具有上游壓力換能器的超聲流量計量系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及流量計量系統和用于監控流量計量系統的操作的條件監控系統。在一個實施例中，一種流量計量系統包括流量計、第一和第二壓力傳感器、流量調節器和條件監控器。流量計被配置成測量流過流量計的流體體積。第一壓力傳感器被設置成靠近流量計以測量靠近流量計的流體壓力。流量調節器設置在流量計上游。第二壓力傳感器設置在流量調節器上游以測量流量調節器上游的流體壓力。條件監控器耦接到流量計和各壓力傳感器，并且被配置成基于第一和第二壓力傳感器的壓力測量結果之間的差來識別流量計量系統的操作中的潛在矛盾。
【專利說明】 具有上游壓力換能器的超聲流量計量系統
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求在2012年10月19日提交的美國臨時專利申請第61/716，164號(Attorney Docket N0.1787-27900，M&C201213)的優先權，其整體內容通過引用合并于此。
【技術領域】
[0003]本實用新型涉及流量計量系統和用于監控流量計量系統的操作的條件監控系統。
【背景技術】
[0004]天然氣經由管線從一個地方輸送到另一個地方。期望精確地了解在管線中流動的氣體量，并且特別地在流體被轉手或者“密閉傳輸”時要求精度。然而，即使在密閉傳輸未能進行的情況下，仍需要測量精度，并且在這些情況下，可以使用流量計。
[0005]超聲流量計是一種類型的可用于測量在管線中流動的流體量的流量計。超聲流量計具有足以用在密閉傳輸中的精度。在超聲流量計中，跨越待測流體流來回發送聲學信號。基于接收到的聲學信號的參數，確定流量計中的流體流速。可以根據流速和已知的流量計的橫截面積來確定流過流量計的流體體積。
[0006]超聲流量計量系統常遇到影響計量系統的校準、精度和/或操作的各種條件。例如，管線中污染物的積累、流量限制和/或操作環境相對于校準環境的差異或變化可以影響流量計精度。因此，需要用于監控與流量計系統操作和精度相關的條件的有效技術。
實用新型內容
[0007]這里公開了用于監控流量計操作的裝置和方法。在一個實施例中，一種流量計量系統包括流量計、第一和第二壓力傳感器、流量調節器和條件監控器。流量計被配置成測量流過流量計的流體體積。第一壓力傳感器被設置成靠近流量計以測量靠近流量計的流體壓力。流量調節器設置在流量計上游。第二壓力傳感器設置在流量調節器上游以測量流量調節器上游的流體壓力。條件監控器耦接到流量計和各壓力傳感器，并且被配置成基于第一和第二壓力傳感器的壓力測量結果之間的差來識別流量計量系統的操作中的潛在矛盾。在另一實施例中，一種用于監控流量計量系統的操作的方法包括從設置成靠近流量計的第一壓力傳感器和設置在調節提供給流量計的流體流的流量調節器的上游的第二壓力傳感器接收壓力測量結果。建立第一和第二壓力傳感器之間的參考壓力差。基于參考壓力差以及從第一和第二壓力傳感器接收到的壓力測量結果來識別流量計量系統的操作中的潛在矛盾。
[0008]在又一實施例中，一種用于監控流量計量系統的操作的條件監控系統包括參考壓力確定引擎和參數檢驗引擎。參考壓力確定引擎被配置成從設置成靠近流量計的第一壓力傳感器和設置在調節提供給流量計的流體流的流量調節器的上游的第二壓力傳感器接收壓力測量結果。參考壓力確定引擎被進一步配置成基于壓力測量結果建立第一和第二壓力傳感器之間的參考壓力差。參數檢驗引擎被配置成基于參考壓力差以及從第一和第二壓力傳感器接收到的壓力測量結果來識別流量計量系統的操作中的潛在矛盾。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]為了更詳細地描述本實用新型的示例性實施例，現將參照附圖，在附圖中:
[0010]圖1示出了根據各實施例的超聲流量計量系統；
[0011]圖2示出了根據各實施例的超聲流量計的橫截面俯視圖；
[0012]圖3示出了根據各實施例的包括流量調節器上游的壓力傳感器的超聲流量計量系統的不意圖；
[0013]圖4示出了根據各實施例的條件監控系統的框圖；
[0014]圖5示出了根據各實施例的條件監控器的基于處理器的實施例的框圖；以及
