CN102246012A - 振动元件设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于对振动叉式液位传感器的叉的状态进行检测的方法和装置。将在正常工作频率时的变化与先前的测量结果进行比较，如果变化变得显著，则产生警报。本方法优选地用于检测逐渐积聚(build-up)在叉上的覆盖层的有效(significant)液位。

Description

振动元件设备

技术领域

本发明涉及振动元件设备，更具体地，涉及设置为振动叉式液位传感器形式的这种设备。

背景技术

振动叉式液位传感器的原理简单。通过压电晶体组件及相关联的电子电路，引起音叉以其固有频率进行振动。众所周知，当叉浸没在液体中时，其固有频率改变。取决于传感器是如何配置的，固有频率的超过阈值的变化用于指示：正在浸没在流体中或者已浸没在流体中的叉组件现在不再被浸没。

当叉组件是干燥的时，通常对上述这种类型的仪器进行校准。一旦已确定了干燥频率(dry frequency)，就可以参照谐振频率来确立仪器被假定为潮湿或有故障(faulty)时的阈值，并将该阈值存储在工作的电子器件中。当工作时，如果叉组件是干燥的，则将工作频率与低的阈值进行比较。如果该频率降低到该阈值以下，则假定叉组件是潮湿的。如果仪器是潮湿的，则将工作频率与不同的、较高的阈值进行比较，如果超过了这个阈值，则假定叉组件是干燥的。

认识到由于叉组件状态的改变，校准频率可能改变。例如，叉组件可能获得增加其质量而降低其谐振频率的覆盖层(coating)。叉组件也可能遭受腐蚀。在这种情况下，叉组件的质量减少，而谐振频率升高。

叉组件的这些改变可以达到可能给出潮湿或干燥的错误指示的程度。

本发明的目的是提供一种形式的振动元件设备，这种振动元件设备将解决以上所阐述的问题，或者将至少提供一种新颖并有用的替代方案。

发明内容

一方面，本发明提供了一种操作振动元件设备的方法，在使用中，该振动元件设备被使得与流体接触以及与流体脱离接触，所述方法包括以下步骤：

在正常工作期间，使振动元件以工作频率进行振动；以及

观测对与所述振动元件相接触的环境变化进行响应的所述工作频率的变化，所述方法的特征在于其包括：

在正常工作期间，周期性地存储所述工作频率的测量结果；并监控所述工作频率的任何变化。

优选地，当所述振动元件是干燥的时，观测并存储所述工作频率的测量结果。

可替选地，当所述振动元件是潮湿的时，观测并存储所述工作频率的测量结果。

优选地，所述方法进一步包括：从所述工作频率的已存储的测量结果进行外推来确立预测时刻，其中预测该设备在该预测时刻提供潮湿或干燥的错误指示；并在所述预测时刻之前的时刻产生警报。

可替选地，所述方法进一步包括：如果所述工作频率的测量结果与所述工作频率的较早的测量结果相差预定的数量，则产生警报。

优选地，所述方法进一步包括：随着与所述振动元件相接触的环境的变化，将对工作频率的测量延迟一段时间。

优选地，所述方法进一步包括：在执行基于这样的频率测量结果的方法之前，考虑到工作温度，校正所述频率测量结果。

优选地，所述方法进一步包括：将所述警报发送到远程地点。

又一方面，本发明提供了一种振动元件设备，在使用中，该振动元件设备被使得与流体接触以及与流体脱离接触，所述设备包括在正常工作期间以设置的工作频率进行振动的振动元件；以及

一种用来监控对与所述振动元件相接触的环境的变化进行响应的所述频率的变化的处理设施，所述设备的特征在于：

所述处理设施进一步用来在正常工作期间周期性地存储所述工作频率的测量结果；且监控所述工作频率的任何变化。

优选地，所述处理设施进一步用来对所述工作频率的已存储测量结果进行外推来确立预测时刻，其中预测该设备在该预测时刻提供潮湿或干燥的错误指示；并在所述预测时刻之前产生警报。

