CN103814276A - 确定多仪表流体流动系统的差示流动特性的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种流体流动系统(300)。该流体流动系统(300)包括具有流动流体的管线(302)。该流体流动系统(300)还包括第一振动仪表(5)，第一振动仪表(5)包括位于管线(302)内的第一传感器组件(10)并且配置成确定包括第一流速的一个或多个流动特性。提供包括位于管线(302)内的第二传感器组件(10')的第二振动仪表(5')；第二振动仪表(5')与第一传感器组件(10)流体连通并且配置成确定包括第二流速的一个或多个流动特性。流体流动系统(300)还包括与第一和第二振动仪表(5,5')电气连通的系统控制器(310)。系统控制器(310)配置成接收第一和第二流速并且基于第一和第二流速来确定差示流速。系统控制器(310)还配置成将差示流速与阈值或带进行比较，并且如果差示流速小于阈值或带则对一个或多个流动特性进行校正。

Description

确定多仪表流体流动系统的差示流动特性的方法和装置
技术领域
下面描述的实施例涉及振动仪表，更具体地涉及一种确定具有多个振动仪表的流体流动系统的差示流动特性的方法和装置。
背景技术
振动传感器(诸如振动密度仪表和Coriolis流量仪表)总体上是众所周知的，且被用于测量流动通过流量仪表中管道的材料的质量流速和其它信息。示例性的Coriolis流量仪表公开于美国专利4,109,524、美国专利4,491,025、和再版专利31,450(均授予J.E. Smith等人)中。这些流量仪表具有直的或弯曲配置的一条或多条管道。Coriolis质量流速仪表中的各管道配置具有一组自然振动模式，这些自然振动模式可属于简单的弯曲、扭转、或耦联类型。各管道可以被驱动从而在优选模式下振荡。
材料从流量仪表入口侧上的连接管线流动到流量仪表，被引导通过管道，并通过流量仪表的出口侧离开流量仪表。振动的材料填充系统的自然振动模式是部分地由管道与在管道内部流动的材料的组合质量限定。
当不存在通过流量仪表的流动时，施加到管道的驱动力导致沿管道的所有点以相同的相位或小的“零偏移”振荡（零偏移是在零流量时测量的时延）。当材料开始流动通过流量仪表时，Coriolis力导致沿管道的各点具有不同的相位。例如，在流量仪表入口端的相位落后于在居中的驱动器位置的相位，同时在出口处的相位领先于在居中的驱动器位置的相位。管道上的拾取传感器产生代表管道运动的正弦信号。对来自拾取传感器的信号输出进行处理，以确定拾取传感器之间的时延。两个或更多个拾取传感器之间的时延与流动通过管道的材料的质量流速成比例。
连接到驱动器的仪表电子器件生成驱动信号以操纵驱动器，并且基于从拾取传感器接收的信号确定材料的质量流速和其它特性。驱动器可包括许多众所周知的布置中的一种；然而，磁体和相对的驱动线圈在流量仪表行业已获得巨大成功。使交流电流流到驱动线圈，以使管道以期望的流管振幅和频率振动。在本技术领域也已知的是，以非常类似于驱动器布置的磁体和线圈布置而提供拾取传感器。然而，虽然驱动器接收引起运动的电流，但拾取传感器可以利用由驱动器提供的运动而产生电压。由拾取传感器测量的时延的量是非常小的；经常是以纳秒形式测量。因此，必须使传感器输出非常精确。
总体上，可以对Coriolis流量仪表进行初始校正，并且可以生成伴随零偏移的流量校正因子。在使用中，可以将流量校正因子乘以减去零偏移的由拾取传感器测量的时延，以生成质量流速。在大多数情况下，通常由制造商对Coriolis流量仪表进行初始校正，并且假定提供精确测量而无需随后的校正。另外，一种现有技术的方法包括在安装之后由用户通过停止流动、关闭阀门而进行对流量仪表进行零校正，由此为仪表提供在处理条件下的零流量参考。
如上所述，在许多振动传感器(包括Coriolis流量仪表)中可存在零偏移，现有技术方法对该零偏移初始校正。尽管此初始确定的零偏移在有限的环境下可以合适地校正测量值，但由于多种操作条件(主要是温度)的变化因而零偏移会随时间而变化，这导致了仅部分的校正。然而，其它操作条件也会影响零偏移，包括压力、流体密度、传感器安装条件等。而且，零偏移在仪表彼此之间可能以不同的速率而变化。以串联方式将多于一个的仪表加以连接以使得如果测量相同的流量则每个仪表的读数应当相同的情况会是特别令人感兴趣的。这种情况的示例包括燃料消耗和泄漏检测的应用。
已知的是，确定不同的零偏移以将两个仪表配置成当流动通过仪表的流量基本相同时读出基本相同的流速（如国际公布WO/2011/019344所教导，其被分配给本发明申请人并且其教导的所有内容以参考的方式并入本文中）。然而，仍然需要对从多传感器系统获得的差示测量值加以改进。下面描述的实施例克服了此问题和其它问题，并且实现了本领域的进步。在下面描述的实施例中，通过加入低的差示流量截止值(如果确定的差示流量低于阈值或带，则其对确定的差示流量以及其它流动特性进行校正的)而改进从两个或更多个振动仪表获得的差示流量测量值。
发明内容
