CN105378439A - 包括质量流量计和密度计的体积流量传感器系统 - Google Patents

Abstract

提供一种流量率传感器系统（200）。流量率传感器系统（200）包括密度或比重计（202），其包括传感器组件（204a）以及被配置成生成过程流体的密度或比重测量的密度或比重计量电子设备（204b）。流量率传感器系统（200）还包括质量流量计（203），其包括传感器组件（205a）以及被配置成生成过程流体的质量流量率并且与密度或比重计量电子设备（204b）电气通信的质量流量计量电子设备（205b）。提供与密度或比重计量电子设备（204b）或质量流量计量电子设备（205b）中的仅一个电气通信的远程处理系统（207）。远程处理系统（207）被配置成接收由密度或比重计量电子设备（204b）或体积计量电子设备（205b）基于所生成的密度或比重测量和所生成的质量流量率生成的过程流体的体积或能量流量测量。

Description

包括质量流量计和密度计的体积流量传感器系统

技术领域

以下描述的实施例涉及组合流量传感器系统，并且更具体地涉及与输出质量、体积或能量流量测量的质量流量计电气通信的密度/比重计。

背景技术

质量流量计可以直接测量流体的质量流量率以及测量体积流量率。例如，当确定体积时，密度和质量计必须使用以下等式：

其中：

是质量流量率；

Q是体积流量率；并且

是密度。

然而，在需要高度准确的体积流量测量或能量流量的情况下，用户必须安装与质量流量计组合的密度计或比重计。

与密度或比重计和质量流量计的组合有关的一个问题是，为了生成高度准确的体积流量率或能量流量输出，涉及过量布线，如图1中所示的那样。

图1示出现有技术的流量传感器系统10。现有技术的流量传感器系统10可以包括密度计11和质量流量计12。密度计11和质量流量计12定位在承载过程流体的流量导管5内。密度计11可以包括任何一个众所周知的密度计，诸如振动元件密度计、湿度计、x射线显像密度计、伽玛显像密度计等。质量流量计12可以包括测量质量流量率的任何众所周知的计量表，诸如科里奥利（Coriolis）计、热学质量计等。在以上示例中并且贯穿该申请，密度计可以利用比重（SG）计来替换使得可以获得能量流量输出。

现有技术的流量传感器系统10还包括中央处理系统13。如所示出的，密度计11经由电气引线14与中央处理系统13电气通信。类似地，质量流量计12经由电气引线15与中央处理系统13电气通信。因此，计量表11,12中的每一个将信号发送给中央处理系统13。中央处理系统13处理从密度计11所接收的信号以生成密度测量。同样地，中央处理系统13处理从质量流量计12所接收的信号以生成质量流量率。中央处理系统13可以随后基于所生成的密度和质量流量率而生成体积流量率。体积流量率然后可以经由引线16而被提供给用户或另一处理系统。作为可替换方案，中央处理系统13可以简单地输出单独的密度和质量流量率而不计算体积流量率。客户然后必须使用另一处理系统来基于来自中央处理系统13的输出而确定体积流量率。

现有技术的流量系统10遭受若干问题。一个问题是由于所要求的增大量的布线或信号路径。尽管密度计11和质量流量计12通常定位成彼此相对接近，但是中央处理系统13可能定位成远离密度计11和质量流量计12。因此，因为每一个计量表11和12独立地与中央处理系统13通信，所以布线量或信号路径的数目加倍。

与现有技术系统10有关的另一问题是，如果密度计11或者质量流量计12需要更换，则中央处理系统13需要被重新编程以从新的计量表接收新的信号。通常，中央处理系统13可能是客户自己的仪器，并且因此要求客户执行更新的编程。

类似地，许多用户简单地想要体积流量率并且未必需要知晓特定密度或质量流量率。然而，在现有技术的系统10中，仅为用户提供指示密度和质量流量率的信号，并且要求用户独立地执行体积流量率的计算。