[0015]圖6示出了根據各實施例的用于監控超聲流量計量系統的條件的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0016]在以下討論以及所附權利要求中，術語“包括”和“包含”是以開放方式使用的，并且因此應被解釋為意味著“包括，但不限于……”。此外，術語“耦接”旨在意味著間接的或直接的電連接。因此，如果第一設備耦接到第二設備，則該連接可以通過直接電連接或者通過經由其他設備和連接實現的間接電連接。此外，術語“軟件”包括能夠在處理器上運行的任何可執行代碼，而與用于存儲軟件的介質無關。因此，存儲器(例如，非易失性存儲器)中存儲的代碼(有時被稱為“嵌入固件”)包括在軟件的定義內。記載“基于”旨在意味著“至少部分地基于”。因此，如果X基于Y，則X可以基于Y以及許多其他因素。術語“流體”包括液體和氣體。
[0017]以下描述涉及本實用新型的各示例性實施例。附圖不一定依比例繪制。為了清楚和簡潔起見，實施例的某些特征可能被按比例放大或者以略微示意性的形式示出，并且傳統元件的一些細節可能未被示出。所公開的實施例不應被解釋為或者另外用于限制包括所附權利要求的本公開的范圍。此外，本領域技術人員將理解，以下描述具有廣泛應用，并且任何實施例的討論僅作為該實施例的示例，而非旨在宣示包括所附權利要求的本公開的范圍限于該實施例。將全面認識到，以下討論的實施例的不同教導可以被分離地采用或者以任何適當的組合采用以產生期望的結果。此外，在測量碳氫化合物流量(例如，原油、天然氣)的背景下開發了各實施例，并且描述遵循該開發背景；然而，所描述的系統和方法同樣適用于任何流體流的測量。
[0018]超聲流量計量系統包括條件監控器(例如，基于條件的監控系統)以實現計量系統操作和/或系統操作條件的改變的檢測，以及引起這些改變的條件的校正。超聲計條件監控器是監控超聲計和相關聯的儀器的操作的系統。條件監控器可以通過執行諸如以下功能的示例性功能來分析計量系統的操作:
[0019]?檢測諸如流態、流動對稱、旋流、紊流等的流動特性的改變；
[0020]?檢測諸如超聲信號檢測的錯誤率、增益水平、噪聲水平、峰開關檢測等的超聲診斷結果的改變；
[0021]?使用美國煤氣協會(AGA) 10標準的從超聲流量計測量的聲速與氣體組分、壓力和溫度的比較；
[0022]?測量的溫度與從聲速得到的溫度的比較；
[0023]?從氣體組分傳感器(例如，氣體色譜儀)得到的密度與從聲速得到的密度的比較。
[0024]由于流動壓力的改變影響通過超聲計量產生的流體體積測量結果的精度，因此超聲流量計量系統包括靠近流量計的壓力傳感器以提供流體壓力測量結果。定期檢驗壓力傳感器的精度以確保計量精度不會受到壓力傳感器誤測量的不利影響。在傳統的超聲流量計量系統中，通過自重測試器、或者泵和已在認可實驗室校準的額外的壓力傳感器來檢驗壓力傳感器的精度。替選地，假設兩個壓力傳感器將不會體驗共模故障或漂移，可以將冗余的壓力傳感器設置成靠近超聲流量計。
[0025]本公開的實施例包括流量調節器上游的壓力傳感器，而非如傳統的超聲計量系統中的那樣的靠近超聲流量計(例如，在該超聲流量計處或其下游)的額外的壓力傳感器。這里公開的流量計量系統應用上游的壓力傳感器提供的壓力測量結果來檢驗靠近流量計的壓力傳感器的操作并且識別流量調節器的操作中的潛在改變。
[0026]圖1示出了根據各實施例的超聲流量計量系統100。系統100包括超聲流量計101，傳感器134、136、138以及條件監控器128。在系統100中，超聲流量計101耦接到管道或其他結構132。在一些實施例中，管道132設置在超聲流量計101的下游。管道132包括允許傳感器134-138接入流過系統100的流體流的開口 144。條件監控器128耦接到傳感器134-138以及超聲計101。在一些實施例，條件監控器128可以是耦接到超聲計101的流量計算機的一部分。在其他實施例中，條件監控器128可以與超聲計101的電子裝置124集成，或者被實現為分立設備。
[0027]超聲流量計101包括儀器本體或短管件102，其限定中心通道或孔。短管件102被設計并構造為耦接到管線或者承載流體(例如，天然氣)的其他結構，使得在管線中流動的流體行進通過中心孔。在流體行進通過中心孔時，超聲流量計101測量流率(因此，該流體可以被稱為被測流體)。短管件102包括凸緣106，其便于將短管件102耦接到另一結構。在其他實施例中，可以等同地使用用于將短管件102耦接到結構的任何適當的系統(例如，焊接連接)。
[0028]為了測量短管件102內的流體流量，超聲流量計101包括多個換能器組件。在圖1的視圖中，以完整或局部視圖示出了五個這樣的換能器組件108、110、112、116和120。如下文將進一步討論的，換能器組件是成對的(例如，換能器組件108和110)。此外，每個換能器組件電耦接到控制電子封裝124。更具體地，每個換能器組件借助于各自的線纜126或者等同的信號傳導組件電耦接到控制電子封裝124。
