CN100347523C - 通过单个输出端口输出信息的可编程科里奥利流量计电子设备 - Google Patents

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Abstract

描述了一种流量计电子设备(302)，它用于提供流过科里奥利流量计(300)的流量计传感器(10)的材料的流量。该流量计电子设备(302)包括处理系统(304)和单个输出端口(306)。处理系统(304)接收来自流量计传感器(10)的拾取信号，并处理拾取信号以确定流量。处理系统(304)接收用于频率输出信号或数字通信协议信号的指令。如果指令用于频率输出信号，则处理系统(304)处理流量以产生频率输出信号，并通过单个输出端口(306)传送所述频率输出信号。如果指令用于数字通信协议信号，则处理系统(304)处理流量以产生数字通信协议信号，并通过单个输出端口(306)传送所述数字通信协议信号。

Description

通过单个输出端口输出信息的可编程科里奥利流量计电子设备
技术领域
本发明涉及流量计领域，并且更具体地涉及能够通过单个输出端口输出频率输出信号或数字通信协议信号的流量计电子设备。
背景技术
如J.E.Smith等人于1985年1月1日公开的美国专利No.4,491,025和J.E.Smith于1982年2月11日的Re.31,450所述，科里奥利质量流量计测量关于流过管道的材料的质量流量和其它信息。这些流量计典型地包括流量计电子设备部分和流量计传感器部分。流量计传感器具有一个或多个直或弯曲结构的流管。每一流管结构具有一组固有振动模式，其可以是简单的弯曲、扭转、径向或耦合类型。驱动每一流管以便以这些固有振动模式中的一个在共振处振荡。通过流管的组合质量和流管中的材料部分地限定振荡的、材料填满的系统的固有振动模式。当没有材料流过科里奥利质量流量计传感器时，沿着流管的全部点以基本上相等的相位振荡。当材料流过流管，科里奥利加速度使沿着流管的点具有不同的相位。流量计传感器的入口侧上的相位延迟驱动器，同时流量计传感器的出口侧上的相位超前驱动器。
科里奥利流量计传感器典型地包括用于产生代表在沿着流管的不同点处流管的运动的正弦信号的两个拾取器(pick-off)。通过流量计电子设备计算从拾取器接收的正弦信号的相位差。拾取信号之间的相位差与流过流量计传感器的材料的质量流量成比例。下面在图1中说明科里奥利流量计的例子。
流量计电子设备接收来自拾取器的拾取信号。流量计电子设备处理拾取信号以计算通过流量计传感器的材料的质量流量、密度或其它特性。流量计电子设备典型地具有用于输出质量流量、密度或其它信息的多个输出端口或多个通信通道。例如，典型的流量计电子设备具有毫安输出、离散(discreet)电压输出、数字通信协议输出和频率输出。每一输出具有它自己的物理端口。具有多个输出端口的流量计电子设备为用户提供了大量的多功能性，其可以用于一些应用。遗憾地，具有多个输出端口的流量计电子设备是昂贵的，并可以具有比需用于简单应用较多的功能性。
为了帮助解决该问题，已经发展了较不复杂和廉价的流量计电子设备。较不复杂的流量计电子设备仍然接收来自拾取器的拾取信号，并处理拾取信号，以计算通过流量计传感器的材料的质量流量、密度或其它特性。较不复杂的流量计电子设备的区别在于具有单个输出端口。较不复杂的流量计电子设备仅产生代表质量流量、密度或其它特性的数字通信协议信号。遗憾地，一些用户传统系统(legacysystem)，该传统系统可以配置为接收频率或脉冲信号，但其不理解数字通信协议信号。
通常，流量计工业主要包括机械式流量计，比如容积式流量计、椭圆齿轮或涡轮流量计。当腔室、齿轮或叶片通过磁场、或来自轴上的磁旋转部件时，这些机械式流量计产生脉冲信号。传统系统接收脉冲信号，并提供流量的读出，基于流量调节阀，或执行其它功能。也已配置最新的电子流量计以产生与流量成比例的脉冲信号，从而与这些传统系统相接口。遗憾地，还没有发展与传统系统和一般流动系统相接口的流量计电子设备，并且只对于较不复杂的应用才是节省成本的。
