CN103765171B - 用于通过振动计来确定和控制流体静压的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于操作流体流系统(300)的方法。流体流系统(300)包括流过管路(301)的流体、位于管路(301)内的第一压力传感器(303)，以及振动计(5)。振动计(5)包括与第一压力传感器(303)流体连通的传感器组件(10)。方法包括以下步骤：使用第一压力传感器(303)来测量管路(301)内的流体的压力，以及使用振动计(5)来测量流体的一个或更多个流特性。方法进一步包括以下步骤：基于管路(301)内的流体的压力和一个或更多个流特性来确定流体的静压。方法进一步包括以下步骤：基于流体的静压来确定流体是否包含至少一些气体。

Description

用于通过振动计来确定和控制流体静压的方法和设备
技术领域
下面描述的实施例涉及流体流系统，并且更特别地，涉及用于通过流体流系统的振动计来确定和控制流体静压的方法和系统。
背景技术
诸如例如振动密度计和科里奥利流量计的振动计是大体已知的，并且用来测量管道内的材料的质量流量和其它信息。量计包括传感器组件和电子器件部分。传感器组件内的材料可为流动或静止的。每种类型的传感器可具有独特的特性，量计必须考虑该独特的特性，以便实现最佳性能。
在J.E. Smith等人的美国专利4,109,524、美国专利4,491,025和Re. 31,450中公开了示例性科里奥利流量计。这些流量计具有笔直或弯曲构造的一个或更多个管道。科里奥利质量流量计中的每个管道构造具有一组自然振动模式，其可为简单弯曲、扭转或联接型。每个管道可被驱动，以便以优选模式振荡。
从传感器的入口侧的连接管路进入流量计传感器组件的材料流被引导通过(多个)管道，并且通过传感器的出口侧离开传感器。由振动材料填充的系统的自然振动模式部分地由管道和在管道内流动的材料的联合质量限定。
当没有流通过传感器组件时，对(多个)管道施加的驱动力使沿着(多个)管道的所有点以相同相位或小的“零偏移”(在零流量下测得的时延)振荡。在材料开始流过传感器组件时，科里奥利力使沿着(多个)管道的每个点具有不同的相位。例如，传感器的入口端处的相位落后于中央驱动器位置处的相位，而出口处的相位超前于中央驱动器位置处的相位。(多个)管道上的拾取传感器产生表示(多个)管道的运动的正弦信号。处理从拾取传感器输出的信号，以确定拾取传感器之间的相位差。两个或更多个拾取传感器之间的相位差与材料流过(多个)管道的质量流率成比例。
可通过将相位差乘以流校准因子(FCF)来确定材料的质量流率。在将流量计的传感器组件安装到管路中之前，FCF由校准过程确定。在校准过程中，流体以已知流率传送通过流管，并且计算相位差和流率之间的关系(即，FCF)。流量计随后通过将FCF乘以拾取传感器的相位差来确定流率。另外，在确定流率时可考虑其它校准因子。
部分地由于振动计以及特别是科里奥利流量计的高精度，故振动计在广大行业中已经成功了。面临对测量的精度和重复能力的要求提高的一个行业是石油和天然气行业。随着与石油和天然气相关联的成本提高，密闭输送情形要求在测量实际输送的石油量方面有改进。密闭输送情形的实例是用管路输送原油或甚至更轻的烃流体，诸如丙烷。
在密闭输送情形中进行测量以及特别是测量轻烃期间面临的一个问题是液体放气或闪蒸。在放气时，当管路或振动计内的流体压力小于流体的饱和压力时，气体从液体中释放。饱和压力典型地限定为物质在给定温度下从液体或固体变相成气体(即，蒸气与其凝相处于热动均衡)时所处的压力。因此，基于根据拉乌尔定律的成分的饱和压力的摩尔分数加权和，饱和压力可取决于流体是纯物质还是两种或更多种物质的混合物而改变。饱和压力有时被称为蒸气压力或泡点。在本描述中，对于纯物质或混合物，物质在给定温度下从凝相(液体或固体)变相成气体时所处的压力被称为饱和压力。虽然使流体保持高于饱和压力在一些管路系统中可不为问题，但是在流体流过横截面积减小的任何类型的传感器或量计时这特别成问题。在流体的压力低于它们的饱和压力的情况下，测量各种流特性变得越来越困难。此外，在一些情况下，流体可绕着饱和压力振荡。例如，流体可在一天中的一个时间点期间高于饱和压力，即，当流体在早晨变凉时；然而，在下午期间，在温度增大时，饱和压力可更低，并且因此，流体可在低于饱和压力的压力下流过系统。
因此，现在技术中需要一种可使流过流体流系统的流体充分保持高于流体的饱和压力的系统。下面描述的实施例克服了这个和其它问题，并且在本领域中实现了进步。以下描述中公开的实施例利用从振动计获得的流特性以便充分地调节流，使得流体在流过振动计时保持高于流体的饱和压力。
发明内容
