CN101802565B - 用于磁流量测量的通用变送器 - Google Patents
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Abstract
一种磁流量变送器(300),包括校准转换器(322),校准转换器(322)执行校准计算例程,以产生耦合至流量转换器(326)的校准常量(K)。数据集输入将与唯一的流量管(302)相关联的流量管数据集(316)耦合至校准转换器。数据表(330)使多个流量管数据集与多个校准计算例程相关联。数据(330)表将对于流量管数据集而言唯一的校准计算例程耦合至校准转换器(322)。
Description
背景技术
磁流量计系统包括通过一个或更多个电缆彼此电连接的流量管装置和变送器装置。流量管装置接收来自变送器装置的电流。电流在流量管装置的绝缘孔径(bore)内产生磁场。液体流经绝缘孔径中的磁场。磁场中液体的运动产生了流电压。根据法拉第电磁感应定律,流电压与流动的速度成比例。绝缘孔径中的电极接触流电压,流电压通过电缆耦合至变送器装置。变送器装置测量该电压并提供表示液体的流动速率的一个或更多个定标(scaled)电输出。
流电压是绝缘孔径中磁场的形状、电流幅度、电极间距、电极之间流体流动的速度以及其他流量管装置设计因素的函数。流体流动的速度是流体的容积流动速率(volumetric flow rate)以及电极附近的绝缘孔径的直径的函数。可以通过等式1和2来近似流量管装置的性能:
K=E/(IQ) 等式1
Q=V1(π)(D1/2)2=V2(π)(D2/2)2 等式2
其中,E是流电压,I是电流、Q是容积流动速率、K是表示流量管装置的性能的常量。V1、D1是电极附近的流动速度和孔径直径。V2、D2是与流量管耦合的相邻管道中的流动速度和孔径直径。常量K考虑电极间距、磁场形状、作为容积流动速率的速度以及其他设计因素的所有影响。
在流量管装置的制造或服务期间,流量管装置临时连接至校准系统(流量计标定装置、流量台(flow stand)、流量实验室等)。校准系统提供校准后的电流和校准后的容积流动速率。校准系统测量流电压。根据已知的电流和容积流动速率值以及测量的流电压值来计算常量K。计算出的常量K被记录并用作流量管装置的校准数据。典型地,将制造商的校准数据以具体制造商特有的形式记录在流量管装置的标识牌(nameplate)上。
在记录在流量管装置的标识牌上的数据中,不同的制造商使用不同的单位制。在一些情况下,将记录在标识牌上的数据间接联系到假定的标称管道直径下的流动速度,而不是直接联系到容量流动速率。在一些情况下,标识牌数据可以按照制造商的变送器所提供的假定电流电平,并且表示(KI)而不是K。该问题由于如下事实而变得更加复杂:变送器典型地被设计为与多种不同直径的流量管而操作,而且这些直径可能(或还没有)整合到标识牌数据中。以下事实使得问题变得更加复杂:标识牌数据可能(或还没有)具有在表示常量K的相同数字中包括的定标因子(scale factor)。
不同的制造商设计磁变送器装置以接受从该制造商自己的流量管装置获取的标识牌数据的数据输入。通常并没有规定输入来自另一制造商制造的流量管装置的标识牌数据。
将一个制造商的标识牌数据转换成另一制造商的格式的风险、复杂度以及事务处理成本非常高,以至于工业用户通常不会尝试使用包括来自一个制造商的流量管装置和来自另一制造商的变送器装置在内的混合式流量计系统。大多数工业用户也不对流量校准系统进行现场(on-site)访问,所述流量校准系统可以与混合式流量计系统一起使用以执行流量校准,这使得可以不必使用标识牌数据。
需要一种方法和设备,允许用户使用混合式流量计系统,而不会带来学习多个制造商标识牌数据系统并计算从一个标识牌数据系统到另一标识牌数据系统的转换的复杂性。
发明内容
公开了一种磁流量变送器。该磁流量变送器包括:流量转换器,计算表示流量的定标输出。
磁流量变送器还包括校准转换器。该校准转换器执行校准计算例程。该例程产生校准常量。该校准常量耦合至流量转换器。
磁流量变送器还包括数据集输入。该数据集输入将与唯一的流量管相关联的流量管数据集耦合至校准转换器。