发明内容
利用可以编程以通过单个输出端口输出频率输出信号或数字通信协议信号的流量计电子设备，本发明帮助解决了上述问题。本发明有利地提供了更廉价和更适用于较不复杂应用的流量计电子设备。该流量计电子设备也能够利用频率输出信号与传统系统相接口或利用数字通信协议信号与更现代化的系统相接口。
本发明的一个实施例包括用于提供流过科里奥利流量计的流量计传感器的材料的流量的流量计电子设备。流量计电子设备包括处理系统和单个输出端口。处理系统接收来自流量计传感器的拾取信号、并处理拾取信号以确定材料的流量。处理系统接收用于频率输出信号或数字通信协议信号的指令。如果该指令用于频率输出信号，则处理系统处理流量，以产生具有与流量成比例的频率的频率输出信号，并通过单个输出端口传送该频率输出信号。如果该指令用于数字通信协议信号，则处理系统处理流量，以产生表示流量的数字通信协议信号，并通过单个输出端口传送数字通信协议信号。
在另一实施例中，处理系统确定材料的流动方向。如果流动方向是沿正向方向，则处理系统产生频率输出信号，以具有小于0.5的占空因数。如果流动方向是沿反向方向，则处理系统产生频率输出信号，以具有大于0.5的占空因数。
在本发明的另一实施例中，处理系统确定是否已出现故障。处理系统产生具有响应确定所述故障的预定频率的频率输出信号。
本发明也包括下面所述的其它实施例。
下面说明本发明的各个方面。一个方面是用于提供流过科里奥利流量计的流量计传感器的材料的流量的流量计电子设备，所述流量计电子设备包括：
单个输出端口；以及
耦合至所述单个输出端口的处理系统，配置该系统以便：
接收来自所述流量计传感器的拾取信号，
处理所述拾取信号，以确定所述材料的所述流量，
接收用于频率输出信号或数字通信协议信号的指令，
如果所述指令用于所述频率输出信号，则进一步配置所述处理系统，以处理所述流量，从而产生具有与所述流量成比例的频率的所述频率输出信号，并通过所述单个输出端口传送所述频率输出信号，以及
如果所述指令用于所述数字通信协议信号，则进一步配置所述处理系统，以处理所述流量，从而产生表示所述流量的所述数字通信协议信号，并通过所述单个输出端口传送所述数字通信协议信号。
优选地，进一步配置该处理系统，以便：
确定所述材料的流动方向；
如果所述流动方向是沿第一方向，则产生所述频率输出信号，以具有小于0.5的占空因数；以及
如果所述流动方向是沿第二方向，则产生所述频率输出信号，以具有大于0.5的占空因数。
优选地，进一步配置该处理系统，以便：
确定是否已出现故障；以及
产生具有响应确定所述故障的预定频率的所述频率输出信号。
优选地，进一步配置该处理系统，以便通过所述单个输出端口接收来自用户的所述指令。
优选地，流量包括质量流量。
可替代地，流量包括体积流量。
可替代地，流量包括净体积(net volumetric)流量。
另一个方面是操作用于提供流过科里奥利流量计的流量计传感器的材料的流量的流量计电子设备的方法，所述方法包括步骤：
接收来自所述流量计传感器的拾取信号；
处理所述拾取信号，以确定所述材料的所述流量；
接收用于频率输出信号或数字通信协议信号的指令；
如果所述指令用于所述频率输出信号，则处理所述流量，以产生具有与所述流量成比例的频率的所述频率输出信号，并通过所述单个输出端口传送所述频率输出信号；以及
如果所述指令用于所述数字通信协议信号，则处理所述流量，以产生表示所述流量的所述数字通信协议信号，并通过所述单个输出端口传送所述数字通信协议信号。
优选地，该方法进一步包括：
确定所述材料的流动方向；
如果所述流动方向是沿第一方向，则产生所述频率输出信号，以具有小于0.5的占空因数；以及
如果所述流动方向是沿第二方向，则产生所述频率输出信号，以具有大于0.5的占空因数。
优选地，该方法进一步包括：
确定是否已出现故障；以及
产生具有响应确定所述故障的预定频率的所述频率输出信号。
优选地，该方法进一步包括通过所述单个输出端口接收来自用户的所述指令。
优选地，流量包括质量流量。
可替代地，流量包括体积流量。
