УЛЬТРАЗВУКОВАЯ РАСХОДОМЕРНАЯ СИСТЕМА С ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ДАВЛЕНИЯ, РАСПОЛОЖЕННЫМ ВЫШЕ ПО ПОТОКУ Российский патент 2016 года по МПК G01F1/66 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке США №61/716164, поданной 19 октября 2012 (номер дела поверенного 1787-27900, М&С 201213), которая полностью включена в настоящее описание посредством ссылки.

Уровень техники

[0002] Природный газ транспортируют с места на место посредством трубопроводов. Желательно с точностью знать количество газа, протекающего в трубопроводе, и особенно точность требуется при переходе текучей среды от одного владельца к другому или "передаче продукта потребителю". Даже когда не происходит передача потребителю, однако, точность измерения является необходимой, и в данных ситуациях могут быть использованы расходомеры.

[0003] Ультразвуковые расходомеры представляют собой один тип расходомеров, которые могут быть использованы для измерения количества текучей среды, протекающей в трубопроводе. Ультразвуковые расходомеры имеют необходимую точность для использования при передаче потребителю. В ультразвуковых расходомерах акустические сигналы посылают назад и вперед через поток текучей среды, который необходимо измерить. На основании параметров принятых акустических сигналов определяют скорость потока текучей среды в расходомере. Объем текучей среды, протекающей через расходомер, может быть определен из определенных скоростей потока и известной площади поперечного сечения расходомера.

[0004] Ультразвуковая расходомерная система подвержена воздействию различных условий, которые влияют на калибровку, точность и/или работу измерительной системы. Например, накопление загрязнителей в трубопроводе, ограничение потока и/или разности или изменения в рабочей окружающей среде относительно калибровочной окружающей среды могут воздействовать на точность расходомера. Соответственно, необходимыми являются эффективные технологии мониторинга условий, относящихся к работе и точности расходомерной системы.

Раскрытие изобретения

[0005] В настоящем описании раскрыты устройство и способ для мониторинга работы расходомера. В одном варианте реализации расходомерная система содержит расходомер, первый и второй датчики давления, стабилизатор потока и устройство для мониторинга состояния. Расходомер выполнен с возможностью измерения объема текучей среды, протекающей через расходомер. Первый датчик давления расположен вблизи расходомера для измерения давления текучей среды вблизи расходомера. Стабилизатор потока расположен выше по потоку от расходомера. Второй датчик давления расположен выше по потоку от стабилизатора потока для измерения давления текучей среды выше по потоку от стабилизатора потока. Устройство для мониторинга состояния соединено с расходомером и датчиками давления и выполнено с возможностью определения возможного отклонения в работе расходомерной системы на основании разности между измерениями давления первого и второго датчиков давления. В другом варианте реализации способ для мониторинга работы расходомерной системы выключает прием измерений давления от первого датчика давления, расположенного вблизи расходомера, и от второго датчика давления, расположенного выше по потоку от стабилизатора потока, который стабилизирует поток текучей среды, обеспеченный в расходомере. Устанавливают опорную разность давлений между первым и вторым датчиками давления. Возможное отклонение в работе расходомерной системы определяют на основании опорной разности давлений и измерений давления, полученных от первого и второго датчиков давления.

[0006] В другом варианте реализации система для мониторинга состояния, предназначенная для мониторинга работы расходомерной системы, содержит средства определения опорного давления и средства проверки параметров. Средства определения опорного давления выполнены с возможностью получения измерений давления от первого датчика давления, расположенного вблизи расходомера, и от второго датчика давления, расположенного выше по потоку от стабилизатора потока, который стабилизирует поток текучей среды, обеспеченный в расходомере. Средства определения опорного давления также выполнены с возможностью установления опорной разности давлений между первым и вторым датчиками давления на основании измерений давления. Средства проверки параметров выполнены с возможностью определения возможного отклонения в работе расходомерной системы на основании опорной разности давлений и измерений давления, полученных от первого и второго датчиков давления.

Краткое описание чертежей

[0007] Для подробного описания приведенных в качестве примера вариантов реализации прилагаются чертежи, на которых:

[0008] на фиг. 1 показана ультразвуковая расходомерная система в соответствии с различными вариантами реализации;

[0009] на фиг. 2 показан вид сверху в разрезе ультразвукового расходомера в соответствии с различными вариантами реализации;

[0010] на фиг. 3 показана схематическая диаграмма ультразвуковой расходомерной системы, содержащей датчик давления выше по потоку от стабилизатора потока, в соответствии с различными вариантами реализации;

[0011] на фиг. 4 показана блок-схема системы мониторинга состояния в соответствии с различными вариантами реализации;

[0012] на фиг. 5 показана блок-схема выполненного на основании процессора варианта реализации устройства для мониторинга состояния в соответствии с различными вариантами реализации; и

[0013] на фиг. 6 показана блок-схема способа мониторинга условия ультразвуковой расходомерной системы в соответствии с различными вариантами реализации.

Условные обозначения

[0014] В нижеследующем описании и в формуле изобретения термины "включающий" или "содержащий" используют в открытом значении и должны трактоваться в значении "включающий, но не в качестве ограничения, …". В дополнение, термины "соединение" или "соединяет" означает прямое или опосредованное электрическое соединение. Таким образом, если первое устройство соединено со вторым устройством, данное соединение может быть выполнено через прямое электрическое соединение или через опосредованное электрическое соединение, выполненное посредством других устройств и соединений. Кроме того, термин "программное обеспечение" включает любой исполняемый код, выполненный с возможностью выполнения процессором, вне зависимости от носителя, используемого для хранения программного обеспечения. Таким образом, код, хранимый в памяти (например, неизменяемой памяти) и иногда называемый "встроенное программное обеспечение", включен в понятие программного обеспечения. Фраза "основанный на" обозначает "по меньшей мере частично основанный на". Таким образом, если X основан на Y, X может быть основан на Y и любом числе других факторов. Термин "текучая среда" включает жидкости и газы.

