涡轮式流量计的监控模块和联接到涡轮式流量计的装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于涡轮式流量计的监控模块和一种联接到涡轮式流量计的装置。所述监控模块包括接收器，该接收器接收由涡轮式流量计发出的一系列脉冲。频率识别器识别所述一系列脉冲中的脉冲的频率，并且平均值识别器确定脉冲的频率的平均频率。警报系统使用所述平均频率以确定何时应当发出警报。
【专利说明】
满轮式流量计的监控模块和联接到满轮式流量计的装置
技术领域
[0001] 本申请的实施例设及工艺现场装置。尤其是，运些实施例设及满轮式流量计的监 控模块和联接到满轮式流量计的装置。
【背景技术】
[0002] 在工艺环境中，满轮式流量计，例如图1中W截面图形式示出的满轮式流量计100， 提供关于流过管道102的流体的流量的信号指示。典型的满轮式流量计100包括具有凸缘 106和108的壳体104,凸缘被安装到相应的管道段109和110。在壳体104内，悬挂化anger)叶 片，例如悬挂叶片112和114,支撑悬挂轮穀116,悬挂轮穀116支撑上游锥体118、下游锥体 120、和转子组件122。转子组件122绕悬挂轮穀116自由旋转，并且包括由流过壳体104的流 体驱动的多个叶片。在一些流量计中，转子组件122的每个叶片包括磁性的或永磁的材料， 该材料能够在叶片穿过传感器线圈(pick-off coil)124的过程中在传感器线圈124中产生 电场。特别地，每个叶片在它经过传感器线圈124时产生正向电压，并随后产生负向电压。在 其他流量计中，磁性材料位于转子组件122的其他部分上。
[0003] 随着流量增大，转子组件122的角速度增大，从而由传感器线圈124产生的脉冲的 频率增加。脉冲频率与流量的比率取决于叶片构造，包括叶片相对于流体流的角度。
[0004] 上述讨论仅仅是为了提供一般性的背景信息，并且不意图被用作用于确定请求保 护的主题的范围的辅助。请求保护的主题不限于解决【背景技术】中提及的任一或全部缺陷的 实施方式。 【实用新型内容】
[0005] -种用于满轮式流量计的监控模块，包括接收器，该接收器接收由满轮式流量计 发出的一系列脉冲。频率识别器识别所述一系列脉冲中的脉冲的频率，并且平均值识别器 确定脉冲的频率的平均频率。警报系统使用所述平均频率W确定何时应当发出警报。
[0006] 根据一个实施例，频率识别器还识别脉冲的当前频率，并且所述警报系统通过确 定脉冲的当前频率与所述平均频率之间的差大于阔值来确定应当发出警报。
[0007] 根据另一实施例，监控模块还包括标准差识别器，其确定脉冲的频率的标准差，并 且其中，所述警报系统通过确定标准差超出阔值来确定应当发出警报。
[000引根据另一实施例，所述警报系统确定何时应当发出指示满轮式流量计中的可能损 坏的叶片的警报。
[0009] 根据另一实施例，所述警报系统确定何时应当发出指示满轮式流量计中的碎屑堵 塞的警报。
[0010] 根据另一实施例，所述警报系统确定何时应当发出指示满轮式流量计中的机械磨 损的警报。
[0011] 根据另一实施例，所述警报系统使用至少一个阔值W确定何时应当发出警报，并 且其中所述监控模块还包括接收新阔值的阔值接收器。
[0012] 根据另一实施例，所述警报系统使用至少一个阔值来确定何时应当发出警报，并 且其中所述监控模块还包括阔值调节器，该阔值调节器基于至少一个反馈值调节阔值。
[0013] 根据另一实施例，当反馈值指示在满轮式流量计中存在故障时，所述阔值调节器 减小阔值。
[0014] 根据另一实施例，当反馈值指示在满轮式流量计中不存在故障时，所述阔值调节 器增大阔值。
[001引根据另一实施例，所述警报系统通过无线通信接口发出警报。
[0016] 根据另一实施例，所述监控模块被封装在一装置中，所述装置还根据所述一系列 脉冲计算总体积和平均流量。
[0017] 根据另一实施例，所述监控模块被单独地封装，与根据所述一系列脉冲计算总体 积和平均流量的装置分开。
[0018] 在更进一步的实施例中，一种联接到满轮式流量计的装置包括：用于基于由满轮 式流量计生成的脉冲确定穿过该满轮式流量计的平均流量的电子器件;和用于确定由所 述满轮式流量计生成的所述脉冲的频率的平均频率的电子器件。所述装置的电子器件还部 分地基于所述平均频率生成警报。
