CN100387947C - 一种监测流量计的方法及流量计监测系统 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施例提供一种流量计监测系统(400)。该流量计监测系统(400)包括用于接收流量计输出的通信接口(401)、误差前存储器(407)、误差记录(409)以及与该通信接口(401)、该误差前存储(407)和该误差记录(409)进行通信的处理系统(403)。该处理系统(403)还被设置成:将流量计输出捕获到误差前存储器(407)中,并且使用该流量计输出来重写存储在该误差前存储器(407)中的最早的流量计输出;检测流量计输出中的预定开始触发条件;当检测到该预定开始触发条件时,将来自该误差前存储器(407)的误差前存储器数据传送到该误差记录(409)中;并且当检测到该预定开始触发条件之后,将流量计输出捕获到该误差记录(409)中。

Description

一种监测流量计的方法及流量计监测系统
发明背景
1)发明领域
本发明涉及监测流量计领域,尤其涉及根据预定触发条件捕获流量计输出。
2)问题阐述
流量计用于测量质量流速、密度以及流动材料的其它信息。流动材料可包括液体、气体、混合的液体和气体、悬浮于液体中的固体、以及包括气体和悬浮固体的液体。例如,流量计广泛用于井下生产、石油和石油产品提炼。流量计可通过测量流速(即,测量通过流量计的质量流量)确定井下生产,甚至可确定流体的气体和液体成分的相对比例。
在流量计输出中出现的一个问题就是在材料中由突然变化引发的错误读数。例如,如果液体正在传播,而液体中产生了气泡,那么气泡造成流量计中流速的大改变就会导致流量计输出产生较大的错误变化。同样,流量计的输出可根据压力、温度、流速等的快速改变而恶化。而且,不同的材料对周围的条件反应不同。因此,操作者通常不仅根据传播的材料(包括材料中的液体、固体和气体的百分比)而且根据例如温度、大气压力、材料的流体压力等周围条件来校准或设置流量计。
一种用于监测流量计输出的在先技术为检测误差(例如驱动增益中的大的变化),并在出现误差后捕获流量计输出。该方法的缺点就是,即使可捕获误差状况,但是仍然不能捕获导致误差状况的流量计事件以及流体情况。因此操作者不可能确定问题的原因,不能确定或实施补救措施。
第二种在先技术就是捕获所有流量计输出,并在存在误差状况的情况下对其进行存储。所述数据使操作者能检查并诊断流量计操作和/或导致误差的流体情况。然而,该方法也有缺陷。在操作中连续并完整地监测流量计所需要的存储量较大。需要监测多个流量计的存储量将变得不可接受。因此存储量的代价很高。此外,还会花费操作者的时间,因为操作者为了发现在误差状况前所出现的有关信号,不得不检查大量数据。
解决方案概述
本发明有助于解决以上监测流量计输出的问题。
根据本发明的一个实施例提供了一种监测流量计的方法。该方法包括:将流量计输出捕获到一个误差前存储器中;使用该流量计输出重写存储在该误差前存储器中的最早的流量计输出;检测流量计输出中的预定开始触发条件;当检测到该预定开始触发条件时,将误差前存储器数据传送到误差记录(errorlog)中;以及在检测到该预定开始触发条件后,将流量计输出捕获至该误差记录中。
根据本发明的一个实施例提供一种流量计监测系统(400)。该流量计监测系统(400)包括:一个被设置为接收流量计输出的通信接口(401),一个误差前存储器(407),一个误差记录(409),以及被设置为与该通信接口(401)、该误差前存储器(407)、该误差记录(409)进行通信的处理系统(403)。该处理系统(403)还被设置为:将流量计输出捕获到误差前存储器(407)中;使用该流量计输出重写存储在误差前存储器(407)中的最早的流量计输出;检测流量计输出中的预定开始触发条件;当检测到该预定开始触发条件时,将来自误差前存储器(407)的误差前数据传送到误差记录(409)中;并且当检测到该预定开始触发条件之后,将流量计输出捕获至误差记录(409)中。