Осуществление изобретения

[0015] Нижеследующее описание направлено на различные приведенные в качестве примера варианты реализации изобретения. Фигуры чертежей не обязательно выполнены в масштабе. Конкретные особенности вариантов реализации могут быть показаны увеличенными в масштабе или в какой-либо схематической форме, и некоторые детали стандартных элементов могут быть не показаны ввиду ясности и краткости. Раскрытые варианты реализации не должны трактоваться или каким-либо другим образом использоваться для ограничения объема раскрытия, включая формулу изобретения. В дополнение, специалисту в области техники понятно, что нижеследующее описание имеет широкое применение, и описание любого варианта реализации приведено в качестве примера данного варианта реализации и не предназначено для ограничения объема раскрытия, включая формулу изобретения, данным вариантом реализации. Следует понимать, что различные замыслы вариантов реализации, описанные ниже, могут быть применены по отдельности или в подходящей комбинации для получения необходимых результатов. Кроме того, различные варианты реализации разработаны для измерения потоков углеводородов (например, сырая нефть, природный газ), и описание следует из контекста разработки; однако, описанные системы и способы в равной мере применимы для измерения потока любой текучей среды.

[0016] Ультразвуковая расходомерная система содержит устройства для мониторинга состояния (например, системы мониторинга на основании состояния) для обеспечения возможности обнаружения изменений в работе измерительной системы и/или условий работы системы и изменения условий, вызывающих изменения. Устройство для мониторинга состояния ультразвукового расходомера представляет собой систему, которая производит мониторинг работы ультразвукового расходомера и соответствующего оборудования. Устройство для мониторинга состояния может анализировать работу измерительной системы посредством выполнения взятых в качестве примера функций, таких как:

- обнаружение изменений в характеристиках потока, таких как профиль потока, симметричность потока, завихрение потока, турбулентность потока и т.д.;

- обнаружение изменений в результатах ультразвуковой диагностики, такой как частота появления ошибок при обнаружении ультразвуковых сигналов, уровни усиления, уровни шума, обнаружение переключения пиков и т.д.;

- сравнение измеренной скорости звука от ультразвукового расходомера с составом газа, давлением и температурой с применением стандарта 10 Американской газовой ассоциации (AGA);

- сравнение измеренной температуры с температурой, полученной из скорости звука; и

- сравнение плотности, полученной от датчика состава газа (например, газовый хроматограф), с плотностью, полученной из скорости звука.

[0017] Так как изменение давления потока влияет на точнность измерений объема газа, полученных посредством ультразвукового измерения, ультразвуковые расходомерные системы содержат датчик давления вблизи расходомера для выполнения измерений давления потока. Точность датчика давления периодически проверяют для обеспечения того, что на точность измерений не оказывает отрицательное влияние измерение датчика давления. В обычных ультразвуковых измерительных системах точность датчика давления проверяют при помощи прибора для проверки со статистической нагрузкой или насоса и дополнительного датчика давления, который откалиброван в аккредитованной лаборатории. В альтернативном варианте реализации датчик избыточного давления может быть расположен вблизи ультразвукового расходомера, принимая допущение, что два датчика давления не будут испытывать ошибку или погрешность общего режима.

[0018] Варианты реализации настоящего раскрытия содержат датчик давления выше по потоку от стабилизатора потока, а не дополнительный датчик давления вблизи (т.е. у или ниже по потоку от) ультразвукового расходомера, как в обычных ультразвуковых измерительных системах. В расходомерной системе, описанной в настоящем описании, измерения давления, обеспеченные расположенным выше по потоку датчиком давления, используют для проверки работы датчика давления вблизи расходомера и для установления возможных изменений в работе стабилизатора потока.

[0019] На фиг. 1 показана ультразвуковая расходомерная система 100 в соответствии с различными вариантами реализации. Система 100 содержит ультразвуковой расходомер 101, датчики 134, 136, 138 и устройство 128 для мониторинга состояния. В системе 100 ультразвуковой расходомер 101 соединен с трубой или другой конструкцией 132. В некоторых вариантах реализации труба 132 расположена ниже по потоку от ультразвукового расходомера 101. Труба 132 содержит отверстия 144, которые обеспечивают доступ датчиков 134-138 к потоку текучей среды, протекающему через систему 100. Устройство 132 для мониторинга состояния соединено с датчиками 134-138 и с ультразвуковым измерителем 101. В некоторых вариантах реализации, устройство 128 для мониторинга состояния может быть частью компьютера потока, соединенного с ультразвуковым измерителем 101. В других вариантах реализации устройство 128 для мониторинга состояния может быть встроено в электронные компоненты 124 ультразвукового измерителя 101 или выполнено как отдельное устройство.

[0020] Ультразвуковой расходомер 101 содержит измерительный корпус или патрубок 102, который определяет центральный проход или канал. Патрубок 102 спроектирован и выполнен с возможностью соединения с трубопроводом или другой конструкцией, переносящей текучие среды (например, природный газ), так что текучие среды, протекающие в трубопроводе, проходят через центральный канал. Пока текучие среды проходят через центральный канал, ультразвуковой расходомер 101 измеряет расход (таким образом, текучую среду можно назвать измеренной текучей средой). Патрубок 102 содержит выступы 106, которые облегчают соединение патрубка 102 с другой конструкцией. В других вариантах реализации может быть равносильно использована любая подходящая система для соединения патрубка 102 с конструкцией (например, сварные соединения).

