，該非常短的時間與置換器102在使得單個換能器128生成輸出脈沖(和兩個檢測點)時的相對短的行進距離有關(guān)。圖6示出了根據(jù)各個實施例的用于對流量計12進行標定的方法500的流程圖。盡管為了方便而依次示出，但是所示出的至少一些動作可以以不同的順序執(zhí)行和/或并行地執(zhí)行。另外，一些實施例可僅執(zhí)行所示出的一些動作。在一些實施例中，圖6的至少一些操作以及這里描述的其它操作可以被實現(xiàn)為存儲在計算機可讀介質(zhì)中的指令并且由一個或多個處理器來執(zhí)行。在方法500中，流量計標定器300可在流量計12的上游或下游流體地耦接到流量計12。在方框502中，流動管104中的流體的流動使得置換器102沿著流動管104的長度而移動。感應(yīng)換能器128沿流動管104定位。置換器102包括磁性目標130。在方框504中，換能器128的感應(yīng)根據(jù)磁性目標130對換能器128的接近程度而改變。在方框506中，信號調(diào)節(jié)模塊302檢測換能器128的感應(yīng)的改變，并且在方框508中， 信號調(diào)節(jié)模塊302生成包括脈沖404的輸出信號402或表示換能器128的感應(yīng)改變的其它信號。脈沖404的斜率可對應(yīng)于換能器128的感應(yīng)的改變速率。 在方框510中，信號分析器304對信號進行處理，并且識別表示換能器感應(yīng)的最大改變速率的點。這些點可以是脈沖404的各個上升沿和下降沿中的最大斜率點。最大斜率點對應(yīng)于在磁性目標130接近并且移動通過換能器128時、換能器128的感應(yīng)的最大改變速率的點。在一些實施例中，可基于信號的電壓或電流水平來識別最大感應(yīng)改變速率的點。
在方框512中，信號分析器304基于所識別的最大感應(yīng)改變速率的點(例如，最大斜率點)來確定置換器102的速度和/或位置?？苫谒R別的點之間的時間以及跨越換能器128行進的距離來確定置換器速度。在方框514中，信號分析器304通過使用所識別的點對在各個換能器脈沖404處算出的置換器速度進行比較，來確定流動管104中的置換器速度的均勻性。在方框516中，信號分析器304基于所識別的點確定置換器的方向。在方框518中，信號分析器304驗證流量計標定器300的性能。一些實施例通過針對給定的置換器速度，將所識別的脈沖404的最大斜率點之間的時間與先前記錄的基線或參考脈沖的最大斜率點之間的時間進行比較，來驗證標定器300的性能。一些實施例通過對由一個換能器128的脈沖404的第一識別的最大斜率點與另一換能器128的脈沖404 的第二識別的最大斜率點定義的多個體積進行驗證，來驗證標定器300的性能。以上討論意在說明本公開內(nèi)容的各種原理和實施例。盡管示出并描述了特定實施例，但是在不背離本公開內(nèi)容的精神和教導(dǎo)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對其進行修改。 這里所描述的實施例僅為示例性的而非限制。例如，為了簡潔起見，參考特定類型和配置的流量計標定器描述了實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明的實施例不限于所描述的實施例，而是可適用于任意廣泛的多種流量計標定器。因此，保護范圍不受以上闡述的描述的限制，而是僅由所附權(quán)利要求限定，該范圍包括權(quán)利要求的主題內(nèi)容的所有等同物。
權(quán)利要求
1.一種流量計標定器，包括流動管；置換器，能夠在所述流動管的流動通道中移動；磁性目標，布置在所述置換器上；布置在所述流動管上的至少兩個感應(yīng)換能器，所述換能器被配置成在所述置換器在所述流動管中移動時檢測所述磁性目標；以及信號分析器，被配置成檢測表示由移動跨越所述換能器的所述磁性目標引起的各個換能器的感應(yīng)改變的信號；以及基于所述信號的沿確定置換器速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的流量計標定器，還包括耦接到各個換能器的信號調(diào)節(jié)電路， 所述信號調(diào)節(jié)電路被配置成針對各個換能器，生成包括下述脈沖的信號所述脈沖具有與所述換能器的感應(yīng)改變速率對應(yīng)的斜率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流量計標定器，其中，所述信號分析器被配置成基于所述脈沖的最大斜率點，確定所述流動管中的所述置換器的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流量計標定器，其中，所述信號分析器被配置成識別作為所述脈沖的上升沿的最大斜率點的第一檢測點以及作為所述脈沖的下降沿的最大斜率點的第二檢測點。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流量計標定器，其中，所述信號分析器被配置成基于所述第一檢測點和所述第二檢測點，確定所述置換器的速度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流量計標定器，其中，所述信號分析器被配置成基于所述置換器移動跨越各個換能器時所確定的所述置換器的速度，確定所述置換器的速度在所述流動管的長度上是否是均勻的。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流量計標定器，其中，所述信號分析器被配置成通過在給定的置換器速度下，將所述第一檢測點與所述第二檢測點之間的時間與先前記錄的所述第一檢測點與所述第二檢測點之間的時間進行比較，來驗證所述流量計標定器的性能。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流量計標定器，其中，所述信號分析器被配置成通過對由一個所述換能器的所述第一檢測點和所述第二檢測點之一以及另一所述換能器的所述第一檢測點和所述第二檢測點之一定義的多個體積進行驗證，來驗證所述流量計標定器的性倉泛。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流量計標定器，其中，所述信號分析器被配置成基于所述第一檢測點和所述第二檢測點，確定所述置換器在所述流動管中的行進方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流量計標定器，其中，所述信號分析器被配置成通過將給定流率下的各個換能器的所述信號調(diào)節(jié)電路生成的信號與所存儲的所述給定流率下的各個換能器的基線信號進行比較，來驗證所述流量計標定器的性能。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的流量計標定器，其中，所述流動管和所述置換器包括非磁性材料和順磁性材料中的至少一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的流量計標定器，其中，所述換能器和所述信號分析器被配置成測量在-380華氏度到800華氏度的流體溫度下的雙向流體流動的置換器速度。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的流量計標定器，其中，所述信號分析器被配置成檢測由移動跨越所述換能器的所述磁性目標引起的各個換能器的感應(yīng)改變速率；以及基于所檢測的感應(yīng)改變速率確定置換器速度。