根据本发明的一个实施例提供一种用于监测流量计的流量计监测软件产品。该软件产品包括控制软件,其被设置为指导处理系统进行以下操作:将流量计输出捕获到误差前存储器中;使用该流量计输出重写存储在误差前存储器中的最早的流量计输出;检测流量计输出中的预定开始触发条件;当检测到该预定开始触发条件时,将误差前存储器数据传送到误差记录中;并且当检测到该预定开始触发条件后,将流量计输出捕获到误差记录中。该软件产品还包括存储控制软件的存储系统。
以下阐述发明的各方面。本发明一方面包括:在检测到预定开始触发条件之后的一个预定时间周期内,将流量计输出捕获到误差记录内。
在本发明的另一方面中,检测流量计输出中的预定结束触发条件,以及在检测到该预定结束触发条件后,所述捕获回复到将流量计输出捕获到误差前存储器中。
在本发明的另一方面中,在预定开始触发条件和预定结束触发条件之间存在滞后(hysteresis)。
在本发明的另一方面中,在所述误差记录中存储一个流量计标识符,该标识符相应于产生流量计输出的流量计并且对其进行标识。
在本发明的另一方面中,当检测到预定开始触发条件之后设置一个告警条件。
在本发明的另一方面中,流量计包括科氏(Coriolis)流量计。
附图简述
所有附图中相同的附图标记代表相同的元件。
图1为根据本发明一个实施例的一种监测流量计方法的流程图;
图2为从一个流量计获得的有代表性的流量计输出的曲线图;
图3为根据本发明另一实施例的一种监测流量计方法的流程图;
图4为根据本发明一个实施例的流量计监测系统的结构图;以及
图5为根据本发明一个实施例的误差前存储器的结构图。
发明详述
图1-5以及随后的说明书描述了本发明的特定实施例,以教导本领域的技术人员如何制造并使用本发明的最好模式。为了教导创造性的原理,简化或省略了本发明的一些常规的方面。本领域技术人员由这些实施例得到的变体落在本发明的范围之内。本领域的技术人员会认识到,以下描述的特征可以通过不同方式结合,以构成本发明的多个变体。因此,本发明不限于以下描述的特定实施例,而只限于权利要求书和其等效表述。
流量计监测方法-图1
图1为根据本发明一个实施例的一种监测流量计方法的流程图100。例如(见图4),该方法可通过流量计监测系统400来执行。在一个实施例中,该方法监测科氏流量计。然而,应该理解的是,该方法能监测多种类型的流量计,例如包括磁流量计、涡流流量计、超声流量计。该方法可用于监测一个或多个流量计,并且不但可以用于通过流量计检测流体的误差状况,而且可以用于排查误差状况,并收集导致误差状况的流量计操作数据。该误差前信息对于确定为什么误差会发生而言是非常有用的信息。
在步骤101中,流量计输出被捕获到误差前存储器中。其中流量计输出可包括:驱动增益、驱动电压、驱动频率、拾取信号相位差、流经流量计的材料的温度、流量计的管(tube)幅度、密度值、质量流速值、流量计标识符、流动校准因数、零值(拾取之间的时间增量)等。
该捕获连续地使用来自流量计的最新流量计输出重写存储在误差前存储器中的早先的流量计输出。该捕获因此捕获并临时存储一个数据窗(见图2的误差前时间周期201和随后的论述)。一旦流量计输出中产生误差,该数据窗可以被永久存储。为了尽可能地捕获误差前数据,可选择预定时间周期。通过这种方式,可以捕获并保存导致误差状况的流量计输出,如下将会进一步论述。
在一个实施例中,误差前存储器包括一个循环缓冲器(见图5和随后的论述)。在另一实施例中,误差前存储器包括一个链表。也能采用其它的误差前存储器的结构。
在步骤102中,该方法将流量计输出与开始触发条件相比较。如果流量计输出超过开始触发条件,那么存在误差状况。该开始触发条件例如可包括:驱动增益误差阈值、相位差误差阈值、驱动增益变化率阈值、质量流量增量误差阈值、日期/时间、预定流量计输出值发生的数量(即例如异常驱动增益值发生3次)或者任何期望的误差判据或误差判据的组合。
驱动增益误差阈值例如可包括:驱动增益幅度阈值、驱动增益幅度增量阈值、驱动增益频率阈值或者驱动增益频率增量阈值。相位差误差阈值例如可包括拾取相位差阈值或拾取相位差增量阈值(即拾取信号间的过多或意外的相位变化率)。应理解,该开始触发条件可包括以上误差状况的任意不同组合。