提供根据实施例的流体流系统。流体流系统包括具有流动的流体的管路，以及第一压力传感器，该第一压力传感器位于管路内，并且确定管路内的第一压力。根据实施例，流体流系统进一步包括：振动计，其包括传感器组件，该传感器组件在管路内位于第一压力传感器附近，并且与第一压力传感器流体连通；以及量计电子器件，其与传感器组件电连通，以接收一个或更多个传感器信号，以及测量一个或更多个流特性。流体流系统进一步包括系统控制器，该系统控制器与第一压力传感器处于电连通，并且与量计电子器件电连通。根据实施例，系统控制器构造成接收来自第一压力传感器的第一压力测量值，以及接收来自量计电子器件的一个或更多个流特性。系统控制器进一步构造成基于管路内的流体的压力和一个或更多个流特性来确定流体的静压。根据实施例，系统控制器进一步构造成基于流体的静压来确定流体是否包含至少一些气体。
提供根据实施例的用于振动的传感器的量计电子器件，该传感器位于具有流动的流体的管路内，并且与一个或更多个压力传感器流体连通。量计电子器件构造成测量流过传感器组件的流体的一个或更多个流特性，以及接收指示管路中的流体的静压的第一压力信号。根据实施例，量计电子器件进一步构造成基于第一压力信号和一个或更多个测量流特性来确定流体的静压，以及基于流体的静压来确定流体是否包含至少一些气体。
提供根据实施例的用于操作流体流系统的方法，该流体流系统包括流过管路的流体、位于管路内的第一压力传感器，以及振动计，该振动计包括与第一压力传感器流体连通的传感器组件。方法包括以下步骤：使用第一压力传感器来测量管路内的流体的压力；以及使用振动计来测量流体的一个或更多个流特性。根据实施例，方法进一步包括以下步骤：基于管路内的流体的压力和一个或更多个流特性来确定流体的静压。根据实施例，方法进一步包括以下步骤：基于流体的静压来确定流体是否包含至少一些气体。
方面
根据方面，流体流系统包括：
具有流动的流体的管路；
第一压力传感器，其位于管路内，并且确定管路内的第一压力；
振动计，其包括：
传感器组件，其在管路内位于第一压力传感器附近，并且与第一压力传感器流体连通；以及
量计电子器件，其与传感器组件电连通，并且构造成接收一个或更多个传感器信号，以及测量一个或更多个流特性；
系统控制器，其与第一压力传感器电连通，并且与量计电子器件电连通，并且构造成：
接收来自第一压力传感器的第一压力测量值；
接收来自量计电子器件的一个或更多个流特性；
基于管路内的流体的压力和一个或更多个流特性来确定流体的静压；以及
基于流体的静压来确定流体是否包含至少一些气体。
优选地，系统控制器进一步构造成：如果流体的静压在阈值或范围之外，则确定流体包含至少一些气体。
优选地，系统控制器进一步构造成：如果流体的静压在阈值或范围之外，则调节流体流。
优选地，调节可包括增大管路线路压力。
优选地，调节可包括减小流体流率。
优选地，阈值或范围基于流体的饱和压力。
优选地，系统控制器进一步构造成基于流体的测得温度和密度来确定饱和压力。
优选地，系统控制器进一步构造成确定驱动增益，比较驱动增益与阈值，以及如果驱动增益超过阈值，则确定静压在阈值或范围之外。
优选地，确定的静压包括传感器组件内的流体的静压。
根据另一方面，一种用于振动的传感器的量计电子器件，该传感器位于具有流动的流体的管路内，并且与一个或更多个压力传感器流体连通，该量计电子器件构造成：
测量流过传感器组件的流体的一个或更多个流特性；
接收指示管路中的流体的静压的第一压力信号；
基于第一压力信号和一个或更多个测得流特性来确定流体的静压；以及
基于流体的静压来确定流体是否包含至少一些气体。
优选地，量计电子器件进一步构造成：如果流体的静压在阈值或范围之外，则确定流体包含至少一些气体。
优选地，量计电子器件进一步构造成：如果流体的静压在阈值或范围之外，则调节流体流。
优选地，调节包括增大管路线路压力。
优选地，调节包括减小流体流率。
优选地，阈值或范围基于流体的饱和压力。
优选地，量计电子器件进一步构造成基于流体的测得温度和密度来确定饱和压力。
优选地，量计电子器件进一步构造成确定驱动增益，比较驱动增益与阈值，以及如果驱动增益超过阈值，则确定静压在阈值或范围之外。
优选地，确定的静压包括传感器组件内的流体的静压。
根据另一方面，一种用于操作流体流系统的方法，该流体流系统包括流过管路的流体、位于管路内的第一压力传感器，以及振动计，该振动计包括与第一压力传感器流体连通的传感器组件，该方法包括以下步骤：
使用第一压力传感器来测量管路内的流体的压力；
使用振动计来测量流体的一个或更多个流特性；
基于管路内的流体的压力和一个或更多个流特性来确定流体的静压；以及
基于流体的静压来确定流体是否包含至少一些气体。
优选地，方法进一步包括以下步骤：如果流体的静压在阈值或范围之外，则确定流体包含至少一些气体。
优选地，方法进一步包括以下步骤：如果流体的静压在阈值或范围之外，则调节流体流。
