下面所述的實施例涉及振動計量器，以及更具體地涉及用于在多流管振動計量器中的不對稱流量的檢測的方法和裝置。

背景技術(shù)：

振動導(dǎo)管傳感器（例如科里奧利質(zhì)量流量計量器）和振動密度計量器一般通過檢測包含流動材料的振動導(dǎo)管的運(yùn)動來操作。可通過處理從與導(dǎo)管相關(guān)聯(lián)的運(yùn)動換能器接收的測量信號來確定與導(dǎo)管中的材料相關(guān)聯(lián)的性質(zhì)（例如質(zhì)量流量、密度等）。振動材料填充的系統(tǒng)的振動模式通常由導(dǎo)管的組合質(zhì)量、硬度和阻尼特征和在其中包含的材料所影響。

使用振動計量器來測量質(zhì)量流量和流動穿過管道的材料的其它性質(zhì)是眾所周知的。例如，在1985年1月1日發(fā)給J.E. Smith等人的編號為4,491,025的美國專利以及1983年11月29日發(fā)給J.E. Smith的Re. 31,450中公開了振動科里奧利流量計量器。這些振動計量器具有一個或多個流體管。在科里奧利質(zhì)量流量計量器中的每個流體管配置具有一組自然振動模式，其可是具有簡單的彎曲、扭轉(zhuǎn)、徑向、橫向或耦合類型。每個流體管被驅(qū)動以在這些自然模式之一中在諧振下振蕩。振動模式通常由包含流體管和在其中包含的材料的組合質(zhì)量、硬度和阻尼特征影響，因此一般在振動計量器的初始校準(zhǔn)期間使用公知的技術(shù)來確定質(zhì)量、硬度和阻尼。

材料從在振動計量器的入口側(cè)上的所連接的管道流到流量計量器內(nèi)。然后材料被引導(dǎo)穿過一個或多個流體管并離開流量計量器到在出口側(cè)上連接的管道。

驅(qū)動器（例如語音線圈式驅(qū)動器）將力施加到一個或多個流體管。力使一個或多個流體管振蕩。當(dāng)沒有材料流經(jīng)流量計量器時，沿著流體管的所有點(diǎn)以相同的相位振蕩。當(dāng)材料開始流經(jīng)流體管時，科里奧利加速度使沿著流體管的每個點(diǎn)相對于沿著流體管的其它點(diǎn)具有不同的相位。在流體管的入口側(cè)上的相位落后于驅(qū)動器，而在出口側(cè)上的相位領(lǐng)先于驅(qū)動器。傳感器放置在流體管上的兩個不同的點(diǎn)處以產(chǎn)生表示在兩個點(diǎn)處的流體管的運(yùn)動的正弦信號。從傳感器接收的兩個信號的相位差以時間的單位被計算。

在兩個傳感器信號之間的相位差與流經(jīng)一個或多個流體管的材料的質(zhì)量流速成比例。通過用流量校準(zhǔn)因子乘相位差來確定材料的質(zhì)量流速。流量校準(zhǔn)因子取決于材料性質(zhì)和流體管的橫截面性質(zhì)。影響流量校準(zhǔn)因子的流體管的重要特征之一是流體管的硬度。在流量計量器安裝到管道內(nèi)之前，流量較準(zhǔn)因子由校準(zhǔn)過程確定。在校準(zhǔn)過程期間，已知的流體以給定流速穿過流體管，且在相位差和流速之間的比例被計算。流體管的硬度和阻尼特征也在校準(zhǔn)過程期間被確定，如在本領(lǐng)域中通常已知的。

科里奧利流量計量器的一個優(yōu)點(diǎn)是，所測量的質(zhì)量流速的準(zhǔn)確度不被流量計量器中的移動部件的磨損影響，因為在振動流體管中沒有移動部件。通過使在流體管上的兩個點(diǎn)之間的相位差與流量校準(zhǔn)因子相乘來確定流速。唯一的輸入是指示在流體管上的兩個點(diǎn)的振蕩的來自傳感器的正弦信號。從正弦信號計算相位差。因為流量校準(zhǔn)因子與材料和流體管的橫截面性質(zhì)成比例，相位差測量結(jié)果和流量校準(zhǔn)因子不被流量計量器中的移動部件的磨損影響。

典型的科里奧利質(zhì)量流量計量器包括一個或多個換能器（或敏感元件傳感器），其一般被使用以便測量一個或多個流導(dǎo)管的振動響應(yīng)，且一般位于驅(qū)動器的上游和下游的位置處。敏感元件傳感器連接到電子儀器。儀器從兩個敏感元件傳感器接收信號并處理信號，以便除了別的以外還得到質(zhì)量流速測量結(jié)果。