根据实施例提供一种流体流动系统。所述流体流动系统包括具有流动流体的管线以及包括第一传感器组件的第一振动仪表，所述第一传感器组件位于管线内并且配置成确定包括第一流速的一个或多个流动特性。根据实施例，所述流体流动系统还包括包括第二传感器组件的第二振动仪表，所述第二传感器组件位于所述管线内并且与第一传感器组件流体连通并且配置成确定包括第二流速的一个或多个流动特性。根据实施例，所述流体流动系统还包括系统控制器，所述系统控制器与第一或第二振动仪表中的至少一个电气连通。所述系统控制器配置成接收所述第一和第二流速并基于所述第一和第二流速确定差示流速。根据实施例，所述系统控制器还配置成将所述差示流速与阈值或带比较以及如果所述差示流速小于阈值或带则校正一个或多个流动特性。
根据实施例提供一种用于第一传感器组件的仪表电子器件，所述第一传感器组件位于管线内并且与振动仪表的第二传感器组件流体连通，所述振动仪表与仪表电子器件电气连通。所述仪表电子器件配置成接收来自第一传感器组件的传感器信号并且确定包括第一流体流速的一个或多个流动特性。根据实施例，所述仪表电子器件还配置成接收来自第二振动仪表的第二流体流速并基于所述第一和第二流体流速确定差示流速。根据实施例，所述仪表电子器件还配置成将所述差示流速与阈值或带比较以及如果所述差示流速小于所述阈值或带则校正一个或多个流动特性。
根据实施例提供一种操作流体流动系统的方法，所述流体流动系统包括第一振动仪表以及与所述第一振动仪表流体连通的第二振动仪表。所述方法包括接收来自所述第一振动仪表的第一传感器信号并且接收来自所述第二振动仪表的第二传感器信号的步骤。根据实施例，所述方法还包括基于所述第一和第二传感器信号确定包括第一和第二流速的一个或多个流动特性并基于所述第一和第二流速确定差示流速的步骤。根据实施例，所述方法还包括将所述差示流速与阈值或带比较以及如果所述差示流速小于阈值或带则校正一个或多个流动特性的步骤。
方面
根据一方面，一种流体流动系统包括：
具有流动流体的管线；
包括第一传感器组件的第一振动仪表，所述第一传感器组件位于管线内并且配置成确定包括第一流速的一个或多个流动特性；
包括第二传感器组件的第二振动仪表，所述第二传感器组件位于所述管线内并且与第一传感器组件流体连通并且配置成确定包括第二流速的一个或多个流动特性；
系统控制器，所述系统控制器与第一和第二振动仪表电气连通并且配置成：
接收所述第一和第二流速；
基于所述第一和第二流速确定差示流速；
将所述差示流速与阈值或带比较；以及
如果所述差示流速小于阈值或带，则校正一个或多个流动特性。
优选地，所述校正包括将所述差示流速设置为零。
优选地，所述第一或第二流速中的一个利用差示零偏移而确定。
优选地，系统控制器还配置成如果所述差示流速小于所述阈值则确定新的差示零偏移。
优选地，系统控制器还配置成如果所述差示流速小于所述阈值达预定量的时间则确定新的差示零偏移。
优选地，系统控制器还配置成将群延迟（group delay）施加到所述第一或第二流速中的一个以使得所述第一和第二流速表示在基本相同时间所发生的流速。
根据另一方面，一种用于第一传感器组件的仪表电子器件（所述第一传感器组件位于管线内并且与振动仪表的第二传感器组件流体连通，所述振动仪表与仪表电子器件电气连通）配置成：
接收来自第一传感器组件的传感器信号并且确定包括第一流体流速的一个或多个流动特性；
接收来自第二振动仪表的第二流体流速；
基于所述第一和第二流体流速确定差示流速；
将所述差示流速与阈值或带比较；以及
如果所述差示流速小于所述阈值或带，则校正一个或多个流动特性。
优选地，所述校正包括将所述差示流速设置为零。
优选地，所述仪表电子器件还配置成利用差示零偏移确定所述第一流体流速。
优选地，所述仪表电子器件还配置成如果所述差示流速小于所述阈值或带则确定新的差示零偏移。
优选地，所述仪表电子器件还配置成如果所述差示流速小于所述阈值或带达预定量的时间则确定新的差示零偏移。
优选地，所述仪表电子器件还配置成利用施加到所述第一流速的群延迟而确定所述差示流速以使得所述第一和第二流速表示在基本相同时间所发生的流速。
根据另一方面，一种操作流体流动系统的方法（所述流体流动系统包括第一振动仪表以及与所述第一振动仪表流体连通的第二振动仪表）包括步骤：
接收来自所述第一振动仪表的第一传感器信号并且接收来自所述第二振动仪表的第二传感器信号；
基于所述第一和第二传感器信号确定包括第一和第二流速的一个或多个流动特性；
基于所述第一和第二流速确定差示流速；
将所述差示流速与阈值或带比较；以及
如果所述差示流速小于阈值或带，则校正一个或多个流动特性。
优选地，所述校正包括将所述差示流速设置为零。
优选地，所述第一或第二流速中的一个利用差示零偏移而确定。
优选地，所述方法还包括如果所述差示流速小于所述阈值或带则确定新的差示零偏移的步骤。
优选地，所述方法还包括如果所述差示流速小于所述阈值或带达预定量的时间则确定新的差示零偏移的步骤。
优选地，确定所述差示流速的步骤包括将群延迟施加到所述第一或第二流速中的一个以使得所述第一和第二流速表示在基本相同时间所发生的流速。
附图说明
图1示出了根据实施例的振动仪表。
图2示出了根据实施例的用于振动仪表的仪表电子器件。
图3示出了根据实施例的流体流动系统。
图4示出了质量流速对时间的曲线图。
图5示出了在变化的供应流速情况下质量流速对时间的曲线图。
图6示出了在各种群延迟情况下差示流速和发动机消耗的曲线图。
图7示出了根据实施例的处理例程。
具体实施方式
图1-7和以下说明描述了具体示例，其教导本领域技术人员如何制作和使用传感器组件的实施例的最佳方式。出于教导本发明原理的目的，已简化或省略一些常规的方面。本领域技术人员将理解，这些示例的变型均落入本说明的范围内。本领域技术人员将理解，下文所述的特征可以以各种方式组合以形成振动仪表系统的多种变型。因此，以下描述的实施例不限于下文所述的具体示例，而仅由权利要求及其等同物限制。