优选地，调节包括增大管路线路压力。
优选地，调节包括减小流体流率。
优选地，阈值或范围基于流体的饱和压力。
优选地，方法进一步包括以下步骤：基于流体的测得温度和密度来确定饱和压力。
优选地，方法进一步包括以下步骤：
确定驱动增益；
比较驱动增益与阈值；以及
如果驱动增益超过阈值，则确定静压在阈值或范围之外。
优选地，确定静压的步骤包括确定传感器组件内的流体的静压。
附图说明
图1显示根据实施例的振动计。
图2显示根据实施例的用于振动计的量计电子器件。
图3显示根据实施例的流体流系统。
图4显示根据实施例的静压-流体流系统位置的曲线图。
图5显示根据实施例的、对于典型的烃族的、在恒温下的饱和压力-密度的曲线图。
图6显示根据实施例的处理例程。
图7显示根据实施例的驱动增益-平均气体空隙分数的曲线图。
具体实施方式
图1-7和以下描述描绘了特定实例，以教导本领域技术人员如何制造和使用流控制系统的实施例的最佳模式。为了教导有创造性的原理，简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员将认识到落在本描述的范围内的这些实例的变型。本领域技术人员将认识到，下面描述的特征可按各种方式组合，以形成流控制系统的多个变型。因此，下面描述的实施例不受限于下面描述的特定实例，而是仅由权利要求及其等同物限制。
图1显示根据实施例的呈科里奥利流量计的形式的振动计5，其包括传感器组件10和量计电子器件20。传感器组件10和量计电子器件20可经由导线100而电连通。在显示的实施例中，传感器组件10接收流动的流体。
在显示的实施例中，量计电子器件20连接于传感器组件10，以测量流动材料的一个或更多个特性，诸如例如，密度、质量流率、体积流率、总质量流量、温度和其它信息。虽然显示了量计电子器件20与单个传感器组件10连通，但是应当认识到，量计电子器件20可与多个传感器组件以及多个附加的量计电子器件20连通。另外，应当认识到，虽然描述了振动计5包括科里奥利流量计，但是振动计5可仅容易地包括另一种类型的振动计，诸如振动密度计、振动体积流量计，或者缺乏科里奥利流量计的所有测量能力的一些其它振动计。因此，本实施例不应局限于科里奥利流量计。相反地，量计电子器件20可与具有流动流体或静止流体的其它类型的传感器组件连通。
传感器组件10包括一对凸缘101和101'、歧管102和102'，以及管道103A和103B。歧管102、102'附于管道103A和103B的相对的端部。科里奥利流量计的凸缘101和101'附于间隔件106的相对的端部。间隔件106在歧管102、102'之间保持间隙，以阻止管道103A和103B中的不合需要的振动。管道103A和10B3以基本平行的方式从歧管向外延伸。当传感器10插入到运送流动材料的管路系统(未显示)中时，材料通过凸缘101进入传感器组件10，穿过入口歧管102，在入口歧管102中，总量的材料引导成进入管道103A、103B，流过管道103A、103B，并且回到出口歧管102'中，在出口歧管102'中，总量的材料通过凸缘101'离开传感器组件10。如显示的，凸缘101和101'以及因而联接于凸缘101，101'的管路(参见图3)包括直径D1，而流管道103A和103B中的每一个包括减小的直径D2。在下面更详细地讨论横截面流面积的潜在减小。
传感器组件10可包括驱动器104。显示了驱动器104在其中驱动器104可以以例如驱动模式使管道103A、103B振动的位置附于管道103A、103B。驱动器104可包括许多众所周知的布置中的一个，诸如安装于管道103A的线圈，以及安装于管道103B的相对的磁体。呈交流电形式的驱动信号可由量计电子器件20提供，诸如例如经由路径110，并且传送通过线圈，以使管道103A、103B两者围绕弯曲轴线W-W和W'-W'振荡。
传感器组件10还包括附于管道103A、103B的一对拾取传感器105、105'。根据实施例，拾取传感器105、105'可为电磁检测器，例如，产生表示管道103A、103B的速度和位置的拾取信号的拾取磁体和拾取线圈。例如，拾取装置105、105'可经由路径111、111'将拾取信号供应给量计电子器件20。本领域技术人员将认识到，管道103A、103B的运动与流动材料的某些特性成比例，例如，流过管道103A、103B的材料的质量流率和密度。
传感器组件10可另外包括温度传感器107，诸如电阻温度装置(RTD)，以便测量管道103A、103B内的流体的温度。RTD可经由导线112来与量计电子器件20电连通。
根据实施例，量计电子器件20接收来自拾取装置105、105'的拾取信号。路径26可提供允许一个或更多个量计电子器件20与操作者交互的输入和输出手段。量计电子器件20可测量被测试的流体的一个或更多个特性，诸如例如，相位差、频率、时延(相位差除以频率)、密度、质量流率、体积流率、总质量流量、温度和其它信息。
