[发明专利]用于在振动流量计量器中应用可变零点算法的装置及相关方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种流量计量器，以及更具体地，涉及一种用于在可变操作条件下确定可变零点（zero）算法和将可变零点算法应用到振动流量计量器的方法和装置。

背景技术

振动传感器——诸如例如振动密度计量器和科里奥利流量计量器——是众所周知的并且用于测量流过流量计量器中的导管的物料的质量流量和其他信息。示例性科里奥利流量计量器在均属于J.E.史密斯等人的美国专利4,109,524、美国专利4,491,025和Re.31,450中公开。这些流量计量器具有一个或多个直的或弯曲构造的导管。例如，科里奥利质量流量计量器中的每个管道构造具有一组固有振动模式，该振动模式可以是简单的弯曲、扭转或耦合类型的。每个导管可以被驱动从而以优选模式振荡。

物料从流量计量器的入口侧上的连接的管道流入流量计量器中，被引导通过导管，并且通过流量计量器的出口侧离开流量计量器。振动系统的固有振动模式部分地由导管的组合质量和在导管内流动的物料来限定。

当没有流量通过流量计量器时，施加到导管的驱动力导致沿着导管的所有点以相同的相位或小的“零点偏移”振荡，该零点偏移是在零流量下测得的时间延迟。当物料开始流过流量计量器时，科里奥利力导致沿导管的每个点具有不同的相位。例如，流量计量器的入口端处的相位滞后于中心驱动器位置处的相位，而出口处的相位领先于中心驱动器位置处的相位。导管上的拾取器（pickoff）产生代表导管的运动的正弦信号。从拾取器输出的信号被处理，以确定拾取器之间的时间延迟。两个或更多个拾取器之间的时间延迟与流过导管的物料的质量流率成比例。

连接到驱动器的计量器电子设备生成驱动信号以操作驱动器，并且根据从拾取器接收的信号来确定物料的质量流率和其他性质。驱动器可以包括许多众所周知的布置之一；然而，磁体和相对的驱动线圈已经在流量计量器工业中取得了很大的成功。交流电被传递到驱动线圈，以用于使导管以期望的流管振幅（flow tube amplitude）和频率振动。本领域还已知将拾取器提供为与驱动器装置非常相似的磁体和线圈布置。然而，当驱动器接收到引起运动的电流时，拾取器可以使用由驱动器提供的运动来感应电压。由拾取器测得的时间延迟的量值非常小；通常以纳秒为单位测量。因此，必须使换能器（transducer）输出非常精确。

通常，可以初始校准科里奥利流量计量器，并且可以生成流量校准因子以及零点偏移。在使用中，流量校准因子（FCF）可以乘以由拾取器测得的时间延迟（ΔT）减去零点偏移（ΔT₀）的差，以生成质量流率。这种质量流量校准可以由两个校准常数来表示，这两个校准常数等同于直线的斜率（FCF）和截距（零点偏移）。利用流量校准因子（FCF）和零点偏移（ΔT₀）的质量流率等式的示例由等式（1）描述：

（1）

其中：

=质量流率

FCF=流量校准因子

ΔT_measured =所测得的时间延迟

ΔT₀ =初始零点偏移

在大多数情况下，流量计量器通常由制造商进行初始校准并假定在无需后续校准的情况下提供精确的测量结果。尽管最初确定的零点偏移可以在有限的情况下适当地校正测量结果，但是多个操作条件可能会影响零点偏移。这样的操作条件包括压力、流体密度、传感器安装条件等。一种用以校准流量计量器的现有技术方法包括用户停止到流量计量器的流动，以在过程条件下向计量器提供零点流率参考，在该点处，用户可以启动零点校准例程，该零点校准例程限定供计量器电子设备使用的零点偏移。这可以称为“按钮零点”。这里，在两个点校准计量器：满量程的0％和100％，其中，0％值由按钮零点程序设置。然而，使用按钮零点方法可能导致一些计量器上的非线性。按钮零点方法还导致在低流率下高达1％的误差，该误差不可接受地高。

由于科里奥利计量器可能具有导致低流率下的误差的小的非线性，因此按钮零点方法可能并不总是最佳的校准解决方案。然而，使用“两速率零点”仔细调整斜率和截距常数产生通常优于±0.10%的校准数据。两速率零点校准简单地使用大于0%（通常为10%）的流量以及更高的流率点（通常为100%）来建立两个常数-斜率和截距。不幸的是，两速率零点校准方法在无流量条件下产生非零流量指示，这通常在产品的零点稳定性值规范之外。因此，两个校准方法并非在所有情况下都是理想的。

因此，在本领域中需要一种装置和方法，以允许执行两速率零点校准，同时还允许执行标准的按钮归零。