图1示出了Coriolis流量仪表形式的振动仪表5的示例，其包括传感器组件10以及一个或多个仪表电子器件20。仪表电子器件20经由引线100连接到传感器组件10以测量材料的一个或多个流动特性，例如像是密度、质量流速、体积流速、总质量流量、温度、和其它信息。
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'附连到管道103A,103B的相对端部。本实施例的凸缘101和101'附连到歧管102和102'。本实施例的歧管102和102'附连到间隔件106的相对端部。在本实施例中，间隔件106保持歧管102和102'之间的间距以防止管道103A和103B中的不希望有的振动。管道103A和103B以基本上平行的方式从歧管向外延伸。当把传感器组件10插入携带流动材料的管线系统(见图3)中时，该材料通过凸缘101进入传感器组件10，穿过入口歧管102（在入口歧管102中材料总量被引导进入管道103A和103B），流动通过管路103A和103B并且回到出口歧管102'（在出口歧管102'中该材料通过凸缘101'离开传感器组件10）中。
传感器组件10包括驱动器104。驱动器104在该驱动器在驱动模式中可以振动管道103A,103B的位置处附连到管道103A和103B。更具体地，驱动器104包括附连到管道103A的第一驱动器部件(未图示)和附连到管道103B的第二驱动器部件(未图示)。驱动器104可包括许多众所周知的设置中的一种，例如安装到管道103A的磁体和安装到管道103B的相对的线圈。
在本示例中，驱动模式是第一异相弯曲模式，管道103A,103B被优选地选择并且被适当地安装到入口歧管102和出口歧管102'，从而提供围绕弯曲轴线W-W和W'-W分别具有基本相同的质量分布、惯性矩和弹性模量的平衡系统。在本示例中（其中驱动模式是第一异相弯曲模式），驱动器104围绕管道103A,103B的各自弯曲轴线W-W和W'-W'在相反的方向上驱动管道103A,103B。仪表电子器件20可以提供采用交流电流形式的驱动信号(例如像是经由通道110)，并且电流穿过线圈导致管道103A,103B振荡。本领域技术人员将理解的是，在本实施例的范围内可以采用其它驱动模式。
传感器组件10还包括附连到管道103A,103B的一对拾取传感器105,105'。更具体地，第一拾取部件(未图示)位于管道103A上，第二拾取部件(未图示)位于管道103B上。在图示的实施例中，拾取传感器105,105'可以是电磁检测器，例如产生代表管道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，拾取传感器105,105'可经由通道111,111'将拾取信号提供到仪表电子器件20。本领域技术人员将理解的是，管道103A,103B的运动与流动通过管道103A,103B材料的某些流动特性(例如质量流速、密度、体积流速等)成比例。
应当理解的是，虽然传感器组件10在上文中被描述为包括双流动管道传感器组件，但在本实施例的范围内采用单管道传感器组件是有益的。而且，虽然流动管道103A,103B被图示成包括弯曲的流动管道配置，但可用包括直的流动管道配置的传感器组件实施本实施例。因此，上述传感器组件10的特定实施例只是一个示例，而不应以任何方式限制本实施例的范围。
在图1所示的实施例中，仪表电子器件20接收来自拾取传感器105,105'的拾取信号。路径26提供允许仪表电子器件20与操作者或另一个仪表电子器件(见图3)连接的输入和输出手段。仪表电子器件20测量系统的一个或多个特性，例如相位差、频率、时延、密度、质量流速、体积流速、总质量流速、温度、仪表验证、和其它信息。更具体地，仪表电子器件20可以接收来自拾取传感器105,105'以及一个或多个温度传感器(未图示)的一个或多个信号，并利用此信息测量材料的各种特性。
此外，传感器组件10可以包括温度传感器107（诸如电阻测温装置(RTD)）以测量管道103A,103B内部的流体的温度。RTD可以经由引线112与仪表电子器件20电气连通。
利用振动仪表(例如Coriolis流量仪表或密度仪表)测量流动特性的技术是众所周知的；因此，为了使本说明简洁明了而省略了详细说明。
如上面简略的描述，与振动仪表(例如Coriolis流量仪表)有关的一个问题是存在零偏移，该零偏移是在零流体流量下拾取传感器105,105'测量的时延。如果在计算流速和各种其它流动特性时不考虑零偏移，那么在测量中所测量的流动特性通常将包含误差。用于补偿零偏移的典型的现有技术方法是在初始的校正过程期间测量初始零偏移(Δt0)，初始的校正过程通常包括关闭阀门并且提供零流量参考条件。这种校正过程在本领域是众所周知的，为了使说明简洁明了而省略了详细说明。一旦确定了初始零偏移，则在操作期间，通过按照公式(1)从测量的时延中减去初始零偏移而校正流量测量值。
=FCF(Δt测量的–Δt 0) (1)
其中：
Figure 300564DEST_PATH_IMAGE002
= 质量流速；
FCF = 流量校正因子；
Δt测量的 = 测量的时延；以及
Δt0 = 初始零偏移。
