本實(shí)用新型涉及工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域，更具體地，涉及一種能夠?qū)α泓c(diǎn)漂移進(jìn)行補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量流量計(jì)。

背景技術(shù)：

流體在旋轉(zhuǎn)的管內(nèi)流動(dòng)時(shí)會(huì)對(duì)管壁產(chǎn)生一個(gè)力，它是科里奧利在1832年研究輪機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)的，簡(jiǎn)稱科氏力。質(zhì)量流量計(jì)是以科氏力為基礎(chǔ)測(cè)量管道內(nèi)質(zhì)量流量的流量測(cè)量?jī)x表，其可以直接測(cè)量通過流量計(jì)的介質(zhì)的質(zhì)量流量。

質(zhì)量流量計(jì)包括傳感器和變送器，在傳感器內(nèi)部有兩根平行的流量管，中部裝有驅(qū)動(dòng)線圈，兩端裝有檢測(cè)線圈，當(dāng)變送器向驅(qū)動(dòng)線圈提供激勵(lì)電壓時(shí)，流量管做往復(fù)周期振動(dòng)，工業(yè)過程的流體介質(zhì)流經(jīng)傳感器的流量管，就會(huì)在流量管上產(chǎn)生科氏力效應(yīng)，使兩根流量管扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，安裝在流量管兩端的檢測(cè)線圈將產(chǎn)生相位不同的兩組信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)的相位差與流經(jīng)傳感器的流體質(zhì)量流量成比例關(guān)系，從而可以計(jì)算出流經(jīng)流量管的質(zhì)量流量。

隨著自動(dòng)化水平的提高，許多生產(chǎn)過程都對(duì)流量測(cè)量提出了新的要求?；瘜W(xué)反應(yīng)過程是受原料的質(zhì)量(而不是體積)控制的。蒸氣、空氣流的加熱、冷卻效應(yīng)也是與質(zhì)量流量成比例的。產(chǎn)品質(zhì)量的嚴(yán)格控制、精確的成本核算、飛機(jī)和導(dǎo)彈的燃料量控制，也都需要精確的質(zhì)量流量測(cè)量結(jié)果。

由于傳感器和變送器之間要通過線纜來連接，而線纜的溫度變化會(huì)引起流量計(jì)的零點(diǎn)漂移，因此需要一種能夠?qū)α泓c(diǎn)漂移進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牧髁坑?jì)和流量測(cè)量方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在下文中給出關(guān)于本實(shí)用新型的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本實(shí)用新型的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本實(shí)用新型的窮舉性概述。它并不是意圖確定本實(shí)用新型的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本實(shí)用新型的范圍。其目的僅僅是以簡(jiǎn)化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。

本實(shí)用新型的一個(gè)主要目的在于，提供一種質(zhì)量流量計(jì)900，其特征在于，包括：變送器902、傳感器904、將變送器902和傳感器904進(jìn)行連接的線纜906、零點(diǎn)時(shí)延補(bǔ)償電路908以及質(zhì)量流量補(bǔ)償電路910，變送器902測(cè)量變送器902和傳感器904之間的線纜906的線纜芯線電阻；傳感器904中包括流量管，傳感器904測(cè)量流過流量管的流體時(shí)延和流量管的溫度，并將測(cè)量結(jié)果傳送給變送器902來計(jì)算質(zhì)量流量；零點(diǎn)時(shí)延補(bǔ)償電路908基于由變送器902測(cè)量的線纜芯線電阻和初始線纜芯線電阻以及線纜溫度補(bǔ)償系數(shù)對(duì)預(yù)定的初始零點(diǎn)時(shí)延進(jìn)行補(bǔ)償；以及質(zhì)量流量補(bǔ)償電路910基于補(bǔ)償?shù)某跏剂泓c(diǎn)時(shí)延對(duì)變送器902所計(jì)算的質(zhì)量流量進(jìn)行補(bǔ)償，得到補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量流量。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，質(zhì)量流量計(jì)900還包括線纜溫度補(bǔ)償系數(shù)計(jì)算電路，其基于實(shí)際零點(diǎn)時(shí)延和初始零點(diǎn)時(shí)延的差與測(cè)量的線纜芯線電阻和初始線纜芯線電阻的差之間的線性關(guān)系或者多階非線性關(guān)系，通過多個(gè)溫度點(diǎn)的標(biāo)定來計(jì)算線纜溫度補(bǔ)償系數(shù)。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，變送器902和傳感器904一體安裝。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，變送器902和傳感器904遠(yuǎn)程安裝。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，零點(diǎn)時(shí)延補(bǔ)償電路908和質(zhì)量流量補(bǔ)償電路910集成在變送器902中。