图2显示根据实施例的图1中概述的量计电子器件20。量计电子器件20可包括接口201和处理系统203。处理系统203可包括存储系统204。存储系统204如显示的可包括内部存储器，或者可选地，可包括外部存储器。量计电子器件20可产生驱动信号211，并且将驱动信号211供应给图1中显示的驱动器104。量计电子器件20还可经由图1中显示的导线111和111'接收来自传感器组件10(诸如来自拾取传感器105、105')的传感器信号210。在一些实施例中，可接收来自驱动器104的传感器信号210。量计电子器件20可作为密度计操作，或者可作为流量计操作，包括作为科里奥利流量计操作。应当认识到，量计电子器件20还可作为一些其它类型的振动计组件操作，并且提供的特定实例不应当限制本实施例的范围。量计电子器件20可处理传感器信号210，以便获得流过管道103A、103B的材料的一个或更多个流特性。
接口201可经由导线110、111、111'接收来自驱动器104或拾取传感器105，105'的传感器信号210。接口201可执行任何必要或期望的信号调节，诸如格式化、放大、缓冲等的任何方式。可选地，可在处理系统203中执行信号调节中的一些或全部。另外，接口201可实现量计电子器件20与外部装置之间的连通。接口201可能够进行任何方式的电子通信、光通信或无线通信。
在一个实施例中，接口201可包括数字转换器(未显示)，其中，传感器信号210包括模拟传感器信号。数字转换器可对模拟传感器信号取样并且使其数字化，并且产生数字传感器信号。数字转换器还可执行任何需要的抽选，其中，抽选数字传感器信号，以便减少需要处理的信号量，以及减少处理时间。
处理系统203可进行量计电子器件20的操作，并且处理来自传感器组件10的流测量。处理系统203可执行实现一个或更多个处理例程所需的数据处理，以及处理流测量，以便产生一个或更多个流特性。
处理系统203可包括通用计算机、微处理系统、逻辑电路或一些其它通用或定制化处理装置。处理系统203可分布在多个处理装置之中。处理系统203可包括任何方式的整体或独立的电子存储介质，诸如存储系统204。
应当理解，量计电子器件20可包括本领域中大体已知的各种其它构件和功能。为了简洁，从描述和图中省略了这些附加的特征。因此，本实施例不应局限于显示和讨论的特定实施例。
图3显示根据实施例的流体流系统300。流体流系统300包括管路301，管路301包括流体入口301A和流体出口301B。管路包括凸缘接头301'，其中，流体入口301A可联接于管路301的其余部分。例如，在密闭输送应用中，流体入口301A可为卖方系统的一部分，而在凸缘接头301'下游的其余构件包括买方系统的一部分。
如显示的，振动计5可位于管路301内，并且包括流体流系统300的一部分。根据实施例，管路301进一步包括第一流体控制阀302、第一压力传感器303、第二压力传感器304和第二流体控制阀305，它们都经由导线306、307、308和309与量计电子器件20电连通。另外，图3中显示的是系统控制器310，其经由导线311与量计电子器件20电连通。另外，如显示的，管路301使上面提到的构件与彼此流体连通。
应当认识到，虽然显示了第一阀302和第二阀305以及第一压力传感器303和第二压力传感器304与量计电子器件20直接电连通，但是在其它实施例中，这些构件可与系统控制器310直接电连通。因此，本实施例不应局限于图中显示的确切构造。因此，系统控制器310可包括中央处理系统、通用计算机，或者一些其它类型的通用或定制化处理装置，它们可处理接收自压力传感器303、304的信号，以及接收自振动计5的量计电子器件20的信号。因此，系统控制器310可不包括振动计5的部分，而是可配置成处理来自振动计5的信号。系统控制器310还可与用户接口(未显示)处于电连通。这可允许用户根据用户的偏好或要求来配置系统控制器310。
根据实施例，可控制流体流系统300，使得流过流体流系统300的流体保持处于高于流体的饱和压力的压力。如可认识到的，流体流系统300内的流体可包括纯物质或者两种或更多种物质的混合物。因此，流体的饱和压力可基于流过系统300的特定(多种)物质而改变。如可认识到的，从液体漏出的气体可不在管路301内引起问题；然而，当在振动计5的传感器组件10以及流体流系统300的其它构件中时，气体可引起测量问题。此外，与在管路301的其它部分中相比，流体很有可能在传感器组件10内降低到饱和压力以下。原因之一是因为传感器组件10的流管道103A和103B的总横截面积典型地小于如上面提到的具有管路直径D1和流管道直径D2的管路横截面积，D2小于D1。与如图1所示的双流管道传感器组件(其中，流率在两个管道103A、103B之间分割)相比，横截面积差异典型地在单个流管道传感器组件中甚至更大。原因在于，单个流管道传感器典型地需要较大的科里奥利力来在拾取之间产生可测时延。通过旋转参考系由质量移动产生的科里奥利力与其速度成比例。用于增大科里奥利力的普通方法是通过减小横截面积来增大流体的流速。