在一个实施例中,流量计监测系统的用户可选择并设置开始触发条件,而所述开始触发条件可根据局部情况而被选择或者了解局部误差趋势。如果检测到开始触发条件,那么所述监测已经在流量计输出中监测出一个误差状况,该方法前进到步骤103;否则,该方法循环返回至步骤101,直至检测到误差状况。
在一个实施例中,通过将流量计输出与比较阈值相比较来检测开始触发条件。在另一实施例中,通过将流量计输出输入到桶式滤波器(bucket filter)中来检测开始触发条件。桶式滤波器将信号分离为离散桶,代表不同的信号电平。当在桶式滤波器中接收到预定数量的桶式输入时,桶式滤波器为一个特定桶产生一个输出(即当桶溢出时,桶式滤波器产生一个输出)。在另一实施例中,通过将流量计输出输入到趋势滤波器(trending filter)而检测开始触发条件。如果流量计输出趋向于高出预定开始触发条件,那么该趋势滤波器产生一个趋势输出并且产生一个误差信号,该趋势输出基本上忽略流量计输出中的一次性变化。
在步骤103中,将步骤101期间捕获到误差前存储器中的误差前存储器数据传送给误差记录。该误差记录可以预先存在,或者可以在这一步骤中创建。此外,该误差记录可位于执行本方法的流量计监测系统中,或位于流量计监测系统的外部。例如,流量计监测系统400可将误差前和误差后数据例如通过因特网传输到远程地点。该误差记录可包括其它信息,例如包括其它流量计数据,比如周围温度、流量计标识符等。
在步骤104中,将流量计输出直接捕获到误差记录中。这里,误差状况已经发生,并且正在捕获误差后数据(见图2的误差后时间周期202)。
在附加的动作中,可设置告警条件,并将误差指示符或误差时戳保存到误差记录中。而且,流量计监测系统可以使用历史数据,例如平均质量流速和/或误差前时间周期201的平均密度,以代替流量计输出。
在步骤105中,该方法将流量计输出与结束触发条件进行比较。如果流量计输出小于结束触发条件那么误差状况停止。例如,结束触发条件可以是驱动增益正常操作阈值(见图2)、相位差正常操作阈值、驱动增益变化率阈值或者任何期望的正常操作判据。
该驱动增益正常阈值例如可包括驱动增益幅度阈值、驱动增益幅度增量阈值、驱动增益频率阈值或驱动增益频率增量阈值。该相位差正常阈值例如可包括拾取相位差阈值或拾取相位差增量阈值。应该理解的是,结束触发条件可包括以上正常条件的任意不同组合。
在一个实施例中,流量计监测系统的用户可以选择并设置结束触发条件,并且结束触发条件可根据局部状态而被选择或者了解局部误差趋势。如果检测到结束触发条件,那么监测系统已经检测出误差状况的终结,并且该方法前进到步骤106;否则,该方法循环返回到步骤104,直至检测到误差状况结束。
在步骤106中,已经检测出误差状况结束,并且该方法完成误差记录。这可以包括在误差记录中存储附加的数据(例如时戳)以及插入相应于流量计并对其进行标识的流量计标识符等。此时该误差记录包括误差前数据和误差后数据的片段。误差前数据的大小通常是固定的,而本方法实施例的误差后数据的大小取决于误差状况的持续时间。
总之,该方法实施例连续对流量计输出进行缓冲,直到检测到误差状况,于是将误差前数据的缓冲保存到误差记录中。该方法也将误差后数据记录到误差记录上,直至检测到误差状况结束。
流量计输出-图2
图2为从流量计获得的有代表性的流量计输出的曲线图。流量计输出可代表驱动信号、驱动频率、拾取相位差等。图中两个不同的时间周期代表误差前时间周期201和误差后时间周期202。检测出的误差状况导致两时间周期之间的过渡,并根据误差阈值203对其进行检测。当检测到误差状况时,流量计监测系统切换至由误差后时间周期202表示的误差后监测。在一个实施例中,当流量计输出回落到正常阈值204以下之后,所述监测回复到将流量计输出捕获到误差前存储器407中。
从一个实施例的附图中可看出,选择正常阈值204和误差阈值203以包括所述滞后,其中在流量计输出被判断为再次正常之前,流量计输出必须落到误差阈值203以下一个预定量。这将防止误差和无误差状态之间的振荡。
从图中可看出,在导致检测到误差状况的信号中也许存在异常(即在误差前时间周期201)。这一误差前数据在诊断/和理解流量计输出方面可能是非常有用和必须的。此外,误差前数据可用于校准流量计,以防止将来的误差状况等。而且,误差后信号也可用于诊断和防止误差状况。
