CN106068447B - 差压测量组件及用于监测差压测量组件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种差压测量组件，包括：差压测量换能器用于检测第一介质压力和第二介质压力之间的差值并且提供取决于第一介质压力和第二介质压力之间差值的差压测量信号；第一有效压力管线，连接到差压测量换能器的第一压力入口以把第一介质压力施加到差压测量换能器；第二有效压力管线，连接到差压测量换能器的第二压力入口以把第二介质压力施加到差压测量换能器；至少一个温度传感器用于输出与有效压力管线的温度相关的温度信号；以及处理单元用于处理差压测量信号和温度信号；其中处理单元设计成用于基于差压测量信号和温度信号检测温度信号的变化和差压信号之间的明显相关性，以及用于评价明显相关性的检测作为被堵塞有效压力管线的指示。

Description

差压测量组件及用于监测差压测量组件的方法

技术领域

本发明涉及一种具有有效压力管线的差压测量组件以及用于检测被堵塞有效压力管线的方法。

背景技术

具有有效压力管线的差压测量组件尤其用于流量测量或过滤器监控，其中在流动的方向两条有效压力管线位于有效压力换能器的一上一下，例如孔或文丘里喷嘴，或者过滤器被连接到介质运载管线以将差压通过介质传递到差压测量组件的差压测量换能器。这些测量组件的工作可能导致有效压力管线的堵塞，从而负面影响可靠的测量。因此，在较早阶段测量从而检测有效压力管线堵塞是公知的。

欧洲专利EP1840549B1保护一种用于检测有效压力管线堵塞的装置，其中该装置包括用于检测有效压力管线中静压的时间序列的两个压力传感器和用于检测两条有效压力管线的压力之间差值的时间序列的差压传感器以及用于根据时间序列和波动的平方和计算两个静压力和差压的波动的三个计算单元；相关系数计算单元用于确定静压力和差压的时间序列之间的相关系数，以及评估单元，其基于相关性检测有效压力管线的堵塞以及标识有效压力管线中的哪一条或几条是堵塞的。

虽然上述用于分析波动的进展是如此的有意义，但它仍关系到相当大的努力，因为除了差压传感器之外还需要两个传感器用于静压力测量。

发明内容

因此，本发明的目标是提供一种更简易的差压测量组件和允许堵塞的有效压力管线的检测和标识的一种方法。本发明通过根据本发明技术方案的差压测量组件和根据本发明技术方案的方法实现该目标。

根据本发明的差压测量组件包括差压测量换能器用于检测第一介质压力和第二介质压力之间的差值并且提供根据第一介质压力和第二介质压力之间差值而定的差压测量信号；

第一有效压力管线，连接到差压测量换能器的第一压力入口以把第一介质压力施加于差压测量换能器；

第二有效压力管线，连接到差压测量换能器的第二压力入口以把第二介质压力施加到差压测量换能器；

至少一个温度传感器，用于输出与有效压力管线的温度相关的温度信号；以及

处理单元，用于处理差压测量信号和温度信号；

其中处理单元设计成用于基于差压测量信号和温度信号确定温度信号的变化和差压信号之间相关性，从而评估发现的相关性作为堵塞有效压力管线的指示。

本发明基于这样一种考虑，一种受热膨胀以必须流过形成节流部的堵塞，能够容纳到差压测量换能器的压力入口和有效压力管线中的堵塞之间。这会导致被堵塞有效压力管线中压力的增加，从而影响待测差压。

本发明的一个进一步改进中，评估单元设计成用于评价一方面是对应于温度上升的温度信号变化和另一方面是差压信号之间的正相关，作为第一有效压力管线中堵塞的指示。

本发明的一个进一步改进中，评估单元设计成用于评价一方面是对应于温度上升的的温度信号变化和另一方面是差压信号之间的负相关，作为第二有效压力管线中堵塞的指示。

相应在温度信号变化等价于温度下降的情况下相对的方案同样也适用。

本发明的一个进一步改进中，评估单元还被设计成用于确定差压测量信号中噪音或波动的至少一个特征参数，以及用于在检测被堵塞有效压力管线中考虑所述参数。

根据本发明的流量测量组件包括根据本发明的差压测量组件，其中第一介质压力和第二介质压力之间的差值是流量的一种度量，其中评估单元还设计成用于当检测被堵塞有效压力管线的时候考虑噪音或波动的特征参数和流量或差压测量信号振幅之间的相关性。