可替代地，流量包括净体积流量。
另一个方面是用于提供流过科里奥利流量计的流量计传感器的材料的流量的软件产品，所述软件产品包括：
当通过处理系统执行时配置流量计软件，以指导该处理系统：接收来自所述流量计传感器的拾取信号，处理所述拾取信号以确定所述材料的所述流量，接收用于频率输出信号或数字通信协议信号的指令，如果所述指令用于所述频率输出信号，则处理所述流量以产生具有与所述流量成比例的频率的所述频率输出信号，并通过所述单个输出端口传送所述频率输出信号，以及如果所述指令用于所述数字通信协议信号，则处理所述流量以产生表示所述流量的所述数字通信协议信号，并通过所述单个输出端口传送所述数字通信协议信号；以及
配置存储介质以存储所述流量计软件。
优选地，进一步配置所述流量计软件以指导所述处理系统，以便：
确定所述材料的流动方向；
如果所述流动方向是沿第一方向，则产生所述频率输出信号，以具有小于0.5的占空因数；以及
如果所述流动方向是沿第二方向，则产生所述频率输出信号，以具有大于0.5的占空因数。
优选地，进一步配置所述流量计软件以指导所述处理系统，以便：
确定是否已出现故障；以及
产生具有响应确定所述故障的预定频率的所述频率输出信号。
优选地，进一步配置所述流量计软件以指导所述处理系统，以便通过所述单个输出端口接收来自用户的所述指令。
优选地，流量包括质量流量。
可替代地，流量包括体积流量。
可替代地，流量包括净体积流量。
附图说明
在所有附图中，相同的参考数字代表相同的元件。
图1说明了现有技术中的科里奥利流量计。
图2说明了现有技术中具有多个输出端口的流量计电子设备。
图3说明了本发明的一个例子中的用于科里奥利流量计的流量计电子设备。
图4说明了本发明的一个例子中的连接至用户系统的科里奥利流量计的例子。
图5说明了本发明的一个例子中的频率输出信号。
具体实施方式
图1-5和下面的说明描述了流量计电子设备的特定例子，以教导本领域的技术人员如何制造和使用本发明的最佳模式。为了教导本发明的原理，已经简化或省略了流量计电子设备的一些传统方面。本领域的技术人员可以理解来自这些例子的变化将落入本发明的范围。本领域的技术人员可以理解可以以各种方式结合下面描述的特征，以形成本发明的多种变化。因此，本发明不局限于下面描述的特定实例，仅通过权利要求和它们的等价物对其限定。
现有技术的科里奥利流量计-图1-2
图1说明了现有技术中的科里奥利流量计5。科里奥利流量计5包括科里奥利流量计传感器10和科里奥利流量计电子设备20。流量计电子设备20通过路径100连接至流量计传感器10，以通过路径26提供质量流量、密度、体积流量、总质量流量信息和其它信息。如图2所示，路径26表示多个通道上的信息的多个输出端口。可以从Micro Motion ofBoulder.Colorado购置提供这些测量的多种商业上可用的科里奥利流量计。
流量计传感器10包括一对凸缘101和101’、岐管102以及流管103A和103B。连接至流管103A和103B的是驱动器104和拾取传感器105和105’以及温度传感器107。闸杆106和106’用于限定每一流管103A和103B围绕其振荡的轴线W和W’。
当流量计传感器10被插进运载被测量材料的管道系统(未在图1中示出)时，材料通过凸缘101进入流量计传感器10，经过其中导引材料以进入流管103A和103B的岐管102，流动通过流管103A和103B，并且返回从其中材料通过凸缘101’离开流量计传感器10的岐管102。
选择流管103A和103B，并合适地将其安装至岐管102，以便关于弯曲轴线W-W和W’-W’分别具有基本上相同的质量分布、惯性力距和弹性系数。流管103A和103B从岐管102以基本上平行的形式向外延伸。
在被称为流量计的第一异相弯曲模式处，以关于它们各自的弯曲轴线W和W’的相反方向、通过驱动器104驱动流管103A-103B。驱动器104可以包括多种已知设置的任何一种，比如磁体装配于流管103A之上和反作用线圈装配于流管103B之上，并且交流电经其通过以用于振荡两个流管。经导线110、通过流量计电子设备20施加合适的驱动信号至驱动器104。