可替选地，如果所述工作频率的测量结果与所述工作频率的较早的测量结果相差预定的数量，则所述处理设施进一步用来产生警报。

优选地，所述处理设施进一步用来跟随与所述振动元件相接触的环境的变化，将对工作频率的测量延迟一段时间。

优选地，所述处理设施进一步用来在执行基于这样的频率读数的方法之前，考虑到工作温度的改变，校正频率测量结果。

优选地，所述设备进一步包括：用来将所述警报传送到远程地点的通信设施。

可以执行本发明的方式的很多变型将会将其本身呈现给本领域的普通技术人员。以下的描述仅意在说明执行本发明的一种装置，不应该将未对变型和等同物进行描述视作限制。在任何可能的情况下，都应将对特定元件的描述视为包括该特定元件的无论是现存的还是将来的任何或全部等同物。

附图说明

现在将参照附图来描述体现本发明的振动元件设备的工作实施例，其中：

图1：示出一般的容器装置(tank installation)，其中，通过根据本发明的设备来监控容器内容物(tank content)的液位；

图2：示出体现本发明的设备的放大等距视图；

图3：示出说明用于图2中所示类型的设备的典型频率转换带(frequency switching band)的图表；

图4：是示出振动叉式传感器覆盖层随时间对谐振频率的影响的图表；以及

图5：示出本发明的典型应用的流程图。

具体实施方式

本发明优选地提供了音叉液位传感器5形式的振动元件设备。众所周知，安装传感器5以提供对流体液位到达特定限度的响应。参照图1，可以在容器6上安装第一传感器5A以在流体液位7到达最高液位时做出响应，同时，安装传感器5B以在流体液位到达最低液位时做出响应。

在所示的特定情况中，优选地配置传感器5A，以使得在正常工作时叉未被覆盖。当叉变得被上升的流体液位浸没时，工作频率降低。当频率的降低下降到阈值以下时，这将由传感器内部的电子器件所感测，并且产生叉潮湿的指示。状况的改变例如也可以发起指令以关断向容器6供给流体的泵。

传感器5B通常会以与传感器5A相反的方式来工作，因为在正常工作时，传感器是浸没在流体中的。当流体液位下降到传感器5B的叉以下时，工作频率升高。当频率的增加超过另一阈值时，这由传感器内部的电子器件所感测，并且产生叉干燥的指示。状况变为干燥的改变例如也可以发出指令来关断从容器6抽走流体的泵。

通常，设备的固有工作频率随时间变化。原因可能多且不同，但最常见的原因是由叉组件获得覆盖层引起的。在通常是干燥的传感器——例如传感器5A——的情况下，覆盖层的获得将增加叉组件的质量并引起工作频率被降低。如果覆盖层随时间而构建(build)，则可能得到下述情形：在实际上叉组件仍然是干燥的时，设备通过上升的液位错误地指示叉组件是潮湿的。

如果通常被浸没的——诸如传感器5B——的叉组件遭受腐蚀，则可能会出现相似的效果。在这种情况下，叉组件的质量将减少，而工作频率将升高。这可能随时间进行发展，直到设备在实际上叉组件仍然是潮湿的时指示是干燥的。

如以下用最简单地方式所表达的，本发明通过监控随时间变化的固有工作频率，并当测得的频率与初始校准频率不同时做出有关叉的劣化的判断或预测，来解决上述问题。

现在参照图2，体现本发明的音叉液位传感器包括从体部11伸出的叉组件10。已知类型的压电晶体组件包含在体部11内，压电晶体组件在受到振荡电势影响时，引起叉组件10振动。体部11通过螺口连接器12连接到外壳13。包含在螺口连接器12内、并由虚线轮廓14所示意性表示的是用于压电组件的驱动电子器件。另外的电子器件封装(未示出)位于外壳13内。该另外的电子器件封装确定并响应频率变化，并且相应地提供叉组件是潮湿还是干燥的指示。在已知的方式中，另外的电子器件封装包括电子存储器和处理器。

