CN113167625A

CN113167625A - 用于确定可流动介质的流动量的方法以及其测量站

Info

Publication number: CN113167625A
Application number: CN201980076943.3A
Authority: CN
Inventors: 朱浩; 沃尔夫冈·德拉赫姆
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2018-11-28
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2021-07-23
Also published as: WO2020108910A1; DE102018130182A1; EP3887771A1; US20220099470A1; EP3887771B1

Abstract

本发明涉及用于确定已经流过测量站的介质的流量的方法，测量站具有：根据第一测量原理工作的第一流量测量传感器(20)以及根据第二测量原理工作的第二流量测量传感器(32、34)；其中第一流量测量传感器(20)的第一被测值(M1)在介质的第一状态下比第二流量测量传感器(32、34)的第二被测值(M2)更可靠，而第二被测值(M2)在第二状态下比第一被测值(M1)更可靠；其中在每种情况下，基于更可靠的被测值(M1、M2)来确定对流量的贡献；其中借助于在确定第二被测值(M2)的时间点处的传递函数(F_i)的版本基于更可靠的第二被测值(M2)确定对与第二被测值(M2)对应的流量的贡献，其中当第一被测值(M1)更可靠时，确定传递函数(F_i)的更新的版本，其中根据更新的传递函数(F_i)对先前基于第二被测值(M2)而确定的对流量的贡献进行后续校正。

Description

用于确定可流动介质的流动量的方法以及其测量站

技术领域

本发明涉及一种用于确定已经流过测量站的可流动介质的流动量的方法，其中该测量站包括：第一流量测量变换器，该第一流量测量变换器根据第一测量原理工作；以及第二流量测量变换器，该第二流量测量变换器根据第二测量原理工作，其中两个流量测量变换器在每种情况下适于暴露于介质的总流动量，其中流动介质具有可变的状态或状态组合，其与第二流量测量变换器的第二被测值不同地影响第一流量测量变换器的第一被测值的可靠性；其中第一流量测量变换器的第一被测值在介质的第一状态或状态组合下比第二流量测量变换器的第二被测值更可靠，而第二流量测量变换器的第二被测值在介质的第二状态或状态组合下比第一流量测量变换器的第一被测值更可靠。此外，本发明涉及用于执行该方法的测量站。

背景技术

在例如专利申请文件DE 10 2005 046 319 A1中公开的本发明的领域的方法中，当其更可靠时，基于所述第一被测值而确定对流动量的贡献，其中当第二被测值更可靠时，使用所述第二被测值，其中基于第二被测值借助于传递函数而确定对应于第二被测值的对流动量的贡献。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有提高的测量精度的方法以及一种用于执行该方法的测量站。

根据本发明，该目的通过独立权利要求1中限定的方法和独立权利要求14中限定的测量站来实现。

本发明的方法用于确定已经流过测量站的可流动介质的流动量，其中该测量站包括：第一流量测量变换器，该第一流量测量变换器根据第一测量原理工作；以及第二流量测量变换器，该第二流量测量变换器根据第二测量原理工作，其中两个流量测量变换器在每种情况下适于由介质的总流动量流过，其中流动介质具有可变的状态或状态组合，其与第二流量测量变换器的第二被测值不同地影响第一流量测量变换器的第一被测值的可靠性；其中第一流量测量变换器的第一被测值在介质的第一状态或状态组合下比第二流量测量变换器的第二被测值更可靠，而第二流量测量变换器的第二被测值在介质的第二状态或状态组合下比第一流量测量变换器的第一被测值更可靠；其中当其更可靠时，基于所述第一被测值而确定对流动量的贡献，其中当第二被测值更可靠时，使用所述第二被测值，其中借助于在确定第二被测值的时间点处有效的传递函数的版本基于所述第二被测值而确定对应于第二被测值的对流动量的贡献，其中当第一流量测量变换器的被测值更可靠时，确定传递函数的更新的版本，其中根据更新的传递函数对先前基于第二被测值而确定的对流动量的贡献进行后续校正。

本发明的方法尤其可以应用于船舶的加油，即所谓的船舶加油，其中尤其需要对流经测量站的燃油量进行可认证的记录，因为燃油的记录量形成支付的基础。

在本发明的附加改进方案中，第一流量测量变换器包括质量流量测量变换器，该质量流量测量变换器将质量流量被测值记录为第一被测值；其中第二流量测量变换器包括压差测量变换器，其中第二被测值包括压差值，基于该压差值而借助于传递函数来确定质量流量被测值。