因此，现有技术中存在对于可以使用密度/SG计和质量流量率计来提供体积或能量流量输出的系统的需要。另外，现有技术中存在对于可以减少或消除尤其是计量表与中央处理系统之间的所要求的信号路径或布线的系统的需要。以下描述的实施例克服这些以及其它问题并且实现现有技术的进步。以下描述的实施例提供一种体积流量率系统，其使用密度/SG计和质量流量率计中的一个或二者来执行体积或能量流量计算。因此，仅一个计量表需要与中央处理系统通信，从而导致信号路径数目的减少和/或减少的布线。因此，系统输出体积流量率，并且要求与中央处理系统通信的信号路径和/或布线被减少或消除。

发明内容

根据实施例，提供一种组合流量率传感器系统。流量率传感器系统包括密度计，该密度计包括传感器组件以及被配置成生成过程流体的密度测量的密度计量电子设备。根据实施例，流量率传感器系统还包括质量流量计，该质量流量计包括传感器组件以及被配置成生成过程流体的质量流量率并且与密度计的计量电子设备电气通信的质量流量计量电子设备。根据实施例，流量率传感器系统还包括与密度计量电子设备或质量流量计量电子设备中的仅一个电气通信的远程处理系统。远程处理系统被配置成接收由密度或比重计量电子设备或质量计量电子设备基于所生成的密度或比重测量和所生成的质量流量率生成的过程流体的测量。

根据实施例，提供一种用于生成流体导管中的过程流体的流量率测量的方法。该方法包括以下步骤：利用包括与过程流体流体连通的传感器组件和密度计量电子设备的密度或比重计来确定过程流体的密度或比重。根据实施例，该方法还包括以下步骤：利用包括与过程流体流体连通的传感器组件和质量流量计量电子设备的质量流量计来确定过程流体的质量流量率。根据实施例，在密度计量电子设备与质量流量计量电子设备之间提供电气通信。该方法还包括以下步骤：使用密度或比重计量电子设备或质量流量计量电子设备中的至少一个以基于所确定的密度或比重和所确定的质量流量率来确定过程流体的体积或能量流量。该方法还包括以下步骤：将体积或能量流量提供给与密度计量电子设备或质量流量计量电子设备中的仅一个电气通信的远程处理系统。

方面

根据一方面，流量率传感器系统包括：

密度或比重计，包括传感器组件以及被配置成生成过程流体的密度或比重测量的密度或比重计量电子设备；

质量流量计，包括传感器组件以及被配置成生成过程流体的质量流量率并且与密度或比重计量电子设备电气通信的质量流量计量电子设备；以及

远程处理系统，与密度或比重计量电子设备或质量计量电子设备中的仅一个电气通信，并且被配置成接收由密度或比重计量电子设备或质量流量计量电子设备基于所生成的密度或比重测量和所生成的质量流量率生成的过程流体的体积或能量流量输出测量。