14.一種用于對流量計進行標定的方法，包括通過流體流引起標定器的流動管中的置換器的移動；基于所述置換器的磁性目標對感應(yīng)換能器的接近程度，改變耦接到所述流動管的所述換能器的感應(yīng)；檢測表示所述感應(yīng)的改變的信號；以及基于所述信號的沿確定置換器速度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括基于所述換能器的輸出而生成信號，所述信號包括具有與所述感應(yīng)換能器的感應(yīng)改變速率對應(yīng)的斜率的脈沖。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括通過將在給定流率下基于所述換能器的輸出而生成的信號與所存儲的所述給定流率下的所述換能器的基線信號進行比較，來驗證所述標定器的性能。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括基于所述脈沖的最大斜率點確定所述置換器在所述流動管中的位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括識別作為所述脈沖的上升沿的最大斜率點的第一檢測點；以及識別作為所述脈沖的下降沿的最大斜率點的第二檢測點。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，確定置換器速度包括確定由所述第一檢測點和所述第二檢測點定義的時間間隔以及所述置換器在所述時間間隔中行進的距離。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括基于在多個感應(yīng)換能器中的每個處的置換器速度的比較，確定所述置換器的速度在所述流動管的長度上是否是均勻的，所述速度得自與所述換能器相關(guān)聯(lián)的所述第一檢測點和所述第二檢測點。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括通過在給定的置換器速度下，將所述第一檢測點與所述第二檢測點之間的時間與先前記錄的所述第一檢測點與所述第二檢測點之間的時間進行比較，來驗證所述標定器的性能。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括通過對由多個感應(yīng)換能器中的一個感應(yīng)換能器的所述第一檢測點和所述第二檢測點之一以及所述多個換能器中的另一個換能器的所述第一檢測點和所述第二檢測點之一定義的多個體積進行驗證，來驗證所述標定器的性倉泛。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括基于所述第一檢測點和所述第二檢測點，確定所述置換器在所述流動管中的行進方向。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，檢測所述信號包括檢測所述感應(yīng)的改變速率; 并且確定置換器速度包括基于所檢測的所述感應(yīng)的改變速率的最大值來確定置換器速度。
25.一種流量測定系統(tǒng)，包括流量計標定器，包括置換器，布置在流動管中，所述流動管包括沿所述流動管的長度布置的多個感應(yīng)換能器；耦接到各個換能器的脈沖發(fā)生電路，所述脈沖發(fā)生電路被配置成生成下述脈沖所述脈沖具有與移動跨越所述換能器的所述置換器產(chǎn)生的所述換能器的感應(yīng)改變速率對應(yīng)的斜率。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的流量測量系統(tǒng)，還包括耦接到所述流量計標定器的流量計。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的流量測量系統(tǒng)，其中，所述流量計標定器還包括耦接到所述脈沖發(fā)生電路的信號分析器，所述信號分析器被配置成基于所述脈沖的最大斜率點，確定所述流動管中的所述置換器的位置；識別作為所述脈沖的上升沿的最大斜率點的第一檢測點以及作為所述脈沖的下降沿的最大斜率點的第二檢測點；基于所述第一檢測點和所述第二檢測點，確定所述置換器的速度；基于所確定的所述置換器移動跨越各個換能器時的所述置換器的速度，確定所述置換器的速度在所述流動管的長度上是否是均勻的；以及基于所述第一檢測點和所述第二檢測點，確定所述置換器在所述流動管中的行進方向。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的流量測量系統(tǒng)，其中，所述信號分析器進一步被配置成通過以下操作至少之一來驗證所述流量計標定器的性能在給定的置換器速度下，將所述第一檢測點與所述第二檢測點之間的時間與先前記錄的所述第一檢測點與所述第二檢測點之間的時間進行比較；對由一個所述換能器的所述第一檢測點和所述第二檢測點之一以及另一所述換能器的所述第一檢測點和所述第二檢測點之一定義的多個體積進行驗證；以及將給定流率下的各個換能器的所述信號調(diào)節(jié)電路生成的信號與所存儲的所述給定流率下的各個換能器的基線信號進行比較。
全文摘要
本公開內(nèi)容公開了一種用于確定流量計標定器中的置換器位置的設(shè)備和方法，該設(shè)備和方法用于對流量計進行標定。在一個實施例中，流量計標定器包括流動管、置換器以及信號分析器。置換器可在流動管的流動通道中移動。磁性目標布置在置換器上。一個或多個感應(yīng)換能器布置在流動管上，并且被配置成在置換器在流動管中移動時檢測磁性目標。信號分析器被配置成檢測由換能器響應(yīng)于穿越換能器的磁性目標而生成的信號的上升沿和下降沿的最大斜率。信號分析器進一步被配置成基于所檢測的最大斜率而確定置換器速度。
文檔編號G01F25/00GK102607674SQ20121001998
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者德魯·S·韋弗 申請人:丹尼爾測量和控制公司