虽然质量流量测量变换器在单相介质或气体含量低的液体的情况下具有出色的测量精度和可靠性，但是其可以被较高的气体含量劣化。在此种情况下，基于压差的流量测量被证明是更稳健的替代方案。为了提高测量精度，当将两种测量原理结合在一起时，会不断地更新传递函数。与本发明有关的研究表明，有必要在应用最新的传递函数之后立即检查其有效性，并且在给定情况下，对基于传递函数而确定的流动量进行后续校正。

在本发明的该附加改进方案的实施例中，传递函数还与常数C1成比例，在更新传递函数的情况下凭经验确定该常数C1。

在本发明的该附加改进方案的实施例中，传递函数与形式|dp|^1/c3的第一项成比例，其中dp是被测压差，其中c3是常数，该常数c3的值在1.5与2.5之间，尤其是在1.75与2.25之间。

在本发明的该附加改进方案的实施例中，传递函数还与第二项成比例，该第二项随着介质的温度升高而升高，其中第二项尤其随着介质的粘度下降而升高。

在本发明的该附加改进方案的实施例中，传递函数F具有以下形式：F(dp,T)＝C1G(dp)H(T)或F(dp,T)＝C1 G(dp,T)，其中C1为常数，而G和H为压差△p和/或T的函数。

在本发明的该附加改进方案的实施例中，传递函数F具有以下形式：F(△p,T)＝C1dp^1/C2 exp(C3 T)或

F(dp,T)＝C1△p^1/C2 exp(-C3/T)，其中C1、C2、C3是正的常数。

在本发明的附加改进方案中，为了根据更新的传递函数对基于第二被测值而确定的流动量的先前计算的贡献进行后续校正，使用了校正函数，其中更新的传递函数以权重w输入，而在首次确定贡献的情况下应用的传递函数以权重(1-w)输入，其中w≤1，其中权重w尤其依赖于时间，并且例如随着在记录针对待校正的贡献的第二被测值与传递函数的更新之间的时间分离而减小。

在本发明的附加改进方案中，当第一被测值的波动和/或第一流量测量变换器的辅助被测变量的波动不超过相关的波动极限值时，第一被测值被评估为更可靠。

在本发明的该附加改进方案的实施例中，辅助被测变量包括介质的密度，或质量流量测量变换器的振荡模式的本征频率、介质的粘度或至少一个振荡模式的阻尼和/或质量流量测量变换器的至少一个振荡传感器信号的信噪比。

本发明的测量站包括：第一流量测量变换器，该第一流量测量变换器根据第一测量原理工作；第二流量测量变换器，该第二流量测量变换器根据第二测量原理工作；以及操作和评估电路，该操作和评估电路适于执行本发明的方法。

附图说明

现在将基于附图中示出的实施例的示例而更详细地解释本发明。附图中的各图如下所示：

图1是用于执行本发明的方法的测量站的示例；

图2a是在给船舶加油的情况下记录的被测质量流量M₁和F(M₂)的示例；

图2b是图2a的数据的叠加；

图3是基于第一被测值和第二被测值而确定总量的示意图；

图4a是本发明的方法的实施例的示例的流程图；并且

图4b是图4a中示出的实施例的示例的详细视图。

具体实施方式

图1中示出的用于执行本发明方法的测量站1的示例布置在管道10中，介质(尤其是燃料)在所述管道中流动。测量站1包括科里奥利质量流量测量变换器20，该变换器适于除记录质量流量外还记录介质的密度。此种科里奥利质量流量测量变换器20由申请人例如以名称Promass F、Promass Q或Promass X进行生产。科里奥利质量流量测量变换器20包括至少一个两个弯曲、平行延伸的测量管的振荡器22。测量管位于壳体24中，并且可以由振荡器22激励以执行弯曲振荡。可以根据测量管的振荡性能以已知的方式确定介质的密度的质量流量。

在图中示出了具有水平流动方向和向下延伸的测量管弯曲的流量测量变换器20。当然，出于提高可清空性的目的，测量管弯曲也可以向上延伸。同样地，流量测量变换器甚至可以被布置成具有垂直延伸的流动方向。测量站1另外包括用于基于压差的流量测量的布置，其中有利地，科里奥利质量流量测量变换器22布置在两个压力测量点之间，以便形成用于压差测量的节流阀。在实施例的示例中，该布置包括具有第一压力传感器的第一压力测量发送器32和具有第二压力传感器的第二压力测量发送器34，它们之间布置有科里奥利质量流量测量变换器20。压力传感器可以是绝对压力传感器或相对压力传感器。代替两个压力测量发送器，也可以应用具有压差传感器的单个压差测量发送器，该压差传感器经由差压线路或液压传递线路在管道10中的两个压力测量点处可压力接触，所述两个压力测量点之间布置有科里奥利质量流量测量变换器22。