应当理解的是，公式(1)仅仅被提供作为一个示例并且不应以如何方式限制本实施例的范围。尽管公式(1)被提供以计算质量流速，但应当理解的是各种其它流量测量值会受零偏移的影响，因此也可以进行校正。
虽然此方法可以在单传感器组件系统中提供适当的结果，但存在其中并入多个串联的传感器组件的一些情况。例如，如上述国际公布WO/2011/019344中所解释的，在一些情况下，与如由任意一个单传感器组件所确定的绝对流速相比更关心由两个或更多个传感器组件所确定的两个测量流速之间的差值(差示流速)。在这种情况下，一个振动仪表可以包括要被校正的振动仪表的参考仪表，以便当通过这两个仪表的流量相同时提供基本相同的质量流速。
因为这两个仪表配置成在相同的条件下产生相同的测量值，所以这些仪表的绝对零偏移不如在单仪表量系统中那样重要。因此，根据实施例，仪表电子器件20或者多于一个的仪表电子器件可以配置成在两个或更多个传感器组件之间产生差示零偏移。该差示零偏移可以包括与在两个或更多个传感器组件之间的差示误差结合的传感器组件的初始零偏移。可能需要差示零偏移以便产生通过被校正的传感器和参考传感器的基本相同的流速。换句话说，参考上面的公式(1)，如果相同的流体流速流动通过被校正的传感器和参考传感器，那么这两个传感器利用公式(1)可以产生各传感器的两种质量流速。如果假设参考传感器的质量流速等于被校正的传感器组件的质量流速，那么可以计算被校正传感器的差示零偏移。此新的偏移基本上是差示偏移并且示于公式(2和3)中。
Figure DEST_PATH_IMAGE004
=
Figure DEST_PATH_IMAGE006
= FCF C [Δtc - (Δt0C + Δt E ] (2)
(3)
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
= 由参考传感器计算的质量流速；
Figure DEST_PATH_IMAGE012
= 由被校正传感器计算的质量流速；
Δt0c = 被校正的传感器的初始零偏移；
ΔtE = 差示误差；
ΔtC = 被校正的传感器的测量时延；以及
FCFC = 被校正的传感器的流量校正因子。
通过将被校正的传感器的零偏移与差示误差加以组合，可以进一步简化公式(3)。结果是定义差示零偏移的公式，其示于公式(4)中。
(4)
其中：
ΔtD = 差示零偏移。
因此，如国际公布WO/2011/019344中所解释的，差示零偏移可以说明在两个或更多个传感器组件（其测量基本相同的流量）之间所测量的流量特性的差值。当校正传感器中使用的差示零偏移而不是初始零偏移来求解公式(1)时，可以大大地改善传感器对的差示测量性能。例如，可以将差示零偏移存储于仪表电子器件20中。
图2示出了根据实施例的仪表电子器件20。仪表电子器件20可以包括接口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可包括如图所示的内部存储器，或者可替代地，可包括外部存储器。仪表电子器件20可以生成驱动信号211并且将驱动信号211提供给驱动器104。另外，仪表电子器件20可以接收来自下面所示的流量仪表10和/或传感器组件10'的传感器信号210，诸如拾取传感器信号。在一些实施例中，可以从驱动器104接收传感器信号210。仪表电子器件20可以用作密度仪表或者可以用作质量流量仪表，包括用作Coriolis质量流量仪表。应当理解的是，电子仪表20也可用作一些其它类型的振动仪表，并且所提供的特定示例不应限制本实施例的范围。仪表电子器件20可以处理传感器信号210从而产生流动通过管道103A,103B的材料的一个或多个流动特性。可利用存储的差示零偏移213产生一个或多个流动特性。在一些实施例中，仪表电子器件20可以例如从一个或多个电阻测温装置(RTD)传感器或其它温度测量装置接收温度信号212。
接口201可以经由引线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可执行任何必需的或期望的信号调理，诸如任何形式的格式化、放大、缓冲等。可替代地，可以在处理系统203中执行一些或全部的信号调理。另外，接口201可以允许仪表电子器件20与外部设备之间的通信。接口201可以胜任任何形式的电子通信、光学通信、或无线通信。
在一个实施例中，接口201可以包括数字化仪(未图示)，其中传感器信号包括模拟传感器信号。数字化仪可以对模拟传感器信号进行采样和数字化并且产生数字传感器信号。数字化仪也可以执行任何所需的抽取，其中数字传感器信号被抽取从而减小所需的信号处理的量并且缩短处理时间。
处理系统203可以执行仪表电子器件20的操作并且处理来自流量仪表10的流量测量值。处理系统203可以执行一个或多个处理例程，诸如差示偏移确定例程213，由此处理流量测量值从而产生对传感器零偏移中的漂移补偿的一个或多个流动特性。
处理系统203可以包括通用目的计算机、微处理系统、逻辑电路、或者一些其它通用目的的或定制的处理装置。处理系统203可以分布于多个处理装置中。处理系统203可以包括整体的或独立的电子储存介质中的任一种，例如储存系统204。
应当理解的是，仪表电子器件20可包括在本领域众所周知的各种其它部件和功能。为了简洁明了的目的，从说明和附图中省略了这些其它特征。因此，本实施例不应局限于图示和描述的具体配置。