根據(jù)本實(shí)用新型的質(zhì)量流量計(jì)，可以對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的零點(diǎn)漂移進(jìn)行補(bǔ)償，減小線纜溫度變化導(dǎo)致的質(zhì)量流量計(jì)的零點(diǎn)漂移，從而提高測(cè)量精度。

附圖說明

參照下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的說明，會(huì)更加容易地理解本實(shí)用新型的以上和其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。附圖中的部件只是為了示出本實(shí)用新型的原理。在附圖中，相同的或類似的技術(shù)特征或部件將采用相同或類似的附圖標(biāo)記來表示。在附圖中：

圖1是對(duì)線纜溫度變化對(duì)Δt_zero的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的示意圖；

圖2示出了零點(diǎn)時(shí)延與線纜溫度隨時(shí)間變化的分布圖；

圖3示出了線纜溫度與Δt_zero-actual之間的線性關(guān)系；

圖4示出了測(cè)量的線纜芯線電阻與Δt_zero-actuall之間的線性關(guān)系；

圖5A示出了(Δt_zero-actual-Δt_zero)與(R_measured-R_zero)之間的線性關(guān)系；

圖5B示出了(Δt_zero-actual-Δt_zero)與(R_measured-R_zero)之間的二階非線性關(guān)系；

圖5C示出了(Δt_zero-actual-Δt_zero)與(R_measured-R_zero)之間的三階非線性關(guān)系；

圖6示出了Δt_{zero-compensated}與實(shí)際測(cè)得的Δt_zero-actual隨時(shí)間的分布圖；

圖7示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的對(duì)零點(diǎn)漂移進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牧髁繙y(cè)量方法700的示例性過程的流程圖；

圖8示出了變送器對(duì)線纜芯線電阻進(jìn)行測(cè)量的一個(gè)示意圖；以及

圖9是示出根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的質(zhì)量流量計(jì)900的示例性結(jié)構(gòu)的框圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖來說明本實(shí)用新型的實(shí)施例。在本實(shí)用新型的一個(gè)附圖或一種實(shí)施方式中描述的元素和特征可以與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本實(shí)用新型無(wú)關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述。

本實(shí)用新型提出了一種能夠通過變送器測(cè)得的線纜芯線電阻對(duì)線纜溫度變化導(dǎo)致的流量計(jì)的零點(diǎn)漂移進(jìn)行補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量流量測(cè)量方法和質(zhì)量流量計(jì)。

下面首先對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量原理進(jìn)行說明。

質(zhì)量流量計(jì)是以科氏力為基礎(chǔ)測(cè)量管道內(nèi)質(zhì)量流量的流量測(cè)量?jī)x表，而科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的流量計(jì)算公式如以下等式(1)所示：

Massflow＝FCF*(Δt_flow-Δt_zero)*(1-FT*T_T) (1)

流量計(jì)算公式中的參數(shù)的含義分別如下：

Massflow：質(zhì)量流量

FCF：流量標(biāo)定系數(shù)

Δt_flow：流體時(shí)延

Δt_zero：初始零點(diǎn)時(shí)延

FT：流量管的溫度補(bǔ)償系數(shù)

T_T：流量管的溫度。

通常，Δt_zero為廠內(nèi)標(biāo)定或者客戶安裝后輸入的定值，而實(shí)際上Δt_zero受多種因素的影響。變送器和傳感器之間的線纜的溫度變化便是其中之一，特別是對(duì)于變送器和傳感器分體式安裝時(shí)，由于其間的電纜較長(zhǎng)，溫度變化的影響會(huì)更大，從而使得質(zhì)量流量計(jì)的零點(diǎn)不穩(wěn)定，形成零點(diǎn)漂移，影響其精確度。