科里奥利质量流量测量变换器20另外包括测量和操作电路26，该测量和操作电路至少适于操作流量测量变换器20以确定质量流量的被测值，并在给定情况下确定密度，并且将已确定的被测值输出至上级单元40。

对于本发明而言，压力测量发送器32、34是直接连接至科里奥利质量流量测量变换器20的测量和操作电路26还是连接至上级单元40并不重要。仅要紧的是记录所需的被测变量并将它们放在一起以便确定流动量。

图2a和图2b中的图形示出了根据时间的质量流量dm/dt(t)，它们一方面被记录为科里奥利质量流量测量变换器的第一被测值M₁，且另一方面被计算为第二被测值的函数F(M₂)，其中第二被测值包括本发明的测量站的两个压力感测点之间的压差△p，在所述两个点之间布置有科里奥利质量流量测量变换器。图2a中的测量数据移位一个常数值，以便可以分别观察它们。第一测量数据M₁在上升沿的填充开始时表现出强烈的波动，在图2a中用椭圆标记。这是由于最初存在于燃料中的大量空气夹杂物的结果。因此，基于上升沿中的第一测量数据而精确地确定流动量是不实际的。相反，作为第二被测值的函数F(M₂)的质量流量的值在上升沿具有更适合于确定流动量的相对平稳的时间函数。在图2b中，图2a的测量数据被叠加地示出，这表明测量数据在很大程度上是一致的。这确认了本根据情形使用第一测量数据或第二测量数据的发明的方法，并且在给定情况下，当测量数据类型中的一个具有较低的可靠性时，更新传递函数F。

现在将基于图3而更详细地解释继续进行的方式。

图3的上部是第一测量数据M₁，因此是科里奥利质量流量测量变换器的质量流量dm/dt(t)以及根据第二被测值F_i(M₂)的质量流量dm/dt(t)，其中第二被测值M₂是压差值。与未示出的基于第二测量数据M₂的质量流量相比，第一测量数据M₁在时间点t₁与t₃之间以及在t₄与t₆之间具有更好的可靠性。因此，基于第一被测值M₁而确定在t₁与t₃之间以及在t₄与t₆之间的流动量。此外，在这些间隔中更新传递函数，利用该传递函数确定对应于第二被测值M₂的质量流量dm/dt(t)。

在t₁之前，以及在t₃与t₄之间，以及在t₆与t₇之间，第一被测值M₁具有如此强烈的波动，以使得在这些时间，第二被测值M₂(尤其是基于第二被测值M₂的质量流量值)更可靠。因此，在这些时间，基于第二被测值M₂而确定对流动量m(t)的贡献。在测量开始时，使用最新的传递函数F₀，以便根据第二被测值M₂而计算质量流量dm/dt(t)＝F₀(M₂)。为了确定直到时间点t₁为止流出的总量m(t)，对这些值进行时间上的积分，或者对离散值求和。在图3的下部示出结果。

从时间点t₁开始，质量流量dm/dt(t)的第一被测值M₁更精确，使得其被积分，以便记录流出的总量。同时，在该时间段中，更新传递函数F，其中在此种测量中更新的传递函数F₁与传递函数F₀不同，即在时间t2，对在t₁之前的时间的总量m(t)执行随后校正。其由时间m(t)函数的跃迁加以指示。实际上，通过将第一被测值M₁与基于第二被测值M₂的质量流量值进行比较，传递函数会不断更新，以使得在t₃，当不应使用下一时间的第一被测值时，可以使用最近更新的传递函数F₂。借助于该更新的传递函数F₂，然后将第二被测值M₂(因此，压差值)转换成对应的质量流量dm/dt(t)＝F₂(M₂)。当在t₄处第一被测值更可靠时，t₁处的过程对应地重复。即，第一被测值M₁再次形成用于确定对总量m(t)的持续贡献的基础，更新了传递函数，并且在更新的传递函数F₃的情况下，基于压差测量而校正对时间段t₃至t₄的总量的先前确定的贡献。由于传递函数的连续更新，F₃之后跟随传递函数F₄，然后传递函数F4可用于随后基于第二被测值而计算质量流量。