磁流量变送器还包括数据表。该数据表将多个流量管数据集与多个校准计算例程相关联。数据表将与对流量管数据集而言唯一的校准计算例程耦合至校准转换器。
附图说明
图1示出了具有三个磁流量计系统的工业设施的一部分,其中每个磁流量计系统包括通用变送器。
图2示出了磁流量管装置。
图3示出了包括流量管装置和通用变送器在内的磁流量计系统的框图。
图4示出了校准转换器电路的操作的第一方面。
图5示出了校准转换器电路的操作的第二方面。
图6示出了校准转换器电路的操作的第三方面。
具体实施方式
在以下描述的实施例中,通用变送器可以方便地被校准至已经被设计为与通用变送器一起使用的流量管,并且可以方便地被校准至未被设计为与通用变送器一起使用的、来自其他制造商的流量管。
在通用变送器中提供数据表,所述数据表将适当的校准计算例程与流量管的型号或名称相关联。安装流量系统的技术员不需要知道流量管制造商所使用的校准方法的任何细节。一旦识别出流量管,变送器就自动提供适当的例程以输入标记在流量管上的校准数据集,并通过标准流量管的型号或通过定制流量管的名称来自动地提供对于流量管而言唯一的校准例程。
图1示出了具有三个磁流量计系统102、104、106的工业设施的一部分,每个磁流量计系统包括这里称作通用变送器108、110、112的设备。第一通用变送器108通过电缆114连接至来自第一制造商的第一流量管装置116。第二通用变送器110通过电缆118连接至来自第二制造商的第二流量管装置120。第三通用变送器112通过第三电缆122连接至来自第三制造商的第三流量管装置124。在本申请中使用的术语“通用变送器”指的是以下磁流量变送器:该磁流量变送器可以被校准,以与来自多个制造商的流量管装置一起使用,这些流量管装置使用与原产于该通用变送器的制造商的校准记录系统不同的系统来记录校准信息,或者不具有由制造商提供的校准信息。
每个通用变送器108、110、112具有彼此相同的设计。每个流量管装置116、120、124是来自不同制造商的。每个流量管装置116、120、124上记录有标识牌数据126、128、130。每个标识牌数据126、128、128具有用于从标识牌数据推导出“K常量”的不同方案。每个流量管装置116、120、124具有直径为D101、D102或D103的绝缘孔径。直径D101、D102、D103通常不是相同的数值。如以下结合图3至6描述的,为每个通用变送器108、110、112提供数据输入能力,使得可以将来自不同制造商的标识牌数据126、128、130输入至通用变送器。
图2示出了磁流量管装置200。流量管装置200承载通过导管204的液体202的流动。电磁线圈206、208承载电流(I)210,电流(I)210在液体202中产生磁场B。随着液体202流经磁场B,根据法拉第电磁感应定律,在液体202中产生电势差。电势差由流量管电极212、214来感测并且通常与通过导管204的流体202的流动速度成比例。
根据该说明性的实施例,流量管电极212通过引线216连接至负电极端子218。流量管电极214通过引线220连接至正电极端子222。在端子218、222之间存在流电压E。接地电极224提供过程流体接地连接。接地电极224通过引线226(可以包括如所示的电缆屏蔽)连接至信号接地端子228。接地电极224可以是导管204中的金属引脚,或者可以备选地是与液体202相接触的接地环或金属管道。线圈端子230、232通过引线234、236、238连接至电磁线圈206、208,以供应电流210。典型地,电流(I)210是幅度典型地是大约0.5至0.075安培且基频典型地是大约3至75赫兹的斜方波。
流量管装置200上的端子218、222、228、230、232可以通过电缆装置连接至磁流量计变送器,如,通用流量变送器。电缆装置典型地包括用于电极引线的静电屏蔽电缆以及用于线圈引线的双绞线电缆或屏蔽电缆。流量管装置200典型地安装在过程管道系统中,并经由电缆装置连接至通用磁流量计变送器。如图1所示,通用磁流量计变送器可以安装在流量管装置200上,并且可以通过短电缆来连接,或者通用变送器可以安装在远程位置处并且可以通过长电缆(或多条电缆)来连接。