[0021] Для измерения потока текучей среды в патрубке 102 ультразвуковой расходомер 101 содержит множество узлов преобразователей. На виде по фиг. 1 показано пять таких узлов 108, 110, 112, 116 и 120 преобразователей полностью или частично. Узлы преобразователей составляют пары (например, узлы преобразователей 108 и 110), как описано ниже. Более того, каждый узел преобразователя электрически соединен с блоком 124 электронной аппаратуры управления. Более конкретно, каждый узел преобразователя электрически соединен с блоком 124 электронной аппаратуры управления посредством соответствующего кабеля 126 или равносильного узла, передающего сигнал.

[0022] На фиг. 2 показан вид сверху в разрезе ультразвукового расходомера 101. Патрубок 102 имеет определенный размер и определяет центральный канал 104, через который протекает измеряемая текучая среда. Приведенная в качестве иллюстрации пара узлов 112 и 114 преобразователей расположена по длине патрубка 102. Преобразователи 112 и 114 представляют собой акустические приемопреобразователи и, в частности, ультразвуковые приемопреобразователи. Оба ультразвуковых преобразователя 112, 114 вырабатывают и принимают акустические сигналы, имеющие частоты ниже приблизительно 20 кГц. Акустические сигналы могут вырабатываться и приниматься посредством пьезоэлектрического элемента в каждом преобразователе. Для вырабатывания ультразвукового сигнала пьезоэлектрический элемент электрически возбуждают посредством сигнала (например, синусоидального сигнала), а элемент отвечает вибрацией. Вибрация пьезоэлектрического элемента вырабатывает акустический сигнал, который проходит через измеряемую текучую среду к соответствующему узлу преобразователя пары. Аналогичным образом, под воздействием акустического сигнала принимающий пьезоэлектрический элемент вибрирует и вырабатывает электрический сигнал (т.е. синусоидальный сигнал), который обнаруживают, оцифровывают и анализируют посредством электронной аппаратуры 124, связанной с расходомером 101.

[0023] Проход 200, также называемый "хордой", находится между приведенными в качестве иллюстрации узлами 112 и 114 преобразователей под углом 6 к средней линии 202. Длина хорды 200 представляет собой расстояние между лицевой поверхностью узла 112 преобразователя и лицевой поверхностью узла 114 преобразователя. Места 204 и 206 определяют положения, в которых акустические сигналы, выработанные узлами 112 и 114 преобразователей, входят в текучую среду, протекающую через патрубок 102, и покидают ее (т.е. вход в канал патрубка). Положение узлов 112 и 114 преобразователей может быть определено углом 9, первой длиной L, измеренной между лицевыми поверхностями узлов 112 и 114 преобразователей, второй длиной X, соответствующей осевому расстоянию между местами 204 и 206, и третьей длиной d, соответствующей внутреннему диаметру трубы. В большинстве случаев расстояния d, X и L точно определены во время производства расходомера. Измеряемая жидкость, такая как природный газ, протекает в направлении 208 с профилем 210 скорости. Векторы 212, 214, 216 и 218 скорости показывают, что скорость газа через патрубок 102 увеличивается в направлении средней линии 202 патрубка 102.

[0024] Сначала расположенный ниже по потоку узел 112 преобразователя вырабатывает ультразвуковой сигнал, который приходит на расположенный выше по потоку узел 114 преобразователя и, следовательно, обнаруживается им. Спустя немного времени расположенный выше по потоку узел 114 преобразователя вырабатывает возвратный ультразвуковой сигнал, который затем приходит на расположенный ниже по потоку узел 112 преобразователя и, следовательно, обнаруживается им. Таким образом, узлы преобразователей обмениваются или играют в "брось и поймай" ультразвуковыми сигналами 220 по пути 200 хорды. Во время работы данная последовательность может происходить тысячи раз в минуту.

[0025] Переходное время ультразвукового сигнала 220 между показанными в качестве иллюстрации узлами 112 и 114 преобразователей зависит отчасти от того, проходит ультразвуковой сигнал 220 вверх по течению или вниз по течению относительно потока текучей среды. Переходное время ультразвукового сигнала, проходящего вниз по потоку (т.е. в том же направлении, что поток текучей среды), меньше, чем его переходное время при проходе вверх по потоку (т.е. против потока текучей среды). Переходные времена вверх по потоку и вниз по потоку могут быть использованы для вычисления средней скорости вдоль пути сигнала и скорости звука в измеряемой текучей среде. Имея измерения в сечении расходомера 101, переносящего текучую среду, среднюю скорость по области центрального канала 104 можно использовать для нахождения объема текучей среды, протекающей через патрубок 102.

[0026] Ультразвуковые расходомеры могут иметь одну или более хорд. Например, расходомер 101 содержит четыре хордовых пути на разных подъемах в патрубке 102. Скорость потока текучей среды может быть определена на каждой хорде для получения хордовых скоростей потока, а хордовые скорости потока объединены для определения средней скорости потока по всей трубе. Из средней скорости потока может быть определено количество текучей среды, протекающей в патрубке и, следовательно, в трубопроводе.

[0027] Обычно электронная аппаратура 124 управления вынуждает преобразователи (например, 112, 114) испускать сигналы и принимает выходные сигналы от датчиков. Электронная аппаратура 124 управления также может вычислять среднюю скорость потока для каждой хорды, вычислять среднюю скорость потока измерителя, вычислять объемный расход через измеритель, вычислять скорость звука через текучую среду, выполнять диагностику измерителя и т.д. Объемный расход и другие измеренные и вычисленные величины, такие как скорость потока, скорость звука и т.д., могут быть выведены на устройство 128 для мониторинга состояния. Как указано выше, устройство 128 для мониторинга состояния в некоторых вариантах реализации может содержаться в электронной аппаратуре 124 управления.