为了理解如何使流体的压力保持高于饱和压力，重要的是理解哪些因素可影响流体流过系统300时的流体的压力。如大体已知的，在给定的控制体积内，质量不变。假设不可压缩的液体，质量进入控制体积时的速率等于其离开时的速率。可使用公式(1)和图3来示出该原理。在流体流系统300内从点331移动到点333，质量在每个点处不变。然而，当流体从点331移动到点332时，横截面流面积减小，这是因为流面积的直径从由管路301的直径D1限定的总流面积减小到由传感器组件10的流管道103A和103B(均具有直径D2)或单个流管道传感器组件的流管道(具有直径D2)限定的总流面积。横截面流面积减小要求流体的速度增大，以便保持相同的质量流率，如公式(1)示出的。
(1)
其中：
是质量流率；
ρ是流体密度；
υ是平均流体速度；以及
A是总横截面积。
如可看到的，假设流体密度保持恒定，这对于许多流体为有效假设，流体速度在传感器组件10内增大，以在横截面积从点331到点332减小时保持相同的质量流率。
另外从柏努利公式了解到，系统内的总压力等于动态压力、静水压力和静压的总和。静压是在流体内的点处的热动压力，而动态压力是由流速引起的附加压力。静水压力是由高于基准平面的海拔的变化引起的附加压力。
(2)
其中：
(3)
(4)
其中：
g是由重力引起的加速度；以及
z是高于基准面的点的海拔。
因此，如果假设系统内的流体包括不可压缩的无粘性的无旋转流，则柏努利公式给出公式(5)。
常数= (5)
如果对于流体流系统300忽视了高度引起的压力变化(静水压力)，这对于大多数系统为合理的假设，则可依照点331和332将公式(5)改写成如下：
(6)
参照流体流系统300，当流体从传感器组件10之外的点331移动到传感器组件10内的点332时，速度有变化，以使质量流率守恒。因此，保持公式(6)中显示的关系，动态压力以速度的平方的速率显著地增大，从而导致静压减小。当流体流出传感器组件10并且回到管路301中至横截面积由于直径D1增大而增大的点333时，静压在流体速度减小时恢复，以保持质量流率。
在质量流率和密度由振动计5以及确定点331处的静压的压力传感器303容易地确定的情况下，可容易地计算传感器组件10内的点332处的静压，这是因为管路301以及流管道103A、103B的横截面积是已知的或者可测量得到。因此，使用柏努利公式，可通过重新整理公式(6)来确定传感器组件10内的静压，而不需要流管道103A、103B内的压力传感器。在目前描述的实施例中，横截面流面积由均具有直径D2的流管道103A、103B两者限定；然而，在单个流管道传感器组件中，横截面流面积将由具有直径D2的单个流管道限定。对于双流管道传感器组件，当通过每个流管道的速度应当近似相等时，所关心的两个流管道的联合横截面积用于确定速度。因此，每个流管道103A、103B内的压力应当近似相等。然而，当确定通过系统的质量流率时，量计电子器件20将组合通过双流管道传感器组件的两个管道的质量流量，如在本领域中大体已知的。
以上讨论涉及不存在由流体粘性引起的不可恢复的压力损失(即，摩擦损失)的理想情形。如大体已知的，这在一些情形中是不实际且不充分的表征。相反地，当流体流过流体流系统300时，流体耗散能量，并且压力横跨给定长度的管下降。该压力损失被认为是不可恢复的，这是因为其是通过摩擦损失被消耗的。由通过管的粘性损失引起的压降可由达西—威斯巴赫表征为：
(7)
其中：
ΔPviscous为粘性压力损失；
f是摩擦系数(有时被称为达西摩擦系数)；
L是测量之间的长度；以及
D是管直径。
可用实验的方式确定摩擦系数，或者可从查找表、图表等中获得摩擦系数。例如，制造商提供许多传感器组件的摩擦系数，以使用户可确定通过传感器组件的流体的不可恢复的能量损失。
将公式(7)添加到公式(6)中，以考虑粘性压力损失，得到公式(8)。
(8)
在考虑粘性损失的情况下，当管的横截面积减小时，静压下降得更多，以便使质量流量守恒。如果考虑粘性压力损失，并且在例如其中横截面积基本上相同的点331和333处测量压力，则假设测得的由粘性作用引起的压力损失通过传感器组件10而是线性的。这在图4中由线401示出。