图3示出了磁流量计系统300的框图,所述磁流量计系统300包括流量管装置302(还称作流量管302)以及通用变送器304。通用变送器304通过电缆306、308连接至流量管装置302。通用变送器304向流量管装置302提供电流(I)310。流量管装置302向通用变送器304提供流电压(E)。流量管装置302感测经过流量管装置302的液体的容积流量(Q)314。
数据316(还称作流量管数据集316)表示与流量管装置302相关联的常量K(参见等式1)。数据316还包括与流量管装置有关的或者与被流量管制造商关联至流量管装置302的变送器(不是通用变送器)有关的型号、序列号、管线尺寸和其他数据。数据316可以附着到流量管装置302(如在图1的126、128、130处所示的)。备选地,可以在附着到流量管装置302的悬挂标签上提供数据316,或者可以从制造商的网站在线访问数据316,或者以其他方式来提供数据316。
如线318处所示,用户可以将数据316传递至通用变送器304。如线320处所示,用户还可以向通用变送器304提供定标因子S的信息。通用变送器304包括校准转换器电路322,所述校准转换器电路322通过执行校准计算例程将用户数据输入318转换成324处的常量K。324处的常量K耦合至流量转换器电路326。流量转换器电路326接收324处的常量K、312处的流电压E以及320处的定标因子S。流量转换器326提供了328处的定标流量输出F。一方面,定标流量输出是F=(E/KI)(S)。还可以提供多个定标输出。一方面,流量转换器电路326包括用于接受多种不同格式的用户定标因子S数据的选项,如,脉冲(pulse)每加仑、脉冲每升、毫安每加仑、毫安每升、毫安每(英尺/秒)或脉冲每(米/秒)。
一方面,校准转换器电路322和流量转换器电路326被实现为嵌入式微处理器/DSP系统。另一方面,嵌入式微处理器/DSP(数字信号处理器)系统包括微处理器/DSP、RAM、ROM和电可修改非易失性RAM、小键盘以及光学显示器。在又一方面,嵌入式微处理器/DSP系统包括磁盘驱动器或电可修改ROM。
通用变送器304还包括数据表330。一方面,数据表330存储于电可修改ROM或其他存储机器中。通用变送器304包括输入332,用于接收数据表330的数据。数据表包括转换数据的数据库,以便通过执行算术计算将多个制造商的数据转换成常量K。所述转换数据可以是从多个制造商得到的数据、通过来自多个制造商的样品流量管装置的流量计算而得到的数据、或这两者。另一方面,校准转换器电路322包括对K因子的极限测试,这种极限测试识别出指示在1-12米每秒的流动速度范围之外的流动速率的K因子。极限测试提供了警报输出,以警告用户K因子指示可能错误的数据输入。可以通过使用作为通用变送器304一部分的键盘/显示器,或者通过从个人计算机或手持校准设备或其他用户接口进行下载,来实现向通用变送器304的数据和数据库输入。
一方面,通用变送器300可以基于流量管装置的型号自动地将电流I的电平控制在与流量管装置最匹配的水平。电流I的电平的自动设置确保了足够的流电压电平,并且避免了流量管装置中的线圈过热或流量管装置中的磁芯饱和。
图4示出了校准转换器电路(例如图3的校准转换器电路322)的操作的第一方面。处理在开始402处开始,用户输入命令以进入校准例程。处理继续沿着线404进行至动作框406。在动作框406,向用户显示供应商(例如制造商)列表。可以从供应商名称数据表中的字段得到供应商列表,所述供应商名称数据表是通用变送器中的数据库的一部分。在动作框406完成之后,处理继续沿着线408进行至动作框410。
在动作框410,用户输入命令以从供应商列表中选择一个供应商。用户选择已经被该用户连接至通用变送器的流量管装置的供应商。供应商列表中的每个供应商在供应商数据表的关键字段中具有唯一的供应商编号。关键字段指向与该供应商编号相关联的校准数据表。在动作框410完成之后,处理继续沿着线412进行至动作框414。
在动作框414,向用户显示可用型号列表。在显示型号之后,处理继续沿着线416进行至动作框418,用户可以从列表中选择型号,否则取消校准例程。如果选择了有效型号,则处理继续沿着线420进行至动作框422。