[0029]圖2示出了根據各實施例的超聲流量計101的橫截面俯視圖。短管件102具有預定尺寸并且限定被測流體通過其流動的中心孔104。說明性的換能器組件112和114的對沿短管件102的長度安置。換能器112和114是聲學收發器，并且更具體地是超聲收發器。超聲換能器112、114兩者均生成并且接收具有約20KHz以上的頻率的聲學信號。聲學信號可以由每個換能器中的壓電元件生成并接收。為了生成超聲信號，壓電元件借助于信號(例如，正弦信號)進行電激勵，并且元件通過振動進行響應。對于該對中的相應的換能器組件，壓電元件的振動生成聲學信號，該聲學信號行進通過被測流體。相似地，在被聲學信號撞擊之后，接收的壓電元件振動并且生成電信號(例如，正弦信號)，該電信號被與流量計101相關聯的電子裝置124檢測、數字化并分析。
[0030]還被稱為“弦”的路徑200以相對中心線202的角度Θ存在于說明性的換能器組件112和114之間。弦200的長度是換能器組件112的面和換能器組件114的面之間的距離。點204和206限定由換能器組件112和114生成的聲學信號進入并且離開流過短管件102的流體的位置(S卩，短管件的孔的入口)。換能器組件112和114的位置可以由角度Θ限定，由在換能器組件112和114的面之間的測量的第一長度L、與點204和206之間的軸向距離對應的第二長度X、以及與管道內部直徑對應的第三長度d限定。在多數情況下，距離d、X和L是在流量計制造期間精確確定的。諸如天然氣的被測流體在方向208上以速度剖面210流動。速度向量212、214、216和218圖示了通過短管件102的氣體速度朝向短管件102的中心線202增加。
[0031]在最初時，下游的換能器組件112生成入射在上游的換能器組件114上并且因此被其檢測的超聲信號。此后有時，上游的換能器組件114生成返回的超聲信號，其隨后入射在下游的換能器組件112上并且被其檢測。因此，換能器組件沿弦路徑200交換超聲信號220或者對其進行“一發一收(pitch and catch)”。在操作期間，該序列可以每分鐘進行數千次。
[0032]說明性的換能器組件112和114之間的超聲信號220的傳送時間部分地取決于超聲信號220相對于流體流動的上游還是下游行進。超聲信號向下游(即，在與流體流動相同的方向上)行進的傳送時間小于其上游(即，對向流體流動)行進時的傳送時間。上游和下游傳送時間可用于計算沿信號路徑的平均速度，以及被測流體中的聲速。在給出承載流體的流量計101的橫截面測量結果的情況下，中心孔104的面積上的平均速度可用于獲得流過短管件102的流體的體積。
[0033]超聲流量計可以具有一個或更多個弦。例如,流量計101包括短管件102內的變化的高度處的四個弦路徑。可以在每個弦處確定流體的流速以獲得弦流速，并且弦流速被組合以確定整個管道上的平均流速。根據平均流速，可以確定在短管件中并且因此在管線中流動的流體量。
[0034]典型地，控制電子裝置124使換能器(例如，112,114)激活并且從換能器接收輸出信號。控制電子裝置124還可以計算每個弦的平均流速，計算流量計的平均流速，計算通過流量計的體積流率，計算通過流體的聲速，執行流量計診斷等。體積流率以及諸如流速、聲速等的其他測量的和計算的值可以被輸出到條件監控器128。如上文提及的，在一些實施例中，條件監控器128可以包括在控制電子裝置124中。
[0035]對于給定的弦，弦流速V由下式給出:
/2 T
[0036]V =........τ...........τ..............................⑴.* up * dn
[0037]并且弦聲速c由下式給出:
τ τ +Ts
L.I up ' I dn^ v
[0038]€= — '......_..........._...............■( 3 )
* I up I dn
[0039]其中:
[0040]L是路徑長度(B卩，上游和下游的換能器之間的面對面的間距)，
[0041]X是L在流動方向上在流量計孔內的L的分量，以及
[0042]Tup和Tdn是通過流體的聲能的上游和下游傳送時間。
[0043]通過流量計101的平均流速由下式給出:
[0044]⑷
[0045]其中:
[0046]Wi是弦加權因子，
[0047]Vi是測量的弦流速，以及
[0048]在所有弦上進行求和i。
[0049]現在返回圖1，傳感器134-138測量流體的各個屬性或參數，并且可以經由信號傳導介質142 (例如，配線)向條件監控器128提供測量結果。傳感器134是氣體組分傳感器，諸如氣體色譜儀，其提供指示流過系統100的氣體的每個成分的量的信息。傳感器136是壓力傳感器，其提供指示在系統100中流動的流體的壓力的信號。傳感器138是溫度傳感器(例如，電阻溫度檢測器)，其提供指示流過系統100的流體的溫度的信號。溫度傳感器138延伸到管道132的內部通道140中，并且測量傳感器138的終點處的流過系統100的流體的溫度。因此，溫度傳感器138被設置成測量特定高度處的流體溫度。在圖1中，傳感器134-138被設置為靠近超聲流量計101并且在其下游。在系統100的其他實施例中，可以將一個或更多個傳感器134-136設置在短管件102中。
