ИДЕНТИФИКАЦИЯ ТИПА РАСХОДОМЕРА Российский патент 2008 года по МПК G01F25/00 G01F1/84 

Область техники

Настоящее изобретение относится к идентификации типа расходомера, а более точно к идентификации типа расходомера с использованием значений калибровки расходомера.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Расходомеры используются для измерения удельного массового расхода движущихся жидкостей. Существуют многие типы расходомеров, которые объединяют различные применения и текучие материалы. Например, могут быть разные типы/модели расходомеров для разных линейных размеров расходомерных трубок, материалов трубок, номинальных значений давления, номинальных значений температуры, номинальных значений точности и т.п. Каждый тип расходомера может обладать уникальными характеристиками, которые система измерения расхода должна учитывать для того, чтобы обеспечить оптимальные режимы работы. Например, для некоторых типов расходомеров могут потребоваться устройства с расходомерной трубкой для вибрации при конкретных уровнях рабочего объема. Или некоторым типам расходомеров необходимы специальные алгоритмы компенсации.

Электронные схемы расходомера обычно включают в себя сохраненные значения калибровки измерителя. Расходомер использует эти значения калибровки измерителя для того, чтобы точно измерять удельный массовый расход и плотность. Значения калибровки измерителя могут содержать значения калибровки, выведенные из измерений при испытаниях, например, на заводе.

Следовательно, каждый расходомер может обладать уникальными значениями калибровки.

Одним из типов расходомера является расходомер Кориолиса. Известно использование массовых расходомеров Кориолиса для измерения массового расхода и другой информации о материалах, протекающих через трубопровод (см., например, патент US №4491025, 1985 г. и №31450, 1982 г.). Эти расходомеры имеют одну или более расходомерных трубок разных конфигураций. Каждая конфигурация трубопровода может быть рассмотрена как обладающая набором собственных колебаний, в том числе, например, простого изгиба, крутильных, радиальных и связанных колебаний. В типичном применении массового расходомера Кориолиса конфигурация трубопровода возбуждается в одной или более мод колебаний при протекании вещества через трубопровод, при этом движение трубопровода измеряется в точках, разнесенных вдоль трубопровода. Виды колебаний заполненных веществом систем отчасти определяются объединенной массой расходомерных трубок и вещества внутри расходомерных трубок. Когда вещество, протекающее через расходомер, отсутствует, все точки вдоль расходомерных трубок колеблются с одинаковой фазой. Когда вещество начинает протекать через расходомерную трубку, кориолисовы ускорения заставляют каждую точку вдоль расходомерной трубки обладать разной фазой относительно других точек вдоль расходомерной трубки. Фаза на входной стороне расходомерной трубки отстает от задающего сигнала, в то время как фаза на выходной стороне опережает задающий сигнал. Датчики размещены в разных точках на расходомерной трубке, чтобы вырабатывать синусоидальные сигналы, представляющие движение расходомерной трубки в разных точках. Разность фаз сигналов, принятых с датчиков, вычисляется в единицах времени. Разность фаз между сигналами датчиков пропорциональна удельному массовому расходу вещества, протекающего через расходомерную трубку или расходомерные трубки.

Удельный массовый расход вещества определяется умножением разности фаз на калибровочный коэффициент расхода (FCF). Перед установкой расходомера в трубопровод FCF определяется посредством последовательности операций калибровки. При проведении операций калибровки жидкость пропускается через расходомерную трубку с заданным расходом, и вычисляется отношение между разностью фаз и расходом (то есть FCF). Расходомер впоследствии определяет расход умножением FCF на разность фаз двух сигналов тензодатчиков. Кроме того, другие калибровочные коэффициенты могут учитываться при определении расхода.

Во многих случаях применения расходомеров имеется сеть расходомеров, которая включает в себя множество отдельных расходомеров, работающих в пределах сети связи. Сеть, как правило, включает в себя систему контроля расходомера, которая собирает измеренные данные расхода и управляет и координирует действия различных расходомеров. Сеть расходомеров может включать в себя расходомеры разных размеров, моделей, годов выпуска модели, а также электронных схем и версий программного обеспечения. В таком окружении желательно, чтобы тип расходомера легко и автоматически идентифицировался, чтобы процедуры обслуживания и модернизации могли выполняться рационально и должным образом.