[0019] 根据一个实施例，用于生成警报的电子器件确定由满轮式流量计生成的脉冲的当 前频率、将该当前频率与所述平均频率作比较W生成差值、并确定所述差值是否超出警报 阔值。
[0020] 根据另一实施例，所述装置还包括用于确定标准差的电子器件，其中用于生成警 报的电子器件还包括用于基于所述标准差生成警报的电子器件。
[0021] 本【实用新型内容】部分和摘要部分用于W简要的形式介绍实用新型思想的选择，该 实用新型思想将在下文的【具体实施方式】中进一步描述。【实用新型内容】部分和摘要部分不意 图规定请求保护的主题的关键特征或主要特征，也不意图被用作确定请求保护的主题的范 围的辅助手段。
【附图说明】
[0022] 图1是现有技术的满轮式流量计的截面图。
[0023] 图2是根据一个实施例的工艺环境的方块图。
[0024] 图3是根据第二实施例的工艺环境的方块图。
[0025] 图4是软件和电子元件的方块图，它们一同形成根据一个实施例的满轮式流量计 运行过程监控器。
[0026] 图5是根据一个实施例的方法的流程图。
[0027] 图6是用于叶片破损失效的脉冲的当前频率的图表。
[0028] 图7是用于碎片/堵塞失效的脉冲的当前频率的图表。
[0029] 图8是用于机械磨损失效的脉冲的当前频率的图表。
[0030] 图9是用于叶片破损失效的运行标准差和标准差阔值的图表。
【具体实施方式】
[0031] 在下文描述的实施例中，运行状态监控器用于监控满轮式流量计的运行状态。运 行状态监控器接收来自满轮式流量计的脉冲，并确定运些脉冲的当前频率。此外，运行状态 监控器确定满轮式流量计的脉冲的频率的运行平均值(running mean)，并优选地确定运 些平率相对于该平均值的运行标准差。通过使用平均频率和标准差中的至少一个，当满轮 式流量计中出现失效时，运行状态监控器中的警报系统生成警报。在一些实施例中，阔值被 用于确定应当何时触发警报。在一些实施例中，运行状态监控器自身基于向该运行状态监 控器提供的关于满轮式流量计的真实情况的反馈而动态地调整运些阔值。
[0032] 图2提供了根据一个实施例的工艺环境的方块图。在图2中，满轮式流量计200安装 在输送工艺流体的两个管道段202和204之间。根据一个实施例，满轮式流量计200是化niel Measurement and Control公司的Daniel? Series 1500型液体满轮式流量计。满轮式流量 计200生成由一系列脉冲构成的信号206,该一系列脉冲被前置放大器(preamplifier)208 调节和放大。根据一个实施例，前置放大器208定位在现场安装的密封壳化ocal Mounted 化closure,简称LME)210中，该密封壳210安装在满轮式流量计200上。根据一些实施例，前 置放大器208调节和放大信号206W将由满轮式流量计200的传感器线圈产生的正弦状脉冲 206形成为脉冲的方波212。方波脉冲212被提供至控制站214,控制站能够使用运些脉冲来 确定穿过满轮式流量计200的平均流量，W及在一段时间内穿过满轮式流量计200的总流 量。
[0033] 方波212被提供至监控装置216,监控装置206包括满轮式流量计运行状态监控模 块220和通讯接口 222。在各种实施例中，模块220被实现为电子器件、电子器件与储存在存 储器中的指令的组合、或存储在存储器中并由处理器执行的软件。模块220的操作将在下文 中讨论。
[0034] 根据该实施例，装置216通过通讯接口 222与控制站214通信。根据一些实施例，通 讯接口 222配置为通过有线连接进行有线通讯，所述有线连接例如为用于向装置216传送电 力和通讯信息W及从装置216接收电力和通讯信息的双线回路。有线连接的其他示例包括 W太网或光纤。装置216通过使用通讯协议与控制站214通讯，通讯协议例如为H.:\R.T嵌通讯 协议(其中数字信息在4-20mA的电流上调制）foundation Fiel化US通讯协议、Prof ibus通 讯协议等。通讯接口 222也能够通过无线连接连接到控制站214,所述无线连接利用无线通 讯协议，例如根据IEC 62591的货irelessHA机'戚通讯协议。
[0035] 通过通讯接口 222,装置216能够传送一个或多个平均频率、频率的标准差、当前频 率、W及一个或多个警报或警示。此外，装置216能够接收来自控制站214的值，包括用于触 发警报的阔值，W及指示满轮式流量计200的真实状态的反馈。