[0050]根據傳感器134、136和138分別提供的流體組分、壓力和溫度信息，可以使用預定的理論值或實驗值來計算通過流體流的聲速。例如，條件監控器128可以如美國煤氣協會報告N0.10“Speed of Sound in Natural Gas and Other Related Hydrocarbons^(AGAlO)中規定的那樣計算流體中的聲速。條件監控器128的一些實施例可以使用該計算的聲速來檢驗針對流量計101的每個弦測量的聲速值。
[0051]相似地，基于由超聲流量計101提供的聲速測量結果以及由傳感器134、136提供的測量結果，條件監控器128可以計算流過超聲計量系統100的流體的溫度、壓力和/或組分。條件監控器128可以基于超聲計101提供的測量聲速和傳感器134-136提供的測量結果，使用AGA10規定的聲速計算的反向迭代來計算溫度、壓力和/或組分。
[0052]圖3示出了超聲流量計量系統300的示意圖。流量計量系統300包括流量計量系統100。如上文說明的，并且如圖1中所示，流量計量系統100包括超聲流量計101以及安裝在超聲計101下游的溫度傳感器138、壓力傳感器136和氣體組分傳感器134。系統300的一些實施例包括設置在短管件102中的壓力傳感器136，而非安裝在超聲計101下游的壓力傳感器136，或者除了安裝在超聲計101下游的壓力傳感器136之外，還包括設置在短管件102中的壓力傳感器136。在其他實施例中，溫度傳感器138和/或壓力傳感器136可以設置在距流量計101某一距離的下游，使得傳感器136、138不會不利地影響通過流量計101的流體流動和流量剖面。
[0053]流量計量系統300還包括流體耦接到超聲計101的壓力傳感器304和流量調節器302。流量調節器302設置在超聲計101的上游并且壓力傳感器304設置在流量調節器302的上游。超聲計101和流量調節器302之間的距離可以由流量計101和/或流量調節器302的制造商指定。流量調節器302減少提供給超聲計101的流體流中的旋流、紊流等，從而提供流過超聲計101的流體流中的完全顯現的流量剖面。流量調節器302的一些實施例通過引導流體流通過一連串小孔隙來調節流體流量。流量調節器302的孔隙可能被流體流中的流體污染物阻塞。
[0054]如先前說明的，靠近流量計101的流體的壓力和溫度被用在用于校正超聲計本體橫截面積壓力和溫度的流量計算、針對標準條件的計量體積校正、以及其他計量計算中。如壓力傳感器136和溫度傳感器138測量的靠近流量計101的流體壓力和流體溫度在這里被分別指定為“流量計壓力”和“流量計溫度”。流量計壓力和流量計溫度應具有高精度，并且被檢驗以確保整體計量不確定性不會受到傳感器136、138中的誤測量的不利影響。
[0055]相似地，如壓力傳感器304測量的流量調節器302上游的流體壓力被稱為“調節器壓力”。傳感器136、304提供的壓力測量值被提供給條件監控器128。條件監控器128可以如下確定跨越流量調節器302的壓力下降:
[0056]調節器壓力下降=調節器壓力-流量計壓力(I)
[0057]跨越流量調節器302的壓力下降取決于雷諾數。因此，條件監控器128可以確定相對于雷諾數或者其他流動特性的壓力差分(調節器壓力下降)的參考值，其中流體壓力和溫度保持相對穩定。一旦建立了參考壓力差分值，則條件監控器128可以應用參考差分值以基于超過相對于參考的差分壓力閾值的當前差分壓力來確定是否可能阻塞流量調節器302。條件監控器128可以生成指示已檢測到流量調節器302的潛在阻塞的警報。
[0058]條件監控器128還可以計算二次流體流壓力，其針對流量計條件來校正調節器壓力。二次流體流壓力可以被如下計算:
[0059]二次流量計壓力=調節器壓力-參考差分壓力(2 )
[0060]條件監控器128將流量計壓力與二次流量計壓力比較。在流量計壓力和二次流量計壓力之間的差超過預定閾值時，條件監控器128可以生成指示應執行壓力傳感器136、304中的一個或更多個的檢驗的警報。該閾值可以基于正在執行的計量應用的類型根據建立關于壓力測量的可允許的不確定性的本地、國家、國際標準來設定。
[0061]相似地，在一些實施例中，條件監控器128可以基于流量計壓力和參考差分壓力值來計算二次調節器壓力。二次調節器壓力可以被如下計算:
[0062]二次調節器壓力=流量計壓力+參考差分壓力(3 )
[0063]并且可以將二次調節器壓力將測量的調節器壓力比較。如果調節器壓力和二次調節器壓力之間的差超過預定閾值，則條件監控器128可以生成指示應執行壓力傳感器136、304中的一個或更多個的檢驗的警報。該閾值可以基于正在執行的計量應用的類型根據建立關于壓力測量的可允許的不確定性的本地、國家、國際標準來設定。
[0064]圖4示出了根據各實施例的條件監控器128的框圖。條件監控器128包括參數檢驗引擎402、參考壓力確定引擎406和顯示引擎404。參數檢驗弓I擎402從超聲計101，傳感器134-138、304等獲取各種操作參數408的值，并且處理這些參數值以識別可以指示潛在流量測量不準確或者相對預期操作的其他偏差的計量系統300的操作中的改變。參數檢驗引擎402的實施例可以獲取并且處理參數408的值，其中參數408包括施加到用于檢測超聲信號的超聲換能器的增益、流量剖面因子、流動對稱、交叉流動、旋流、弦信噪比、壓力和溫度測量等。
[0065]參考壓力確定引擎406計算壓力傳感器136、304的參考壓力差分值414。參考壓力差分值可以針對雷諾數或者流過流量計量系統300的流體的速度來確定。參考壓力差分值可以被確定為例如相對于雷諾數或速度的初始化間隔上的調節器壓力下降的值的平均。參考壓力確定引擎406將參考壓力差分值414提供給參數檢驗引擎402。
[0066]條件監控器128的一些實施例包括雷諾數引擎，其在與參數408的值的獲取對應的時間計算流過流量計量系統300的流體的雷諾數。如上文說明的，可以參考壓力傳感器136、304提供的壓力測量結果來應用雷諾數。在一些實施例中，條件監控器128可以從不同的系統接收雷諾數。雷諾數引擎可以基于由流量計101和換能器134-138提供的、流過流量計101的流體的測量參數來計算雷諾數。
[0067]參數檢驗引擎402計算調節器壓力下降和二次流量計壓力的當前值并且將這些當前值與閾值比較。將調節器壓力下降的當前值與基于參考壓力差分值414的閾值比較。該閾值限定參考壓力差分414和調節器壓力下降的當前值之間的可允許的差。該閾值可以基于隨時間觀察的差的范圍、預定的范圍值等。
[0068]將流量計壓力和二次流量計壓力之間的差的當前值與限定當前流量計壓力和二次流量計壓力之間的最大可允許的差的閾值比較。該閾值可以基于流量計壓力和二次流量計壓力之間的隨時間觀察的差的范圍、預定的范圍值等。
[0069]條件監控器128的一些實施例可以包括關于流量計壓力、二次流量計壓力和調節器壓力下降的分離的警報閾值。在其他實施例中，可以應用單個警報閾值以指示流量調節器302可能阻塞，或者應檢驗壓力傳感器136、304。
[0070]流量計壓力/ 二次流量計壓力和調節器壓力下降的閾值限定了每個參數值被視為指示流量計量系統300適當操作的范圍。相反，落在由這些閾值限定的范圍外部的參數值可以指示流量計量系統300沒有適當操作。參數檢驗引擎402可以基于超過相應的閾值的流量計壓力和二次流量計壓力、或調節器壓力下降和參考壓力差分值414之間的差來生成警報410。
[0071]條件監控器128還可以基于例如現場特性來確定在壓力傳感器136、304之間是否存在系統偏差。條件監控器128可以量化系統偏差并且調整壓力傳感器136、304提供的測量結果，和/或根據系統偏差調整測量的壓力之間的差以改進測量精度。
[0072]顯示引擎404生成用于將參數檢驗引擎402提供的信息呈現給用戶的顯示。例如，顯示引擎404可以生成已通過相應的速度、雷諾數、閾值和這里公開的其他信息觸發警報的超聲計101的所選擇的操作參數的值的顯示。顯示引擎404可以經由本領域已知的監視器(例如，平板監視器)、打印機或其他顯示設備來呈現該顯示。
[0073]參數檢驗引擎402、參考壓力確定引擎406、顯示引擎404和這里公開的其他引擎的實施例可以包括用于執行這里公開的功能的硬件資源或者硬件和軟件資源(即指令)。例如，參數檢驗引擎402、參考壓力確定引擎406和顯示引擎404的一些實施例可以被實現為執行從計算機可讀存儲介質調取的指令的一個或更多個處理器。適用于實現引擎402、404、406的處理器可以包括通用微處理器、數字信號處理器、微控制器、或者能夠執行從計算機可讀存儲介質調取的指令的其他設備。處理器架構通常包括執行單元(例如，定點、浮點、整數等)、存儲部(例如，寄存器、存儲器等)、指令解碼、外圍設備(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(例如，串行端口、并行端口等)以及各種其他部件和子系統。適用于存儲引擎402、404、406的指令的非暫態計算機可讀存儲介質可以包括諸如隨機存取存儲器的易失性存儲部、非易失性存儲部(例如，硬盤驅動器、光學存儲設備(例如，CD或DVD)、閃速存儲部、只讀存儲器)或者它們的組合。