尽管上述振动仪表可以被实施为单振动仪表系统，但存在使用多个串联振动仪表的许多应用。在这些应用的许多中，由各单独传感器组件测量的绝对流速不是特别令人感兴趣的，相反由各种传感器组件测量的流速之间的差值(即，差示流速)是用户或操作者主要感兴趣的流动特性。这种情况的两个常用示例是在燃料效率测量和泄漏检测测量的应用中。燃料效率应用示于图3中；然而，该图同样地适用于其它情况（诸如泄漏检测系统），其中多个传感器组件串联实施并且至少两个传感器组件之间的测量值差值是令人感兴趣的。
图3示出了根据实施例的流体流动系统300的方框图。尽管流体流动系统300被图示为典型的燃料效率系统，但应当理解的是燃料只是一种示例性的流体并且流体流动系统300同样地可适用于其它流体。因此，燃料的使用不应限制本实施例的范围。
流体流动系统300包括：燃料供给装置301、管线302、位于管线302中的第一传感器组件10、燃料出口304、和位于管线302中的第二传感器组件10'。因此，管线302提供在第一和第二传感器组件10,10'之间的流体连通路径。第二传感器组件10'可包括与如图1中所示第一传感器组件10相似的传感器组件。通常，发动机或其它燃料消耗装置将会位于在燃料出口304中的第一和第二传感器组件10,10'之间；然而，已从图中省略了该装置，以降低图示的复杂性。
图3中还示出了经由引线100,100'与相应的传感器组件10,10'电气连通的第一和第二仪表电子器件20,20'。此外，第一仪表电子器件20经由引线26与第二仪表电子器件20'电气连通。因此，第二仪表电子器件20'可以接收来自传感器组件10,10'两者的传感器信号。可替代地，第一仪表电子器件20可以处理来自第一传感器组件10的传感器信号并且向第二仪表电子器件20'提供测量的流动特性。第二仪表电子器件20'被图示为经由引线26'与系统控制器310电气连通。系统控制器310可以将信息输出到主机系统(未图示)。因此，系统控制器310可包括中央处理系统、通用目的计算机、或者可以处理从仪表电子器件20,20'二者所接收信号的一些其它类型的通用或定制的处理装置。因此，系统控制器310可以不包括振动仪表5,5'的一部分，相反可配置成处理来自振动仪表5,5'的信号。系统控制器310也可以与用户接口(未图示)电气连通。这可以允许用户根据用户的偏好或要求来配置系统控制器310。
在其它实施例中，传感器组件10,10'两者均可以直接联接到相同的仪表电子器件。可替代地，仪表电子器件20,20'两者均可联接到系统控制器310。根据实施例，第一和第二振动仪表5,5'包括Coriolis流量仪表。然而，振动仪表可包括缺少Coriolis流量仪表的测量性能的其它类型振动传感器。因此，本实施例不应局限于Coriolis流量仪表。
在使用中，可以经由管线302将流体(例如燃料)提供给第一传感器组件10。如上所述，第一振动传感器5可以计算各种流动特性（包括第一流体流速）。然后，燃料离开第一传感器组件10并朝向燃料消耗装置流动并到燃料出口304或第二振动仪表5'。如果从燃料出口304汲取燃料（例如像是如果发动机正在运行并消耗燃料），那么仅一部分的离开第一传感器组件10的燃料将流到第二传感器组件10'，因为发动机不燃烧所提供的所有燃料。第二振动仪表5'可以计算各种流动特性(包括第二流体流速)。如果发动机正在运行并消耗燃料，那么由第一和第二振动仪表5,5'测量的第一和第二流速将是不同的，其导致如公式(5)所定义的差示流速。
Figure DEST_PATH_IMAGE016
-
Figure DEST_PATH_IMAGE018
= Δ
Figure 466972DEST_PATH_IMAGE002
(5)
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE020
是由第一振动仪表5测量的质量流速；
是由第二振动仪表5'测量的质量流速；以及
Δ是差示流速。
尽管从质量流速方面提供公式(5)，但本领域技术人员将容易地认识到类似公式对于体积流速将如何展开。差示流速基本等于被发动机消耗的燃料的量，因此，流速为了燃料效率目的是令人感兴趣的。
未经使用的燃料流动通过第二传感器组件10'并且可以返回到燃料供给装置301，如图所示。应当理解的是，虽然流体流动系统300仅示出了一个燃料出口304和两个振动仪表5,5'，但在一些实施例中将存在多个燃料出口，并因此存在多于2个的振动仪表。
如国际公布WO/2011/019344中所论述，离开燃料出口304的燃料的流速(流体消耗量)通常远小于供给和返回管道302,306中的流速，其导致尺寸过大的传感器组件10,10'。可以容易地理解的是，在各单独振动仪表的零偏移中甚至小的漂移可以对整个系统产生不利影响。然而，因为两个流速之间的差值是令人感兴趣的值，所以校正测量值无需单独振动仪表5,5'的绝对零偏移。相反，可以使用第一振动仪表5的初始校正的零偏移，并且对于第二振动仪表5'可以计算差示零偏移（如上文所定义和在国际公布WO/2011/019344的申请中更详细说明的）。尽管第二振动仪表5'被图示在第一振动仪表5的下游，但该顺序可以被转换同时仍然保持在本实施例的范围内。通过示例，第二振动仪表5'可以对照第一振动仪表5而参考。然而，用作参考仪表的特定仪表不是重要的。因此，在零偏移包括差示零偏移的实施例中，振动仪表的一个可以被认为是参考仪表，而其它振动仪表的零偏移被校正以与该参考仪表匹配。因此，可以利用上述公式(4)计算差示零偏移。