本发明进一步涉及一种用于监控差压测量组件的方法，差压测量组件具有：差压测量换能器，用于检测第一介质压力和第二介质压力之间的差值并且提供根据第一介质压力和第二介质压力之间的差值而定的差压测量信号；第一有效压力管线，连接到差压测量换能器的第一压力入口以把第一介质压力施加到差压测量换能器；第二有效压力管线，连接到差压测量换能器的第二压力入口以把第二介质压力施加到差压测量换能器；以及至少一个温度传感器用于输出与有效压力管线的温度相关的温度信号，其中根据本发明的方法包括至少临时检测温度信号和差压测量信号的时间进展，以及检查温度信号的变化和差压信号之间的明显相关性是否存在，其将会被评估从而作为被堵塞有效压力管线的指示。

本发明的一个进一步改进中，所述方法进一步包括差压测量信号中噪音或波动的分析，以及检查所述噪音或波动是否指示被堵塞有效压力管线。

本发明的一个进一步改进中，如果噪音或波动指示被堵塞有效压力管线，则信号通知被堵塞有效压力管线，其中基于温度信号的变化和差压信号之间的明显相关性而识别被堵塞有效压力管线。

附图说明

图1示出的根据本发明的差压测量组件的示例性实施例。

具体实施方式

图1示出的根据本发明差压测量组件的示范性实施例包括差压测量换能器10，差压测量换能器10具有传感器模块11和电子模块14，传感器模块11布置在第一高压侧过程适配器法兰12和第二低压侧过程适配器法兰13之间，电子模块14由传感器模块11保持，为传感器模块和传感器模块的过程信号供电。该电子模块14通过双线缆16连接到过程控制系统18，其中双线缆用于电子模块14的通信和供电。双线缆可特别是按照现场总线或者基金会现场总线或传感器数据公路(HART)标准作为现场总线运行。此类差压测量换能器本身是公知的并被按照例如申请人的商标Deltabar制造和销售。差压测量装置还包括安装在管线21中的有效压力换能器20。有效压力换能器包括孔板22、位于孔板22高压侧的第一测压通道23和位于孔板22低压侧的第二测压通道24。高压侧过程适配器法兰12通过高压侧有效压力管线25连接到高压侧测压通道23，以及低压侧过程适配器法兰13通过低压侧有效压力管线26连接到低压侧测压通道24。术语“高压侧”和“低压侧”是指由于流动(图中是从左往右)引起的压力差，正比于流量的平方并且是例如1到10kPa(10到100mbar)的量级。叠加到该流变压力差的静压可以是例如0.1MPa(1bar)到几十MPa(100bar)。

压力差由传感器模块11的传感器元件检测，其中传感器模块输出取决于所检测到的压力差的传感器模块信号给电子模块14，其中电子模块14的处理电路基于传感器模块信号产生代表压力差的差压测量信号，并将它通过双线缆16输出到过程控制系统18。

差压测量信号的时间序列和/或差压测量信号中的波动可以存储在电子模块和/或过程控制系统的数据存储器中。

进一步的，差压测量组件包括用来检测有效压力管线的温度的温度传感器30。如果可以假定多个有效压力管线的温度大体上相同，那么单独一个温度传感器就足够了，然而如果预期是强烈偏离的温度梯度那么为每条有效压力管线提供一个温度传感器是有利的。温度传感器30连接到电子模块14并向电子模块提供温度测量信号，温度测量信号的每一个代表当前测得的温度。温度测量信号的时间序列和它们相应的波动可以存储在测量换能器和/或控制系统中。

基于差压测量信号的时间序列和测量到的温度值或对应的波动，可以确定有效压力管线是否堵塞，并且如果堵塞的话，确定是哪一根堵塞。

像现有技术公知的一样，有效压力管线的堵塞可通过对差压测量信号的波动或噪音的分析而检测。基本上本发明能够联系到如下波动分析的任一个：

差压测量信号的时间序列就它们的波动或噪音和它们与相应测得的温度值时间序列的相关性等方面进行多个小时的评估，例如8-16小时，其中与系统处于基准状态下检测到的基准数据比较是有利的，特别是在波动或噪音分析中。

基本上，必须假定流动介质的压力中的波动或噪音是随着介质的流量增加而增大的。在一个完整无损的流量测量组件中，这些波动经由两条有效压力管线到达差压测量换能器，并且在一定程度上在那里互相补偿对方。