[0074]參數檢驗引擎402、參考壓力確定引擎406、顯示引擎404以及這里公開的條件監控器128的其它引擎或部分可以被實現為配置成執行這里公開的功能的硬件電路。實施例的硬件或處理器/指令實現方案的選擇是基于多種因素的設計選擇，諸如成本、實現時間、以及未來并入改變的或額外的功能的能力。
[0075]圖5示出了條件監控器128的基于處理器的實施例的框圖。圖5中所示的條件監控器128的實施例包括處理器500和耦接到處理器500的存儲部510。處理器500是如上文所述的指令執行設備。存儲部510是如上文所述的計算機可讀介質。處理器500調取并執行存儲部510中存儲的指令，從存儲部510讀取數據，將數據寫到存儲部510，并且與其他系統和設備通信。存儲部510包括參數檢驗模塊502、參考壓力確定模塊506和顯示模塊504，它們分別包括用于實現參數檢驗引擎402、參考壓力確定引擎406和顯示引擎404的指令。存儲部510還可以包括經處理的或未經處理的參數值512 (例如，換能器增益值、剖面因子值、雷諾數值、警報信息、流量計壓力值、調節器壓力值等)以及對應于參考壓力差分值414、閾值等的參考值508。圖5中所示的基于處理器的條件監控器128可以包括為清楚起見已從圖5略去的各種其他部件，諸如網絡適配器、視頻接口、外圍接口等。
[0076]圖6示出了根據各實施例的用于監控超聲流量計量系統300的條件的方法600的流程圖。盡管為方便起見依次示出，但是所示出的至少一些動作可以以不同的順序執行和/或并行執行。此外，一些實施例可以僅執行所不出的一些動作。在一些實施例中，方法600的至少一些操作以及這里描述的其他操作可以被實現為計算機可讀介質510中存儲并且由處理器500執行的指令。
[0077]在框602中，流體正在流過超聲流量計量系統300，并且系統300正在測量流體的體積。條件監控器128從設置成靠近超聲流量計101的壓力傳感器136獲取流體壓力值。
[0078]在框604中，條件監控器128從設置在流量調節器302上游的壓力傳感器304獲取流體壓力值。
[0079]在框606中，條件監控器128確定與傳感器136和傳感器304測量的壓力差對應的參考壓力差值。當壓力值由傳感器136、304測量時，參考壓力差值可以相對于流過系統300的流體的速度和/或雷諾數確定。因此，參考壓力差值可以表示給定流速或雷諾數情況下的傳感器136、306之間的壓力測量結果的額定的或預期的差。
[0080]在框608中，條件監控器128建立相對于參考壓力差值的閾值。這些閾值指示各個雷諾數、速度等情況下的流量計壓力和調節器壓力之間的可接受的差的范圍。這些閾值可以基于與每個壓力差值對應的雷諾數、速度或其他參考參數的情況下被視為額定(預期)的預定范圍來確定。
[0081]在框610中，條件監控器128確定在流量調節器302中是否可能存在阻塞。條件監控器128通過將流量計壓力和調節器壓力之間的當前差值與參考壓力差值比較來識別潛在阻塞。參考壓力差值可以對應于獲取用于計算當前差值的壓力值時的流體雷諾數或速度。如果當前差值超過閾值(即，傳感器136、302之間的壓力差分已增加到超過預定量)，則流量調節器302可能阻塞。條件監控器128可以基于比較結果生成指示流量調節器302可能阻塞的警報。在一些實施例中，警報的生成可以進一步基于與當前差值對應的調節器壓力已相對于傳感器304提供的線圈壓力測量結果增加。
[0082]在框612中，條件監控器128確定靠近超聲流量計101的預期流體壓力。條件監控器128可以基于壓力傳感器304在流量調節器302上游測量的壓力和根據式(2)計算的參考壓力差值來確定預期壓力。條件監控器128還可以建立相對于流量計壓力的當前值和靠近流量計101的預期流體壓力之間的差的閾值。這些閾值指示各個雷諾數、速度等情況下的流量計壓力和預期壓力之間的可接受的差的范圍。這些閾值可以基于與每個流量計壓力值對應的雷諾數、速度或其他參考參數的情況下被視為額定(預期)的預定壓力差值來確定。
[0083]在框614中，條件監控器128確定壓力傳感器136、304之一是否故障或者遭遇壓力測量錯誤。條件監控器128通過對流量計壓力的當前值和靠近超聲流量計101的預期流體壓力比較來識別潛在傳感器問題。如果流量計壓力的當前值和靠近流量計101的預期流體壓力之間的差超過閾值，則傳感器136、304中的至少一個可能經歷問題。條件監控器128可以基于比較結果生成指示關于傳感器136、304的潛在問題的警報。
