[发明专利]采用能量流量计算的多变量过程流体流量设备

说明书

背景技术

在工业设置中，使用控制系统来监控和控制工业和化学过程等的存量。典型地，控制系统使用分布在工业过程的关键位置处的现场设备来执行这些功能，工业过程通过过程控制回路耦合至控制室中的控制电路。术语“现场设备”是指执行在工业过程的测量、控制和监控中使用的分布式控制或过程监控系统中的功能。典型地，现场设备的特点是它们能够长时间(例如，几年)在户外操作。因此，现场设备能够在各种极端气候下操作，包括严酷的极限温度和湿度极限。此外，现场设备能够在存在明显振动(例如，来自邻近机器的振动)的情况下工作。此外，现场设备还可以在存在电磁干扰的情况下操作。

现场设备的一个示例是多变量过程流体流量设备，例如，在商业名称Mode 3051SMV Multivariable Transmitter下由Emerson Process Management of Chanhassen，Minnesota售出的多变量过程流体流量设备。多变量过程流体流量设备可以计算通过液体和气体差动产生器的质量流率(flow rate)。对于一些流量应用，期望知道能量流率和质量流率或者知道能量流率而不知道质量流率。具体地，这些需要天然气流和汽流或水流的面积增大。对于天然气，流体的能含量或热值完全由气体成分指定，并且表示在天然气完全燃烧的情况下可用的能量。典型地，这种应用的期望单位是Btu/单位时间或兆焦/单位时间。对于汽流或水流(在能量平衡计算中是有用的)，流体的能含量或热函(enthalpy)表示使蒸汽或水处于流压力或温度条件所需的能量。热函通常参考压力和温度条件的特定集合，例如，大气条件下水的熔点。典型地，这种应用的期望单位同样是Btu/单位时间或兆焦/单位时间。

发明内容

过程流体流量设备包括电源模块、过程通信模块、处理器以及测量电路。过程通信电路耦合至电源模块和处理器。测量电路操作可耦合至多个过程变量传感器，以获得差压、静压和过程流体温度的指示。处理器被配置为计算过程流体质量流量，以及使用静压和过程流体温度来获得与过程流体有关的每单位质量能量值，并且提供能量流量指示。

附图说明

图1是过程流体流量设备的图示，所述过程流体流量设备耦合至用于初始配置流量设备的计算机；

图2是可实现本发明实施例的过程流体流量设备的框图；

图3是根据本发明实施例的过程流体流量设备的操作方法的流程图。

具体实施方式

本发明的实施例总体上采用通用的每单位质量能量关系，每单位质量能量关系可以与质量流量相结合，以通过过程流体流量设备提供通用的能量流量指示。针对需要流量信息的各种不同流体给出能量流量。

天然气应用的热值恒定，单位是Btu/标准立方英尺(备选地，Btu/lb_m)或兆焦/标准立方米(备选地，兆焦/kg)。为了在这种应用中计算能量流率，需要将质量流率与恒定热值相乘。这种简单的乘法对于过程流体流量设备而言是微小的，并且可以容易地在现代多变量流量设备中实现。

对于蒸汽或水应用，流体的能含量或热函是流体的压力和温度的函数。为了计算能量流率，需要将质量流率与可变热函相乘。计算蒸汽或水热函的方程是复杂的，并典型地使相对低功率的现场设备中可用的计算能力负担加重。因此，优选地，近似热函以简化计算。这可以通过使用二维多项式近似或更优选地使用二维Chebychev多项式近似来进行。应当注意，蒸汽或水的能量流率计算仍需要质量流率，这是由于对于主要元素排量系数(discharge coefficient)计算需要雷诺数。因此，计算蒸汽能量流率的过程需要如在现有多变量变送器中进行的质量流率(单位是lb_m/单位时间)的计算，以及热函(Btu/lb_m)的独立计算。这两项相乘给出了以Btu/单位时间为单位的能量流率。