拾取传感器105和105’固定至流管的相对末端上的流管103A和103B的至少一个，以测量流管的振荡。当流管103A和103B振动时，拾取传感器105-105’产生第一拾取信号和第二拾取信号。第一和第二拾取信号施加至导线111和111’。
温度传感器107固定至流管103A和103B的至少一个。温度传感器107测量流管的温度，以便修改系统的温度的方程式。路径112运载来自温度传感器107的温度信号至流量计电子设备20。
流量计电子设备20分别接收出现于导线111和111’上的第一和第二拾取信号。流量计电子设备20处理第一和第二拾取信号，以计算通过流量计传感器10的材料的质量流量、密度或其它特性。流量计电子设备20通过路径26将该计算信息施加至应用装置(未在图1中示出)。
图2说明了现有技术中具有多个输出端口202-204的流量计电子设备20。在图2中，为了简化，以框图的形式描述流量计传感器10。流量计电子设备20包括处理系统208和输出端口201-204。输出端口201-204组成图1中的路径26。处理系统208通过输出端口201-204输出不同类型的信号。处理系统208通过输出端口201输出毫安信号。处理系统208通过输出端口202输出离散电压信号。处理系统208通过输出端口203输出数字通信协议信号。处理系统208通过输出端口204输出频率信号或脉冲信号。遗憾地，具有多个输出端口201-204的流量计电子设备20是昂贵的，并具有比用于简单应用所需更多的功能性。
其它现有技术中也存在比流量计电子设备20简单和低成本的流量计电子设备。该流量计电子设备仅具有一个输出端口，比如输出数字通信协议信号的输出端口203。这些类型的流量计电子设备具有的一个问题是它们仅能够输出数字通信协议信号，并且一些传统系统不理解数字通信协议信号。
流量计电子设备-图3
图3说明了在本发明的一个例子中用于科里奥利流量计300的流量计电子设备302。为了简化，以框图的形式说明科里奥利流量计300。流量计电子设备302通过路径100耦合至流量计传感器10。流量计电子设备302包括耦合至单个输出端口306的处理系统304。单个输出端口306提供来自流量计电子设备302的单个通道的通信。除单个输出端口306之外，流量计电子设备302可以具有一个或多个功率连接(未示出)。
当材料流过流量计传感器10时，流量计传感器10如图1所述工作，以通过路径100发送拾取信号至流量计电子设备302。流量计传感器10也能够发送比如温度信号的其它信号至流量计电子设备302。处理系统304接收来自流量计传感器10的拾取信号。处理系统304处理拾取信号，以确定流过流量计传感器10的材料的流量。
处理系统304也接收用于频率输出信号或数字通信协议信号的指令318。频率输出信号包括表示流过流量计传感器的材料的单个特性的任何信号，比如方波信号或正弦信号。频率输出信号的频率代表流过流量计传感器的材料的特性。例如，频率输出信号可以表示质量流量，其中频率输出信号的频率与质量流量成比例。数字通信协议信号包括表示流过流量计传感器的材料的多个特性的任何信号，其可通过传统的数字处理电路读出。例如，数字通信协议信号可以表示质量流量、密度和其它特性。通过对流量计电子设备302编程的用户可以发送指令318至流量计电子设备302。
如果指令318用于频率输出信号，则处理系统304处理流量以产生频率输出信号322。频率输出信号322具有与材料的流量成比例的频率。处理系统304通过输出端口306发送频率输出信号322。
如果指令318用于数字通信协议信号，则处理系统304处理流量以产生数字通信协议信号324。数字通信协议信号324表示材料的流量。处理系统304通过单个输出端口306发送数字通信协议信号324。取决于处理系统304通过单个输出端口306发送的信号，信号326表示频率输出信号322或数字通信协议信号324。基于所述公开的内容，本领域技术人员可以理解如何修改现有的流量计电子设备以制造流量计电子设备302。