典型的科里奧利流量計量器測量通過使用線圈和磁鐵作為敏感元件傳感器以測量計量器的一個/多個振動流管的運(yùn)動來測量流量和/或密度。從在位于計量器的流管的入口和出口附近的多個敏感元件信號之間的相位差來確定穿過計量器的質(zhì)量流速。然而，可能使用應(yīng)變計代替線圈/磁鐵敏感元件來測量流量。例如，標(biāo)題為“Improved vibrating flowmeter and related methods”的國際專利申請?zhí)朠CT/US2014/033188描述了多個實施例，其中振動性流量計量器利用應(yīng)變計而不是線圈/磁鐵敏感元件來計算質(zhì)量流量，且這個申請通過引用被以其整體并入本文。在兩種傳感器類型之間的基本差異是，線圈/磁鐵敏感元件測量流管的速度而應(yīng)變計測量流管的應(yīng)變。利用線圈/磁鐵敏感元件的一個益處是，不管流量在兩個流管之間如何分割，計量器流量控制因子（FCF）都不改變。因此，在流管之一中積聚的阻塞物或殘留物不干擾質(zhì)量流量測量結(jié)果。恰恰正是線圈/磁鐵敏感元件的這個“益處”限制了其針對檢測在流管中積聚的阻塞物或殘留物的使用。

因此，現(xiàn)有技術(shù)流量計量器具有的問題是它們內(nèi)在的堵塞或積聚檢測的缺乏。下面所述的實施例克服了這個和其它問題，且在本領(lǐng)域中實現(xiàn)進(jìn)步。下面所述的實施例提供具有配置成為了檢測在流管中的堵塞或殘留物堆積而檢測在流量計量器的流管之間的不對稱流量的應(yīng)變計的流量計量器。通過將具有變化的放置和朝向的應(yīng)變計的各種組合連接在具有惠斯通橋電路的各種組合的流量計量器上，致使流量不對稱性可檢測和可報告。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)實施例提供了包括傳感器組件和計量器電子設(shè)備的振動計量器。振動計量器包括兩個或更多個流管和耦合到兩個流管的驅(qū)動器。驅(qū)動器配置成引起兩個流管中的驅(qū)動模式振動。振動計量器還包括耦合到兩個流管并配置成檢測驅(qū)動模式振動的相位的兩個或更多個應(yīng)變計。一個或多個橋電路與兩個或更多個應(yīng)變計電通信，并配置成輸出指示在兩個或更多個流管之間的不對稱流量的信號。

根據(jù)實施例提供了包括傳感器組件和計量器電子設(shè)備的振動計量器。振動計量器包括兩個或更多個流管和耦合到兩個或更多個流管中的至少一個的傳感器，其中傳感器配置成輸出指示在兩個流管之間的不對稱流量的存在的信號。

根據(jù)實施例提供了用于確定穿過流量計量器中的兩個流管的流量不對稱性的方法。該方法包括下列步驟：使兩個流管在驅(qū)動模式振動中振動；測量兩個流管中的第一流管的振動響應(yīng)；測量兩個流管中的第二流管的振動響應(yīng)；比較第一和第二流管的振動響應(yīng)；以及確定在第一和第二流管之間的流量不對稱性的存在。

根據(jù)實施例提供了用于確定穿過流量計量器中的兩個流管的流量不對稱性的方法。該方法包括下列步驟：使兩個流管在驅(qū)動模式振動中振動；測量兩個流管中的第一流管的振動響應(yīng)；測量兩個流管中的第二流管的振動響應(yīng)；比較第一和第二流管的振動響應(yīng)；以及確定在第一和第二流管之間的流量不對稱性的存在。

方面

根據(jù)一個方面，包括傳感器組件和計量器電子設(shè)備的振動計量器包括：兩個或更多個流管；耦合到兩個流管并配置成引起在兩個流管中的驅(qū)動模式振動的驅(qū)動器；耦合到兩個流管并配置成檢測驅(qū)動模式振動的相位的兩個或更多個應(yīng)變計；以及與兩個或更多個應(yīng)變計電通信、配置成輸出指示在兩個或更多個流管之間的不對稱流量的信號的一個或多個橋電路。

優(yōu)選地，信號與在兩個或更多個應(yīng)變計之間的應(yīng)變差成比例。

優(yōu)選地，信號包括來自兩個或更多個應(yīng)變計中的第一個的信號從來自兩個或更多個應(yīng)變計中的第二個的信號的電相減。

優(yōu)選地，信號還包括在具有振幅的驅(qū)動模式頻率下的正弦輸出，該振幅與包括兩個或更多個應(yīng)變計中的第一個的相移信號從兩個或更多個應(yīng)變計中的第二個的相移信號的相減的差異成比例。

優(yōu)選地，振動計量器還包括耦合到兩個或更多個流管的磁鐵/線圈敏感元件傳感器。

優(yōu)選地，振動計量器還包括配置成指示在兩個或更多個流管之間的不對稱流量的指示器。

優(yōu)選地，指示器包括可見和可聽警報中的至少一個。

優(yōu)選地，兩個或更多個應(yīng)變計中的應(yīng)變計被耦合到兩個或更多個流管中的一個，并配置成檢測與兩個或更多個流管中的所述一個的縱軸大致平行的兩個或更多個流管中的所述一個的應(yīng)變。

優(yōu)選地，兩個或更多個應(yīng)變計中的應(yīng)變計放置成接近斜拉桿，使得兩個或更多個應(yīng)變計中的該應(yīng)變計受到由驅(qū)動模式振動引起的兩個或更多個流管的近似最大應(yīng)變振幅。