图4显示静压-流体流系统位置的图表。如可看到的，点331处的压力可由第一压力传感器303测量，并且作为第一压力信号213被发送到量计电子器件20。在显示的实施例中，第一压力为近似100psi(6.9巴)。点333处的压力可由第二压力传感器304测量，并且作为第二压力信号214被发送到量计电子器件20。在显示的实施例中，第二压力为近似85psi(5.9巴)。因此，根据典型地在现有技术系统中得到的两个压力测量值，用户或操作者将假设压力仅降低了近似15psi(1巴)，并且因而仍然远高于饱和压力，在本实例中，饱和压力为大约60psi(4巴)。然而，在不考虑传感器组件10内发生的静压下降的情况下测量传感器组件10之前和之后的压力在整体上提供系统300的不充分表征。
如上面说明的，在许多情形中，流管道103A、103B的横截面积小于管路301的横截面积。因此，典型地在传感器组件10内经历流体流系统300内的最低静压。图4中的线402表示在流体在点331和332之间流动时，即，在流体流过传感器组件10时，流体静压的示例性压力分布。如可预计的，由于粘性损失，故存在一般的静压下降趋势。然而，因为速度在流体流过传感器组件10时显著增大，所以静压像流体速度那样快速下降，并且因而管道103A、103B内的动态压力增大。如可认识到的，紧接着在离开传感器组件10之前，在传感器组件10的端部处看到最低静压。在离开传感器组件10之前，流体静压已下降到流体的饱和压力以下。因此，流体可在气体从液体中漏出时开始变相。
根据实施例，可调节通过流体流系统300的流体流，以便确保流体保持高于流体的饱和压力。可用至少两种方式实现该控制。第一种方式是减小流体速度，以便减小位置332处的动态压力，这实际上将增大位置332处的静压。另一种方式是增大管路压力。这有效地升高图4中的线401和线402两者，以使线402的部分不降到由线403指示的饱和压力之下。可通过调节泵(未显示)，或者通过调节分别位于传感器组件10的上游和下游的第一流体控制阀302和第二流体控制阀305，来控制管路内的流体速度和流体压力。例如，如果位于传感器组件10上游的第一流体控制阀302部分地关闭(限流)，则流速将减小。如果相反地，第一流体控制阀302进一步打开，并且/或者第二流体控制阀305部分地关闭以限制流量，则管路压力增大。可经由例如量计电子器件20或系统控制器310来控制流体流系统300。可选地，用户或操作者可手动地控制第一控制阀302和第二控制阀305。
因为大多数振动计在量计的管道内不包括压力传感器，所以目前描述的实施例提供可选方法，其用于使用可由振动计5测得的流特性以及在振动计5上游和/或下游得到的压力测量值来确定振动计的管道内的静压。如上面讨论的，许多振动计以及特别是科里奥利流量计能够测量各种各样的流特性，诸如例如，质量流率、体积流率、流体密度、总质量流率和温度。这些测得的流特性中的一个或更多个可用来确定传感器组件10内的静压。
根据实施例，还可基于饱和压力和一个或更多个流特性之间的已知或先前确定的关系来确定传感器组件10内的流体的饱和压力。例如，如果在烃测量应用中使用流体流系统300，则已经发现烃流体的密度及其在给定温度下的饱和压力之间存在近似关系。这可在例如图5中看到。
图5显示在两个不同温度下的实例烃族的饱和压力-密度的图表。如可看到的，对于0°和50°两者，在密度和饱和压力之间存在近似线性的关系。因此，如果振动计5确定了流过传感器组件10的流体的密度和温度，则可确定流体的饱和压力。使用诸如图5中显示的图表或查找表允许基本上实时地确定流体的饱和压力。应当认识到，可使用其它方法，诸如从存储值获得饱和压力。然而，在密闭输送应用中，混合物的确切纯度随位置改变，并且因而，使用假设的饱和压力可为不实际或不精确的。相比之下，通过测量密度和温度，可使用与图5中显示的曲线图类似的曲线图来插入饱和压力。
图6显示可用来确定传感器组件10内的流体的静压的处理例程600。处理例程600可存储在例如量计电子器件20中。可选地，处理例程600可存储在系统控制器310内并且由其进行。根据实施例，处理例程600在步骤601中开始，其中，测量管路301中的流体的静压。可使用第一压力传感器303和/或第二压力传感器304来测量管路301中的压力。可将测得的压力提供给量计电子器件20，作为第一压力信号213或第二压力信号214。可选地，可将测得的压力直接提供给系统控制器310。虽然可在管路301中的任何点处测量压力，但是在优选实施例中，压力传感器303和/或304位于传感器组件10附近，使得两个压力传感器303、304之间的压降可归因于传感器组件10，而不是流体流系统300的另一个构件。
在步骤602中，振动计5可基于接收自传感器组件10的传感器信号210来测量一个或更多个流特性。根据实施例，测得的流特性可包括测得的质量流率。根据另一个实施例，测得的流特性可包括测得的体积流率。测得的流特性可进一步包括测得的密度。测得的流特性可进一步包括测得的温度。