现在将呈现合适的传递函数F。F可以与常数C1成比例，该常数在每种情况下都是在更新传递函数F时凭经验确定的。

理论上，在压差测量站处的体积流量或质量流量(视情况而定)与压差△p的平方根成比例，因此dm/dt＝K·|△p|^1/2，其中K是不依赖于dp的因子。然而，在实践中，已经发现偏离指数¹/₂可能是有利的。因此，传递函数与形式|△p|^1/C2的第一项成比例，其中dp是被测压差，其中C2是常数，其值在1.5与2.5之间，尤其是在1.75与2.25之间。虽然这些范围确实包括C2＝2的理论值，但是提供了其他值的可能性。此外，传递函数应考虑待填充介质的温度，因为这会影响介质的粘度，而粘度会直接影响压差测量。因此，通常，F具有以下形式：F(△p,T)＝C1·L(△p,T)，其中C1是常数。实际上，函数L(△p,T)是可分离的，以使得F可被描述为

F(△p,T)＝C1·G(△p)·H(T)。

然后，传递函数F可以尤其具有以下形式：

F(△p,T)＝C1△p^1/C2 exp(C3 T)或者

F(dp,T)＝C1 dp^1/C2 exp(-C3/T)，其中C1、C2、C3是正的常数，它们尤其特定于测量站而确定或特定于介质而确定。

在本发明的附加改进方案中，为了先前计算根据更新的传递函数对基于第二被测值而确定的流动量的贡献进行后续校正，使用校正函数，其中更新的传递函数以权重w输入，而在首次确定贡献的情况下应用的传递函数以权重(1-w)输入，其中w≤1，其中权重w尤其依赖于时间，并且例如随着在记录针对待校正的贡献的第二被测值与传递函数的更新之间的时间分离而减小。例如，w可以表示为

w＝((t_开始(M₂)+t_停止(M₂))/2-t(F_i-1))/(t(F_i)-t(F_i-1))，

其中t_开始(M₂)和t_停止(M₂)是时间点，在所述时间点之间使用了基于压差测量的质量流量dm/dt(t)的第二被测值M₂。这些时间点位于时间点t(F_i)与t(F_i-1)之间，例如在每种情况下，给出了数据捕获的平均时间点，以便确定更新的传递函数F_i和F_i-1。

图4a示出了本发明的方法100的综述。

首先在第一步骤110中，利用两个测量变换器记录被测变量M₁和M₂，其中利用科里奥利质量流量测量变换器记录的质量流量形成第一被测变量M₁，而利用压差测量变换器记录的压差形成第二被测变量M₂。

在下一步骤120中，借助于当前传递函数F_i根据呈当前压差形式的被测值M₂计算出当前质量流量dm/dt(M₂)。

在下一步骤130中，检查第一被测变量M₁是否可靠。举例来说，这可以通过以下方式发生：评估第一被测变量或科里奥利质量流量测量变换器的其他参数的波动，例如科里奥利质量流量测量变换器的振荡器的振荡密度的波动或振荡阻尼。根据评估结果，该方法包括针对下一步骤的两个替代方案。

在肯定结果的情况下，在下一步骤140中的该方法的第一替代方案中，将第一被测值M₁用于进一步确定流动总量m(t)并更新传递函数。

在否定结果的情况下，代替地在下一步骤160中的该方法的第二替代方案中，质量流量基于第二被测值M₂，将该第二被测值M₂用于进一步确定流动总量m(t)并更新传递函数，因此：

m(t)＝m(t-△t)+F_i.(M₂)*△t。

因为确定了针对总量m(t)的新值，所以该方法重新开始于步骤110，以便确定第一被测值和第二被测值。

该方法的第一替代方案140特别包括多个子步骤，如图4b中所示。

首先，在第一子步骤141中，用当前质量流量dm/dt(t)乘以时间间隔△t并添加至总量m(t-△t)的先前值，以便确定总量m(t)的当前值。

然后，在子步骤142中，基于当前第一被测值M₁(t)和第二被测值M₂(t)，确定更新的传递函数F_i，即尤其是确定上面讨论的传递函数的系数C1，或者确定该传递函数的多个系数，以便在该更新的传递函数F_i的情况下，可以将当前第二被测值M₂映射到当前被测值M₁上。

