用来校准压差流体流量测量系统的方法技术方案

在一种包括一个初级流量传感器（１０）、和一个用来把来自初级流量传感器的高、低流体压力信号转换成代表流体流量的电信号输出的次级电子转换装置的流量测量系统（１１）中，一种用来把系统作为一个整体单元来校准的过程包括步骤：在系统的流量条件工作范围内，把多个已知基准流体流率施加到于初级流量传感器；对于所述多个已知基准流体流率的每一个，检测次级电子转换装置的电气输出；对于所述电输出值的每一个，建立一个能线性化流体流率与测量系统电输出之间的关系的校正因子；及把校正因子存储在作为次级电子转换装置一部分的一个微处理器中的非易失存储器中。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于压差的流体流量测量，包括速率、体积和质量，更具体地说，涉及一种通过在其工作范围内、用已知的流体流量基准校准作为一个整体的系统来改进测量精度的方法。对于充满一个封闭通道如管路的流体，基于压差的流体流量计、或测量系统一般包括两个基本元件。系统包括一个浸入流体的传感器，作为系统的初级元件；和一个次级元件，包括机械和电子装置，以把检测的流体动力转换成可用来得到需要信息的形式，如流率、体积流量和流动流体的质量。检测流动中的流体压差的初级传感器包括这样的专用类型，如平均皮托管、孔板、流量喷嘴和文氏管流量计。系统的次级部分可以包括一个压差(DP)变换器、一个静态压力变换器、一个流体温度变换器和一个流量计算机。这些变换器的原始电气输出一般处理成一个传送信号，以便在诸如流量计算机之类的附加设备中进行以后的电子处理。变换器和以后的电子装置(如A/D转换器、放大器和中央处理单元)的组合在行家中通常称为DP变送器，并且该术语也在本说明书中使用。通常初级传感器和次级(或DP)变送器实际上是远离的，并且一般作为独立的仪器实体来处理，这意味着两个元件独立地校准，并且给出其各自的精度标准。在理解流体流量测量技术的当前状态、和与本专利技术相比现有系统所能达到的精度之前，回顾评定测量装置精度的可供选择方法是有益的。有两种表示精度的方法。第一种通常表达为“读数百分比”或“值的百分比”。这种方法以具体的读数识别误差。在测量装置中，这种方法的使用意味着装置在整个工作范围内产生一个基于其读数的误差陈述。第二种方法表达为“满刻度百分比”(fs的百分比)精度标准。这种方法与测量代表输出100％量时装置中的误差有关。对于用“满刻度百分比”精度陈述校准的装置的等效“值的百分比”误差数值，使用如下公式计算 这两种精度等级方法之间的差别直到把他们画出来才变为明显。附图说明图1表示用来表达测量误差的两种方法的每一种的结果。曲线“A”表示1％的读数误差，而曲线“B”表示1％的满刻度误差陈述。两者都按10∶1的衰减画出。在所示的例子中，“满刻度的±1％”误差等效于在全量程范围的20％处的“值的±5％”误差(5∶1衰减)。流量衰减是在某一所述精度下，期望由系统测量的最大流率与期望测量的最小流率的比值。这个量一般以双点表达在一条线上，如对于10的衰减比值为10∶1。大多数流量测量装置具有能在所述精度极限内能够测量的一个最大流量和一个最小流量。一般的流率落在这些值之间。在压差测量装置中，流率Q按照公式Q=CDP]]>导出，其中C是常数，而DP是检测的高、低流体压力之差。不同类型的压差传感器具有其优点和缺点，但所有它们都受到固有的不能提供在较宽工作范围内按照数学公式绝对与流体流率有关的流体压力输出之害。这些压差流量传感器的引入误差和最终性能特性由每个装置的安装参数限定，并且随之而变化，如传感器的形状和尺寸、其过流孔的位置和数量、及传感器在流体输送管内部的位置。图3是示意曲线，以实线表明流体流量Q与压差DP之间的数学理想关系。虚线曲线表明相同的关系，但带有考虑到初级检测元件的固有误差。能使平均皮托管型初级传感器或其他DP传感器在较宽流量范围内表现出与所述数学理想状态的紧密相似性，但即使这些类型的传感器也不能在10∶1衰减范围内提供远比±1％好的读数。除初级引入的误差之外，流量测量系统次级的元件也各自把误差引入系统中。尽管误差由所有次级元件产生，但其大部由变换器的非线性引入的。在这个意义上，线性是元件产生、或精密近似实际物理输入与DP变送器输出之问的线性关系的能力。其他次级元件也产生非线性，导致次级误差。图4的实线根据公式m.a=B×DP表明DP变送器的理想线性，其中m.a是按毫安的次级输出，B是常数及DP是流体压差。图4的虚线曲线根据公式m.a=B×DP+ES(DP)示意表明流量计次级的非线性性能(不涉及流体的静态压力或温度)，其中ES是由于次级造成的压差的％误差。