優(yōu)選地，兩個或更多個應(yīng)變計中的第一應(yīng)變計被耦合到兩個或更多個流管中的第一流管的入口腿的遠(yuǎn)側(cè)表面；兩個或更多個應(yīng)變計中的第一應(yīng)變計與一個或多個橋電路中的第一橋電路的第一位置電通信；兩個或更多個應(yīng)變計中的第二應(yīng)變計被耦合到兩個或更多個流管中的第一流管的入口腿的遠(yuǎn)側(cè)表面；以及兩個或更多個應(yīng)變計中的第二應(yīng)變計與一個或多個橋電路中的第一橋電路的第二位置電通信。

優(yōu)選地，兩個或更多個應(yīng)變計中的第一應(yīng)變計被耦合到兩個或更多個流管中的第一流管的入口腿的近側(cè)表面；兩個或更多個應(yīng)變計中的第一應(yīng)變計與一個或多個橋電路中的第一橋電路的第一位置電通信；兩個或更多個應(yīng)變計中的第二應(yīng)變計被耦合到兩個或更多個流管中的第一流管的入口腿的近側(cè)表面；以及兩個或更多個應(yīng)變計中的第二應(yīng)變計與一個或多個橋電路中的第一橋電路的第二位置電通信。

根據(jù)一個方面，包括傳感器組件和計量器電子設(shè)備的振動計量器包括：兩個或更多個流管；以及耦合到兩個或更多個流管中的至少一個的傳感器，其中傳感器配置成輸出指示在兩個流管之間的不對稱流量的存在的信號。

優(yōu)選地，傳感器是應(yīng)變計。

優(yōu)選地，振動計量器還包括與傳感器電通信的電路。

優(yōu)選地，電路包括橋電路。

優(yōu)選地，信號包括在橋電路中的不平衡。

優(yōu)選地，信號包括橋電路的輸出的改變的振幅。

優(yōu)選地，信號包括電相減，其包括傳感器的相移信號。

優(yōu)選地，信號還包括在具有振幅的驅(qū)動模式頻率下的正弦輸出，該振幅與包括電相減的差異成比例，電相減包括傳感器的相移信號。

根據(jù)一個方面，用于確定穿過流量計量器中的兩個流管的流量不對稱性的方法包括下列步驟：使兩個流管在驅(qū)動模式振動中振動；測量兩個流管中的第一流管的振動響應(yīng)；測量兩個流管中的第二流管的振動響應(yīng)；比較第一和第二流管的振動響應(yīng)；以及確定在第一和第二流管之間的流量不對稱性的存在。

優(yōu)選地，該方法還包括下列步驟：如果在第一流管和第二流管之間的振動響應(yīng)中的差異大于預(yù)定閾值，則指示流量不對稱性的存在。

優(yōu)選地，如果在第一流管和第二流管之間的振動響應(yīng)中的差異大于預(yù)定閾值則指示流量不對稱性的存在的步驟包括觸發(fā)警報的步驟。

優(yōu)選地，測量兩個流管中的第一流管的振動響應(yīng)的步驟還包括使用第一應(yīng)變計測量兩個流管中的第一流管的振動響應(yīng)的步驟；以及測量兩個流管中的第二流管的振動響應(yīng)的步驟還包括使用第二應(yīng)變計測量兩個流管中的第二流管的振動響應(yīng)的步驟。

優(yōu)選地，使用第一應(yīng)變計測量兩個流管中的第一流管的振動響應(yīng)的步驟還包括測量與第一應(yīng)變計電通信的橋電路的輸出；以及使用第二應(yīng)變計測量兩個流管中的第二流管的振動響應(yīng)的步驟還包括測量與第二應(yīng)變計電通信的橋電路的輸出。

優(yōu)選地，用于確定穿過流量計量器中的兩個流管的流量不對稱性的方法包括下列步驟：將第一應(yīng)變計被耦合到第一流管的腿的遠(yuǎn)側(cè)表面，其中第一應(yīng)變計與橋電路的第一位置電通信；以及將第二應(yīng)變計被耦合到第二流管的腿的遠(yuǎn)側(cè)表面，其中第二應(yīng)變計與橋電路的第二位置電通信。

優(yōu)選地，比較第一和第二流管的振動響應(yīng)的步驟還包括下列步驟：

產(chǎn)生來自至少一個橋電路的輸出信號。

優(yōu)選地，第一流管的振動響應(yīng)包括第一流管的應(yīng)變；以及第二流管的振動響應(yīng)包括第二流管的應(yīng)變。

優(yōu)選地，第一應(yīng)變計被耦合到接近斜拉桿的第一流管；以及第二應(yīng)變計被耦合到接近斜拉桿的第二流管。

根據(jù)一個方面，用于確定穿過流量計量器中的兩個流管的流量不對稱性的方法包括下列步驟：使兩個流管振動；確定兩個流管中的第一流管的絕對相位；確定兩個流管中的第二流管的絕對相位；以及確定在第一和第二流管之間的絕對相位中的差異。