[0028] Для заданной хорды хордовая скорость потока v задана как:

а хордовая скорость звука задана как:

где

L - это длина пути (т.е. разделение между лицевыми поверхностями преобразователей, находящихся выше по потоку и ниже по потоку),

Х - это составляющая L в измерительном канале в направлении потока, и

T_up и T_dn - это переходные времена прохождения звуковой энергии через текучую среду вверх по потоку и вниз по потоку.

[0029] Средняя скорость потока через измеритель 101 задана как:

$${\nu }_{avg}={\displaystyle \sum _i{w}_i{v}_i(4)}$$

где

W_i - это хордовый весовой коэффициент,

V_i - это измеренная хордовая скорости потока, и

суммирование i производят по всем хордам.

[0030] Возвращаясь к фиг. 1, датчики 134-138 измеряют различные свойства или параметры текучей среды и могут обеспечивать измерения устройству 128 для контроля состояния посредством передающих сигнал сред 142 (например, электропроводки). Датчик 134 представляет собой датчик состава газа, такой как газовый хроматограф, который обеспечивает информацию, указывающую на количество каждого компонента газа, протекающего через систему 100. Датчик 136 представляет собой датчик давления, который обеспечивает сигналы, указывающие на давление текучей среды, протекающей в системе 100. Датчик 138 представляет собой датчик температуры (например, резистивный температурный датчик), который обеспечивает сигналы, указывающие на температуру текучей среды, протекающей в системе 100. Датчик 138 температуры проходит во внутренний проход 140 трубы 132 и измеряет температуру текучей среды, протекающей через систему 100 в окончании датчика 138. Таким образом, датчик 138 температуры расположен так, чтобы измерять температуру текучей среды на конкретной высоте. На фиг. 1 датчики 134-138 расположены вблизи к части ультразвукового расходомера 101, расположенной ниже по потоку. В других вариантах реализации системы 100 в патрубке может быть расположен один или более датчиков 134-136.

[0031] Из информации о составе текучей среды, давлении и температуре, обеспеченной датчиками 134, 136 и 138 соответственно, может быть вычислена скорость звука через текучую среду с использованием заранее заданных теоретических или экспериментальных величин. Например, устройство 128 для мониторинга состояния может вычислять скорость звука в текучей среде как определено в отчете №10 Американской газовой ассоциации "Скорость звука в природном газе и других соответствующих углеводородах (AGA 10). В некоторых вариантах реализации устройства 128 для мониторинга состояния данная вычисленная скорость звука может быть использована для проверки значений скорости звука, измеренных для каждой хорды измерителя 101.

[0032] Аналогичным образом, на основании измерений скорости звука, обеспеченных ультразвуковым расходомером 101, и измерений, обеспеченных датчиками 134, 136, устройство 128 для мониторинга состояния может вычислить температуру, давление и/или состав текучей среды, протекающей через ультразвуковую расходомерную систему 100. Устройство 128 для мониторинга состояния может вычислять температуру, давление и/или состав с использованием повторного обратного вычисления скорости звука, определенного в AGA 10 на основании измеренной скорости звука, обеспеченной ультразвуковым измерителем 101, и измерений, обеспеченных датчиками 134-136.

[0033] На фиг. 3 показана схематическая диаграмма ультразвуковой расходомерной системы 300. Расходомерная система 300 содержит расходомерную систему 100. Как описано выше и показано на фиг. 1, расходомерная система 100 содержит ультразвуковой расходомер 101, а также датчик 138 температуры, датчик 136 давления и датчик 134 состава газа, установленные ниже по потоку от ультразвукового измерителя 101. В некоторых вариантах реализации система 300 содержит датчик 136 давления, расположенный в патрубке 102, вместо датчика 136 давления, установленного ниже по потоку от ультразвукового измерителя 101, или в дополнение к нему. В других вариантах реализации датчик 138 температуры и/или датчик 136 давления могут быть расположены выше по потоку от расходомера 101 на расстоянии, так что датчики 136, 138 не оказывают отрицательного воздействия на поток текучей среды и профиль потока через расходомер 101.

[0034] Расходомерная система 300 также содержит стабилизатор 302 потока и датчик 304 давления, соединенный по текучей среде с ультразвуковым измерителем 101. Стабилизатор 302 потока расположен выше по потоку от ультразвукового измерителя 101 и датчик 304 давления расположен выше по потоку от стабилизатора 302 потока. Расстояние между ультразвуковым измерителем 101 и стабилизатором 302 потока может быть определено производителем расходомера 101 и/или стабилизатора 302 потока. Стабилизатор 302 потока уменьшает завихрения, турбулентность и т.д. в потоке текучей среды, подаваемом в ультразвуковой измеритель 101, таким образом обеспечивая полностью развившийся профиль потока в потоке текучей среды, протекающем через ультразвуковой измеритель 101. В некоторых вариантах реализации стабилизатор 302 потока стабилизирует поток текучей среды посредством направления потока текучей среды через последовательности малых отверстий. Отверстия стабилизатора 302 потока могут быть блокированы загрязнителями текучей среды в потоке текучей среды.

[0035] Как описано выше, давление и температура текучей среды вблизи расходомера 101 используют в вычислениях потока для корректировки давления и температуры области сечения корпуса ультразвукового измерителя, при измерении корректировки объема до стандартных условий и других измерительных вычислениях. Давление текучей среды и температура текучей среды вблизи расходомера 101, измеренные датчиком 136 давления и датчиком 138 температуры, в настоящем описании обозначены как "давление измерителя" и " температура измерителя". Давление измерителя и температура измерителя должны иметь высокую точность и быть проверены для обеспечения того, что на общую погрешность измерения не оказывается отрицательное влияние вследствие ошибочных измерений датчиков 136, 138.