[0036] 在一些实施例中，装置216还包括显示器224和输入控制装置226,例如按钮、按键 或触摸屏。在一些实施例中，阔值和代表满轮式流量计的真实状态的反馈通过输入装置226 提供至装置216。
[0037] 图3提供了根据第二实施例的工艺环境的方块图。在图3中，满轮式流量计300被连 接于管道段302和304之间，并包括一个或多个传感器线圈，运些线圈生成被提供至装置308 的正弦信号306。根据一个实施例，满轮式流量计300是Daniel Measurement and Conhol 公司的Daniel? Series 1500型液体满轮式流量计。装置308包括总体积（totalized volume,或称总量)/平均流量计算模块310和满轮式流量计运行状态监控模块312。在各种 实施例中，模块310和312被实现为电子器件、电子器件与储存在存储器中的指令的组合、或 存储在存储器中并由处理器执行的软件。模块312的操作将在下文中讨论。
[0038] 装置308还包括显示器314和输入装置316。显示器314能够显示总体积W及平均流 量，W及指示满轮式流量计的运行状态的警报。输入装置316能够用于调节被总体积/平均 流量计算器310使用的参数，W及用于改变被满轮式流量计运行状态监控模块312使用的阔 值。
[0039] 总体积/平均流量计算模块310基于从满轮式流量计300接收到的脉冲计算总体积 和平均流量。体积和流量值可用多种单位中的任意一种表示，运些单位可通过使用输入装 置316进行选择。设及满轮式流量计W及设及流过满轮式流量计的流体的额外的参数也可 W被总体积/平均流量计算模块310使用，包括满轮式流量计300的K系数和尺寸。
[0040] 装置308包括通讯接口 318。装置308通过通讯接口 318与控制站320通信。根据一些 实施例，通讯接口318配置为通过有线连接进行有线通讯，所述有线连接例如为用于向装置 308传送电力和通讯信息W及从装置308接收电力和通讯信息的双线回路。有线连接的其他 示例包括W太网或光纤。装置308通过使用通讯协议与控制站320通讯，通讯协议例如为 比\RT嚴通讯协议（其中数字信息在4-20mA的电流上调制）、化1111(1日1:ion Fie 1化US通讯协 议、Prof ibus通讯协议等。通讯接口 318也能够通过无线连接连接到控制站320,所述无线连 接利用无线通讯协议，例如根据IEC 62591的Wi:re]essHAR'r嵌通讯协议。
[0041] 通过通讯接口 318,装置308能够传送一个或多个平均频率、频率的标准差、当前频 率、W及一个或多个警报或警示此外，装置308能够接收来自控制站320的值，包括用于触发 警报的阔值，W及指示满轮式流量计300的真实状态的反馈。
[0042] 图4提供了由图2和3的满轮式流量计运行状态监控模块220/312使用的构件的方 块图。图4中的构件可W被具体实现为电子器件、软件、或电子器件与软件的组合。图5提供 了产生警报和使用图4的构件调节警报阔值的方法的流程图。
[0043] 在图5的步骤500中，用于一个或多个失效报警的标准在监控模块220/312中设定。 该标准由阔值接收器400通过通讯接口 222/318或者通过输入装置226/316接收。根据一个 实施例，用于失效模式的标准被存储为阔值402。可提供多个不同的阔值，每个阔值代表用 于一种失效模式的单独的标准。例如，例如标准可W是脉冲的当前频率与脉冲的奠星平均 平率之差的阔值。另一标准可W是标准差阔值，其表示脉冲的频率中的运行标准差的大小 将触发警报。在一些实施例中，单个失效模式，例如叶片破损，可具有设定在阔值402中的多 个标准。
[0044] 在步骤502中，脉冲接收器404接收来自满轮式流量计的一系列脉冲。在步骤504 中，频率识别器406确定当前频率并将当前频率存储为所存储的频率值408的集合的一部 分。根据一个实施例，频率识别器406通过将在设定时间段内接收到的脉冲的数量除W该设 定时间段的长度来确定当前频率。在步骤506中，运行平均和运行标准差识别器410通过使 用存储的频率值40如角定运行平均频率和频率的运行标准差。特别地，通过确定最近存储的 频率值408的集合的平均值来确定运行平均频率。根据一个实施例，例如，最近一百个存储 频率值被用于形成运行平均值。本领域技术人员将会意识到，"一百个"仅仅是示例性的数 目，在其他实施例中可W使用其他数目的存储频率值。在已经确定运行平均值之后，用于 获取该运行平均值的那些值与运行平均值一起使用，W获得运行标准差。根据一个实施例， 通过获取用于形成运行平均频率的各个频率值的方差的平均值的平方根W及运行平均频 率本身来确定运行标准差。注意，步骤504和506是在频域中执行的，而不是时域。