[0084]根據上述可知，本發明的實施例包括但不限于以下技術方案:
[0085]方案1.一種流量計量系統，包括:
[0086]流量計，其被配置成測量流過所述流量計的流體體積；
[0087]第一壓力傳感器，其被設置成靠近所述流量計以測量靠近所述流量計的流體壓力；
[0088]流量調節器，其設置在所述流量計上游；
[0089]第二壓力傳感器，其設置在所述流量調節器上游以測量所述流量調節器上游的流體壓力；以及
[0090]條件監控器，其耦接到所述流量計和各壓力傳感器，并且被配置成基于所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器的壓力測量結果之間的差來識別所述流量計量系統的操作中的潛在矛盾。
[0091]方案2.根據方案I所述的系統，其中所述條件監控器被配置成建立所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器之間的參考壓力差。
[0092]方案3.根據方案2所述的系統，其中所述條件監控器被配置成基于相對于流體的雷諾數和速度至少之一的、所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器的壓力測量結果之間的差來建立所述參考壓力差。
[0093]方案4.根據方案2所述的系統，其中所述條件監控器被配置成基于所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器之間的壓力差超過所述參考壓力差預定量以上來生成指示所述流量調節器的阻塞的警報。
[0094]方案5.根據方案4所述的系統，其中所述條件監控器被配置成基于所述第二壓力傳感器測量的壓力的增加來生成所述警報。
[0095]方案6.根據方案2所述的系統，其中所述條件監控器被配置成基于參考壓力和所述第二壓力傳感器測量的壓力來計算靠近所述流量計的壓力的期望值。
[0096]方案7.根據方案2所述的系統，其中所述條件監控器被配置成基于所述第一壓力傳感器測量的壓力與所述期望值的差大于預定量來生成指示關于所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器至少之一的問題的警報。
[0097]方案8.—種用于監控流量計量系統的操作的方法，包括:
[0098]從設置成靠近流量計的第一壓力傳感器接收壓力測量結果；
[0099]從設置在用于調節提供給所述流量計的流體流的流量調節器的上游的第二壓力傳感器接收壓力測量結果；
[0100]建立所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器之間的參考壓力差；
[0101]基于所述參考壓力差以及從所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器接收到的壓力測量結果來識別所述流量計量系統的操作中的潛在矛盾。
[0102]方案9.根據方案8所述的方法，其中所述建立包括:基于相對于流體流的流體的雷諾數和速度至少之一的、所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器的壓力測量結果之間的差來確定所述參考壓力差。
[0103]方案10.根據方案8所述的方法，其中所述識別包括:基于所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器之間的壓力差超過所述參考壓力差預定量以上來生成指示所述流量調節器的阻塞的警報。
[0104]方案11.根據方案10所述的方法，其中所述識別包括:基于所述第二壓力傳感器測量的壓力的增加來生成所述警報。
[0105]方案12.根據方案8所述的方法，進一步包括:基于參考壓力和所述第二壓力傳感器測量的壓力來計算靠近所述流量計的壓力的期望值。
[0106]方案13.根據方案12所述的方法，其中所述識別包括:基于所述第一壓力傳感器測量的壓力與所述期望值的差大于預定量來生成指示關于所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器至少之一的問題的警報。
[0107]方案14.一種用于監控流量計量系統的操作的條件監控系統，包括:
[0108]參考壓力確定引擎，其被配置成:
[0109]從設置成靠近流量計的第一壓力傳感器獲取壓力測量結果；
[0110]從設置在用于調節提供給所述流量計的流體流的流量調節器的上游的第二壓力傳感器獲取壓力測量結果；
[0111]基于壓力測量結果建立所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器之間的參考壓力差；