圖1是對(duì)線纜溫度變化對(duì)Δt_zero的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的示意圖。在圖1中，將變送器102和傳感器104之間的線纜部分108放于溫箱中，當(dāng)溫箱的溫度變化時(shí)，實(shí)時(shí)讀取溫度和Δt_zero-actual(實(shí)際零點(diǎn)時(shí)延)。

圖2示出了零點(diǎn)時(shí)延與線纜溫度隨時(shí)間變化的分布圖，可以看出Δt_zero-actual(ns)受線纜溫度變化的影響。

通過圖2可以發(fā)現(xiàn)線纜溫度與Δt_zero-actual隨時(shí)間變化的趨勢(shì)基本一致，將線纜溫度與Δt_zero-actual進(jìn)行線性擬合得到圖3。從圖3可以看到，線纜溫度與Δt_zero-actual基本成線性關(guān)系，而線纜溫度T與測(cè)量的線纜芯線電阻R_measured具有以下等式(2)所示的關(guān)系：

R_measured＝ρL/A

ρ∝T，R_measured∝T (2)

其中，L為線纜芯線的長(zhǎng)度，A為線纜芯線的橫截面積，ρ為線纜芯線材料的電阻率，從上式可以看到，線纜芯線電阻R_measured與線纜溫度T成正比關(guān)系。

將線纜芯線電阻R_measured與Δt_zero-actual進(jìn)行線性擬合可以得到圖4。可以看到，線纜芯線電阻R_measured與Δt_zero-actual也基本成線性關(guān)系。因此可以通過以下的等式(3)用R_measured對(duì)Δt_zero進(jìn)行實(shí)時(shí)線性補(bǔ)償。

Δt_{zero-compensated}-Δt_zero＝k(R_measured-R_zero)+b

Δt_{zero-compensated}＝Δt_zero+k(R_measured-R_zero)+b (3)

其中的參數(shù)的含義分別如下：

Δt_{zero-compensated}：補(bǔ)償?shù)牧泓c(diǎn)時(shí)延；

Δt_zero：初始零點(diǎn)時(shí)延；

k，b：線纜溫度補(bǔ)償系數(shù)；

R_measured：測(cè)量的線纜芯線電阻；

R_zero：初始線纜芯線電阻。

將實(shí)際測(cè)得的(Δt_zero-actual-Δt_zero)與(R_measured-R_zero)擬合可以得到(Δt_zero-actual-Δt_zero)與(R_measured-R_zero)之間的線性關(guān)系，如圖5A所示。

基于(Δt_zero-actual-Δt_zero)與(R_measured-R_zero)之間的線性關(guān)系，通過多個(gè)溫度點(diǎn)的標(biāo)定可以得到線纜溫度補(bǔ)償系數(shù)k和b。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，也可以基于(Δt_zero-actual-Δt_zero)與(R_measured-R_zero)之間的多階非線性關(guān)系，如圖5B所示的二階非線性關(guān)系或者圖5C所示的三階非線性關(guān)系，通過多個(gè)溫度點(diǎn)的標(biāo)定來得到線纜溫度補(bǔ)償系數(shù)。

將參數(shù)k，b代入公式，得到Δt_{zero-compensated}。從圖6可以看到，Δt_{zero-compensated}與實(shí)際測(cè)得的Δt_zero-actual基本一致。

將Δt_{zero-compensated}代入科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的流量計(jì)算公式可以得到等式(4)，通過等式(4)的計(jì)算，可以在流量計(jì)算時(shí)消除或減小零點(diǎn)隨電纜溫度變化的影響。

Massflow＝FCF*{Δt_flow-[Δt_zero+k(R_measuread-R_zero)+b]}*(1-FT*T_T) (4)

其中的參數(shù)的含義分別如下：

Massflow：質(zhì)量流量

FCF：流量標(biāo)定系數(shù)

Δt_flow：流體時(shí)延

Δt_zero：初始零點(diǎn)時(shí)延

k，b：線纜溫度補(bǔ)償系數(shù)；

R_measured：測(cè)量的線纜芯線電阻；

R_zero：初始線纜芯線電阻。

FT：流量管的溫度補(bǔ)償系數(shù)