優(yōu)選地，該方法還包括下列步驟：測量第一流管的第一應(yīng)變；以及測量第二流管的第二應(yīng)變。

優(yōu)選地，該方法還包括下列步驟：如果在第一流管和第二流管之間的絕對相位中的差異大于預(yù)定閾值，則指示流量不對稱性的存在。

附圖說明

相同的參考數(shù)字在所有附圖上表示相同元件。應(yīng)理解，附圖不一定按比例。

圖1示出現(xiàn)有技術(shù)流量計量器；

圖2示出流量計量器的實施例；

圖3示出計量器電子設(shè)備的圖；

圖4示出流量計量器的實施例，其中應(yīng)變計連接到橋電路；以及

圖5示出流量計量器的另一實施例，其中應(yīng)變計連接到橋電路。

具體實施例

圖1-5和接下來的描述描繪特定的例子以教導(dǎo)本領(lǐng)域中的技術(shù)人員如何制造和使用流量計量器和相關(guān)方法的實施例的最佳模式。為了教導(dǎo)創(chuàng)造性原理的目的，一些常規(guī)方面被簡化或省略。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將從這些例子認(rèn)識到落在本發(fā)明的范圍內(nèi)的變化。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識到，下面所述的特征可以用各種方式組合以形成本發(fā)明的多種變形。作為結(jié)果，下面所述的實施例不限于下面所述的特定例子，但僅僅通過權(quán)利要求及其等效形式。

圖1示出現(xiàn)有技術(shù)流量計量器5，例如振動性流量計量器或科里奧利流量計量器。流量計量器5包括傳感器組件10和計量器電子設(shè)備20。計量器組件10對質(zhì)量流速和過程材料的密度做出響應(yīng)。計量器電子設(shè)備20經(jīng)由引線100連接到計量器組件10以提供在路徑26之上的密度、質(zhì)量流速和溫度信息以及與本發(fā)明無關(guān)的其它信息。計量器組件10包括一對歧管150和150'、具有凸緣頸部110和110'的凸緣103和103'、一對平行流管130（第一流管）和130'（第二流管）、驅(qū)動器180、溫度傳感器190和一對敏感元件傳感器170L和170R例如磁鐵/線圈速度傳感器、應(yīng)變計、光學(xué)傳感器或本領(lǐng)域中已知的任何其它敏感元件傳感器。流管130和130'每個具有入口腿131和131'以及出口腿134和134'，其朝著流管安裝塊120和120'聚攏。流管130和130'在沿著它們的長度的至少一個不對稱位置彎曲并在它們的整個長度上基本上平行。斜拉桿140和140'用于界定每個流管振蕩所繞著的軸W和W'。

流管130和130的側(cè)腿131、131'及134、134'固定地附接到流管安裝塊120和120'，且這些塊又固定地附接到岐管150和150'。這提供穿過傳感器組件10的連續(xù)閉合材料路徑。

具有孔102和102'的凸緣103和103'經(jīng)由入口端104和出口端104'連接到攜帶被測量的過程材料的過程線路（未示出）內(nèi)。材料通過孔口101進(jìn)入入口端104，孔口101穿過岐管150通到流管安裝塊120。在岐管150內(nèi)，材料被劃分并穿過流管130和130'按規(guī)定路線被傳送。當(dāng)離開流管130和130'時，過程材料在岐管150'內(nèi)的單個流中重新組合，并在其后按規(guī)定路線被傳送到由具有螺栓孔102'的凸緣103'連接到過程線路（未示出）的出口端104'。

流管130和130'被選擇并適當(dāng)?shù)匕惭b到流管安裝塊120和120'，以便具有實質(zhì)上相同的質(zhì)量分布、慣性矩和分別繞著彎曲軸W--W和W'--W'的楊氏摸量。這些彎曲軸通過斜拉桿140和140'。由于流管的楊氏模量隨著溫度而改變且這個改變影響流量和密度的計算，溫度傳感器180例如電阻溫度檢測器（RTD）安裝到流管130'，以連續(xù)地測量流管的溫度。流管的溫度和因而對于穿過其的給定電流出現(xiàn)在RTD兩端的電壓由穿過流管的材料的溫度支配。出現(xiàn)在RTD兩端的溫度相關(guān)電壓在公知的方法中由計量器電子設(shè)備20使用來補(bǔ)償由于流管溫度中的任何變化引起的在流管130和130'的彈性模量中的變化。RTD由引線195連接到計量器電子設(shè)備20。

流管130和130'都由驅(qū)動器180在繞著它們的相應(yīng)彎曲軸W和W'的相反方向上在被稱為流量計量器的第一異相彎曲模式下驅(qū)動。這個驅(qū)動器180可包括很多公知的布置中的任一個，例如安裝到流管130'的磁鐵和安裝到流管130的相對的線圈，交變電流穿過磁鐵和線圈用于使這兩個流管振動。適當(dāng)?shù)尿?qū)動信號經(jīng)由引線185由計量器電子設(shè)備20施加到驅(qū)動器80。

計量器電子設(shè)備20接收在引線195上的RTD溫度信號和分別出現(xiàn)在引線165L和165R上的左和右速度信號。計量器電子設(shè)備20向驅(qū)動器180產(chǎn)生在引線185上出現(xiàn)的驅(qū)動信號并使管130和130'振動。計量器電子設(shè)備20處理左和右速度信號及RTD信號以計算質(zhì)量流速和穿過計量器組件10的材料的密度。這個信息連同其它信息一起由在路徑26之上的計量器電子設(shè)備20應(yīng)用于利用裝置。