流量计监测方法-图3
图3为根据本发明另一实施例的监测流量计方法的流程图300。在步骤301中,将流量计输出捕获至误差前存储器中,如上所述。
在步骤302中,该方法将流量计输出与开始触发条件相比较,如上所述。
在步骤303中,将在步骤101期间捕获的误差前存储器数据传送至一个误差记录,如上所述。
在步骤304中,将流量计输出直接捕获到该误差记录,如上所述。
在步骤305中,该方法检查是否已经超出一个预定监测时间周期。例如,可以通过一个定时器来监测该预定监测时间周期。在一个实施例中,流量计监测系统的用户可选择和/或设置该预定检测时间周期,并且该预定监测时间周期可根据局部情况而被设置或者了解局部误差趋势。当该预定监测时间周期过期时,误差后监测停止,并且该方法前进到步骤306;否则,该方法循环返回到步骤304,直至该预定监测时间周期过期。因此,误差后时间周期202的持续时间由该预定监测时间周期控制。
替换地,该方法实施例可以测试保存到误差记录(409)中存储器单元的个数(即误差后存储器的尺寸),当达到尺寸极限时可停止将流量计输出保存到误差记录(409)中。在另一可替换的实施例中,该方法可以采用结束触发条件和计时器,而误差后时间周期202可由结束触发条件来结束,也可由计时器过期来结束。
在步骤306中,已经检测到误差状况的结束,并且该方法完成误差记录,如上所述。
总之,该方法实施例连续对流量计输出进行缓冲,直至检测到误差状况,于是将误差前数据的缓冲保存到一个误差记录。该方法在一个预定监测时间周期内将误差后数据捕获到该误差记录中。
流量计监测系统-图4
图4为根据本发明一个实施例的流量计监测系统400的结构图。流量计监测系统400可包括通信接口401、用户接口402以及处理系统403。该处理系统403可包括存储器404,该存储器包括流量计监测例程405、开始触发条件406、误差前存储器407、结束触发条件408以及误差记录409。
在操作中,流量计监测系统400通过通信接口401接收流量计输出。处理系统403执行对流量计输出的监测,并且根据在流量计输出中是否检测到误差状况而将流量计输出捕获至误差前存储器407或者误差记录409中。
应该理解的是,流量计监测系统400可以监测一个或多个流量计的流量计输出,包括一个或多个科氏流量计。该流量计监测系统400因此可以包括多个误差前存储器和多个误差记录。为清楚起见,只显示一个误差前存储器和一个误差记录。
通信接口401为任何能与一个或多个流量计通信的装置。此外,通信接口401允许通过电话系统和/或数字数据网络进行通信。因此,流量计监测系统400能与远程流量计、远程存储器媒介和/或远程用户进行通信。
用户接口402处理用户输入和输出。用户接口402允许用户设置开始触发条件和结束触发条件。此外,用户接口402使用户能够检查所捕获的数据并执行其它操作。
用户接口402可以包括一个输入部分,该输入部分包括键盘或小键盘、鼠标、操纵杆或其它指示装置等。此外,用户接口402可以包括一个输出部分,该输出部分包括屏幕或其它显示器。可选择的是,用户接口可包括触摸屏。还可选择的是,用户接口402可包括与流量计监测系统400通信的计算机装置。
处理系统403实施流量计监测系统400的操作。处理系统403可包括通用计算机、微处理器系统、逻辑电路或者一些其它通用的或者定制的处理装置。该处理系统403可以分布在多个处理装置中。处理系统403可以包括任何形式的集成或独立的电子存储介质,例如存储器系统404。
当由处理系统403执行流量计监测例程405时,该检测例程将处理系统403设置成将流量计输出捕获至误差前存储器407(利用该流量计输出重写误差前存储器407中最早的流量计输出数据),并检测流量计输出中的预定开始触发条件。当检测到预定开始触发条件时,处理系统403被设置成将误差前存储器数据传送给误差记录409,并且将流量计输出捕获到误差记录409中。