T_T：流量管的溫度。

上面對(duì)質(zhì)量流量計(jì)以及根據(jù)本實(shí)用新型對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的零點(diǎn)漂移進(jìn)行補(bǔ)償?shù)脑磉M(jìn)行了說明。下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的對(duì)零點(diǎn)漂移進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牧髁繙y(cè)量方法和流量計(jì)。

圖7示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的對(duì)零點(diǎn)漂移進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牧髁繙y(cè)量方法700的示例性過程的流程圖。

首先，在步驟S702中，測(cè)量質(zhì)量流量計(jì)的變送器和傳感器之間的線纜芯線電阻得到R_measured。

圖8示出了變送器對(duì)線纜芯線電阻進(jìn)行測(cè)量的一個(gè)示意圖。

如圖8所示，在三線制RTD(電阻測(cè)溫)電路中，變送器可以通過測(cè)量點(diǎn)1和點(diǎn)2之間的實(shí)時(shí)電阻(Modbus地址469)來得到變送器和傳感器之間的線纜芯線的電阻，此電阻與線纜溫度的變化成正比。對(duì)于遠(yuǎn)程安裝的發(fā)送器，線纜溫度的變化可導(dǎo)致零點(diǎn)變化，零點(diǎn)的變化值與線纜溫度的變化值大致成線性關(guān)系，因此可通過實(shí)時(shí)測(cè)得的電阻值對(duì)流量計(jì)的零點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償。

接著，在步驟S704中，基于測(cè)量得到的線纜芯線電阻R_measured和初始線纜芯線電阻R_zero以及線纜溫度補(bǔ)償系數(shù)對(duì)預(yù)定初始零點(diǎn)時(shí)延Δt_zero進(jìn)行補(bǔ)償。

如上所述，可以通過公式Δt_{zero-compensated}＝Δt_zero+k(R_measured-R_zero)+b計(jì)算得到補(bǔ)償?shù)牧泓c(diǎn)時(shí)延Δt_{zero-compensated}。

其中，線纜溫度補(bǔ)償系數(shù)k，b可以基于(Δt_zero-actual-Δt_zero)與(R_measured-R_zero)的線性關(guān)系，通過多個(gè)溫度點(diǎn)的標(biāo)定來得到。

初始線纜芯線電阻R_zero可以在使用流量計(jì)之前預(yù)先測(cè)量并記錄。

在步驟S706中，測(cè)量流過傳感器中的流量管的流體時(shí)延Δt_flow和流量管的溫度T_T來計(jì)算質(zhì)量流量。

可以通過上述等式(1)來計(jì)算質(zhì)量流量。公式中的參數(shù)流量標(biāo)定系數(shù)FCF和流量管的溫度補(bǔ)償系數(shù)FT可以在使用流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量之前預(yù)先標(biāo)定并記錄。

最后，在步驟S708中，基于補(bǔ)償?shù)某跏剂泓c(diǎn)時(shí)延Δt_{zero-compensated}對(duì)測(cè)量的質(zhì)量流量進(jìn)行補(bǔ)償，得到補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量流量。

即，通過將Δt_{zero-compensated}代入科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的流量計(jì)算公式，可以在流量計(jì)算時(shí)消除或減小零點(diǎn)隨電纜溫度變化的影響，從而得到補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量流量。具體計(jì)算公式可以如以上等式(4)所示。

根據(jù)本實(shí)用新型的質(zhì)量流量測(cè)量方法可以應(yīng)用于變送器和傳感器一體式安裝的情況，也可以應(yīng)用于變送器和傳感器遠(yuǎn)程安裝的情況，并且在變送器和傳感器遠(yuǎn)程安裝的情況下，對(duì)于零點(diǎn)漂移的補(bǔ)償效果更好。

根據(jù)本實(shí)用新型的流量測(cè)量方法，可以對(duì)流量計(jì)的零點(diǎn)漂移進(jìn)行補(bǔ)償，減小線纜溫度變化導(dǎo)致的流量計(jì)的零點(diǎn)漂移，從而提高測(cè)量精度。