虽然使用差示零偏移已在差示流量测量中作出了改进，但有时仍然会存在当两个仪表测量相同流量时在归零操作之间可能发生的小的差值。尽管这些差值常常小，但该差值当随时间推移总计时会是可观的。例如，如果关闭发动机达长时间段，同时燃料仍然流动通过该系统，来自第一和第二振动仪表5,5'的两个流速之间的总计的差示流速会积累到严重的误差。在这种情况期间，如果第二振动仪表5'测量到流速小于由第一振动仪表5所测量的流速，那么用户或操作者可能假定在系统中存在泄漏。相反，如果第二振动仪表5'测量到流速大于由第一振动仪表5所测量的流速，那么系统基本上断定发动机正在产生燃料，这可能显然是不真实的。
图4示出了从第一和第二振动仪表5,5'中获得的示例性流速测量值的曲线图。在时间零和大约12:00之间，通过流体流动系统300的流量约为2600 kg/hr。然而，在大约12:00处，发动机起动并且燃料通过离开燃料出口304而开始被消耗。因此，所提供的燃料略微增加到大约2750 kg/hr以确保将足够的燃料提供给发动机，其由第一振动仪表5测量并且示于图4中的线405上。然而，第二振动仪表5'测量约为1850 kg/hr的质量流速(如线405'所示)。因此，仪表电子器件20'或者系统控制器310可以确定由第一和第二振动仪表5,5'所测量流速的差值，（即第一和第二振动仪表5,5'之间的差示流速）约为900 kg/hr。如上所述，此差示流速是在燃料效率应用中令人感兴趣的值。
图4还示出了在大约18:00处(其中由第一和第二振动仪表5,5'测量的质量流速是基本相等)将发动机关闭。根据实施例，仪表电子器件20'可以确保发动机关闭因此不消耗燃料时所测量的差示流速进行校正。根据实施例，仪表电子器件20'例如可以将确定的差示流速与阈值或带进行比较。如果确定的差示流速小于阈值或带，那么系统控制器310或仪表电子器件20'可以对流体流动系统300的一个或多个流动特性进行校正。
根据实施例，校正可以包括确定差示流速为零。根据实施例，通过将由第二振动仪表5'测定的第二流速设置为等于由第一振动仪表5测定的第一流速，可以将差示流速设置为零。换句话说，即使由第一和第二振动仪表5,5'确定的流速是不相等，仪表电子器件20'或者系统控制器310可以输出零的差示流速。这类似于如现有技术单仪表量系统中已知的低流量截止值。然而，低流量截止值不能用于流体流动系统300的一些实施例，因为各振动仪表5,5'仍然具有流动通过传感器组件10,10'的可观的流体。因此，与其使用低流量截止，不如可以将差示流速与阈值或带(值的范围)进行比较。阈值或带可包括差示流速（如果低于该差示流速那么所确定的差示流速可归因于误差而不是实际差示流量）。用于阈值或带的特定值总体上将取决于流体流动系统300的特定环境。例如，在正常使用期间包括什么样的典型的差示流速值。优选地，阈值或带将充分地远离通常的差示流速，其限定当发动机装置消耗燃料时所确定的流速将不低于所述阈值或带。
根据另一个实施例，当确定差示流速低于阈值或带时所执行的校正可以包括通过确定新的差示零偏移而将差示流速设置为零。例如，如果差示流速低于阈值或带，那么确定的差示流速可归因于上面所确定的差示零偏移中的变化。因此，当差示流速低于阈值或带时，仪表电子器件20'例如可以假设通过振动仪表5,5'的流速基本相同，并且可以确定新的差示零偏移。根据实施例，可以在差示流速低于阈值或带的任意时间确定新的差示零偏移。可替代地，可以在差示流速低于阈值或带达预定量时间的任意时间，确定新的差示零偏移。当差示流速低于阈值或带达预定量时间并且通过第一和第二振动仪表5,5'的流速基本恒定时，可以确定新的差示零偏移。这可以防止在流量变动期间确定新的差示零偏移。在另一替代实施例中，如果用户启动新的归零例程而差示流速低于阈值或带，则可以确定新的零偏移。
根据另一个实施例， 当确定差示流速小于阈值或带时对一个或多个流动特性的校正可以包括对除了流速的流动特性的校正。例如，如果差示流速小于阈值或带，那么基本相同的流体流动通过传感器组件10,10'两者。因此，假设温度基本恒定，流动特性(诸如密度、粘度、体积流速等)应当是基本相同的。因此，在差示流速低于阈值或带的情况下，可以将由第一和第二振动仪表5,5'所确定的各种流动特性进行相互比较，以确保所确定的特性是基本相等的。当它们彼此是不相等的或者在阈值极限内，那么仪表电子器件20,20'或者系统控制器310可以对振动仪表5,5'中的一个或两个进行重新校正，以使得这两个振动仪表对于各种流动特性计算基本相等的值。可替代地，当差示流速小于阈值或带时，如果各种流动特性不基本匹配阈值极限或在其内，那么校正可包括报告出错消息。本领域技术人员将容易地认识到在发动机或其它流体消耗装置内部的温度可以显著地变化。因此，由于流体中的温度变化，即使当流速是基本相同时，流动通过第一和第二振动仪表5,5'的密度和/或粘度可以是不同的。因此，如果在第一和第二振动仪表5,5'内部流体温度不同，则需要进行相应的校正。例如，如果流速是作为质量流速进行测量，那么通过用在标准温度下的密度进行转换可以获得体积流速。
除了随时间推移可以在第一和第二振动仪表5,5'之间发生的差示零偏移中的变化以外，与多仪表量系统有关的另一个问题是当信号在两个或更多个振动仪表之间传输时可能发生的延迟。例如，如图3中所示，第一仪表电子器件20经由引线26与第二仪表电子器件20'电气连通。尽管引线26可包括多种不同的通信协议，但在流量仪表行业中一种特别流行的通信协议是Hart®协议。正如在本领域众所周知的，Hart®协议经常具有在发送信号的时间与接收信号的时间之间的延迟，这会影响测量。