在一个实施例中,流量计监测例程405包括数据和指令,所述数据或指令被合并在软件平台中,例如被合并在ProLink II中。ProLink为用于与流量计通信和记录流量计输出的软件,并可从Boulder,Colorado的Micro Motion公司得到。ProLink只是一个有用的软件平台,可以以任何合适的软件语言或平台来实现流量计监测。
该开始触发条件406存储一个或多个开始触发条件,所述开始触发条件由流量计监测例程405利用以确定何时误差状况存在。开始触发条件406可以例如包括误差驱动增益幅度阈值、误差驱动增益幅度增量阈值、误差驱动增益频率阈值、误差驱动增益频率增量阈值、误差拾取频率相位差阈值、误差拾取相位差增量阈值(即拾取信号间的过多的或意外的相位变化率)等等,以及可以包括不同误差状况的不同组合。
当开始流量计的正常操作时,误差前存储器407捕获流量计输出。在捕获数据时,误差前存储器407连续接收新的流量计输出,并使用新的流量计输出来重写存储在误差前存储器407中的最早的流量计输出。因此持续捕获流量计输出,存储在误差前存储器407中的流量计输出的数量由误差前存储器407的尺寸决定。在一个实施例中,用户可以为特定流量计选择误差前存储器407的尺寸,并因此能表示所捕获的误差前流量计输出的时间窗有多大。
在一个实施例中,捕获作为数字化数据的流量计输出。因此,误差前存储器407中的流量计输出的数量不仅可由误差前存储器407的尺寸所决定,还可由数字化的类型所决定(即,例如由采样率和分辨率比特数所决定)。
结束触发条件408存储一个或多个结束触发条件,流量计监测例程405利用所述结束触发条件来确定何时正常操作存在和/或何时流量计输出中的误差状况停止存在。结束触发条件408例如可包括正常驱动增益幅度阈值、正常驱动增益幅度增量阈值、正常驱动增益频率阈值、正常驱动增益频率增量阈值、正常拾取频率相位差阈值、正常拾取相位差增量阈值(即拾取信号间的正常的或期望的相位变化率)等等,以及可包括不同条件的各种组合。
当检测出误差状况时,误差记录409接收来自于误差前存储器407中的误差前存储器数据(即,当处理系统403将一个或多个开始触发条件与流量计输出中的数据相匹配时)。此外,可以在误差状况后的一个时间周期内将流量计输出捕获至误差记录409。如此,误差记录409可用于存储发生在误差状况之前和之后的流量计输出,从而误差记录409存储有价值的数据,其可用于预测、诊断以及解决流量计中的误差状况。
误差记录409可以是位于流量计监测系统400中的存储器介质,或者可以是远程存储器介质。例如,如果误差记录409为本地存储器介质,那么误差记录409可包括固态存储器、磁存储器、光学存储器等。作为选择的是,误差记录409可以位于远程装置上,例如远程数据库,其中流量计监测系统400将流量计输出通过电话线、无线链路或者计算机网络(举例来说,例如因特网)发送至误差记录409。
流量计监测系统400可包括定制装置。作为选择的是,流量计监测系统400可包括通用计算机,其被配置为通过软件监测流量计输出。
误差前存储器-图5
图5为根据本发明一个实施例的误差前存储器407的结构图。在这个实施例中,误差前存储器407包括一个具有读/写指针501的循环缓冲器。读/写指针501用于基本上连续地将来自流量计的流量计输出写入到误差前存储器407中,还用于从误差前存储器407中读出数据。循环缓冲器为能实现该目标的一个存储器实施例。
在使用中,每次将流量计输出写入到误差前存储器407中时,读/写指针501递增。误差前存储器407可将流量计输出保存为一个或多个字节的数字数据,并且读/写指针501根据所保存的流量计输出数据的大小而被递增。当检测到误差状况时,误差前存储器407的内容被读出,从读/写指针501处开始,并且在该读/写指针减去一个存储器单元的存储器位置处结束(即以这种顺序读数据:D1-D8)。
发明益处
有利的是,根据本发明的流量计监测系统能捕获误差状况发生之前和之后的流量计输出。这就能检查导致该误差状况的流量计的状况和操作,也能检查该误差状况后的流量计的状况和操作。此外,可以将误差前状况与误差后状况相比较。而且,误差前和误差后数据可被用于预测误差,并可用于校准、优化和/或调节流量计的操作。