Когда электронные расходомеры были впервые разработаны, идентификация и отслеживание типа расходомера не были проблемой. Это происходило вследствие относительного небольшого количества производителей расходомеров и небольшого количества моделей расходомеров. Как результат, ручное отслеживание и учет типов расходомеров были легкими. Однако невозможно спроектировать расходомер без учета уникальных характеристик в особых случаях использования, наряду с обеспечением низких затрат, более высоких рабочих характеристик, меньших занимаемых площадей и других аспектов, требуемых от расходомера. Как результат, количество типов расходомеров возросло, чтобы удовлетворять специальным и широким потребностям.

Один из известных подходов требует от пользователя введения модели/типа датчика в устройство контроля расходомера, например введения кода или идентификатора. Этот подход приемлем, если лицо, выполняющее ввод, хорошо осведомлено о расходомерах и типах расходомеров. Однако этот известный подход имеет недостатки, поскольку он основан на том, что лицу, выполняющему ввод, следует, по меньшей мере, быть знакомым с известными типами расходомеров, следует знать, как вводить данные в передатчик или устройство контроля, а также обеспечивать полный, безошибочный и точный ввод кода или идентификатора.

Еще один известный подход состоит в том, чтобы расходомер содержал устройство памяти. Память сохраняет данные о типе расходомера в виде удобочитаемого кода или идентификатора. Удаленная система контроля расходомера может запрашивать память, чтобы получить код или идентификатор типа расходомера. Однако этот известный подход также имеет недостатки. Наличие устройства памяти существенно увеличивает стоимость расходомера. Кроме того, устройство памяти, например твердотельная память, является относительно непрочным устройством, которое непригодно для включения в условиях высокой температуры и высокой вибрации расходомера.

Еще один известный подход состоит во включении в расходомер резистора, при этом резистор формирует относительно уникальный электрический ответный сигнал напряжения/тока, который считывается дистанционно. Резистор является недорогим и прочным устройством, которое может быть легко интегрировано в расходомер. Однако этот подход также имеет недостатки. Увеличивающееся количество типов расходомеров делает необходимым использование все меньших и меньших диапазонов сопротивления для определения каждой модели расходомера. Это ведет к неопределенностям, когда допустимое отклонение сопротивления является критическим. Кроме того, глобальная идентификация типа расходомера потребовала бы координирования между производителями расходомеров.

Еще один подход состоит в том, чтобы возбуждать начальные колебания рассматриваемого расходомера и измерять результирующую частоту колебаний расходомерной трубки. Результирующая частота колебаний затем сопоставляется с типом расходомера. Однако этот подход также имеет недостатки. Вибрационное испытание должно проводиться надлежащим образом, а расходомер должен находиться в соответствующих условиях испытаний. Кроме того, проверка может иметь результатом измеренные частоты ответного сигнала, которые не полностью указывают на тип расходомера. Изменения допустимых отклонений расходомера, вместе с изменениями в условиях окружающей среды, могут иметь результатом неправильное определение типа расходомера.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков в данной области техники путем создания системы и способа для идентификации типа расходомера.

Согласно варианту осуществления изобретения предложена система мониторинга расходомера. Система мониторинга расходомера содержит интерфейс связи, предназначенный для поддержания связи с одним или более расходомерами и приема значений калибровки измерителя для расходомера одного или более расходомеров. Система контроля расходомера, кроме того, содержит систему обработки, связанную с интерфейсом связи и предназначенную для приема значений калибровки измерителя из интерфейса связи и сопоставления значений калибровки измерителя с известными значениями калибровки измерителя, чтобы определить тип расходомера.

Согласно варианту осуществления изобретения предложен способ идентификации типа расходомера, который содержит прием значений калибровки измерителя для расходомера и сопоставление значений калибровки измерителя с известными значениями калибровки измерителя, чтобы определять тип расходомера.

Согласно варианту осуществления изобретения предложен программный продукт для определения типа расходомера. Программный продукт содержит управляющее программное обеспечение, предназначенное для предписания системе обработки принимать значения калибровки измерителя для расходомера и сопоставлять значения калибровки измерителя с известными значениями калибровки измерителя, чтобы устанавливать тип расходомера. Программный продукт, кроме того, содержит систему хранения, которая обеспечивает хранение управляющего программного обеспечения.

Ниже изложены аспекты изобретения. В одном из аспектов изобретения значения калибровки измерителя включают в себя калибровочный коэффициент расхода (FCF) и значение частоты (K1) собственной гармоники.

В другом аспекте изобретения известные значения калибровки измерителя содержат структуру данных, которая связывает отдельный тип расходомера с отдельным набором значений калибровки измерителя.

В еще одном аспекте изобретения определенный тип расходомера сохраняется в структуре данных вместе с идентификатором расходомера.

В еще одном аспекте изобретения значения калибровки измерителя для расходомера принимаются из расходомера.