圖9是示出根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的質(zhì)量流量計(jì)900的示例性結(jié)構(gòu)的框圖。

如圖9所示，質(zhì)量流量計(jì)900包括變送器902、傳感器904、將變送器902與傳感器904進(jìn)行連接的線纜906、零點(diǎn)時(shí)延補(bǔ)償電路908和質(zhì)量流量補(bǔ)償電路910。

變送器902檢測(cè)變送器902和傳感器904之間的線纜906的線纜芯線電阻。

傳感器904中包括流量管(圖中未示出)，傳感器904測(cè)量流過流量管的流體時(shí)延和流量管的溫度，并將測(cè)量結(jié)果傳送給變送器902來計(jì)算質(zhì)量流量。

零點(diǎn)時(shí)延補(bǔ)償電路908基于變送器902測(cè)量得到的線纜芯線電阻R_measured和初始線纜芯線電阻R_zero以及線纜溫度補(bǔ)償系數(shù)對(duì)初始零點(diǎn)時(shí)延進(jìn)行補(bǔ)償。

質(zhì)量流量補(bǔ)償電路910基于補(bǔ)償?shù)某跏剂泓c(diǎn)時(shí)延對(duì)測(cè)量的質(zhì)量流量進(jìn)行補(bǔ)償，得到補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量流量。

在一個(gè)示例中，質(zhì)量流量計(jì)900還可以包括線纜溫度補(bǔ)償系數(shù)計(jì)算電路(圖中未示出)，線纜溫度補(bǔ)償系數(shù)計(jì)算電路可以基于實(shí)際零點(diǎn)時(shí)延和初始零點(diǎn)時(shí)延的差與測(cè)量的線纜芯線電阻和初始線纜芯線電阻的差之間的線性關(guān)系，通過多個(gè)溫度點(diǎn)的標(biāo)定來計(jì)算線纜溫度補(bǔ)償系數(shù)。

變送器902和傳感器904可以一體式安裝，也可以遠(yuǎn)程安裝。

在一個(gè)實(shí)施例中，可以將零點(diǎn)時(shí)延補(bǔ)償電路908和質(zhì)量流量補(bǔ)償電路910集成在變送器902中來實(shí)現(xiàn)控制功能。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，零點(diǎn)時(shí)延補(bǔ)償電路908和質(zhì)量流量補(bǔ)償電路910可以由亞德諾半導(dǎo)體(Analog Device)公司的blackfin 522或者533數(shù)字信號(hào)處理器來實(shí)現(xiàn)。在上面對(duì)本實(shí)用新型具體實(shí)施例的描述中，針對(duì)一種實(shí)施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個(gè)或更多個(gè)其他實(shí)施方式中使用，與其他實(shí)施方式中的特征相組合，或替代其他實(shí)施方式中的特征。

應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，術(shù)語(yǔ)“包括/包含”在本文使用時(shí)指特征、要素、步驟或組件的存在，但并不排除一個(gè)或更多個(gè)其它特征、要素、步驟或組件的存在或附加。

此外，本實(shí)用新型的方法不限于按照說明書中描述的時(shí)間順序來執(zhí)行，也可以按照其他的時(shí)間順序地、并行地或獨(dú)立地執(zhí)行。因此，本說明書中描述的方法的執(zhí)行順序不對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)范圍構(gòu)成限制。

盡管上面已經(jīng)通過對(duì)具體實(shí)施例的描述對(duì)本實(shí)用新型及其優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了說明，但是應(yīng)當(dāng)理解在不超出由所附的權(quán)利要求所限定的本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行各種改變、替代和變換。而且，本實(shí)用新型的范圍不僅限于說明書所描述的過程、設(shè)備、手段、方法和步驟的具體實(shí)施例。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員從本實(shí)用新型的公開內(nèi)容將容易理解，根據(jù)本實(shí)用新型可以使用執(zhí)行與在此的相應(yīng)實(shí)施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結(jié)果的、現(xiàn)有和將來要被開發(fā)的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權(quán)利要求旨在在它們的范圍內(nèi)包括這樣的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。