一般，科里奧利計量器在第一異相彎曲模式下被驅(qū)動，在入口和出口腿之間的流致相使用安裝在流量計量器的入口和出口腿上的線圈/磁鐵敏感元件傳感器被感測到。計量器本身和本文所述的用于計算流量的方法不同于傳統(tǒng)方法，在兩個單獨(dú)的信號之間的相位通過該傳統(tǒng)方法在傳輸發(fā)送器中被計算。在實施例中，流體流由連接到至少一個應(yīng)變計的橋電路的輸出的變化的振幅指示，該振幅在無流量條件下通常是零（即驅(qū)動模式是正常模式，在入口和出口腿上有相等的應(yīng)變）。然而，當(dāng)流量被引入時，驅(qū)動模式變得復(fù)雜，且在管的入口和出口的運(yùn)動之間存在相位延遲。使用在本文所述的橋電路——包括惠斯通橋電路——來利用由應(yīng)變計檢測的這個差異。

圖2示出流量計量器5的實施例。描述了科里奧利流量計量器結(jié)構(gòu)，雖然對本領(lǐng)域中的技術(shù)人員明顯，本發(fā)明可被實施為沒有由科里奧利質(zhì)量流量計量器提供的額外測量能力的振動管密度計量器。與圖1的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備共同的元件共享相同的參考數(shù)字。流管130和130'由驅(qū)動器180在繞著它們的相應(yīng)彎曲軸W和W'的相反方向上且在被稱為流量計量器的第一異相彎曲模式下驅(qū)動。驅(qū)動器180可包括很多公知的布置中的任一個，例如安裝到流管130'的磁鐵和安裝到流管130的相對的線圈，交變電流穿過磁鐵和線圈用于使這兩個流管130、130’振動。適當(dāng)?shù)尿?qū)動信號經(jīng)由引線185由計量器電子設(shè)備20施加到驅(qū)動器180。第一應(yīng)變計200A位于第一流管130的入口腿131上，而第二應(yīng)變計200B位于第二流管130’的入口腿131’上。在兩個敏感元件傳感器170L、170R（圖1）和應(yīng)變計200A、200B之間的主要差異是，線圈/磁鐵敏感元件傳感器測量流管的速度，而應(yīng)變計測量流管的應(yīng)變。有特別重要性的是下面的差別：應(yīng)變計200A、200B測量運(yùn)動中的絕對變化，而線圈/磁鐵敏感元件傳感器測量相對運(yùn)動，所以流量不對稱性由應(yīng)變計可檢測，但敏感元件傳感器170L、170R由于其相對性質(zhì)而不檢測這樣的不對稱性。優(yōu)選地，本文公開的每個應(yīng)變計200A-D定向成檢測實質(zhì)上平行于那個應(yīng)變計所耦合到的流管的縱軸的應(yīng)變。

對于線圈/磁鐵速度敏感元件傳感器170L、170R，最大速度振幅接近一般位于流管130、130’的“U”的中心中的驅(qū)動器180。然而，線圈/磁鐵速度敏感元件傳感器170L、170R不放置在這個位置上，因為這將敏感元件傳感器170L、170R放置得太靠近驅(qū)動器180，所以它們更確切地位于提供次最佳的然而可分辨的速度振幅的區(qū)域處以檢測相位信號差分。然而，最大應(yīng)變振幅接近流管130、130’的相應(yīng)斜拉桿140、140’，且這是應(yīng)變計200A、200B在本文公開的實施例中優(yōu)選地被定位的地方。在上面的實施例中，利用兩個應(yīng)變計，但也設(shè)想額外的應(yīng)變計。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的流量計量器5的計量器電子設(shè)備20。計量器電子設(shè)備20可包括接口201和處理系統(tǒng)203。計量器電子設(shè)備20從計量器組件10接收第一和第二傳感器信號，例如應(yīng)變計200A、200B的信號。計量器電子設(shè)備20處理第一和第二傳感器信號，以便得到流經(jīng)計量器組件10的流動材料的流量特征。例如，計量器電子設(shè)備20可從例如傳感器信號確定相位、頻率、時間差（Δt）、密度、質(zhì)量流速、應(yīng)變和體積流速中的一個或多個。此外，可根據(jù)本發(fā)明確定其它流量特征。

接口201經(jīng)由圖2所示的引線100從應(yīng)變計200A-D接收傳感器信號。接口201可執(zhí)行任何必要的或期望的信號調(diào)節(jié)，例如格式化、放大、緩沖等的任何方式?？蛇x地，可在處理系統(tǒng)203中執(zhí)行一些或所有信號調(diào)節(jié)。

此外，接口201可例如通過通信路徑26實現(xiàn)在計量器電子設(shè)備20和外部設(shè)備之間的通信。接口201可能能夠有電子、光學(xué)或無線通信的任何方式。