优选地，密度或比重计的传感器组件以及质量流量计的传感器组件与承载过程流体的流体导管定位成直线。

优选地，质量流量计的传感器组件与承载过程流体的流体导管定位成直线，并且密度或比重计的传感器组件位于耦合到流体导管的滑流中以接收过程流体的一部分。

优选地，密度或比重测量和质量流量率实质上同时被生成。

优选地，密度或比重测量包括平均密度或比重。

根据另一方面，用于生成流体导管中的过程流体的体积或能量流量输出测量的方法包括以下步骤：

利用包括与过程流体流体连通的传感器组件和密度或比重计量电子设备的密度或比重计来确定过程流体的密度或比重；

利用包括与过程流体流体连通的传感器组件和质量流量计量电子设备的质量流量计来确定过程流体的质量流量率；

在密度或比重计量电子设备与质量流量计量电子设备之间提供电气通信；

使用密度或比重计量电子设备或质量流量计量电子设备中的至少一个以基于所确定的密度或比重和所确定的质量流量率来确定过程流体的体积或能量流量测量；以及

将体积或能量流量测量提供给与密度或比重计量电子设备或质量计量电子设备中的仅一个电气通信的远程处理系统。

优选地，密度或比重计的传感器组件和质量流量计的传感器组件与承载过程流体的流体导管定位成直线。

优选地，质量流量计的传感器组件与承载过程流体的流体导管定位成直线，并且密度或比重计的传感器组件位于耦合到流体导管的滑流中以接收过程流体的一部分。

优选地，密度或比重测量和质量流量率实质上同时被确定。

优选地，密度或比重测量包括平均密度或比重。

附图说明

图1示出现有技术的流量率系统。

图2示出根据实施例的流量率传感器系统。

图3示出根据实施例的计量电子设备。

图4示出根据另一实施例的流量率传感器系统。

具体实施方式

图2-4和以下描述描绘具体示例以教导本领域技术人员如何做出并且使用流量传感器系统的实施例的最佳模式。出于教导发明原理的目的，已经简化或省略一些常规方面。本领域技术人员将领会到落入本说明的范围内的来自这些示例的变化。例如，比重计可以替换与质量流量传感器的组合的密度计以便生成能量输出测量。本领域技术人员将领会到，以下描述的特征可以以各种方式组合以形成质量流量率系统的多个变化。作为结果，以下描述的实施例不限于以下描述的具体示例，而是仅由权利要求及其等同物限制。

图2示出根据实施例的流量传感器系统200。根据实施例，流量传感器系统200可以定位在接收过程流体或某种其它类型的流量流的流量导管201。流量传感器系统200可以包括密度计202和质量流量计203。密度计202可以包括任何众所周知的密度计，诸如振动元件密度计、湿度计、x射线显像密度计、伽玛显像密度计等。特定类型的密度计可以取决于特定应用并且绝不应当限制本实施例的范围。质量流量计203可以包括测量质量流量率的任何众所周知的计量表，诸如科里奥利流量计、热学质量计等。根据实施例，密度计202和质量流量计203可以连续地放置成与导管201成直线。在所示出的实施例中，密度计202定位在质量流量计203的上游；然而在其它实施例中，顺序可以反转。在可替换实施例中，密度计202可以放置在从导管201分支出来的滑流中（参见图4）。

根据实施例，密度计202包括接收流动流体的传感器组件204a。密度计202还包括密度计量电子设备204b。尽管密度计量电子设备204b被示出为物理耦合到传感器组件204a，但是在其它实施例中，该两个部件可以简单地经由电气引线电气耦合或者无线耦合。在任一情况下，传感器组件204a经由电气引线或者使用任何已知的无线协议（包括蓝牙、HART或RosemountTHUM技术）（未示出）无线地与密度计量电子设备204b电气通信。

根据实施例，密度计量电子设备204b可以从传感器组件204a接收传感器信号。密度计量电子设备204b可以处理所接收的传感器信号以生成流过导管201的流体的所测量的密度，如本领域中一般已知的那样。

根据实施例，质量流量计203包括传感器组件205a，该传感器组件205a接收流体导管201中的过程流体。质量流量计203还包括质量流量计量电子设备205b。以类似于密度计202的方式，尽管质量流量计量电子设备205b被示出为物理耦合到传感器组件205a，但是在其它实施例中，该两个部件可以简单地经由电气引线耦合。在任一情况下，传感器组件205a经由电气引线（未示出）与质量流量计量电子设备205b电气通信。