[0036] Аналогичным образом, давление текучей среды выше по потоку от стабилизатора 302 потока, измеренное датчиком 304 давления, обозначено как "давление стабилизатора". Измеренные величины давления, обеспеченные датчиками 136, 304, обеспечивают устройству 128 для мониторинга состояния. Устройство 128 для мониторинга состояния может определять падение давления по стабилизатору 302 потока как

[0037] Падение давления по стабилизатору 302 потока зависит от числа Рейнольдса. Таким образом, устройства 128 для мониторинга состояния может определять опорные значения разности давлений (Падение давления стабилизатора) относительно числа Рейнольдса или других характеристик потока, таких как скорость текучей среды, где давление и температура текучей среды удерживают относительно стабильными. Как только определены опорные значения разности давлений, устройство 128 для мониторинга состояния может применить опорные значения разности для определения, может ли стабилизатор 302 потока быть заблокирован на основании текущей разности давлений, превышающей порог разности давлений относительно опорной. Устройство 128 для мониторинга состояния может вырабатывать сигнал тревоги, указывающий на обнаружение возможной блокировки стабилизатора 302 потока.

[0038] Устройство 128 для мониторинга состояния может также вычислять вторичное давление потока текучей среды, которое корректирует давление стабилизатора до состояния измерителя. Вторичное давление потока текучей среды может быть вычислено как

[0039] Устройство 128 для мониторинга состояния сравнивает давление измерителя с вторичным давлением измерителя. Если разность между давлением измерителя и вторичным давлением измерителя превышает заранее заданную пороговую величину, устройство 128 для мониторинга состояния может вырабатывать сигнал тревоги, указывающий на то, что должна быть выполнена проверка одного или более датчиков 136, 304 давления. Порог может быть установлен в соответствии с местными, национальными, международными стандартами, которые устанавливают допустимую погрешность измерения давления на основании случая применения измерений, которые необходимо выполнить.

[0040] Аналогичным образом, в некоторых вариантах реализации, устройство 128 для мониторинга состояния может вычислять вторичное давление стабилизатора на основании давлений измерителя и опорного значения разности давлений. Вторичное давление стабилизатора может быть вычислено как

и сравнено с измеренным давлением измерителя. Если разность между давлением стабилизатора и вторичным давлением стабилизатора превышает заранее заданную пороговую величину, устройство 128 для мониторинга состояния может вырабатывать сигнал тревоги, указывающий на то, что должна быть выполнена проверка одного или более датчиков 136, 304 давления. Порог может быть установлен в соответствии с местными, национальными, международными стандартами, которые устанавливают допустимую погрешность измерения давления на основании случая применения измерений, которые необходимо выполнить.

[0041] На фиг. 4 показана блок-схема устройства 128 для мониторинга состояния в соответствии с различными вариантами реализации. Устройство 128 для мониторинга состояния содержит средства 402 проверки параметров, средства 406 определения опорного давления и отображающие средства 404. Средства 402 проверки параметров получают значения различных рабочих параметров 408 от ультразвукового измерителя 101, датчиков 134-138, 304 и т.д. и обрабатывают значения параметров для установления измерений в работе измерительной системы 300, которые могут указывать на возможную неточность измерения или другие отклонения от ожидаемой работы. Варианты реализации средств 402 проверки параметров могут получать и обрабатывать значения параметров 408, при этом параметры 408 содержат коэффициенты усиления, приложенные к ультразвуковым преобразователям для обнаружения ультразвуковых сигналов, показателя профиля потока, симметричности потока, поперечного потока, завихрений потока, хордовых соотношений сигнал-шум, измерений давления и температуры и т.д.

[0042] Средства 406 определения опорного давления вычисляют опорные значения 414 разности давлений для датчиков 136, 304 давления. Опорные значения разности давлений могут быть определены относительно числа Рейнольдса или скорости текучей среды, протекающей через расходомерную систему 300. Опорные значения разности давлений могут быть определены, например, как средние значения Падения давления стабилизатора за интервал инициализации относительно числа Рейнольдса или скорости. Средства 406 определения опорного давления обеспечивают опорные значения 414 разности давлений средствам 402 проверки параметров.

[0043] Некоторые варианты реализации устройства 128 для мониторинга состояния содержат средства для числа Рейнольдса, которые вычисляют числа Рейнольдса для текучей среды, протекающей через расходомерную систему 300 во времена, соответствующие получению значений параметра 408. Как описано выше, числа Рейнольдса могут быть применены со ссылкой на измерения давления, обеспеченные датчиками 136, 304 давления. В некоторых вариантах реализации, устройство 128 для мониторинга состояния может получать числа Рейнольдса от другой системы. Средства для числа Рейнольдса могут вычислять числа Рейнольдса на основании измеренных параметров текучей среды, протекающей через расходомер 101, обеспеченных расходомером 101 и преобразователями 134-138.

[0044] Средства 402 проверки параметров вычисляют текущие значения Падения давления стабилизатора и Вторичное давление измерителя и сравнивают текущие значения с пороговыми значениями. Текущее значение Падения давления стабилизатора сравнивают с порогом, который основан на опорных значениях 414 разности давлений. Порог определяет диапазон допустимой разности между опорной разностью 414 давления и текущим значением Падения давления стабилизатора Порог может быть основан на диапазоне наблюдаемых разностей по времени, заранее заданном значении диапазона и т.д.

[0045] Текущее значение разности между давлением измерителя и Вторичным давлением измерителя сравнивают с порогом, определяющим максимальную допустимую разность между текущие давлением измерителя и Вторичным давлением измерителя. Порог может быть основан на диапазоне наблюдаемых разностей между давлением измерителя и Вторичным давлением измерителя во времени, заранее заданном значении диапазона и т.д.