接口201在一個實施例中包括數(shù)字化器（未示出），其中傳感器信號包括模擬傳感器信號。數(shù)字化器對模擬傳感器信號采樣并數(shù)字化并產(chǎn)生數(shù)字傳感器信號。接口/數(shù)字化器也可執(zhí)行任何所需的抽取，其中數(shù)字傳感器信號被抽取以便減小所需的信號處理的量并減少處理時間。

處理系統(tǒng)203進(jìn)行計量器電子設(shè)備20的操作并處理來自傳感器組件10的流量測量。處理系統(tǒng)203執(zhí)行一個或多個處理例程并從而處理流量測量，以便產(chǎn)生一個或多個流量特征。

處理系統(tǒng)203可包括通用計算機(jī)、微處理器系統(tǒng)、邏輯電路或某個其它通用或定制處理設(shè)備。處理系統(tǒng)203可分布在多個處理設(shè)備當(dāng)中。處理系統(tǒng)203可包括任何數(shù)量的整體或獨(dú)立電子存儲介質(zhì)，例如存儲系統(tǒng)204。

在所示實施例中，處理系統(tǒng)203從兩個或更多個振動/應(yīng)變響應(yīng)220、226確定流量特征。處理系統(tǒng)203可至少確定兩個或更多個響應(yīng)220、226的振幅、相位差、時間差和頻率。在實施例中，來自與應(yīng)變計200A-D電通信的至少一個橋電路206、206’的信號被輸入到計量器電子設(shè)備20內(nèi)。

存儲系統(tǒng)204可存儲流量計量器參數(shù)和數(shù)據(jù)、軟件例程、不變值和可變值。在一個實施例中，存儲系統(tǒng)204包括由處理系統(tǒng)203執(zhí)行的例程。在一個實施例中，存儲系統(tǒng)204存儲相移例程212、相位不對稱性例程215、頻率例程216、時間差（Δt）例程217、流量特征例程218和流量不對稱指示器/警告例程219。

在一個實施例中，存儲系統(tǒng)204存儲用于操作流量計量器5的變量。存儲系統(tǒng)204在一個實施例中存儲變量，例如從應(yīng)變計200A-D接收的兩個或更多個振動響應(yīng)220、226。在一些實施例中，存儲系統(tǒng)204存儲由計量器電子設(shè)備20產(chǎn)生的一個或多個值。在一些實施例中，存儲系統(tǒng)204存儲從流量測量得到一個或多個流量特征。存儲系統(tǒng)204還存儲與流量不對稱性警報閾值有關(guān)的值。

實施例通過直接測量流管130、130’的入口腿131、131’或流管130、130’的出口腿134、134’的相對運(yùn)動來感測流量不對稱性。連接到至少一個橋電路206、206’的應(yīng)變計200A-D配置成在所有對稱流量條件——即使是無流量條件（其相應(yīng)于驅(qū)動模式的正常模式形狀，即在流管之間無相位差）——期間或在任何不對稱流量條件期間產(chǎn)生零振幅信號。然而，在不對稱流量期間，相同的配置將產(chǎn)生在驅(qū)動頻率下輸出的正弦信號，其振幅和符號是在流管130、130’之間的不均勻流量的水平的指示。

參考圖4-5，應(yīng)變計200A-D優(yōu)選地位于在接近斜拉桿140、140’的區(qū)處的流管130、130’的入口131、131’或出口134、134’側(cè)上，因為最大正應(yīng)變（張力）和最高負(fù)應(yīng)變（壓縮）出現(xiàn)在流管130、130’和相應(yīng)的斜拉桿140、140’之間的接合點(diǎn)處。耦合到流管的應(yīng)變計的優(yōu)選距離是在斜拉桿140、140’和流管130、130’的頂部之間的直線距離的大約0%和15%之間（在其最上面的部分沿著垂直于流管方向被測量）。甚至更優(yōu)選的距離在大約6%和9%之間。然而，這些距離用作例子，其它距離也被設(shè)想為在本描述和權(quán)利要求的范圍內(nèi)。應(yīng)變計200A-D優(yōu)選地放置成感測在流管130、130’上的垂直應(yīng)變（即與流管130、130’的縱軸平行的應(yīng)變）。

圖4示出具有與橋電路206電通信的兩個應(yīng)變計200A、200B的流量計量器5的實施例。橋電路206將在應(yīng)變計的電阻中的小變化轉(zhuǎn)換成在電壓中的相對大的變化。橋電路206由供電電壓V_s、四個電阻器（R₁到R₄）和輸出電壓V_o組成。橋被考慮為平衡的，且當(dāng)R₁=R₂和R₃=R₄時，輸出電壓是0v。任一電阻器中的變化將使橋不平衡，且輸出電壓將不再是零。在供電電壓、電阻和輸出電壓之間的關(guān)系在方程1中示出。