尽管可以有几种不同的线性表示，但假定该术语表示流量计次级的独立线性。在图5中使用一条直线来使实际特性最大偏差最小。该图的曲线已经归一化，以把线性表示为读数误差偏差偏离可能是直水平线的理想零误差曲线的百分比。当前流量测量的实践认识到次级的非线性，并且试图通过“特性化”DP变送器来补偿它。这最经常的是这样来进行，通过采用净重(deadweight)、或某些其他形式的校准DP源，来模拟在变换器图上的各种压力，然后修正电气输出以纠正观察到的不一致。然而，在这类过程中，在线性化的偿试中既没有考虑实际流体流量也没有考虑初级传感器的异常特性。因而，当把独立校准的初级和次级元件相结合时，必须通过在选择的工作范围内按照“平方和的平方根”组合初级和次级元件的误差，来确定最终的测量系统精度 其中EP=由于初级造成的流量％误差；及ES=由于次级造成的流量％误差，即ES=EDP2+EP2+ET2其中EDP=由于压差变换器造成的误差，EP=由于静态压力变换器造成的误差，及ET=由于温度变换器造成的误差。初级元件的误差直接产生流量误差，而次级装置产生是流量误差的平方的压差(DP)误差。DP的百分比误差将取决于百分比刻度，如图1中所示。对于DP变送器或测量仪，造成次级流量计算误差的是 其中％Efs=DP变送器满刻度误差(精度)的％；％DP=DP变送器工作的刻度的％。类似地计算EP和ET。为了对于希望的流量衰减确定在最小刻度处的流量误差，公式3必须代入公式2中。为了更好地表明这一点，参照图2，这里对于不同类型的流量计作为衰减的函数画出读数流量系统精度。其中没有造成系统误差的次级元件、具有％读数精度的流量计的一个例子以实线表示。与DP变送器一起工件的孔板、或其他类型的DP传感器的误差，使用以上的公式2和3计算，并且以虚线在图2中的曲线中画出。在这条示范曲线中，孔板传感器本身产生±1％的读数误差(EP)，并且次级元件具有±0.1％的满刻度(fs)误差(ES)。在导出图2的虚线曲线之后，分别校准初级和次级流量计元件的先有技术习惯的问题就是显然的。各元件的误差在流量系统中是添加性的，导致其中总误差永远不可能小于系统最不精确元件的组合。因此，本专利技术的主要目的在于，提供一种通过用实际基准流体流量校准初级和次级系统元件的装配组合来得到较高测量系统精度的复合方法。本专利技术的另一个目的在于，提供一种测量系统校准方法，该方法导致比由各自校准系统元件的平方和的平方根得到的精度意外好的精度。本专利技术的又一个目的在于，提供一种用于以高精度导致较宽流量衰减的测量系统校准的方法。本专利技术的又一个目的在于，提供一种用来校准流量测量系统的过程，其中便利地采用次级元件线性化潜力的灵活性，以纠正流量初级中的误差，以及纠正次级本身元件中的非线性。当阅读本专利技术最佳形式的详细描述时，本专利技术的其他和另外的目的、特征和优点将成为显然的。最相关的已知先有技术按如下列出Dieterich Standard Annubar流量测量系统手册，其中在第2和3页上(未计数)，表示了在本说明书中描述的类型的一种流量测量系统，并且在第9页上，讨论了压力变送器和其精度。所示的这种测量系统没有考虑本专利技术的校准和线性化方法。Dieterich Standard Diamond 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统校准方法，用于一条封闭管中有流体流动的压差流量测量系统，其中这样的系统包括一个初级流量传感器、和一个包括电子存储器的次级机电转换装置，该次级机电转换装置用来把由初级流量传感器引出的高、低流体压力信号转换成代表流体流量的电信号输出，该方法包括步骤：在装置的工作范围内相对于已知压力校准次级装置，以得到初始输出特性化数据，并把特性化数据存储在电子存储器中；对于多个已知基准流体流量，检测流体冲击压力和流体静态低压，以在一个流量范围内建立多个高、低压力信号；通过利用初始输出特性化数据，对于多个基准流率的每一个，把所述高、低压力信号转换成代表检测的高、低压力之差的测量电气压差信号；对应于多个基准流率的每一个，作为测量压差每个值偏离标称压差的偏差的函数，对于所述多个基准流率的每一个，确定一个用于次级装置输出的校正因子；通过在电子存储器中用计算校正值重写初始特性化数据，修正来自初始特性化次级装置的数据。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：尤格那米勒斯沙那翰，约翰埃沃莱特噶那特，罗伯特詹姆斯格雷，噶布里尔杰格尼，
申请(专利权)人：迪特里奇技术控股公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]