本发明允许用户定义用于数据收集的不同特性(包括收集以高和/或低阈值为基础的和以时间为基础的事件数据、事件发生的次数、事件改变的数据率来触发),并且允许用户规定在所触发事件发生之前和之后要收集的数据以及规定对数据收集窗内的数据所执行的统计功能。由于具有这种灵活性,所以用户可以定义待监测的流量计输出的特性,并且不但可以收集期望的或所需的数据,还可以在满足所述条件之前和之后的一个预定义间隔内收集特定数据。

Claims (19)

1.一种监测流量计的方法,该方法包括以下步骤:
将流量计输出捕获到一个误差前存储器中,并且使用该流量计输出来重写存储在该误差前存储器中的最早的流量计输出;
检测流量计输出中的预定开始触发条件;
当检测到该预定开始触发条件时,将误差前存储器数据传送到一个误差记录中;以及
在检测到该预定开始触发条件之后,将流量计输出捕获到该误差记录中。
2.权利要求1的方法,还包括一个接受用户输入的预备步骤,所述用户输入配置所述预定开始触发条件。
3.权利要求1的方法,其中所述捕获包括:在检测到预定开始触发条件之后的一个预定时间周期内,将流量计输出捕获到误差记录中。
4.权利要求1的方法,还包括下列后续步骤:
检测流量计输出中的预定结束触发条件;以及
在检测到该预定结束触发条件之后,回复到将流量计输出捕获到误差前存储器中。
5.权利要求4的方法,还包括一个接受用户输入的预备步骤,所述用户输入配置预定结束触发条件。
6.权利要求4的方法,其中在所述预定开始触发条件和预定结束触发条件之间存在滞后。
7.权利要求1的方法,还包括在所述误差记录中存储一个流量计标识符,该流量计标识符相应于产生流量计输出的流量计并对其进行标识。
8.权利要求1的方法,其中所述流量计包括科氏流量计。
9.一种流量计监测系统(400),包括:
一个被设置为接收流量计输出的通信接口(401);
一个误差前存储器(407);
一个误差记录(409);以及
一个处理系统(403),其被设置为:与该通信接口(401)、该误差前存储器(407)和该误差记录(409)进行通信;将流量计输出捕获到该误差前存储器(407)中,并且使用该流量计输出来重写存储在该误差前存储器(407)中的最早的流量计输出;检测流量计输出中的预定开始触发条件;当检测到该预定开始触发条件时,将来自该误差前存储器(407)的误差前存储器数据传送到该误差记录(409)中;并且当检测到该预定开始触发条件之后,将流量计输出捕获到该误差记录(409)中。
10.权利要求9的流量计监测系统(400),其中所述预定开始触发条件(406)被存储在该流量计监测系统(400)的一个存储器(404)中。
11.权利要求9的流量计监测系统(400),其中所述误差前存储器(407)被存储在该流量计监测系统(400)的一个存储器(404)中。
12.权利要求9的流量计监测系统(400),其中所述误差记录(409)被存储在该流量计监测系统(400)的一个存储器(404)中。
13.权利要求9的流量计监测系统(400),其中所述误差记录(409)被存储在该流量计监测系统(400)的外部。
14.权利要求9的流量计监测系统(400),其中所述预定开始触发条件是用户可设置的。
15.权利要求9的流量计监测系统(400),其中所述处理系统(403)还被设置为:在检测到预定开始触发条件之后的一个预定时间周期内,将流量计输出捕获到误差记录(409)中。
16.权利要求9的流量计监测系统(400),其中所述处理系统(403)还被设置为:在流量计输出中检测预定结束触发条件,并在检测到所述预定开始触发条件之后回复到将流量计输出捕获到误差前存储器(407)中。
17.权利要求16的流量计监测系统(400),其中所述预定结束触发条件为用户可设置的。
18.权利要求16的流量计监测系统(400),其中在所述预定开始触发条件和预定结束触发条件之间存在滞后。
19.权利要求9的流量计监测系统(400),其中所述流量计监测系统(400)被设置为监测一个科氏流量计。
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