[0046] Некоторые варианты устройства 128 для мониторинга состояния могут содержать отдельные пороги тревоги для давления измерителя, Вторичного давления измерителя и Падения давления стабилизатора. В других вариантах реализации, может быть применен единый порог для указания того, что стабилизатор 302 потока может быть заблокирован или что датчики 136, 304 давления должны быть проверены.

[0047] Пороги давления измерителя/Вторичного давления измерителя и Падения давления стабилизатора определяют диапазоны, в которых значения каждого параметра расцениваются как указывающие на то, что расходомерная система 300 работает должным образом. Напротив, значения параметров, находящиеся за пределами диапазона, определенного порогами, могут указывать на то, что расходомерная система 300 не работает должным образом. Средства 402 проверки параметров могут вырабатывать сигнал 410 тревоги на основании разности между давлением измерителя и Вторичным давлением измерителя, или Падением давления стабилизатора, и опорных значений 414 разности давлений, превышающих соответствующие пороговые значения.

[0048] Устройство 128 для мониторинга состояния может также определять, присутствует ли систематическая ошибка, на основании, например, характеристик места, между датчиками 136, 304 давления. Устройство 128 для мониторинга состояния может определять значение систематической ошибки и регулировать измерения, обеспеченные датчиками 136, 304 давления, и/или разность между измеренными давлениями в соответствии с систематической ошибкой для повышения точности измерения.

[0049] Отображающие средства 404 вырабатывают отображения для показа информации, обеспеченной средствами 402 проверки параметров пользователю. Например, отображающие средства 404 могут вырабатывать отображение значений выбранного рабочего параметра ультразвукового измерителя 101, который запустил сигнал тревоги с соответствующими скоростями, числами Рейнольдса, порогами и другой информацией, раскрытой в настоящем описании. Отображающие средства 404 могут представлять отображение посредством монитора, как известно из уровня техники (например, монитор с плоской панелью), принтер или другое отображающее устройство.

[0050] Варианты реализации средств 402 проверки параметров, средств 406 определения опорного давления, отображающих средств 404 и других средств, раскрытых в настоящем описании, могут содержать аппаратные ресурсы или аппаратные и программные ресурсы (т.е. инструкции) для выполнения функций, раскрытых в настоящем описании. Например, некоторые варианты реализации средств 402 проверки параметров, средств 406 определения опорного давления и отображающих средств 404 могут быть выполнены как один или более процессор, выполняющий инструкции, извлеченные из машиночитаемого носителя. Процессоры, подходящие для исполнения средств 402, 404, 406, могут содержать микропроцессоры общего назначения, процессоры цифрового сигнала, микроконтроллеры или другие устройства, выполненные с возможностью выполнения инструкций, извлеченных из машиночитаемого носителя. Архитектуры процессоров содержат исполнительные блоки (например, фиксированная точка, плавающая точка, целое и т.д.), хранилище (например, реестры, память и т.д.), расшифровку инструкций, периферийные модули (например, контроллеры прерываний, таймеры, контроллеры прямого доступа к памяти и т.д.), системы ввода/вывода (например, последовательные порты, параллельные порты и т.д.) и различные другие компоненты и вспомогательные системы. Неизменяемый машиночитаемый носитель, подходящий для хранения инструкций средств 402, 404, 406, может содержать энергозависимое хранилище, такое как память с произвольным доступом, энергонезависимое хранилище (например, жесткий диск, оптическое устройство хранения (например, CD или DVD), флэш-память, постоянная память) или их комбинации.

[0051] Некоторые варианты реализации средств 402 проверки параметров, средств 406 для определения опорного давления, отображающих средств 404 и других средств или частей устройства 128 для мониторинга состояния, раскрытых в настоящем описании, могут быть выполнены как схемы аппаратного обеспечения, выполненные с возможностью выполнения функций, раскрытых в настоящем описании. Выбор аппаратного обеспечения или процессоров/вариантов исполнения инструкций в вариантах реализации представляет собой конструкционный выбор на основании множества факторов, таких как стоимость, время выполнения и способность добавления измененных или дополнительных функций в будущем.

[0052] На фиг. 5 показана блок-схема выполненного на основании процессора варианта реализации устройства 128 для мониторинга состояния. Вариант реализации устройства 128 для мониторинга состояния, показанный на фиг. 5, содержит процессор 500 и хранилище 510, соединенное с процессором. Процессор 500 представляет собой устройство для исполнения инструкций, как описано выше. Хранилище 510 представляет собой машиночитаемый носитель, как описано выше. Процессор 500 извлекает и выполняет инструкции, хранящиеся в хранилище 510, считывает данные из хранилища 510, записывает данные в хранилище 510 и осуществляет связь с другими системами и устройствами. Хранилище 510 содержит модуль 502 для проверки параметров, модуль 506 для определения опорного давления и отображающий модуль 504, которые соответственно содержат инструкции для осуществления средств 402 проверки параметров, средств 406 определения опорного давления и отображающих средств 404. Хранилище 510 может содержать обработанные и/или необработанные значения 512 параметров (например, значения усиления преобразователей, значения показателя профиля, значения числа Рейнольдса, информацию о сигналах тревоги, значения давления измерителя, значения давления стабилизатора и т.д.) и опорные значения 508, которые соответствуют опорным значениям 414 разности давлений, пороговым значениям и т.д. Устройство 128 для мониторинга состояния на основании процессора, показанное на фиг. 5, может содержать другие различные компоненты, такие как сетевые адаптеры, видеоинтерфейсы, вспомогательные интерфейсы и т.д., которые не показаны на фиг. 5 в целях простоты.