外壳13也可以包括一个或多个电池来为传感器供电，并且还可以包括通信设施，通信设施包括天线15，由此叉组件的状况(潮湿的或干燥的)可以传送到远程地点。也可以在视频显示器16上指示叉组件的状况。

现在参照图3，典型地对传感器5进行配置或编程，以使得其具有限定传感器工作的阈值范围。这些阈值优选地与在制造时确立的初始校准频率相关。

为了说明，此处所给出的示例中，在20℃的温度时对传感器进行校准，此温度时的固有频率是1350Hz。这被称为校准干燥频率(“CDF”)。

然后由电子器件封装以与CDF的固定关系来确立图3所示的阈值。

对于干燥的传感器，频率读数高于(在这种情况下)1400Hz指示“过于干燥”，并且通常解释为指示了故障。约在1240Hz到1400Hz之间的频率测量结果指示了正常干燥工作。当叉组件10变得浸没在流体中时，谐振频率下降且在大约1220Hz处给出“潮湿”的指示。如所述的，在潮湿和干燥之间优选地具有20Hz的带以提供回差(hysteresis)。

如果传感器是潮湿的且频率降低到大约180Hz以下，则假定叉组件与高粘性液体相接触。频率读数在180Hz到980Hz之间指示叉组件过于潮湿并且存在故障。

现在参照图4，波形图示出干燥工作频率随时间变化的工作特性。由于随时间而逐渐积聚(build-up)在叉上的覆盖层，固有工作频率在所示示例中从1350Hz的CDF下降。

本发明涉及测量并在存储器中存储固有干燥工作频率。当干燥工作频率由于叉组件上的覆盖层而随时间下降时，观测到该下降并且在仪器将在实际上叉仍是干燥的时错误地指示叉是潮湿的程度之前产生警报。

在本发明最简单的形式中，当干燥工作频率的变化超出了限定的限度时，产生警报。在本发明的更复杂的实施例中，观测干燥工作频率的下降速率并对该速率进行外推来确立预测时刻，干燥工作频率在该预测时刻会下降到与叉被假定为潮湿的频率(“干燥限度”)相等的程度。然后，在该预测时刻之前的限定时刻产生警报，以使得可以在仪器处于不能给出正确指示的情形之前采取补救措施。

现在参照图4，波形指示干燥工作频率随时间从1350Hz的CDF下降。在大约1280Hz处的较高水平线是警报限度。在本发明的一个实施例中，在干燥工作频率下降到警报限度以下的情况下产生警报。

如图4所示，用户通过调整另外的电子器件封装可以确立或者调整警报限度相对于CDF的位置。

图4也示出了本发明的更复杂的实施例。在该实施例中，如虚的趋势线所示，不仅观测干燥工作频率的下降，而且对干燥工作频率的下降进行外推。在趋势线与干燥限度相交的点确立了预测时刻，传感器将不能在该预测时刻提供“潮湿”的精确指示。为了能够在实际出现失效之前采取补救措施，对传感器进行编程以稍微在预测时刻之前发送警报(“发送警报”)。

如果采用发送警报定时的话，发送警报定时也可以是用户可调的，例如可以将其设到某一时间，比如说，在预测时间之前的三个月。

不考虑产生警报所采用的技术，为了避免虚假的读数，在设备经历从潮湿的变化之后、存储干燥读数之前应用延时。这是为了使流体从叉组件10的表面排干，因此确保频率的任何变化都是由于叉组件的永久变化引起的，例如由于逐渐积聚的覆盖层。

现在参照图5，流程图示出本发明的更复杂的形式中的电子器件所遵循的典型顺序。在这个特定的示例中，在测量工作频率并且在工作频率小于先前存储的工作频率的情况下存储该工作频率之前，叉组件必须在10个测量周期中都是干燥的。根据所存储的读数的连续性，可以确立如图4所示的趋势线。在外推结果所指示的干燥频率会与干燥限度频率相交的时刻之前，任意地设置发送警报时刻。