[0112]參數檢驗引擎，其被配置成基于參考壓力差以及從所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器接收到的壓力測量結果來識別所述流量計量系統的操作中的潛在矛盾。
[0113]方案15.根據方案14所述的系統，其中所述參考壓力確定引擎被配置成基于相對于流體流的流體的雷諾數的、所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器的壓力測量結果之間的差來建立所述參考壓力差。
[0114]方案16.根據方案15所述的系統，其中所述參考壓力確定引擎被配置成基于相對于流體流的速度的、所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器的壓力測量結果之間的差來建立所述參考壓力差。
[0115]方案17.根據方案14所述的系統，其中所述參數檢驗引擎被配置成基于所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器之間的壓力差超過所述參考壓力差預定量以上來生成指示所述流量調節器的阻塞的警報。
[0116]方案18.根據方案17所述的系統，其中所述參數檢驗引擎被配置成基于所述第二壓力傳感器測量的壓力的增加來識別潛在阻塞。
[0117]方案19.根據方案14所述的系統，其中所述參考壓力確定引擎被配置成基于參考壓力和所述第二壓力傳感器測量的壓力來計算靠近所述流量計的壓力的期望值。
[0118]方案20.根據方案19所述的系統，其中所述參數檢驗引擎被配置成基于所述第一壓力傳感器測量的壓力與所述期望值的差大于預定量來識別關于所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器至少之一的潛在問題。
[0119]以上討論意在本實用新型的原理和各示例性實施例的說明。在全面理解以上公開時，各種變化和修改對于本領域技術人員是顯見的。例如，盡管針對超聲流量計描述了本實用新型的實施例，但是本領域技術人員應理解，實施例同樣適用于其他類型的流量計。所附權利要求旨在涵蓋所有這些變化和修改。
【權利要求】
1.一種流量計量系統，包括: 流量計，其被配置成測量流過所述流量計的流體體積； 第一壓力傳感器，其被設置成靠近所述流量計以測量靠近所述流量計的流體壓力； 流量調節器，其設置在所述流量計上游； 第二壓力傳感器，其設置在所述流量調節器上游以測量所述流量調節器上游的流體壓力；以及 條件監控器，其耦接到所述流量計和各壓力傳感器，并且被配置成基于所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器的壓力測量結果之間的差來識別所述流量計量系統的操作中的潛在矛盾。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述條件監控器被配置成建立所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器之間的參考壓力差。
3.根據權利要求2所述的系統，其中所述條件監控器被配置成基于相對于流體的雷諾數和速度至少之一的、所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器的壓力測量結果之間的差來建立所述參考壓力差。
4.根據權利要求2所述的系統，其中所述條件監控器被配置成基于所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器之間的壓力差超過所述參考壓力差預定量以上來生成指示所述流量調節器的阻塞的警報。
5.根據權利要求4所述的系統，其中所述條件監控器被配置成基于所述第二壓力傳感器測量的壓力的增加來生成所述警報。
6.根據權利要求2所述的系統，其中所述條件監控器被配置成基于參考壓力和所述第二壓力傳感器測量的壓力來計算靠近所述流量計的壓力的期望值。
7.根據權利要求6所述的系統，其中所述條件監控器被配置成基于所述第一壓力傳感器測量的壓力與所述期望值的差大于預定量來生成指示關于所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器至少之一的問題的警報。
【文檔編號】G01F25/00GK204115825SQ201320650146
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年10月21日 優先權日:2012年10月19日
【發明者】拉姆賽·勞森 申請人:丹尼爾測量和控制公司