[0053] На фиг. 6 показана блок-схема способа 600 мониторинга состояния ультразвуковой расходомерной системы 300 в соответствии с различными вариантами реализации. Хотя для удобства описаны последовательно по меньшей мере некоторые раскрытые действия могут быть выполнены в другом порядке и/или выполнены параллельно. В дополнение, в некоторых вариантах реализации могут быть выполнены только некоторые из раскрытых действий. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере некоторые из операций способа 600, а также другие операции, описанные в настоящем описании, могут быть выполнены как инструкции, хранящиеся на машиночитаемом носителе 510 и исполняемые процессором 500.

[0054] В блоке 602 текучая среда протекает через ультразвуковую расходомерную систему 300, а система 300 измеряет объеме текучей среды. Устройство 128 для мониторинга состояния получает значения давления текучей среды от датчика 136 давления, расположенного вблизи ультразвукового расходомера 101.

[0055] В блоке 604 устройство 128 для мониторинга состояния получает значения давления текучей среды от датчика 304 давления, расположенного выше по потоку от стабилизатора 302 потока.

[0056] В блоке 606 устройство 128 для мониторинга состояния определяет опорное значение разности давлений, соответствующее разности давлений, измеренных датчиком 136 и датчиком 304. Опорное значение разности давлений может быть определено относительно скорости и/или числа Рейнольдса текучей среды, протекающей через систему 300, когда значения давления измерены датчиками 136, 304. Таким образом, опорное значение разности давлений может выражать номинальную или ожидаемую разность в измерениях давления между датчиками 136, 306 при заданной скорости и числе Рейнольдса текучей среды.

[0057] В блоке 608 устройство 128 для мониторинга состояния устанавливает пороги относительно опорного значения разности давлений. Пороги указывают на диапазон допустимой разности между давлением измерителя и давлением стабилизатора при соответствующем числе Рейнольдса, скорости и т.д. Пороги могут быть определены на основании заранее заданного диапазона, принятого номинальным (как ожидается) при числе Рейнольдса, скорости или другом опорном параметре, соответствующем каждому значению разности давлений.

[0058] В блоке 610 устройство 128 для мониторинга состояния определяет, может ли присутствовать блокировка в стабилизаторе 302 потока. Устройство 128 для мониторинга состояния определяет возможную блокировку посредством сравнения текущего значения разности между давлением измерителя и давлением стабилизатора с опорным значением разности давлений. Опорное значение разности давлений может соответствовать числу Рейнольдса или скорости текучей среды во время, когда были получены значения давления, использованные для вычисления текущего значения разности. Если текущее значение разности превышает порог (т.е. разности давлений между датчиками 136, 302 увеличился более чем на заранее заданную величину), то стабилизатор 302 потока может быть заблокирован. Устройство 128 для мониторинга состояния может вырабатывать сигнал тревоги, указывающий на то, что стабилизатор 302 потока может быть заблокировано на основании результатов сравнения. В некоторых вариантах реализации вырабатывание сигнала тревоги может быть также основано на давлении стабилизатора, соответствующем текущему значению разности, увеличившемуся относительно предыдущих измерений давления, обеспеченных датчиком 304.

[0059] В блоке 612 устройство 128 для мониторинга состояния определяет ожидаемое давление текучей среды вблизи ультразвукового расходомера 101. Устройство 128 для мониторинга состояния может определять ожидаемое давление на основании давления, измеренного выше по потоку от стабилизатора 302 потока посредством датчика 304, и вычисленного опорного значения разности давлений в соответствии с уравнением (2). Устройство 128 для мониторинга состояния также может устанавливать пороги относительно разности между текущим значением давления измерителя и ожидаемым давлением текучей среды вблизи измерителя 101. Пороги указывают на диапазон допустимой разности между давлением измерителя и ожидаемым давлением при соответствующем числе Рейнольдса, скорости и т.д. Пороги могут быть определены на основании заранее заданного значения разности давлений, принятого номинальным (как ожидается) при числе Рейнольдса, скорости или другом опорном параметре, соответствующем каждому значению давления измерителя.

[0060] В блоке 614 устройство 128 для мониторинга состояния определяет, может ли один из датчиков 136, 304 давления функционировать не правильно или быть подверженным ошибке измерения давления. Устройство 128 для мониторинга состояния устанавливает возможные проблемы датчика посредством сравнения текущего значения давления измерителя и ожидаемого давления текучей среды вблизи ультразвукового расходомера 101. Если разность между текущим значением давления измерителя и ожидаемым давлением текучей среды вблизи измерителя 101 превышает порог, то по меньшей мере один из датчиков 136, 304 может испытывать проблемы. Устройство 128 для мониторинга состояния может вырабатывать сигнал тревоги, указывающий на возможную проблему сдатчиком 136, 304 на основании сравнения.

[0061] Приведенное выше описание приведено в иллюстративных целях принципов и различных приведенных в качестве примера вариантов реализации настоящего изобретения. Множество вариаций и модификаций будут очевидны специалисту после ознакомления с приведенным выше раскрытием. Например, хотя варианты реализации изобретения были описаны в отношении ультразвукового расходомера, специалисту в области техники будет ясно, что варианты реализации равносильным образом применимы и к другим типам расходомеров Подразумевается, что нижеследующая формула изобретения охватывает все такие вариации и модификации.