如图4和图5所示的示例适用于通常是干燥的且易受逐渐积聚的覆盖层影响的传感器。会认识到，完全相同的原理可以适用于通常是干燥的且容易受腐蚀影响的传感器；适用于通常是潮湿的且容易受覆盖层或腐蚀影响的传感器。无论如何，以上述方式可以观测并分析工作频率。如果是叉覆盖层的问题，则观测并分析工作频率的降低。如果是叉腐蚀的问题，则观测并分析工作频率的升高。

在上述示例中，对工作频率的分析是在仪器中进行的。本领域的普通技术人员将会认识到，也可以在远程位置使用频率测量结果进行分析，该频率测量结果是使用所述设备中包括的通信设施来传送的。

将会进一步认识到，为了提高精度，在执行上述方法之前，可以针对工作温度的变化来校正频率读数。

因此将会进一步认识到，至少在所述实施例的情况下，本发明提供了一种用于增加叉式液位传感器的能力的方法和装置，具体地，增加了避免在由叉组件与处理流体相接触而产生的工作中的误报的机会。

Claims (14)

1.一种操作振动元件设备的方法，在使用中使得所述振动元件设备与流体接触以及与流体脱离接触，所述方法包括以下步骤：

在正常工作期间，使振动元件以工作频率进行振动；以及

观测对与所述振动元件相接触的环境的变化进行响应的所述频率的变化，所述方法的特征在于所述方法包括：

在正常工作期间，周期性地存储所述工作频率的测量结果；并监控所述工作频率的变化。

2.如权利要求1所述的方法，其中，当所述振动元件是干燥的时，观测并存储所述工作频率的测量结果。

3.如权利要求1所述的方法，其中，当所述振动元件是潮湿的时，观测并存储所述工作频率的测量结果。

4.如权利要求1-3中任一权利要求所述的方法，进一步包括：从所述工作频率的已存储的测量结果进行外推来确立预测时刻，其中预测所述设备在所述预测时刻提供潮湿或干燥的错误指示；并在所述预测时刻之前产生警报。

5.如权利要求1-3中任一权利要求所述的方法，进一步包括：如果所述工作频率的测量结果与所述工作频率的较早的测量结果相差预定的数量，则产生警报。

6.如前述权利要求中任一权利要求所述的方法，进一步包括：随着与所述振动元件相接触的环境的变化，将对工作频率的测量延迟一段时间。

7.如前述权利要求中任一权利要求所述的方法，进一步包括：在进行任何对频率变化的观测之前，考虑到工作温度，校正频率测量结果。

8.如前述权利要求中任一权利要求所述的方法，进一步包括，将所述警报发送到远程地点。

9.一种振动元件设备，所述振动元件设备在使用中被使得与流体接触以及与流体脱离接触，所述设备包括：在正常工作期间，以所设置的工作频率进行振动的振动元件；以及

一种用来监控对与所述振动元件相接触的环境的变化进行响应的所述频率的变化的处理设施，所述设备的特征在于：

所述处理设施进一步用来在正常工作期间周期性地存储所述工作频率的测量结果；且监控所述工作频率的任何变化。

10.如权利要求9所述的设备，其中，处理设施进一步用来对所述工作频率的已存储测量结果进行外推来确立预测时刻，其中预测所述设备在所述预测时刻提供潮湿或干燥的错误指示；并在所述预测时刻之前的时刻产生警报。

11.如权利要求9所述的设备，其中，如果所述工作频率的测量结果与工作频率的较早的测量结果相差预定的数量，则所述处理设施进一步用来产生警报。

12.如权利要求9-11中的任一权利要求所述的设备，其中，所述处理设施进一步用来随着与所述振动元件相接触的环境的变化，将对工作频率的测量延迟一段时间。

13.如权利要求9-12中的任一权利要求所述的设备，其中，所述处理设施进一步用来在执行基于这样的频率读数的方法之前，考虑到工作温度的改变，校正频率测量结果。

14.如权利要求9-13中的任一权利要求所述的设备，进一步包括：用来将所述警报传送到远程地点的通信设施。

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