根据实施例，质量流量计量电子设备205b可以从传感器组件205a接收信号。质量流量计量电子设备205b可以处理信号并且生成质量流量率，如本领域中一般已知的那样。

根据实施例，两个计量电子设备204b，205b经由电气引线206彼此电气通信。两个计量电子设备204b，205b之间的电气通信允许将从计量电子设备中一个所生成的测量传达给另一计量电子设备。例如，在所示出的配置中，密度计量电子设备204b可以从质量流量计量电子设备205b接收所生成的质量流量率。利用从质量流量计203所接收的质量流量率连同所生成的密度一起，密度计202可以使用等式（1）生成体积流量率。根据实施例，所生成的体积流量率然后可以经由电气引线208输出到远程处理系统207。根据实施例，电气引线208可以附加地给密度计202和质量流量计203提供电力。在一些实施例中，远程处理系统207可以包括另外的输出引线209。例如，输出引线209可以提供与另外的处理系统的通信。

根据实施例，远程处理系统207可以位于大于密度计202与质量流量计203之间的距离的距离处。然而，根据另一实施例，远程处理系统207可以位于紧密接近两个计量表202,203。例如，远程处理系统207可以位于与密度计202与质量流量计203之间的距离的相同距离或者比密度计202与质量流量计203之间的距离更短距离处。远程处理系统207关于计量表202,203的特定位置绝不应当限制本实施例的范围并且将取决于特定应用。

远程处理系统207可以包括通用计算机、微处理系统、逻辑电路、或者某种其它通用或定制处理设备。远程处理系统207可以分布在多个处理设备当中。远程处理系统207可以包括任何方式的集成或独立电子存储介质。

如可以领会的那样，密度计202或质量流量计203中的仅一个与远程处理系统207直接电气通信。尽管在图2中所示的实施例中，密度计202与远程处理系统207直接电气通信，但是在其它实施例中，质量流量计203可以替代地与远程处理系统207直接电气通信。在任一情况下，相比于图1中所示的现有技术系统，所要求的布线量实质上被减少。附加地，与远程处理系统207电气耦合的计量电子设备输出体积流量率。因此，远程处理系统207不是必须特殊地配置成从密度和质量流量率来计算体积流量率。

图3示出根据本发明的实施例的密度计量电子设备204b。应当领会到，密度计量电子设备204b的许多特征也可以在质量流量计203的质量流量计量电子设备205b中找到。然而，为了描述的简要而省略质量流量计量电子设备205b的描述。密度计量电子设备204b可以包括接口301和处理系统303。处理系统303可以包括存储系统304。存储系统304可以包括如所示出的内部存储器，或者可替换地可以包括外部存储器。密度计量电子设备204b可以生成驱动信号311并且将驱动信号311供应给传感器组件204a的驱动器（未示出）。密度计量电子设备204b还可以从传感器组件204a接收传感器信号310。密度计量电子设备204b可以处理传感器信号310以便获得流过导管201的材料的密度312。密度312可以被存储以供随后使用。

除从传感器组件204a所接收的传感器信号310之外，接口301还可以从质量流量计量电子设备205b接收所生成的质量流量率314。接口301可以执行任何必要或期望的信号调节，诸如任何方式的格式化、放大、缓冲等。可替换地，可以在处理系统303中执行一些或全部信号调节。另外，接口301可以能够实现密度计量电子设备204b与远程处理系统207之间的通信。接口301可能能够进行任何方式的电子、光或无线通信。

在一个实施例中，接口301可以包括数字化器（未示出）；其中传感器信号310包括模拟传感器信号。数字化器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。数字化器还可以执行任何所需要的抽取，其中抽取数字传感器信号以便减少所需要的信号处理量并且减少处理时间。

处理系统303可以引导密度计量电子设备204b的操作。处理系统303可以执行所要求的数据处理以实现一个或多个处理例程，诸如体积流量率确定例程313。体积流量确定例程313可以使用等式（1）连同所生成的密度312和所接收的质量流量率314一起来生成体积流量率315。如上文讨论的那样，体积流量率315然后可以输出到外部远程处理系统207。在一些实施例中，处理系统303可以附加地输出密度312和/或质量流量率314。