通过举例，根据实施例，第二仪表电子器件20'可获得来自第一仪表电子器件20的测量信号。然而，由第二仪表电子器件20'接收信号的测量可延迟于通过预定的间隔由第一由仪表电子器件20从传感器组件10而初始接收传感器信号的时间。例如，第二仪表电子器件20'可基于在传感器组件10前0.5秒获得的传感器信号而接收测量信号。该延迟可以是由于处理延迟或采样延迟所致。当接收到测量信号时，之后第二仪表电子器件20'可以对由第一振动仪表5获得的第一流速与基于从第二传感器组件10'接收的传感器信号所确定的第二流速进行比较，以确定差示流速。只要在此采样时间期间流量保持基本恒定，便可以确定可接受的差示流速。然而，如果在各采样时间之间流速发生变化，那么来自第二传感器组件10'的传感器信号将与从第一振动仪表5所接收的错误流量进行比较，即第二仪表电子器件20'将比较基于在不同时间所获取的两个不同流速而获得的测量值。将此问题示于图5。
图5示出了质量流量对时间的曲线图。如可见的，由燃料供给装置的301所提供的质量流量随时间推移而变化。此外，流向发动机的质量流量例如由于发动机起动和关闭而变化。当燃料消耗变化时，如基于从第一和第二振动仪表5,5'所测量的第一和第二流量而确定的测量差示流速也变化。然而，除了由于燃料消耗变化所造成的差示流速变化以外，该图中还示出了当燃料供给变化时在确定的差示流速中的各种瞬时峰501。这些峰是在不改变燃料消耗率的情况下出现。在确定的差示流速中的峰501是由于当采样时间之间供给流速突然变化时出现的处理延迟所致。这导致差示流速利用在不同时间获得的传感器信号而被确定。为了克服所述处理延迟，可以将延迟加到来自第二传感器组件10'的传感器信号中。可以加入所谓的“群延迟”以更好地使从第一传感器组件10接收传感器信号的时间与从第二传感器组件10'接收传感器信号的时间匹配（即使测量信号在更靠后的时间点从第一仪表电子器件20被接收）。
图6示出了在将各种群延迟施加到从第二传感器组件10'接收的传感器信号中的情况下质量流速与时间的曲线图。将如由独立的流量仪表(未图示)所确定的发动机消耗与基于从第一和第二传感器组件10,10'接收的传感器信号所确定的差示流速进行比较。如极右侧所示，当未向测量施加群延迟时，在发动机消耗快速增加或减小时见到在确定的差示流速中的大峰。相反，当向来自第二传感器组件10'的传感器信号施加群延迟时，这些峰大幅地减小，由此改善了确定的差示流速。就Hart®协议而言，群延迟约为650-700 ms；然而，施加给传感器信号的特定群延迟可以在应用彼此之间变化。因此，图示说明的特定值不应以如何方式限制本实施例的范围。
本实施例实施群延迟，其由于将测量信号从第一仪表电子器件20传输给第二仪表电子器件20'所造成的处理延迟而施加到从第二传感器组件10'所接收的传感器信号。群延迟可同样地施加到从第一传感器组件10接收的传感器信号。应当理解的是，所需的特定群延迟可取决于所采用的特定通信协议。而且，在单仪表电子器件接收来自传感器组件10,10'两者的传感器信号的实施例中，也会需要群延迟。此外，本领域技术人员可以容易地认识到，在将测量信号从第一和第二仪表电子器件20,20'传输到系统控制器310以进一步处理的实施例中，也会需要群延迟；例如，在系统控制器310执行差示流量计算的实施例中。
图7示出了根据实施例的处理例程700。例如，处理例程700可存储于仪表电子器件20或20'中的一个中并由其执行。可替代地，处理例程700可存储于系统控制器310中并由其执行。处理例程700可以用于防止报告和总计错误的差示流速。处理例程700还可以用于更新校正的振动传感器的差示零偏移。
处理例程开始于步骤701，其中从第一传感器组件10接收第一传感器信号，并且从第二传感器组件10'接收第二传感器信号。
在步骤702，基于第一和第二传感器信号确定第一和第二流动特性。根据实施例，第一和第二流动特性可包括第一和第二流速。根据实施例，可以利用如上述的差示零偏移来确定第一和第二流速中的一个。第一和第二流速可包括质量流速。可替代地，第一和第二流速可包括体积流速。
在步骤703，基于第一和第二流动特性确定差示流速。根据一个实施例，可以利用施加给第二流速的群延迟来确定差示流速，以使得利用在基本相同时间所获得的第一和第二流速来确定差示流速。
在步骤704，将差示流速与阈值或带比较。阈值或带可由制造商预先确定。可替代地，例如阈值或带可以由用户选择。如果差示流速小于阈值或带，那么仪表电子器件20'可以在步骤705对第一或第二振动仪表5,5'的一个或多个流动特性进行校正。如上所述，由于多种原因，差示流速会下降低于阈值或带。在上文讨论的燃料效率应用中，当关闭发动机时差示流速会下降低于阈值或带。
如上所述，校正可包括输出零的差示流速。根据另一个实施例，校正可以包括计算新的差示零偏移。可以计算新的差示零偏移从而产生基本相等的第一和第二流速。该新的差示零偏移然后可用于随后的测量。例如，校正还可包括输出出错消息或者对其它流动特性(例如像是确定的密度、或温度)进行校正。如果差示流速不小于阈值或带，那么处理例程可以返回到步骤701或者结束。