Устройство и способ мониторинга работы расходомерной системы. В одном варианте реализации расходомерная система содержит расходомер, первый и второй датчики давления, стабилизатор потока и устройство для мониторинга состояния. Расходомер выполнен с возможностью измерения объема текучей среды, протекающей через расходомер. Первый датчик давления расположен вблизи расходомера для измерения давления текучей среды вблизи расходомера. Стабилизатор потока расположен выше по потоку от расходомера. Второй датчик давления расположен выше по потоку от стабилизатора потока для измерения давления текучей среды выше по потоку от стабилизатора потока. Устройство для мониторинга состояния соединено с расходомером и датчиками давления и выполнено с возможностью установления возможного отклонения в работе расходомерной системы на основании разности между измерениями давления первого и второго датчиков давления. Технический результат - повышение точности измерений за счет использования для мониторинга работы датчика давления вблизи расходомера и для установления возможных изменений в работе стабилизатора потока. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Расходомерная система, содержащая
расходомер, выполненный с возможностью измерения объема текучей среды, протекающей через расходомер;
первый датчик давления, расположенный вблизи расходомера для измерения давления текучей среды вблизи расходомера;
стабилизатор потока, расположенный выше по потоку от расходомера;
второй датчик давления, расположенный выше по потоку от стабилизатора потока для измерения давления текучей среды выше по потоку от стабилизатора потока; и
устройство для мониторинга состояния, соединенное с расходомером и датчиками давления и выполненное с возможностью установления возможного отклонения в работе расходомерной системы на основании разности между измерениями давления первого и второго датчиков давления.

2. Система по п. 1, в которой устройство для мониторинга состояния выполнено с возможностью определения опорной разности давлений между первым и вторым датчиками давления.

3. Система по п. 2, в которой устройство для мониторинга состояния выполнено с возможностью определения опорной разности давлений на основании разностей между измерениями давления первого и второго датчиков давления относительно числа Рейнольдса и/или скорости текучей среды.

4. Система по п. 2, в которой устройство для мониторинга состояния выполнено с возможностью вырабатывания предупредительного сигнала, указывающего на блокировку стабилизатора потока на основании разности давлений между первым и вторым датчиками давления, превышающей опорную разность давлений более чем на заданную величину.

5. Система по п. 4, в которой устройство для мониторинга состояния выполнено с возможностью вырабатывания предупредительного сигнала на основании повышения давления, измеренного вторым датчиком давления.

6. Система по п. 2, в которой устройство для мониторинга состояния выполнено с возможностью вычисления ожидаемого значения давления вблизи расходомера на основании опорного давления и давления, измеренного вторым датчиком давления.

7. Система по п. 2, в которой устройство для мониторинга состояния выполнено с возможностью вырабатывания предупредительного сигнала, указывающего на проблему с первым датчиком давления и/или со вторым датчиком давления на основании давления, измеренного первым датчиком давления, отличающегося от ожидаемого значения более чем на заданную величину.

8. Способ мониторинга работы расходомерной системы, включающий
прием измерений давления от первого датчика давления, расположенного вблизи расходомера;
прием измерений давления от второго датчика давления, расположенного выше по потоку от стабилизатора потока, который стабилизирует поток текучей среды, подаваемый в расходомер;
определение опорной разности давлений между первым и вторым датчиками давления;
установление возможного отклонения в работе расходомерной системы на основании опорной разности давлений и измерений давления, полученных от первого и второго датчиков давления.

9. Способ по п. 8, в котором определение включает определение опорной разности давлений на основании разностей между измерениями давления первого и второго датчиков давления относительно числа Рейнольдса и/или скорости текучей среды потока текучей среды.

10. Способ по п. 8, в котором установление включает вырабатывание предупредительного сигнала, указывающего на блокировку стабилизатора потока на основании разности давлений между первым и вторым датчиками давления, превышающей опорную разность давления более чем на заданную величину.

11. Способ по п. 8, в котором установление включает вырабатывание предупредительного сигнала на основании повышения давления, измеренного вторым датчиком давления.

12. Способ по п. 8, дополнительно включающий вычисление ожидаемого значения давления вблизи расходомера на основании опорного давления и давления, измеренного вторым датчиком давления.

13. Способ по п. 12, в котором установление включает вырабатывание предупредительного сигнала, указывающего на проблему с первым датчиком давления и/или со вторым датчиком давления на основании давления, измеренного первым датчиком давления, отличающегося от ожидаемого значения более чем на заданную величину.

14. Система мониторинга состояния для мониторинга работы расходомерной системы, содержащая
средства определения опорного давления, выполненные с возможностью
получения измерений давления от первого датчика давления, расположенного вблизи расходомера;
получения измерений давления от второго датчика давления, расположенного выше по потоку от стабилизатора потока, выполненного с возможностью стабилизации потока текучей среды, подаваемого в расходомер;
определения опорной разности давлений между первым и вторым датчиками давления на основании измерений давления;
средства проверки параметров, выполненные с возможностью установления возможного отклонения в работе расходомерной системы на основании опорной разности давлений и измерений давления, полученных от первого и второго датчиков давления.

15. Система по п. 14, в которой средства определения опорного давления выполнены с возможностью определения опорной разности давлений на основании разностей между измерениями давления первого и второго датчиков давления относительно числа Рейнольдса текучей среды потока текучей среды.

16. Система по п. 15, в которой средства определения опорного давления выполнены с возможностью определения опорной разности давлений на основании разностей между измерениями давления первого и второго датчиков давления относительно скорости текучей среды потока текучей среды.

17. Система по п. 14, в которой средства проверки параметров выполнены с возможностью установления возможной блокировки стабилизатора потока на основании разности давлений между первым и вторым датчиками давления, превышающей опорную разность давления более чем на заданную величину.

18. Система по п. 17, в которой средства проверки параметров выполнены с возможностью установления возможной блокировки на основании повышения давления, измеренного вторым датчиком давления.

19. Система по п. 14, в которой средства определения опорного давления выполнены с возможностью вычисления ожидаемого значения давления вблизи расходомера на основании опорного давления и давления, измеренного вторым датчиком давления.

20. Система по п. 19, в которой средства проверки параметров выполнены с возможностью установления возможной проблемы с первым датчиком давления и/или со вторым датчиком давления на основании давления, измеренного первым датчиком давления, отличающегося от ожидаемого значения более чем на заданную величину.