如果有效压力管线现在堵塞了，这种补偿会随着时间减弱，从而差压测量信号的波动或噪音增强。这涉及特别是频率范围大于1Hz的波动，更特别涉及大于10Hz或大于100Hz的波动。

如果在给定的流速或平均差压下与有效压力管线通畅时采集的基准数据相比，差压测量信号中的波动增强了，这是有效压力管线的全部或部分堵塞的第一指示。

本发明现在有助于防止由于差压测量信号中波动增强导致的有效压力管线堵塞的故障诊断。

在检测到波动增强情况下堵塞的可能性P(V|F+)由下式给出：

P(V|F+)＝P(F+|V)*P(V)/[P(F+|V)*P(V)+P(F+|free)*P(free)](1)

其中：P(F+|V)是在堵塞的情况下增强的波动被检测到的概率，P(V)是有效压力管线堵塞的概率，P(F+|free)是在自由有效压力管线中波动增强被检测到的概率，以及P(free)是有效压力管线仍然通畅的概率。

为了说明的目的，如果假定所有有效压力管线故障的2％是由于堵塞，其中堵塞的有效压力管线导致检测到波动增强的99％的概率，并且如果进一步假定通畅的有效压力管线导致仅仅4％的可能性发现增强的波动，那么根据公式1得到堵塞的概率只是检测到波动增强的情况下概率P(V|F+)的三分之一。

经营者必须在上述发现的基础上决定工厂是否应该立即停产和整修，这对一个工厂的经营者来说不是一个愉快的情况，因为三分之二的维护措施是不必要的。

通过分析温度测量信号的变化和差压测量信号之间的相关性，现在给出堵塞检测的一种独立方法，因为温度改变和随之发生的介质体积改变导致有效压力管线中的压力改变，如果介质由于堵塞容纳在有效压力管线中那么就对测得的差压有直接的影响。如果堵塞还不彻底，由于温度改变情况下的体积补偿，介质应该流向或离开所产生的堵塞，其起到节流阀的作用。这也会引起受影响的有效压力管线中压力的改变，其会影响差压测量信号。

因此，温度测量信号的变化和差压测量信号之间的相关性是堵塞的指示，其不依赖差压测量信号的波动分析。如下文所述，通过组合上述两种分析方法，关于检测到的堵塞的结论变得更加可靠。

温度测量信号和差压测量信号变化之间检测到相关性的情况下堵塞概率P(V|K)如下式：

P(V|K)＝P(K|V)*P(V)/[P(K|V)*P(V)+P(K|free)*P(free)] (2)

其中：P(K|V)是堵塞情况下温度测量信号的变化和差压测量信号之间的相关性被检测到的概率；P(V)是有效压力管线堵塞的概率；P(K|free)是通畅的有效压力管线中温度测量信号的变化和差压测量信号之间的相关性被检测到的概率，以及P(free)是有效压力管线仍然畅通的概率。

为了说明的目的，如果仍然假定所有有效压力管线故障的2％是由于堵塞，其中堵塞的有效压力管线导致检测到波动增强的90％的概率，并且进一步假定通畅的有效压力管线导致温度测量信号的变化和差压测量信号之间的相关性有10％被检测到的概率，那么根据方程2堵塞的概率只是在温度测量信号的变化和差压测量信号之间检测到相关性的情况下P(V|F+)的六分之一。当分开考虑的时候，这个测试比波动测试效果还差。然而，这两种独立测试的组合会导致检测堵塞可靠性的明显增加。

例如，如果假定在第二个测试中为正的结果，那么有效压力管线堵塞以P(V)＝1/6的概率发生。将这个概率P(V)＝1/6用作考虑堵塞的独立波动分析的显著性时堵塞概率的初始概率，那么根据带有相同假设的方程1如下则有：

P(V|F+)＝P(F+|V)*P(V)/[P(F+|V)*P(V)+P(F+|free)*P(free)]

＝99％*1/6/[99％*1/6+4％*5/6]

≈5/6

通过组合两个测试，检测堵塞的可靠性将会从1/3增加到5/6，即假设的边界条件有效的话。这是预测方面2.5倍的改进，即使第二个测试假定成甚至比第一个测试还更不可靠。