在下一子步骤143中，检查是否存在校正先前确定的总量m(t-△t)的需要。例如紧接在基于第二被测值而确定对流动总量m(t)的贡献之前，并且当在此种情况下应用的传递函数F_i-1与当前传递函数不同时，也是这种情况。然后，通过偏差或利用上面讨论的加权函数w，对基于第二被测值而确定的总量的先前计算的贡献进行校正。

Claims

1.一种用于确定已经流过测量站的可流动介质的流动量的方法，其中所述测量站包括：

第一流量测量变换器(20)，所述第一流量测量变换器根据第一测量原理工作；以及

第二流量测量变换器(32、34)，所述第二流量测量变换器根据第二测量原理工作；

其中所述两个流量测量变换器(20、32、34)在每种情况下适于暴露于所述介质的总流动量；

其中所述流动介质具有可变的状态或状态组合，其与所述第二流量测量变换器(32、34)的第二被测值(M2)不同地影响所述第一流量测量变换器(20)的第一被测值(M1)的可靠性；

其中所述第一流量测量变换器(20)的第一被测值(M1)在所述介质的第一状态或状态组合下比所述第二流量测量变换器(32、34)的第二被测值(M2)更可靠，而所述第二流量测量变换器(32、34)的第二被测值(M2)在所述介质的第二状态或状态组合下比所述第一流量测量变换器(20)的第一被测值(M1)更可靠；

其中当其更可靠时，基于所述第一被测值而确定对所述流动量的贡献，

其中当所述第二被测值(M2)更可靠时，使用所述第二被测值，其中借助于在确定所述第二被测值(M2)的时间点处有效的传递函数(F_i)的版本基于所述第二被测值(M2)而确定对应于所述第二被测值(M2)的对流动量的贡献，

其中当所述第一流量测量变换器的被测值更可靠时，确定所述传递函数(F_i)的更新的版本，

其中根据所述更新的传递函数(F_i)对先前基于所述第二被测值(M2)而确定的对所述流动量的贡献进行后续校正。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一流量测量变换器包括质量流量测量变换器，其中所述第一被测值包括质量流量被测值，并且其中所述第二流量测量变换器包括压差测量变换器，其中所述第二被测值包括压差值△p，基于所述压差值而借助于所述传递函数F来确定质量流量被测值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述传递函数还与常数C1成比例，在更新所述传递函数的情况下凭经验确定所述常数C1。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述传递函数与形式|dp|^1/c3的第一项成比例，其中dp是所述被测压差，其中c3是常数，所述常数c3的值在1.5与2.5之间，尤其是在1.75与2.25之间。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述传递函数还与第二项成比例，所述第二项随着所述介质的温度升高而升高。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二项随着所述介质的粘度下降而升高。

7.根据权利要求2至6中一项所述的方法，其中，所述传递函数F具有以下形式：

F(dp,T)＝C1 G(△p)H(T)，或者

F(dp,T)＝C1 G(△p,T)，

其中C1是常数，而G和H是dp和/或T的函数。

8.根据权利要求2至6中一项所述的方法，其中，所述传递函数F具有以下形式：

F(dp,T)＝C1△p^1/C2 exp(C3 T)，或者

F(dp,T)＝C1△p^1/C2 exp(-C3/T)，

其中C1、C2、C3是正的常数。

9.根据前述权利要求中一项所述的方法，其中，为了根据所述更新的传递函数对基于所述第二被测值而确定的流动量的先前计算的贡献进行后续校正，使用了校正函数，其中所述更新的传递函数以权重w输入，而在首次确定所述贡献的情况下应用的传递函数以权重(1-w)输入。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，w＝1。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述权重w随着在针对待校正的贡献的第二被测值的记录与所述传递函数的更新之间的时间分离而减小。

12.根据前述权利要求中一项所述的方法，其中，当所述第一被测值的波动和/或所述第一流量测量变换器的辅助被测变量的波动不超过相关的波动极限值时，所述第一被测值被评估为更可靠。

13.根据权利要求2至12中一项所述的方法，其中，所述辅助被测变量包括所述介质的密度，或所述质量流量测量变换器的振荡模式的本征频率、所述介质的粘度或至少一个振荡模式的阻尼和/或所述质量流量测量变换器的至少一个振荡传感器信号的信噪比。

14.一种测量站(1)，包括：

第一流量测量变换器(20)，所述第一流量测量变换器根据第一测量原理工作；第二流量测量变换器(32、34)，所述第二流量测量变换器根据第二测量原理工作；以及操作和评估电路，所述操作和评估电路适于执行根据前述权利要求中一项所述的方法。