在动作框422,向用户提供显示以提示用户输入与K因子相关的数据K’(例如从所连接的流量管标识牌得到)。典型地,该输入的数据K’不是K因子,而是可以根据该数据使用在数据库中被指向的型号数据来计算K因子。该数据表示电极信号与线圈电流之比。一方面,该显示被布置为仿真与流量管上的标识牌设置相类似的图像设置。在动作框422完成之后,处理继续沿着线424进行至动作框426。在动作框426,用户输入与常量K相关的标识牌信息K’。在动作框426完成之后,处理继续沿着线428进行至动作框430。
在动作框430,以标识牌信息K’和型号信息的函数来计算常量K。典型地,所计算的函数对于流量管装置的每个模型来说是不同的。将每个函数存储在与每个型号相关联的字段中。在动作框430完成之后,处理继续沿着线432进行至动作框434。
在动作框434,将常量K存储在通用变送器中的非易失性存储器中。备选地,可以根据K因子来产生校准号,并将该校准号存储在存储器中。校准数据现在已被计算、存储并且可用于流量转换器(例如图4中的流量转换器426)。在动作框434完成之后,处理继续沿着线436进行至结束438。在结束438,终止校准例程,流量转换器(例如图3的流量转换器426)的操作使用所保存的常量K或校准号的新值继续进行。
图5示出了校准转换器电路(例如图3的校准转换器电路322)的操作的第二方面,当用户选择校准例程时,处理在开始502处开始。在开始502完成之后,处理继续沿着线504进行至动作框506。在动作框506,显示数据输入屏幕,所述数据输入屏幕提示用户输入与通用变送器相连的流量管装置的孔径的内直径以及名称或代表性管线尺寸。在动作框506完成之后,处理继续沿着线508进行至动作框510。
在动作框510,用户输入被用户关联至流量管装置的孔径直径以及名称。在动作框510完成之后,处理继续沿着线512进行至动作框514。在动作框514,流量系统连接至校准系统,所述校准系统提供一个或更多个校准后的流体流动速率,该流体流量速率被用户作为数据而输入。在液体流动期间测量流电压。通用变送器根据所输入的与流体流动速率有关的数据以及所测量的流电压来计算常量K。存储常量K(或校准号)以供后续操作使用,并且将常量K显示给用户。在动作框514完成之后,处理继续沿着线516进行至框518。在框518,用户利用所显示的K因子来标记流量管装置。在动作框518完成之后,处理继续沿着线520进行至动作框522。
在动作框522,用户在工业过程设施中安装流量管装置以及通用变送器,以测量过程流体的流量。在动作框522完成之后,处理继续沿着线524进行至动作框526。在动作框526,用户输入常量K或校准号。如果在校准和工业设施中均使用了相同的通用变送器,则用户可以简单地选择流量管名称,并且先前存储的常量K或校准号将被自动选择。如果使用了不同的通用变送器,则用户可以输入针对流量管装置而选择的常量K、内直径以及名称。在动作框526完成之后,处理继续沿着线528进行至动作框530。
在动作框530,通用变送器根据常量K、孔径直径以及其他数据来计算变送器的校准。例如,其他数据可以包括针对与流量管装置相容的电流I的选定设置。在动作框530完成之后,处理继续沿着线536进行至结束538。在结束538,流量计系统可用于流量测量。
图6示出了校准转换器电路(例如图3的校准转换器电路322)的操作的第三方面。当用户选择校准时,处理在开始602处开始。处理从开始602沿着线604继续进行至动作框606。在动作框606,通用变送器显示校准例程的选择,并且处理继续沿着线608进行。
在块610,用户可以选择标准校准例程来校准被专门设计为与通用变送器一起使用的标准流量管装置,并且处理继续沿着线612进行至动作框618。在动作框618,执行传统的校准。
用户可以选择定制的流量管校准例程以校准与标准流量管装置不同的、来自制造商的流量管装置,该流量管装置上标记有与校准相关的信息。处理然后继续沿着线614进行至动作框620。动作框620可以是校准例程,例如图4所示的校准例程。在框图620中,显示卖方名称的菜单以使得用户可以选择卖方的名称。在框642,显示卖方的各种型号,并且用户选择具体型号。接下来,在框644,提供显示以使得用户可以输入由卖方提供的K因子。例如,该K因子可以是上述K’,并且可以仅是与K因子相关的数据。在框646,使用转换表648来计算K因子。备选地,可以计算校准号。最后,在框650,变送器可以基于计算出的K因子或计算出的校准号来计算流量。