在步骤603中，量计电子器件20或系统控制器310可确定传感器组件10内的静压。根据实施例，可基于测得的管路压力以及一个或更多个流特性来确定传感器组件10内的静压。如上面说明的，传感器组件10的尺寸(横截面积和长度)和摩擦系数是已知的，或者可容易地测量。因此，使用一个或更多个流特性，可确定粘性压力损失。另外，如果确定压力传感器303位于其中的点331的流体速度，以及点332处或传感器组件10内的任何其它点处的流体速度，则可通过静压的重新整理公式(7)和(8)来确定该点处的静压。根据一个实施例，确定的静压包括刚好在离开传感器组件10之前的静压。确定该点处的静压将大体是由粘性压力损失引起的最低静压。然而，可根据公式(7)和(8)，通过调节长度L来简单地确定传感器组件中的其它点处的静压。
处理例程600可基于传感器组件10内的静压来确定流体是否包含至少一些气体。例如，在步骤604中，可比较静压与阈值或范围(值的范围)。阈值阀可基于例如流体的确定的饱和压力。可选地，阈值可基于用户输入值。用户输入值可不包括流体的饱和压力，而是可包括假设高于饱和压力的值，使得如果静压高于阈值，则其也将高于饱和压力。阈值或范围可比确定的饱和压力高预定量。这可允许静压有一些变化，而不短暂地降到饱和压力以下。根据实施例，可基于例如测得的密度和温度来确定饱和压力。根据另一个实施例，可基于先前存储的值来确定饱和压力。
根据实施例，如果静压在阈值或值范围内，则过程可前进到步骤605，其中，可不需要另外的行动。例如，如果阈值基于确定的饱和压力并且静压高于饱和压力，则可不需要另外的行动。
然而，根据实施例，如果静压在阈值或范围之外，则过程可前进到步骤606，其中，系统控制器310或量计电子器件20可执行一个或更多个行动。例如，如果静压低于饱和压力，则系统控制器310或量计电子器件20可执行一个或更多个行动。根据实施例，在静压在阈值或范围之外的情况下采取的行动可为确定流体包含至少一些气体。如上面讨论的，例如，如果静压低于饱和压力，则流体将开始闪蒸，或者将发生放气，从而导致在流体中存在至少一些气体。
根据实施例，可采取的另一个动作可为系统控制器310调节第一阀302或第二阀305中的一个或更多个，以便降低流体速度或提高管路压力。可选地，可发布警报，提醒用户或操作者，流体可放气或闪蒸。本领域技术人员将容易地认识可选程序，如果处理例程600确定传感器组件10内的测得的静压已经降到流体的饱和压力以下，则可继续进行该可选程序。
根据另一个实施例，量计电子器件20或系统控制器310可基于振动计5的驱动增益来确认流体低于饱和压力。驱动增益可限定为拾取线圈电压乘以驱动线圈电压。例如，如从美国专利6,564,619的现有技术中已知的，科里奥利流量计的驱动增益可用来检测气体的存在。
虽然以上讨论确定传感器组件10内的流体的静压，但是应当认识到，可使用以上方法来确定流体流系统300内的其它位置处的流体的静压，只要知道所关心的位置的横截面流面积。确定流体流系统300的其它位置处的流体的静压假设由传感器组件10确定的流特性在所关心的位置处相同。
图7显示示例性振动计的驱动增益-空隙分数的图表。如显示的，在达到1%的空隙分数之前，驱动增益快速增大到大约100%。因此，量计电子器件20、系统控制器310或两者可比较测得的驱动增益与阈值驱动增益水平。如果例如测得的驱动增益超过阈值驱动增益水平，则流体流可低于饱和压力，或者发生了一些其它误差，从而导致携带的气体。如果检测到携带的气体，则可调节流体流，以减小流速或增大管路压力，以便将传感器组件10内的静压增大到饱和压力以上。因此，监测驱动增益以确定流体中的气体可用作对流体仍然低于饱和压力的确认。
上面描述的实施例提供用于基于振动计5的传感器组件10内的确定的静压来确定振动计5内的气体的存在的系统和方法。不像仅测量管路内的流体的压力的现有技术系统，上面描述的实施例利用一个或更多个流特性以及管路301内的流体的测得的压力来确定传感器组件10内的流体的静压。因此，可获得更精确且改进的测量。基于传感器组件内的确定的静压，可确定流体是否包含至少一些气体。例如，如果静压在阈值或范围之外，则可确定流体包含至少一些气体。如果确定流体不包含至少一些气体，则可采取另外的行动。
以上实施例的详细描述不是发明人构想的在本描述的范围内的所有实施例的穷尽性描述。实际上，本领域技术人员将认可，上面描述的实施例的某些元件可不同地组合或删除，以产生另外的实施例，并且这样的另外的实施例落在本描述的范围和教导之内。对本领域技术人员也将显而易见的是，上面描述的实施例可全部或部分地组合，以产生在本描述的范围和教导之内的附加实施例。
因而，虽然为了说明在本文中描述了流控制系统的特定实施例和实例，但是各种等同修改在本描述的范围内是可能的，如有关领域的技术人员将认可的。本文中提供的教导可应用于其它流体流系统，而不仅仅是上面描述以及附图中显示的实施例。因此，应当根据以下权利要求来确定实施例的范围。