電阻器數(shù)量相應(yīng)于在圖4中示出的電阻器位置。在橋電路206中的任何或所有電阻器可由應(yīng)變計代替。在這個實施例中，兩個應(yīng)變計200A、200B存在于流管130、130’的入口側(cè)131、131'上并連接到橋電路206。第一規(guī)200A連接到橋電路206中的第一位置R₁，而第二規(guī)200B連接到橋電路206中的第二位置R₂。應(yīng)注意，其余電阻器R₃和R₄是固定值電阻器，每個具有相同的值。此外，對于這個實施例，重要的是，應(yīng)變計200A、200B位于流管130、130’的相同相對表面上，這在這個實施例中意味著第一應(yīng)變計200A被定向在第一流管130的第一入口腿131的遠(yuǎn)側(cè)表面131A上，而第二應(yīng)變計200B被定向在第二流管130’的第二入口腿131’的遠(yuǎn)側(cè)表面131’A上。對本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將明顯，如果規(guī)200A、200B使它們的位置交換，使得第一規(guī)200A位于橋電路的第二位置R₂處而第二規(guī)200B位于橋電路的第一位置R₁處，則不對稱性檢測將保持完整無缺。類似地，如果固定電阻器在位置R₁和R₂上被使用，同時規(guī)200A、200B使它們的位置與橋電路206的R₃和R₄側(cè)交換，則不對稱性檢測功能也將保持完整無缺。此外，也設(shè)想類似的實施例，其中應(yīng)變計200A、200B位于流管130、130’的出口腿134、134’上。

圖5示出具有與橋電路206電通信的兩個應(yīng)變計200C、200D的流量計量器5的實施例。在這個實施例中，兩個應(yīng)變計200C、200D存在于流管130、130’的入口側(cè)131、131'上并連接到橋電路206。第一規(guī)200C連接到橋電路206中的第一位置R₁，而第二規(guī)200D連接到橋電路206中的第二位置R₂。應(yīng)注意，其余電阻器R₃和R₄是固定值電阻器，每個具有相同的值。此外，對于這個實施例，重要的是，應(yīng)變計200C、200D位于流管130、130’的相同相對表面上，這在這個實施例中意味著第一應(yīng)變計200A被定向在第一流管130的第一入口腿131的遠(yuǎn)側(cè)表面131B上，而第二應(yīng)變計200D被定向在第二流管130’的第二入口腿131’的遠(yuǎn)側(cè)表面131’B上。對本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將明顯，如果規(guī)200C、200D使它們的位置交換，使得第一規(guī)200C位于橋電路的第二位置R₂處而第二規(guī)200D位于橋電路的第一位置R₁處，則不對稱性檢測將保持完整無缺。類似地，如果固定電阻器在位置R₁和R₂上被使用，同時規(guī)200C、200D使它們的位置與橋電路206的R₃和R₄側(cè)交換，則不對稱性檢測功能也將保持完整無缺。此外，也設(shè)想類似的實施例，其中應(yīng)變計200C、200D位于流管130、130’的出口腿134、134’上。

可添加額外的規(guī)，使得存在同時測量入口腿131、131’和出口腿134、134’的應(yīng)變的四個規(guī)，這增加橋電路206的信號輸出。在這些實施例中，單個橋電路206連接到所有四個應(yīng)變計200A-D，或可選地，入口腿131、131’連接到第一橋電路206且出口腿134、134’連接到第二橋電路206’。

通過使用方程2的關(guān)系操縱方程1來最好地理解添加額外規(guī)的效應(yīng)：

（2）

其中ΔR是應(yīng)變計的電阻中的變化，R是應(yīng)變計的無應(yīng)變電阻，GF是規(guī)的規(guī)因子，以及ε是規(guī)上的應(yīng)變。應(yīng)變計的規(guī)因子GF使規(guī)上的應(yīng)變與規(guī)的電阻中的相應(yīng)變化有關(guān)。應(yīng)變計在生產(chǎn)期間被校準(zhǔn)時被分配特定的規(guī)因子。使用上面的關(guān)系并假設(shè)ΔR比R小得多，方程2可以被重寫為方程3：

（3）

對于由圖4和5所示的實施例，當(dāng)沒有穿過流量計量器5的流且流量計量器5在驅(qū)動模式中振動時，由應(yīng)變計200A、200B感測的正弦應(yīng)變在理論上是同相的且將抵消，導(dǎo)致來自橋電路的零電壓輸出。在實踐中，可以有在無流量時的某個相位（通常被稱為機(jī)械零），導(dǎo)致低振幅正弦曲線，其振幅將被測量并作為偏移被移除。

一旦在流量計量器5中存在流量，基于在橋電路206中的規(guī)的位置和在入口腿131、131’或出口腿134、134’（取決于實施例）上的應(yīng)變計200A-D的朝向，流管130、130'將同相地振動，在任一流管中沒有堵塞物存在的情況下導(dǎo)致在兩個應(yīng)變測量之間的零延遲（零相移）。特別是，應(yīng)變值按照方程2將抵消，且橋電路206的輸出電壓將是零。假定流量變成對稱的（由于阻塞等或其它現(xiàn)象），沿著每個流管130、130’的相位將變得不同，因為在每個流管130、130’中有不同的質(zhì)量流量（雖然在兩個流管130、130’之間的相對相位保持相同且不使用常規(guī)敏感元件裝置影響流量測量）。時間延遲（相移）在兩個應(yīng)變測量之間發(fā)展，且在下面的方程4中的兩個相移信號的電相減將導(dǎo)致正弦輸出（在驅(qū)動頻率下），其振幅直接與相移有關(guān)。當(dāng)流量變得更不對稱時，相移增加且來自橋電路206的電壓的振幅增加。方程4描述圖4中的應(yīng)變計200A、200B和圖5中的應(yīng)變計200C、200D的配置。關(guān)于橋電路206：