相比具有多个输出端口的流量计电子设备，流量计电子设备302的优势在于在构造时具有较少的花费，且操作较简单。同时，通过允许用户编程流量计电子设备302以输出频率输出信号322或数字通信协议信号324，流量计电子设备302为用户提供了灵活性。
在本发明的一个实施例中，处理系统304确定材料的流动方向。如果流动方向是沿正向方向，则处理系统304产生频率输出信号322，以具有低于0.5的占空因数。如果流动方向是沿反向方向，则处理系统304产生频率输出信号322，以具有大于0.5的占空因数。
在另一个实施例中，处理系统304确定是否已经出现故障。该故障可以已出现于流量计传感器10中、流量计电子设备302中或出现在连接至流量计传感器10的管道(未示出)中。处理系统304产生具有响应确定故障的预定频率的频率输出信号322。
在本发明的另一个实施例中，上面所述的流量计电子设备302可以包括存储于存储介质上的指令。通过处理器可以检索和执行所述指令。指令的一些例子是软件、程序代码和固件。存储介质的一些例子是存储器装置、磁带、盘、集成电路和服务器。当通过处理器执行时，指令可操作以指导处理器依据本发明进行操作。术语“处理器”涉及单个处理装置或一组交互操作的处理装置。处理器的一些例子是计算机、集成电路和逻辑电路。本领域的技术人员熟悉指令、处理器和存储介质。
流量计电子设备的例子-图4-5
图4说明了在本发明的一个例子中连接至用户系统406的科里奥利流量计400的例子。流量计电子设备404通过路径420耦合至流量计传感器402。流量计电子设备404通过路径422耦合至用户系统406。流量计电子设备404包括耦合至单个输出端口416的处理系统414。
配置流量计电子设备404以输出频率输出信号或数字通信协议信号。用户430可以利用用户系统406编程流量计电子设备404以输出频率输出信号或数字通信协议信号。用户系统406可以是计算机、显示器或其它任何的使用户430与流量计电子设备404相接口的系统或设备。
一旦通电，单个的输出端口416充当输入/输出端口一段时间周期，比如5秒。单个输出端口416还在动力循环(power cycle)之后的一段时间周期充当输入/输出端口。在该时间周期过程中，处理系统414等待通过单个输出端口416接收的数字信号。通过传送指令至流量计电子设备404，用户430能够对流量计电子设备404编程，以便以频率模式或数字模式操作、选择其它操作选项、或发送操作参数或其它信息至流量计电子设备404。频率模式意味着流量计电子设备404输出频率输出信号。数字模式意味着流量计电子设备404输出数字通信协议信号。
随着加电之后的时间周期，处理系统414以频率模式或数字模式工作。可将操作模式默认编程在处理系统414中，或通过用户430编程。
在频率模式中，处理系统414接收来自流量计传感器402的拾取信号，并处理拾取信号以确定流过流量计传感器402的材料的流量。流量可以表示质量流量、体积流量或净体积流量。处理系统414基于材料的流量产生频率输出信号424。频率输出信号424具有与材料的流量成比例的频率。频率输出信号424可以定标(scalable)为10,000Hz。
处理系统414也确定流过流量计传感器402的材料的流动方向。处理系统414基于材料的流动方向产生频率输出信号424。如果流动方向是沿正向方向，则频率输出信号424具有低于0.5的占空因数。如果流动方向是沿反向方向，则频率输出信号424具有大于0.5的占空因数。在图5中描述了频率输出信号424的例子。处理系统414发送频率输出信号424至单个输出端口416。
处理系统414也确定是否已经出现故障。如果已经出现故障，则处理系统414产生频率输出信号424，以具有固定的高频率。处理系统414以频率模式工作，直至出现动力循环。
在数字模式中，处理系统414接收来自流量计传感器402的拾取信号，并处理拾取信号以确定流过流量计传感器402的材料的流量。处理系统414基于材料的流量产生数字通信协议信号426。数字通信协议信号426表示材料的流量。处理系统414以数字模式工作，直至出现动力循环。