Claims (12)

1.一种流体流系统(300)，其包括：
具有流动的流体的管路(301)；
第一压力传感器(303)，其位于所述管路(301)内，并且确定所述管路(301)内的第一压力；
振动计(5)，其包括：
传感器组件(10)，其在所述管路(301)内位于所述第一压力传感器(303)附近，并且与所述第一压力传感器(303)流体连通；以及
量计电子器件(20)，其与所述传感器组件(10)电连通，并且构造成接收一个或更多个传感器信号(210)，以及测量一个或更多个流特性；
系统控制器(310)，其与所述第一压力传感器(303)电连通，并且与所述量计电子器件(20)电连通，并且构造成：
接收来自所述第一压力传感器(303)的所述第一压力测量值；
接收来自所述量计电子器件(20)的所述一个或更多个流特性；
基于所述传感器组件(10)内的所述流体的压力和所述一个或更多个流特性来确定所述流体的静压；
基于所述流体的静压来确定所述流体是否包含至少一些气体；以及
如果所述流体的静压在阈值或范围之外，则调节所述流体流，其中，所述调节是增大管路线路压力和减小流体流率中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的流体流系统(300)，其特征在于，所述系统控制器(310)进一步构造成：如果所述流体的静压在阈值或范围之外，则确定所述流体包含至少一些气体，所述阈值或范围基于所述流体的饱和压力。
3.根据权利要求2所述的流体流系统(300)，其特征在于，所述系统控制器(310)进一步构造成基于所述流体的测得温度和密度来确定所述饱和压力。
4.根据权利要求1所述的流体流系统(300)，其特征在于，所述系统控制器(310)进一步构造成确定驱动增益，比较所述驱动增益与阈值，以及如果所述驱动增益超过所述阈值，则确定所述静压在阈值或范围之外。
5.一种用于振动的传感器(10)的量计电子器件(20)，所述传感器(10)位于具有流动的流体的管路(301)内，并且与一个或更多个压力传感器(303，304)流体连通，所述量计电子器件(20)构造成：
测量流过所述传感器组件(10)的所述流体的一个或更多个流特性；
接收指示所述管路(301)中的所述流体的静压的第一压力信号(213)；
基于所述第一压力信号(213)和所述一个或更多个测得的流特性来确定所述传感器组件(10)内的流体的静压；以及
基于所述流体的静压是否在阈值或范围之外来确定所述流体是否包含至少一些气体；
如果所述流体的静压在所述阈值或范围之外，则调节所述流体流，其中，调节所述流体流是通过增大管路线路压力和减小流体流率中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的量计电子器件(20)，其特征在于，所述阈值或范围基于所述流体的饱和压力。
7.根据权利要求6所述的量计电子器件(20)，其特征在于，进一步构造成基于所述流体的测得温度和密度来确定所述饱和压力。
8.根据权利要求5所述的量计电子器件(20)，其特征在于，进一步构造成确定驱动增益，比较所述驱动增益与阈值，以及如果所述驱动增益超过阈值，则确定所述静压在阈值或范围之外。
9.一种用于操作流体流系统的方法，所述流体流系统包括流过管路的流体、位于所述管路内的第一压力传感器，以及振动计，所述振动计包括与所述第一压力传感器流体连通的传感器组件，所述方法包括以下步骤：
使用所述第一压力传感器来测量所述管路内的所述流体的压力；
使用所述振动计来测量所述流体的一个或更多个流特性；
基于所述管路内的所述流体的压力和所述一个或更多个流特性来确定所述流体的静压；
基于所述流体的静压来确定所述流体是否包含至少一些气体；以及
如果所述流体的静压在阈值或范围之外，则通过增大管路线路压力和减小流体流率中的至少一种调节所述流体流，所述阈值或范围基于所述流体的饱和压力。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：如果所述流体的静压在阈值或范围之外，则确定所述流体包含至少一些气体。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：基于所述流体的测得温度和密度来确定所述饱和压力。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：
确定驱动增益；
比较所述驱动增益与阈值；以及
如果所述驱动增益超过所述阈值，则确定传感器组件内的所述流体的静压在阈值或范围之外。
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