[发明专利]用于平均流速的振动流量计和方法

说明书

技术领域

本发明涉及振动流量计和方法，更具体地来说，涉及用于确定平均流速的振动流量计和方法。

背景技术

振动管道传感器，如科式质量流量计和振动密度计，典型地通过检测包含流动材料的振动导管的运动来操作。可以通过处理从与导管关联的运动换能器接收测量信号来确定与导管中材料关联的属性，如质量流量、密度等。振动材料填充的系统的振动模式一般受包含导管和其中包含的材料的组合的质量、硬度和阻尼特征影响。

典型的科式质量流量计包括在管道或其他输送系统中内联式连接并在该系统中传送诸如，流体、浆料、乳化液等材料的一个或多个导管。每个导管可以视为具有一组自然振动模式，例如包括，简单弯曲、扭转、径向和耦合模式。在典型的科式质量流测量应用中，当材料流流经导管时，以一种或多种振动模式激励导管，并且在沿着导管间隔布置的点处测量导管的运动。激励典型地由促动器提供，该促动器例如机电装置（如音圈型驱动器），其以周期性方式扰动导管。可以通过测量这些换能器位置处的运动之间的时间延迟或相位差来确定质量流流速。典型地采用两个此类换能器（或拾取传感器）以测量一个或多个流导管的振动响应，以及典型地将其设在促动器的上游和下游位置处。将这两个拾取传感器连接到电子仪器。该仪器从这两个拾取传感器接收信号，并处理这些信号以便尤其导出质量流流速测量。包括科式质量流量计和密度计的振动流量计因此采用为了测量流体而被振动的一个或多个流管。

往往所期望的是测量流动流体的流速。在流体恒定地流动的情况中，此类流速测量是直接简单的。但是在流量是脉动的情况中，如在泵运流量(pumped flow)中，则流速测量可能反映脉动流量的周期性特性，其中流速测量在振幅、时间上随流量而变化。

许多类型的泵将输出显著周期性的流量，并且由此该流量将根据泵的周期（或操作速度）脉动。例如，Texsteam 5000系列短冲程化学喷射泵具有10%的“开启”占空比的、低至每分钟5个冲程的冲程速率。

往往期望的，脉动流量的流速测量包括平均流速测量，而非瞬时流速测量。往往期望的，流速测量包括基本稳定且代表性流速测量值。往往期望的，流速测量不发生周期性地变化。流量计用户可能不希望或无法使用瞬时流速测量。

生成用于脉动流量的平均流速测量的一种复杂因素是脉动流量可能含有周期性逆向流量。另一种复杂因素是用户期望具有快速更新速率且不显著地或不可感知地滞后于实际流的平均流速测量。再者，在脉冲之间的周期变化的情况中，平均流速测量可能复杂化。

测量脉动流量的流速的一种现有技术解决方案是利用流量阻尼。这些流量阻尼包括软件滤波（典型地使用具有固定数量的滤波器系数的无限冲激响应（IIR）或有限冲激响应（FIR）滤波器）。滤波将使瞬时流速输出平滑，但是这对脉动流量周期是一般性且非适应性的（non-adaptive）。流量阻尼可能起作用以抑制周期性流量峰值，其中通过将流量峰值拉平且加宽而在一定程度上减小周期性。流量阻尼可能起作用以消除或减小负或逆向流量的突发。

但是，此类阻尼包含缺点。一个缺点是，此类阻尼可能造成具有显著变化的平均流速。变化的平均流速可能是因为流量阻尼对于脉动流量周期是非适应性的所致。另一个缺点是虽然阻尼可能降低平均流速变化，但是相对于可以根据本文论述的振动流量计和方法实现的平均流速测量，这样做使得平均流速测量延迟显著大于一个周期，。

发明内容

在本发明的一个方面中，一种用于确定脉动流量的平均流速的振动流量计包括：

流量计组装件，所述流量计组装件包括至少两个拾取传感器且配置成生成至少两个振动信号；以及

仪表电子装置，所述仪表电子装置配置成接收所述至少两个振动信号并生成流速测量信号，将流速测量信号分成一系列时间周期，其中每个时间周期包括在该时间周期中大致居中的单个流量峰值，将每个时间周期的流速测量叠加(totalize)以生成周期总和，以及将周期总和除以时间周期长度以生成周期平均流速，其中仪表电子装置将一序列的周期平均流速作为平均流速信号输出。

优选地，平均流速信号包括平均质量流速信号。

优选地，平均流速信号包括平均体积流速信号。

优选地，时间周期长度是大致固定的。

优选地，时间周期长度是适应性的。

优选地，仪表电子装置配置成确定流速测量信号中的周期性。

优选地，仪表电子装置配置成确定流速测量信号中的周期性，其中通过对流速测量信号执行离散傅立叶变换（DFT）来确定周期性。