在数字信号中，处理系统414也能够确定流过流量计传感器402的材料的流动方向，并确定是否已经出现故障。处理系统414输出表示材料的流动方向或故障信息的数字通信协议信号426。

Claims (14)

1、用于提供流过科里奥利流量计(300)的流量计传感器(10)的材料的流量的流量计电子设备(302)，所述流量计电子设备(302)包括单个输出端口(306)和耦合至所述单个输出端口(306)的处理系统(304)，所述处理系统(304)被配置以接收来自所述流量计传感器(10)的拾取信号并处理所述拾取信号以确定所述材料的所述流量，其中所述流量计电子设备(302)进一步的特征在于：配置所述处理系统(304)，以便：
接收用于频率输出信号或数字通信协议信号的指令，
如果所述指令用于所述频率输出信号，则配置所述处理系统(304)以处理所述流量，从而产生具有与所述流量成比例的频率的所述频率输出信号，并通过所述单个输出端口(306)传送所述频率输出信号，以及
如果所述指令用于所述数字通信协议信号，则配置所述处理系统(304)以处理所述流量，从而产生表示所述流量的所述数字通信协议信号，并通过所述单个输出端口(306)传送所述数字通信协议信号。
2、权利要求1的流量计电子设备(302)，其中进一步配置所述处理系统，以便：
确定所述材料的流动方向；
如果所述流动方向是沿第一方向，则产生所述频率输出信号，以具有小于0.5的占空因数；以及
如果所述流动方向是沿第二方向，则产生所述频率输出信号，以具有大于0.5的占空因数。
3、权利要求1的流量计电子设备(302)，其中进一步配置所述处理系统，以便：
确定是否已出现故障；以及
产生所述频率输出信号，以具有响应确定所述故障的预定频率。
4、权利要求1的流量计电子设备(302)，其中进一步配置所述处理系统(304)，以便：
在动力循环之后，通过所述单个输出端口(306)接收来自用户的所述指令，其中所述单个输出端口(306)在所述动力循环之后的一段时间周期充当输入/输出端口。
5、权利要求1的流量计电子设备(302)，其中所述流量包括质量流量。
6、权利要求1的流量计电子设备(302)，其中所述流量包括体积流量。
7、权利要求1的流量计电子设备(302)，其中所述流量包括净体积流量。
8、一种操作用于提供流过科里奥利流量计的流量计传感器的材料的流量的流量计电子设备的方法，所述方法包括接收来自所述流量计传感器的拾取信号以及处理所述拾取信号以确定所述材料的所述流量的步骤，其中所述方法进一步的特征在于以下步骤：
接收用于频率输出信号或数字通信协议信号的指令；
如果所述指令用于所述频率输出信号，则处理所述流量，以产生具有与所述流量成比例的频率的所述频率输出信号，并通过单个输出端口传送所述频率输出信号；以及
如果所述指令用于所述数字通信协议信号，则处理所述流量，以产生表示所述流量的所述数字通信协议信号，并通过所述单个输出端口传送所述数字通信协议信号。
9、权利要求8的方法，进一步包括：
确定所述材料的流动方向；
如果所述流动方向是沿第一方向，则产生所述频率输出信号，以具有小于0.5的占空因数；以及
如果所述流动方向是沿第二方向，则产生所述频率输出信号，以具有大于0.5的占空因数。
10、权利要求8的方法，进一步包括：
确定是否已出现故障；以及
产生所述频率输出信号，以具有响应确定所述故障的预定频率。
11、权利要求8的方法，其中，接收用于频率输出信号或数字通信协议信号的指令包括：
在动力循环之后，通过所述单个输出端口接收来自用户的所述指令，其中所述单个输出端口在所述动力循环之后的一段时间周期充当输入/输出端口。
12、权利要求8的方法，其中所述流量包括质量流量。
13、权利要求8的方法，其中所述流量包括体积流量。
14、权利要求8的方法，其中所述流量包括净体积流量。
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