（4）。

如上所述，這個方程指示在無流量條件或?qū)ΨQ流量下有零輸出，但當(dāng)流量不對稱性存在時在R₁和R₂之間的相減產(chǎn)生可檢測的V_out。

當(dāng)流管130、130’被驅(qū)動時，來自應(yīng)變計200A、200B的應(yīng)變信號可被認(rèn)為是正弦曲線，每個具有它們自己的振幅（α_i）和在它們之間的相對相位（Φ）。當(dāng)這兩個信號相減時，因而產(chǎn)生的信號將具有如下面在方程5中所示的振幅：

。

這個相減由橋電路206電氣地執(zhí)行。當(dāng)流量是對稱的時，Φ為零且單獨(dú)的振幅實質(zhì)上是相同的，導(dǎo)致沒有振幅的信號，A=0。實際上，單獨(dú)的α_i可以稍微不同，導(dǎo)致被特征化并被解釋的在對稱流量期間的偏置。當(dāng)流量變得對稱時，Φ變成非零，因為在第一和第二流管130、130'之間存在質(zhì)量流量不平衡，所以輸出信號振幅A改變。這個改變被檢測到并用于向用戶通知流量不對稱性存在。

在實施例中，相移被校準(zhǔn)以通過合并在入口131、131’和出口134、134’處的兩個或更多個規(guī)并使用如在國際專利申請?zhí)朠CT/US2014/033188中所述的流量測量來檢測在每個管中的流量不對稱性和流速。

在實施例中，診斷指示器向流量計量器5的用戶通知流量不對稱地分裂。通知包括可聽和/或可見警報。在相關(guān)實施例中，振幅閾值被確定。當(dāng)流量的振幅由于在第一和第二流管130、130’之間的質(zhì)量不平衡而變成不對稱的且Φ變成非零時，橋電路206的輸出信號振幅增加，且當(dāng)振幅超過預(yù)定閾值時，警報被觸發(fā)。警報可簡單地包括流量計量器5的用戶的通知。閾值可在工廠在計量器電子設(shè)備20中被預(yù)先設(shè)定或由用戶設(shè)定。

再次轉(zhuǎn)到圖2，實施例除了橋電路206以外還包括電子部件400。雖然作為例子被示為具有兩個規(guī)200A、200B和單個橋電路206，電子部件400可適合于用在任何數(shù)量的應(yīng)變計和橋電路組合上，如對本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將明顯的。

來自橋電路206的輸出連接到電子部件400，其可包括橋完成放大器。在一個實施例中，橋完成放大器具有大約800的增益，但不同的增益基于特定的應(yīng)變計、不同的流量控制因子、不同的電子設(shè)備和特定的流量計量器5所特有的其它變量而被設(shè)想。橋完成放大器是與高通濾波器耦合的AC。在實施例中，高通濾波器包括電容器。這個電容耦合實質(zhì)上阻塞信號的DC分量。在相關(guān)實施例中，來自高通濾波器的輸出與低通濾波器抗混疊以防止具有大于特定的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣速率的頻率的信號被那個模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）看到。ADC可從低通濾波器接收信號，其接著被發(fā)送到計量器電子設(shè)備20。

對于本文的實施例，橋電路206、206’的電壓輸出被輸入到計量器電子設(shè)備20內(nèi)。由于對應(yīng)變計測量內(nèi)在的DC漂移，數(shù)字電子設(shè)備的使用在進(jìn)行信號之間的準(zhǔn)確的相位測量時是有幫助的。使用模擬電子設(shè)備，當(dāng)來自規(guī)200A-D的信號通過零伏交叉時，在例如來自應(yīng)變計200A-D的兩個正弦信號之間的相位一般一個循環(huán)被計算一次。因為對應(yīng)變計存在某個DC漂移，信號并不總是以零伏為中心，使穩(wěn)定的相位計算變得很難。實施例利用Hilbert濾波器來連續(xù)地計算在兩個敏感元件傳感器之間的相位。使用這種方法，在信號中的DC偏移不影響相位計算。

上述實施例的詳細(xì)描述不是由發(fā)明人設(shè)想為在本描述的范圍內(nèi)的所有實施例的無遺漏描述。實際上，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識到，上述實施例的某些元件可不同地被組合或消除以產(chǎn)生另外的實施例，且這樣的另外的實施例落在本描述的范圍和教導(dǎo)內(nèi)。對本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員也明顯，上述實施例可全部或部分地組合以產(chǎn)生在本描述的范圍和教導(dǎo)內(nèi)的額外實施例。

因此，雖然在本文為了例證性目的描述了特定的實施例，各種等效修改在本描述的范圍內(nèi)是可能的，如在相關(guān)領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識到的。在本文提供的教導(dǎo)可應(yīng)用于其它連接器，且不僅應(yīng)用于在上面所述和在附圖中所示的實施例。相應(yīng)地，應(yīng)從接下來的權(quán)利要求確定上面所述的實施例的范圍。