上述实施例提供了一种用于校正流体流动系统（其使用多个振动仪表）的一个或多个流动特性的装置和方法。这些实施例提供了一种用于防止错误的差示流速作为实际流量被总计和/或报告的方法。相反，如果由两个或更多个振动仪表确定的差示流速低于阈值或带，则可以将差示流速设置为零。可以将差示流速简单地设置为零并输出。或者可以计算或新的差示零偏移以使得第一流量和第二流量相等，由此有效地将差示流速设置为零。此外，上述实施例可以说明由于信号处理或信号采样的延迟（如果通过系统的流速变化，所述延迟会影响差示流速）。
以上实施例的详细说明不是本发明人预期在本说明的范围内的所有实施例的排他性说明。实际上，本领域技术人员将认识到，上述实施例的某些元件可以被不同地组合或者去除以产生其它的实施例，并且这种其它的实施例落入本说明的范围和教导内。本领域普通技术人员还将清楚，上述实施例可以被全部或者部分地组合以产生在本说明的范围和教导内的其它实施例。
因此，如相关领域的技术人员将认识到的，虽然本文为了阐释目的而描述了传感器组件的具体实施例和示例，在本说明的范围内各种等同的修改是可能的。本文提供的教导能够应用于其它传感器组件，而非只是应用于以上描述并且在附图中示出的实施例。因此，上述实施例的范围根据随后的权利要求确定。

Claims (18)

1. 一种流体流动系统(300)，包括：
具有流动流体的管线(302)；
包括第一传感器组件(10)的第一振动仪表(5)，所述第一传感器组件(10)位于管线(302)内并且配置成确定包括第一流速的一个或多个流动特性；
包括第二传感器组件(10')的第二振动仪表(5')，所述第二传感器组件(10')位于所述管线(302)内并且与第一传感器组件(10)流体连通并且配置成确定包括第二流速的一个或多个流动特性；
系统控制器(310)，所述系统控制器(310)与第一和第二振动仪表(5,5')电气连通并且配置成：
接收所述第一和第二流速；
基于所述第一和第二流速确定差示流速；
将所述差示流速与阈值或带比较；以及
如果所述差示流速小于阈值或带，则校正一个或多个流动特性。
2. 如权利要求1所述的流体流动系统(300)，其中，所述校正包括将所述差示流速设置为零。
3. 如权利要求1所述的流体流动系统(300)，其中，所述第一或第二流速中的一个利用差示零偏移而确定。
4. 如权利要求3所述的流体流动系统(300)，其中，系统控制器(310)还配置成如果所述差示流速小于所述阈值则确定新的差示零偏移。
5. 如权利要求3所述的流体流动系统(300)，其中，系统控制器(310)还配置成如果所述差示流速小于所述阈值达预定量的时间则确定新的差示零偏移。
6. 如权利要求1所述的流体流动系统(300)，其中，系统控制器(310)还配置成将群延迟施加到所述第一或第二流速中的一个以使得所述第一和第二流速表示在基本相同时间所发生的流速。
7. 一种用于第一传感器组件(10')的仪表电子器件(20')，所述第一传感器组件(10')位于管线(302)内并且与振动仪表(5)的第二传感器组件(10)流体连通，所述振动仪表(5)与仪表电子器件(20')电气连通，所述仪表电子器件(20')配置成：
接收来自第一传感器组件(10')的传感器信号并且确定包括第一流体流速的一个或多个流动特性；
接收来自第二振动仪表(5)的第二流体流速；
基于所述第一和第二流体流速确定差示流速；
将所述差示流速与阈值或带比较；以及
如果所述差示流速小于所述阈值或带，则校正一个或多个流动特性。
8. 如权利要求7所述的仪表电子器件(20')，其中，所述校正包括将所述差示流速设置为零。
9. 如权利要求7所述的仪表电子器件(20')，还配置成利用差示零偏移确定所述第一流体流速。
10. 如权利要求9所述的仪表电子器件(20')，还配置成如果所述差示流速小于所述阈值或带则确定新的差示零偏移。
11. 如权利要求9所述的仪表电子器件(20')，还配置成如果所述差示流速小于所述阈值或带达预定量的时间则确定新的差示零偏移。
12. 如权利要求7所述的仪表电子器件(20')，还配置成利用施加到所述第一流速的群延迟而确定所述差示流速以使得所述第一和第二流速表示在基本相同时间所发生的流速。
13. 一种操作流体流动系统的方法，所述流体流动系统包括第一振动仪表以及与所述第一振动仪表流体连通的第二振动仪表，所述方法包括步骤：
接收来自所述第一振动仪表的第一传感器信号并且接收来自所述第二振动仪表的第二传感器信号；
基于所述第一和第二传感器信号确定包括第一和第二流速的一个或多个流动特性；
基于所述第一和第二流速确定差示流速；
将所述差示流速与阈值或带比较；以及
如果所述差示流速小于阈值或带，则校正一个或多个流动特性。
14. 如权利要求13所述的方法，其中，所述校正包括将所述差示流速设置为零。
15. 如权利要求13所述的方法，其中，所述第一或第二流速中的一个利用差示零偏移而确定。
16. 如权利要求15所述的方法，还包括如果所述差示流速小于所述阈值或带则确定新的差示零偏移的步骤。
17. 如权利要求15所述的方法，还包括如果所述差示流速小于所述阈值或带达预定量的时间则确定新的差示零偏移的步骤。
18. 如权利要求13所述的方法，其中，确定所述差示流速的步骤包括将群延迟施加到所述第一或第二流速中的一个以使得所述第一和第二流速表示在基本相同时间所发生的流速。
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