基于这两个分析，堵塞的指示可以总结如下：

·如果高压侧有效压力管线25堵塞了，差压测量信号的波动增强并且差压测量信号与测得的温度值变化的相关性趋近+1。

·如果低压侧有效压力管线26堵塞了，差压测量信号的波动增强并且差压测量信号与测得的温度值变化的相关性趋近-1。

·如果两个有效压力管线都是通畅的，可以预期差压测量信号中波动不变并且差压测量信号与测得的温度值变化的相关性趋近0。

·如果两个有效压力管线都是堵塞的，可以预期差压测量信号中波动下降并且差压测量信号与测得的温度值变化的相关性趋近0。

在持续的测量操作中，所讨论的两个诊断例程可以针对差压测量信号的波动和温度变化与差压测量信号之间相关性两者周期性地执行，其中根据在第一和第二列中规定的数据，第三列提到的状态被检测到并且发信号通知。

波动dP	相关dP和T	状态
			增强	1	高压侧有效压力管线(p+)堵塞
增强	-1	低压侧有效压力管线(p-)堵塞
			正常	0	两个有效压力管线都通畅
下降	0	两个有效压力管线都堵塞

Claims (9)

1.一种差压测量组件，包括：

差压测量换能器，用于检测第一介质压力和第二介质压力之间的差值，并且用于提供根据第一介质压力和第二介质压力之间的差值而定的差压测量信号；

第一有效压力管线，该第一有效压力管线连接到所述差压测量换能器的第一压力入口以把所述第一介质压力施加到所述差压测量换能器；

第二有效压力管线，该第二有效压力管线连接到所述差压测量换能器的第二压力入口以把所述第二介质压力施加到所述差压测量换能器；

至少一个温度传感器，用于输出与所述有效压力管线的温度相关的温度信号；以及

处理单元，用于处理所述差压测量信号和所述温度信号；

其中，所述处理单元设计成用于基于所述差压测量信号和所述温度信号确定所述温度信号的变化和所述差压信号之间的明显相关性，以及用于评估明显相关性的检测作为被堵塞有效压力管线的指示。

2.根据权利要求1所述的差压测量组件，其中评估单元设计成用于评价一方面的对应于温度上升的温度信号变化和另一方面的差压信号之间的正相关，作为所述第一有效压力管线中堵塞的指示。

3.根据权利要求1或2所述的差压测量组件，其中评估单元设计成用于评价一方面的对应于温度上升的温度信号变化和另一方面的差压信号之间的负相关，作为第二有效压力管线中堵塞的指示。

4.根据权利要求1或2所述的差压测量组件，其中评估单元还设计成用于确定差压测量信号中噪音或波动的至少一个特征参数并且在检测被堵塞有效压力管线中考虑所述参数。

5.根据权利要求3所述的差压测量组件，其中评估单元还设计成用于确定差压测量信号中噪音或波动的至少一个特征参数并且在检测被堵塞有效压力管线中考虑所述参数。

6.流量测量组件，包括根据权利要求2所述的差压测量组件，其中第一介质压力和第二介质压力之间的差值是流量的度量，其中评估单元还设计成用于当检测被堵塞有效压力管线的时候考虑噪音或波动的特征参数和流量或差压测量信号的振幅之间的相关性。

7.一种用于监测差压测量组件的方法，该差压测量组件具有：

差压测量换能器，用于检测第一介质压力和第二介质压力之间的差值并且提供根据第一介质压力和第二介质压力之间的差值而定的差压测量信号；

第一有效压力管线，连接到所述差压测量换能器的第一压力入口以把所述第一介质压力施加到所述差压测量换能器；

第二有效压力管线，连接到所述差压测量换能器的第二压力入口以把所述第二介质压力施加到所述差压测量换能器；以及

至少一个温度传感器，用于输出与所述有效压力管线温度相关的温度信号；

其中该方法包括：

至少临时检测所述温度信号和所述差压测量信号的时间进展，

检查所述温度信号的变化和所述差压信号之间的明显相关性是否存在，其作为被堵塞有效压力管线的指示。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述方法进一步包括所述差压测量信号中噪音或波动的分析，以及检查所述噪音或波动是否指示被堵塞有效压力管线。

9.根据权利要求8所述的方法，其中如果噪音或波动指示被堵塞有效压力管线，则信号通知被堵塞有效压力管线，其中被堵塞有效压力管线基于所述温度信号的变化和差压信号之间的明显相关性而被识别。