应当理解到，计量电子设备220可以包括本领域中一般已知的各种其它部件和功能。出于简要的目的而从描述和附图中省略这些附加特征。因此，本发明不应当限于所示出和讨论的具体实施例。

图4示出根据另一实施例的流量传感器系统200。在图4中所示的实施例中，密度计202的传感器组件204a位于从主导管201分支出来的滑流401内。滑流401一般小于导管201，使得仅少量流体流到滑流401中。尽管在图4中所示的实施例中，质量流量计203定位在滑流401的第一端与第二端之间，但是质量流量计203可以定位在导管201的其它区域处。例如，在一些实施例中，质量流量计203定位成正好处于滑流401的端部外，使得所有流体都流过质量流量计203而不是一部分流体绕过质量流量计203。因此，不是必须执行校正以计及绕过质量流量计203的流体量。然而，在许多实施例中，质量流量计203将定位成接近滑流401，使得质量流量计203和密度计202在任何给定时间测量实质上相同的流体。

根据图4中所示的实施例，传感器组件204a可以接收流过系统200的小部分流体。这在一些实施例中可以是有利的，因为在图4中由密度计202接收较小的流量率时传感器组件204a可以制成实质上小于图2中所示出的实施例中的传感器组件。因此，如果密度计202由高成本材料（诸如由钛或钽制成的管道）形成，则传感器组件204a的成本可以由于减小的尺寸而减少。

根据图4中所示的实施例，两个计量电子设备204b，205b仍彼此电气通信，使得仅一个计量电子设备205a或205b需要与远程处理系统207直接电气通信。在图4中所示的实施例中，质量流量计量电子设备205b与远程处理系统207而不是密度计202直接电气通信。如可以领会的那样，在该实施例中，质量流量计量电子设备205b将被配置成从密度计量电子设备204b接收密度测量并且基于所接收的密度312和质量流量率314来生成体积流量率。

在使用中，流量率传感器系统200可以用于基于从两个分离的传感器组件204a，205a所生成的单独确定的质量流量率和密度而生成体积流量率。根据实施例，当过程流体流过导管201时，密度计202可以生成密度测量312。根据实施例，实质上同时地，质量流量计203可以生成质量流量率314。根据另一实施例，密度计202可以生成平均密度测量。例如，计量电子设备204a可以存储并且保持从先前的密度测量所确定的移动平均（rollingaverage）密度。例如，先前的密度测量可以基于预确定数目的先前所接收的传感器信号310。

根据实施例，计量电子设备204b，205b中的至少一个可以从另一计量电子设备接收流体测量。例如，在图2中所示的实施例中，密度计量电子设备204b可以从质量流量计量电子设备205b接收质量流量率314。相反地，在图3中所示的实施例中，质量流量计量电子设备205b可以从密度计量电子设备204b接收密度测量312。优选地，接收流体测量的计量电子设备是与远程处理系统207直接电气通信的计量电子设备。然而，本实施例不应当如此限制。例如，在图2中，密度计202与远程处理系统207直接电气通信。在一些实施例中，质量流量计量电子设备205b可以从密度计202接收密度测量。在又一实施例中，计量电子设备204b，205b中的每一个可以将所生成的测量发送给另一计量电子设备，使得计量表电设备204b，205b中的每一个包括密度测量和质量流量率测量二者。

根据实施例，一旦一个计量电子设备包括密度测量312和质量流量率314二者，则计量电子设备可以处理该两个测量以生成体积流量率315。所生成的体积流量率315然后可以经由引线208发送给远程处理系统207。如果生成体积流量率的计量电子设备不与远程处理系统207直接电气通信，则所生成的体积流量率可以发送给与远程处理系统207直接电气通信的计量电子设备，并且随后将体积流量率315传递到远程处理系统207上。

因此，如可以领会到的那样，远程处理系统207可以从组合密度计202和质量流量计203接收体积流量率而不必分开地执行体积流量率计算。这有利地简化远程处理系统207的所要求的处理以及实质上减少所要求的布线量。附加地，如果计量表202,203中的任一个需要更换，则远程处理系统207不必重新配置。