В еще одном аспекте изобретения значения калибровки измерителя для расходомера принимаются через пользовательский интерфейс.

В еще одном аспекте изобретения система контроля расходомера содержит элемент расходомера.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 изображает систему мониторинга расходомера согласно изобретению;

фиг.2 - диаграмму зависимости между некоторыми типами расходомеров и значениями FCF и K1 согласно изобретению;

фиг.3 - блок-схему последовательности операций способа идентификации типа расходомера согласно изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1-3 представлены отдельные примеры, чтобы пояснить, как изготовить и использовать наилучший вариант осуществления изобретения. Примеры, приведенные ниже, представлены с пояснением двух вариантов осуществления изобретения. Однако может быть использовано более чем два варианта осуществления. Специалистам в данной области техники ясно, что признаки, описанные ниже, могут быть скомбинированы различным образом для формирования многочисленных вариантов изобретения. Как результат, изобретение не ограничено отдельными примерами, описанными ниже, а только формулой изобретения и ее эквивалентами.

На фиг.1 представлена система 100 мониторинга расходомера согласно варианту осуществления изобретения. Система 100 мониторинга расходомера содержит расходомер, передатчик расходомера, удаленный терминал и т.д. Система 100 мониторинга расходомера может собирать измеренные данные расхода и управлять и координировать операции одного или более различных расходомеров. В некоторых вариантах осуществления система 100 мониторинга расходомера может поддерживать связь с одним или более расходомерами 150 через сеть 170.

Расходомер 150 может содержать, например, расходомер Кориолиса. Расходомер 150 может включать в себя сохраненные значения калибровки измерителя, такие как калибровочный коэффициент 151 расхода (FCF) и значение 152 частоты (K1) собственной гармоники. FCF отражает геометрию расходомерной трубки отдельного устройства расходомера. FCF может учитывать отклонения в размерах устройства расходомерной трубки во время изготовления и также может учитывать отклонения в ответном колебательном сигнале, что обусловлено разбросом свойств материала расходомерной трубки. Значение K1 представляет частоту собственной гармоники устройства расходомерной трубки в качестве измеренной с воздухом в устройстве расходомерной трубки и при температуре калибровки в 0° по Цельсию. Значение K1 обычно представлено в единицах частоты или в единицах времени (т.е. периодах колебаний). Другие значения калибровки измерителя (не показаны) могут содержать, но не для ограничения, значение K2 (такое же, как K1, но для воды в устройстве расходомера), значение K3 влияния на расход плотности, температурное калибровочное значение и т.п. Другие значения калибровки измерителя предполагаются и включены в пределы объема изобретения и формулы изобретения.

Система 100 мониторинга расходомера в одном из вариантов осуществления содержит интерфейс 101 связи и систему 102 обработки и может включать в себя пользовательский интерфейс 130. Система 100 мониторинга расходомера принимает значения калибровки измерителя для расходомера 150. Система 100 мониторинга расходомера использует значения калибровки измерителя, чтобы определять тип расходомера 150.

В альтернативном варианте осуществления система 100 мониторинга расходомера содержит элемент расходомера, т.е. система 100 мониторинга расходомера содержит часть расходомера 150. Следовательно, расходомер 150 может использовать значения калибровки измерителя, чтобы определять свой собственный тип расходомера. Кроме того, расходомер 150 может принимать значения калибровки измерителя из других расходомеров и идентифицировать типы измерителей.

Тип расходомера продиктован факторами, включающими: производителя, степень точности устройства расходомерной трубки, номинальное давление, номинальную температуру, материал или материалы, используемые при формировании устройства расходомерной трубки, и линейные размеры трубопровода, формирующего расходомер. Каждая из этих характеристик расходомера может оказывать влияние или управлять определением типа расходомера (фиг.2).

Предпочтительно система 100 мониторинга расходомера может считывать значения калибровки измерителя дистанционно, например, получая значения калибровки измерителя из расходомера 150 через интерфейс 101 связи.

Значения могут считываться по шине или линии связи либо могут считываться по беспроводной линии связи. Значения могут быть считаны в любое время. Альтернативно, значения калибровки измерителя могут быть введены непосредственно в систему 100 мониторинга расходомера пользователем через пользовательский интерфейс 130. В другом альтернативном варианте значения калибровки измерителя могут быть получены из других удаленных устройств через интерфейс 101 связи.