用户可以选择定制的管线尺寸校准例程以校准不具有可用标识牌信息的流量管装置。然后处理继续沿着线616进行至动作框622。动作框622可以是校准例程,例如图5所示的校准例程。
尽管参考优选实施例来描述了本发明,然而本领域技术人员将意识到,在不脱离本发明的精神和范围的前提下,可以进行形式和细节上的改变。
Claims (20)
1.一种磁流量变送器,包括:
流量转换器,计算表示通过磁流量管的流量的定标输出;
校准转换器,执行校准计算例程,以产生耦合至流量转换器的校准常量;
数据集输入,将与唯一的流量管相关联的流量管数据集耦合至校准转换器;以及
数据表,将多个流量管数据集与多个校准计算例程相关联,所述数据表将对于流量管数据集而言唯一的校准计算例程耦合至校准转换器。
2.根据权利要求1所述的磁流量变送器,其中,多个校准计算例程与针对磁流量管装置的多个供应商的流量管数据集和校准计算之间的区别关系相关联。
3.根据权利要求2所述的磁流量变送器,其中,所述区别关系包括:使校准与流动速度有关的第一数据集,以及使校准与容积流量有关的第二数据集。
4.根据权利要求2所述的磁流量变送器,其中,所述区别关系包括:使校准与容积流量有关的第一数据集,以及使校准与流量管直径有关的第二数据集。
5.根据权利要求2所述的磁流量变送器,其中,所述区别关系包括:使校准与和磁流量管装置的标称尺寸相关联的标称直径有关的第一数据集。
6.根据权利要求1所述的磁流量变送器,其中,所述数据集输入包括磁流量变送器中的键盘和显示器。
7.根据权利要求1所述的磁流量变送器,其中,所述数据集输入包括与外部数据输入设备交换数据的电输入。
8.根据权利要求1所述的磁流量变送器,还包括:
将流电压耦合至流量转换器电路的输入。
9.根据权利要求1所述的磁流量变送器,还包括:
将用户定标因子耦合至流量转换器电路的输入。
10.一种磁流量变送器,包括:
流量转换器,计算表示通过磁流量管的流量的定标输出;
校准转换器,执行校准计算例程,以产生耦合至流量转换器的校准常量;
数据集输入,将与唯一的流量管相关联的流量管数据集耦合至校准转换器;以及
数据,将流量管数据与校准计算例程相关联,所述校准计算例程耦合至校准转换器。
11.根据权利要求10所述的磁流量变送器,其中,通过以已知的流体流动速率在校准台上进行测试来产生流量管数据集。
12.根据权利要求10所述的磁流量变送器,其中,流量变送器存储与流量管数据集相关联的用户所选流量管名称。
13.根据权利要求10所述的磁流量变送器,其中,校准常量包括流电压/(电流×容积流动速率)的单位。
14.根据权利要求10所述的磁流量变送器,其中,校准常量包括在假定电流电平下的流电压/容积流动速率的单位。
15.根据权利要求10所述的磁流量变送器,其中,校准常量包括在假定的电流电平和假定的全刻度容积流动速率下的流电压的单位。
16.根据权利要求10所述的磁流量变送器,其中,校准常量包括流电压/(电流×流动速度)的单位。
17.根据权利要求10所述的磁流量变送器,其中,校准常量包括在假定的电流电平下的流电压/流动速度的单位。
18.根据权利要求10所述的磁流量变送器,其中,校准常量包括在假定的电流和假定的全刻度流动速度下的流电压。
19.一种磁流量变送器,包括:
流量转换器,计算表示通过磁流量管的流量的定标输出;
校准转换器,执行校准计算例程,以产生耦合至流量转换器的校准常量;
数据集输入,将与唯一的流量管相关联的流量管数据集耦合至校准转换器;以及
数据表,将多个流量管数据集与多个校准计算例程相关联,所述数据表将对于流量管数据集而言唯一的校准计算例程耦合至校准转换器;以及
选择电路,针对校准转换器选择数据表或标准校准计算例程。
20.根据权利要求19所述的磁流量变送器,其中,所述选择电路基于用户输入而进行选择。
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