[0045] 在步骤508中，警报系统412确定由频率识别器406提供的当前频率值与运行平均 频率之间的差。警报系统412随后将该差与阔值402中的一个或多个进行比较，W确定该差 是否超过阔值。如果在步骤510中确定该差超过阔值中的一个或多个，则在步骤512中警报 系统412发出一个或多个警报。运些警报能够在显示器224/314上显示和/或通过通讯接口 222/318发送到控制站214/320。在进一步的实施例中，警报系统412还在步骤508中将由运 行标准差识别器410提供的运行标准差与阔值402中的阔值标准差进行比较。如果在步骤 510中确定运行标准差超过阔值，则在步骤512中警报系统412发出警报，该警报能够在显示 器224/314上显示和/或通过通讯接口 222/318发送到控制站214/320。
[0046] 在步骤514中，阔值调节器416使用由通讯接口 222/318或输入装置226/316提供的 反馈值418, W确定满轮式流量计是否经历真实的失效。根据一个实施例，反馈值418是指示 失效或未失效的布尔值。可在对满轮式流量进行物理检查之后或对能够指示所述失效是否 真实的其他计量器读数进行检查之后，通过控制站214/320或通过输入装置226/316提供反 馈值418。
[0047] 在步骤514中，如果反馈值418指示真实的失效，则程序返回步骤502,并从满轮式 流量计接收新的脉冲。然而，如果反馈值418指示当前满轮式流量计中不存在失效，那么在 步骤512中生成的警报将是误报。作为响应，阔值调节器416在步骤500中调节阔值，W使误 报发生的可能性降低。例如，阔值调节器416能够提高阔值，W减小警报误报的可能性。
[004引当在步骤510中确定未满足失效标准时，警报系统412呼叫阔值调节器416,阔值调 节器416检查反馈值418, W确定运些反馈值418是否指示满轮式流量计事实上已经发生真 实的失效。如果满轮式流量计已经出现真实的失效，则阔值调节器416在步骤500中调节阔 值402, W使得在真实的失效发生时发出警报的可能性更大。例如，阔值416可减小阔值 402, W使得当真实的失效发生时，更有可能发出警报。如果在步骤516中反馈值418未指示 已发生真实的失效，或者如果在步骤514中反馈值指示确实发生了真实的失效，那么程序返 回到步骤502并且接收新的脉冲。随后，重复执行步骤502至514。
[0049] 图6提供了用于满轮式流量计中的叶片破损失效的运行平均频率604和当前频率 606的图表。在图6中，时间由水平轴600表示，脉冲的频率由竖直轴602表示。用于发出警报 的阔值被图示为警报防护频带(aled guard bands)608和609,它们一起限定了防护频带 区域611。警报防护频带608的边缘与运行平均频率604隔开一阔值量610。在当前频率与运 行平均频率604之间的差612超突破阔值610时，例如，位于图6中的点614,发出警报。警报防 护频带609的边缘与运行平均频率604之间隔开一单独的阔值量，该阔值量可与阔值量610 相同或不同。两个阔值量都可W通过阔值接收器400和阔值调节器416进行设定。在一些实 施例中，阔值量W及警报防护频带608、609的范围可随运行平均频率604变化，使得随着运 行平均频率604减小而收缩警报防护频带。
[0050] 图7提供了用于满轮式流量计碎屑/堵塞失效的运行平均频率704和当前频率706 的图表。在图7中，时间由水平轴700表示，并且脉冲的频率由竖直轴702表示。警报防护频带 708和709分别在运行平均频率704的下方和上方延伸，W限定防护频带区域711。警报防护 频带708的边缘与运行平均频率704隔开一警报阔值量710。在当前频率706与运行平均频率 704之间的差712超突破阔值710时，例如，位于点714,碎屑/堵塞警报被发出。警报防护频带 709的边缘与运行平均频率704之间隔开一单独的阔值量，该阔值量可与阔值量710相同或 不同。两个阔值量都可W通过阔值接收器400和阔值调节器416进行设定。在一些实施例中， 阔值量W及警报防护频带708、709的范围可随运行平均频率704变化，使得随着运行平均频 率704减小而收缩警报防护频带。