Значения калибровки измерителя используются в работе электронных схем расходомера 150 для калибровки измерений массового расхода. Значения калибровки измерителя обычно получают при испытаниях на заводе. Значения калибровки измерителя обычно сохраняются в электронных схемах измерителя до того, как расходомер отгружен с завода. Кроме того, значения калибровки измерителя могут быть запрограммированы или перепрограммированы в электронных схемах измерителя на месте пользователем. Преимущественно, если рассматриваемый расходомер 150 повторно конфигурируется, значения могут быть повторно перепрограммированы так, что рассматриваемый расходомер 150 по-прежнему может идентифицироваться согласно изобретению. Это программирование обычно облегчается путем использования ярлыка, прикрепленного к расходомеру, причем на ярлыке отштампованы, выбиты или отпечатаны измеренные на заводе значения калибровки измерителя. Поэтому, если требуется, пользователь может перепрограммировать расходомер надлежащей информацией калибровки, например при пропадании питания, потере памяти, переконфигурировании и т.д.

Интерфейс 101 связи конфигурирован так, чтобы поддерживать связь с расходомером 150 и другими расходомерами, и также может быть использован для поддержания связи с другими устройствами сети расходомеров. Интерфейс 101 связи может принимать значения калибровки измерителя, например, из расходомера 150. Альтернативно, интерфейс 101 связи может принимать значения калибровки измерителя с удаленного терминала или устройства.

Интерфейс 101 связи может содержать любой тип устройства связи. В одном из вариантов осуществления интерфейс 101 связи содержит модем, сетевую плату и т.д., сконфигурированные для поддержания связи по сети 170. Сеть 170 может содержать проводную сеть, в том числе коммутируемую сеть или цифровую пакетную сеть. В другом варианте осуществления интерфейс 101 связи, например, содержит беспроводное устройство связи, такое как радио- или оптический приемник или приемопередатчик.

Система 102 обработки проводит операции системы 100 мониторинга расходомера. Система 102 обработки поддерживает связь с интерфейсом 101 связи и сконфигурирована для приема значений калибровки измерителя с интерфейса 101 связи и сопоставления значений калибровки измерителя с известными значениями калибровки измерителя для определения типа расходомера. Система 102 обработки может содержать компьютер общего назначения, микропроцессорную систему, логическую схему или некоторые другие общего назначения или заказные устройства обработки. Система 102 обработки может быть распределена среди многочисленных устройств обработки. Система 102 обработки может включать в себя любую разновидность интегрированного или автономного электронного запоминающего носителя, например запоминающую систему 103.

Запоминающая система 103 может включать в себя запоминающее устройство 110 FCF, запоминающее устройство 112 K1, известные значения 114 калибровки измерителя и запоминающее устройство 116 типа расходомера. Запоминающее устройство 110 FCF и запоминающее устройство 112 K1 могут хранить принятые значения FCF и K1 для идентификации типа расходомера. Известные значения 114 калибровки измерителя могут содержать структуру данных, которая хранит известные значения, используемые для идентификации типа расходомера (раскрыта ниже). Например, известные значения 114 калибровки измерителя могут содержать таблицу данных. Однако должно быть понятно, что другие структуры данных могут использоваться для хранения и сопоставления значений калибровки измерителя. Система 100 мониторинга расходомера может сохранять определенную идентификацию типа расходомера в запоминающее устройство 116 типа расходомера.

В одном из вариантов осуществления известные значения калибровки измерителя сохраняются в таблице 114 соответствия. Таблица 114 соответствия включает в себя многочисленные записи типа измерителя. Запись типа измерителя в таблице 114 соответствия включает в себя набор известных значений калибровки измерителя и соответствующий тип измерителя для набора известных значений калибровки измерителя. Поэтому, после ввода конкретного набора значений калибровки измерителя, таблица 114 соответствия выводит уникальный тип расходомера, соответствующий конкретному набору значений калибровки измерителя.

На фиг.2 представлена диаграмма зависимости между некоторыми типами расходомеров и значениями FCF и К1. Следует отметить, что не все типы расходомеров показаны на диаграмме. Из диаграммы следует, что значения FCF и К1 для каждого представленного типа расходомера плотно сгруппированы. Поэтому, посредством сопоставления значений калибровки измерителя рассматриваемого расходомера с известными параметрами и группами, может быть определен тип расходомера.

На фиг.3 представлена блок-схема 300 последовательности операций способа идентификации типа расходомера согласно варианту осуществления изобретения. Способ определения типа расходомера может выполняться системой 100 мониторинга расходомера и может быть реализован в программном продукте. Программный продукт может выполняться в системе 100 мониторинга расходомера. На этапе 301 принимаются значения калибровки измерителя для расходомера, который должен быть идентифицирован. Как обсуждалось ранее, значения калибровки измерителя могут включать в себя значение FCF и К1. Значения калибровки измерителя могут быть одновременно или заблаговременно приняты из рассматриваемого расходомера 150, могут быть одновременно или заблаговременно приняты от пользователя через пользовательский интерфейс или могут быть одновременно или заблаговременно приняты с удаленного терминала.