根据实施例，如果两个计量电子设备204b，205b包括密度测量和质量流量率测量，则两个计量电子设备204b，205b可以生成体积流量率测量。这允许计量电子设备204b，205b中的任一个将体积流量率测量发送给远程处理系统207。另外，在计量表202,203中的一个需要更换的情况下，其余计量表可以容易地将体积流量测量提供给远程处理系统207。

以上实施例的详细描述不是发明人所设想的处于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识到，以上描述的实施例的某些元件可以以各种方式组合或消除以创建另外的实施例，并且这样的另外的实施例落在本描述的范围和教导内。本领域普通技术人员还将显而易见的是，以上描述的实施例可以整体地或部分地组合以创建本描述的范围和教导内的附加实施例。

因而，尽管在本文中出于说明性目的而描述了具体实施例，但是各种等同修改方案在本描述的范围内是可能的，如相关领域技术人员将认识到的那样。本文提供的教导可以应用于其它质量流量系统，并且不仅仅应用于以上描述的且在附图中示出的实施例。因此，以上描述的实施例的范围应当从所附权利要求来确定。

Claims (10)

1.一种流量率传感器系统（200），包括：

密度或比重计（202），包括传感器组件（204a）以及被配置成生成过程流体的密度或比重测量的密度或比重计量电子设备（204b）；

质量流量计（203），包括传感器组件（205a）以及被配置成生成过程流体的质量流量率并且与密度或比重计量电子设备（204b）电气通信的质量流量计量电子设备（205b）；以及

远程处理系统（207），与密度或比重计量电子设备（204b）或质量流量计量电子设备（205b）中的仅一个电气通信，并且被配置成接收由密度或比重计量电子设备（204b）或质量流量计量电子设备（205b）基于所生成的密度或比重测量和质量流量率生成的过程流体的测量。

2.权利要求1的流量率传感器系统（200），其中密度或比重计（202）的传感器组件（204a）和质量流量计（203）的传感器组件（205a）与承载过程流体的流体导管（201）定位成直线。

3.权利要求1的流量率传感器系统（200），其中质量流量计（203）的传感器组件（205a）与承载过程流体的流体导管（201）定位成直线，并且密度或比重计（202）的传感器组件（204a）位于耦合到流体导管（201）的滑流（401）中以接收过程流体的一部分。

4.权利要求1的流量率传感器系统（200），其中密度或比重测量和质量流量率实质上同时被生成。

5.权利要求1的流量率传感器系统（200），其中密度或比重测量包括平均密度或比重。

6.一种用于生成流体导管中的过程流体的流量率测量的方法，包括以下步骤：

利用包括与过程流体流体连通的传感器组件和密度或比重计量电子设备的密度或比重计来确定过程流体的密度或比重；

利用包括与过程流体流体连通的传感器组件和质量流量计量电子设备的质量流量计来确定过程流体的质量流量率；

在密度或比重计量电子设备与质量流量计量电子设备之间提供电气通信；

使用密度或比重计量电子设备或质量流量计量电子设备中的至少一个以基于所确定的密度或比重和所确定的质量流量率来确定过程流体的体积或能量流量；以及

将体积或能量流量提供给与密度或比重计量电子设备或质量计量电子设备中的仅一个电气通信的远程处理系统。

7.权利要求6的方法，其中密度或比重计的传感器组件和质量流量计的传感器组件与承载过程流体的流体导管定位成直线。

8.权利要求6的方法，其中质量流量计的传感器组件与承载过程流体的流体导管定位成直线，并且密度或比重计的传感器组件位于耦合到流体导管的滑流中以接收过程流体的一部分。

9.权利要求6的方法，其中密度或比重测量和质量流量率实质上同时被确定。

10.权利要求6的方法，其中密度或比重测量包括平均密度或比重。