[0051] 图8提供了因满轮式流量计机械磨损导致的运行平均频率804和当前频率806的图 表。在图8中，时间由水平轴800表示，并且脉冲的频率由竖直轴802表示。在点814处，当前频 率806与警报防护频带808的边缘交叉，使得当前频率806与运行平均频率804之间的差值 突破由警报防护频带808表示的警报阔值。因此，在时间点814处，将发出警报，指示满轮式 流量计的机械磨损。
[0052] 图9提供了用于满轮式流量计叶片破损失效的运行标准差904和标准差阔值906的 图表。在图9中，时间由水平轴900表示，并且标准差由竖直轴902表示。在满轮式流量计叶片 破损失效期间，运行标准差904开始上升并在点908处突破标准差阔值906。结果，在时间908 处，将发出指示满轮式流量计叶片破损失效的警报。
[0053] 尽管元素被图示或描述为上文的分开的各个实施例，每个实施例的各个部分也可 W与上文描述的其他实施例中的全部或一部分合并。
[0054] 尽管本实用新型的主题被用语言特别地描述成结构特征和/或方法行为，应当理 解，限定在所附权利要求书中的主题不仅限于上文所述的具体特征或行为。而是，上文所述 的具体特征或行为被公开为示例，W实现权利要求的技术方案。
【主权项】
1. 一种用于涡轮式流量计的监控模块，包括： 接收器，其接收由涡轮式流量计发出的一系列脉冲； 频率识别器，其识别所述一系列脉冲中的脉冲的频率； 平均值识别器，其确定脉冲的频率的平均频率;和 警报系统，其使用所述平均频率以确定何时应当发出警报。2. 根据权利要求1所述的监控模块，其中所述频率识别器还识别脉冲的当前频率，并且 所述警报系统通过确定脉冲的当前频率与所述平均频率之间的差大于阈值来确定应当发 出警报。3. 根据权利要求1所述的监控模块，还包括标准差识别器，其确定脉冲的频率的标准 差，并且其中，所述警报系统通过确定标准差超出阈值来确定应当发出警报。4. 根据权利要求1所述的监控模块，其中所述警报系统确定何时应当发出指示涡轮式 流量计中的可能损坏的叶片的警报。5. 根据权利要求1所述的监控模块，其中所述警报系统确定何时应当发出指示涡轮式 流量计中的碎肩堵塞的警报。6. 根据权利要求1所述的监控模块，其中所述警报系统确定何时应当发出指示涡轮式 流量计中的机械磨损的警报。7. 根据权利要求1所述的监控模块，其中所述警报系统使用至少一个阈值以确定何时 应当发出警报，并且其中所述监控模块还包括接收新阈值的阈值接收器。8. 根据权利要求1所述的监控模块，其中所述警报系统使用至少一个阈值来确定何时 应当发出警报，并且其中所述监控模块还包括阈值调节器，该阈值调节器基于至少一个反 馈值调节阈值。9. 根据权利要求8所述的监控模块，其中，当反馈值指示在涡轮式流量计中存在故障 时，所述阈值调节器减小阈值。10. 根据权利要求8所述的监控模块，其中，当反馈值指示在涡轮式流量计中不存在故 障时，所述阈值调节器增大阈值。11. 根据权利要求1所述的监控模块，其中所述警报系统通过无线通信接口发出警报。12. 根据权利要求1所述的监控模块，其中所述监控模块被封装在一装置中，所述装置 还根据所述一系列脉冲计算总体积和平均流量。13. 根据权利要求1所述的监控模块，其中所述监控模块被单独地封装，与根据所述一 系列脉冲计算总体积和平均流量的装置分开。14. 一种联接到涡轮式流量计的装置，该装置包括： 用于基于由涡轮式流量计生成的脉冲确定穿过该涡轮式流量计的平均流量的电子器 件； 用于确定由所述涡轮式流量计生成的所述脉冲的频率的平均频率的电子器件;和 用于部分地基于所述平均频率生成警报的电子器件。15. 根据权利要求14所述的装置，其中用于生成警报的电子器件确定由涡轮式流量计 生成的脉冲的当前频率、将该当前频率与所述平均频率作比较以生成差值、并确定所述差 值是否超出警报阈值。16. 根据权利要求15所述的装置，还包括用于确定标准差的电子器件，其中用于生成警 报的电子器件还包括用于基于所述标准差生成警报的电子器件。
【文档编号】G01F1/28GK205483093SQ201520971539
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年11月30日
【发明人】格雷格·爱德华·金德利, 罗伯特·迈克尔·温因贝格
【申请人】罗斯蒙特公司