На этапе 302 принятые значения калибровки измерителя коррелируют с известными значениями калибровки измерителя, которые, по существу, представляют различные типы расходомеров. Коррелированно может быть выполнено сравнением значений калибровки измерителя рассматриваемого расходомера 150 с известными значениями калибровки измерителя. Сопоставление может быть выполнено посредством использования структуры данных, например таблицы данных.

На необязательном этапе 303 определенный тип расходомера сохраняется. Определенный тип расходомера может быть сохранен в структуре данных, наряду с идентификатором рассматриваемого расходомера 150. Идентификатором расходомера может быть любой элемент из группы, состоящей из сетевого адреса, номера расходомера, серийного номера расходомера, назначенного номера расходомера и т.д., которая используется для идентификации рассматриваемого расходомера 150. Тип расходомера может содержать, например, тип расходомера Кориолиса.

Система 100 мониторинга расходомера (и способ), преимущественно, может определять тип расходомера сопоставлением значений FCF и K1 с известными типами расходомеров. Эти две части информации применяются во всех расходомерах Кориолиса и достаточны, чтобы точно характеризовать расходомер Кориолиса. Изобретение, поэтому, может определять характеристики расходомера, в том числе, например, производителя, линейный размер устройства расходомерной трубки, материал(ы) устройства расходомерной трубки, номинальное давление устройства расходомерной трубки, номинальную температуру устройства расходомерной трубки и степень точности устройства расходомерной трубки.

Система и способ идентификации типа расходомера согласно изобретению отличаются от предшествующего уровня техники тем, что значения калибровки измерителя используются для определения типа расходомера. Никаких дополнительных кодов и идентификаторов пользователю вводить не требуется. Пользователь не должен выполнять никакие дополнительные этапы для того, чтобы осуществлять идентификацию типа расходомера.

Определение типа расходомера согласно изобретению может быть реализовано согласно любому из вариантов осуществления для того, чтобы, если требуется, получить некоторые преимущества. Идентификация типа расходомера обеспечивает низкую стоимость определения типа расходомера. Никаких дополнительных аппаратных средств в расходомере или в системе контроля расходомера не требуется, и изобретение может быть реализовано посредством дополнительных процедур программного обеспечения. Идентификация типа расходомера обеспечивает точное и надежное определение типа расходомера, не внося дополнительных проблем. Идентификация типа расходомера обеспечивает идентификацию, которая не требует дополнительных действий или операций со стороны пользователя или оператора системы. Идентификация типа расходомера обеспечивает идентификацию типа расходомера, которая использует информацию, неотъемлемую в рамках расходомера либо в рамках системы или сети расходомеров. Более того, идентификация типа расходомера обеспечивает идентификацию типа расходомера, которая может информировать пользователя об ошибке ввода значений FCF или K1, если определенный тип расходомера отличается от ожидаемого типа расходомера.

Система мониторинга расходомера Кориолиса содержит интерфейс связи с одним или более расходомерами и приема значений калибровки измерителя для одного или более расходомеров. Система мониторинга также содержит систему обработки, связанную с интерфейсом связи и предназначенную для приема значений калибровки измерителя из интерфейса связи и сопоставления значений калибровки измерителя с известными значениями калибровки измерителя, чтобы определить тип расходомера. Известные значения калибровки измерителя содержат структуру данных, которая связывает тип расходомера с набором значений калибровки измерителя. Значения калибровки измерителя содержат калибровочный коэффициент расхода. Система обработки дополнительно сконфигурирована для хранения определенного типа расходомера в структуре данных наряду с идентификатором расходомера. Изобретения обеспечивают простое и точное определение типа расходомера, не требующее дополнительных действий со стороны пользователя и дополнительных аппаратных средств в расходомере. 3 н. и 26 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система (100) мониторинга расходомера, содержащая

интерфейс (101) связи, предназначенный для поддержания связи с одним или более расходомерами и приема значений калибровки измерителя для одного или более расходомеров, и систему (102) обработки, связанную с интерфейсом (101) связи и предназначенную для приема значений калибровки измерителя из интерфейса (101) связи и сопоставления значений калибровки измерителя с известными значениями (114) калибровки измерителя для того, чтобы определять тип расходомера.