包括压力脉冲振幅分析的漩涡流量计技术领域
本发明一般涉及一种漩涡流量计。
背景技术
流量计可以测量管道中或其他路径中流体的流动速率。流体例如可以为气
体或液体，并且是可压缩或者不可压缩的。流量计的一种为漩涡流量计，其测
量的参数包括例如基于漩涡除掉原理的流动速率。漩涡除掉指的是通过阻流体
(有时被称为倒流体)的流体的一个自然过程引起沿着阻流体表面形成缓慢移动
流体的边界层。阻流体背后生成低压区，并且使得边界层卷起上升，从而在阻
流体相对侧生成连续漩涡。漩涡的频率与流速有关。因此，可以通过检测漩涡
测量流速。例如，漩涡与流体中的压力变化有关，压力变化可以通过压力传感
器检测到。
漩涡频率数据可以与流量标定因子一同用于确定流体的速度和通过量器的
流体体积流速。如果已知流体密度，也可以计算质量流速。这些测量值以及其
他的测量值可以通过通讯线路发送到控制室或者其他接收器，例如通过标准双
线制4-20毫安(“mA”)传输线。
已经认识到与漩涡相关的压力振荡幅值与流体密度有关。特别是，如果所
有其他的变量相同，较高的密度流体会引起漩涡计内部的振荡压力信号幅值增
大。另外，压力振荡的幅值很大程度上与流体密度和流体速度平方的乘积成比
例。已经试图通过将压力信号中振荡幅值的分析推演的密度测量值与标准漩涡
测量技术提供的普通体积流量测量值结合，利用幅值和密度之间的关系来直接
计算质量流量。然而，这些努力的结果到目前为止是不能令人满意的，明显是
因为密度测量中不能将误差控制到一个满意的水平。
漩涡流量计必须被标定，并且配置用于在特定应用中的最佳表现。特定的
情况下，当用户预定一个漩涡流量计，用户会提供一些关于想要使用该漩涡量
器的基本信息。例如，该信息包括流体的类型(例如，液体或气体)、正常和
最大预期流速、正常和最大预期温度、正常和最大压力、预期密度、预期黏度
等。漩涡量器基于所提供的信息，配置用于将在所使用的应用场合中量器操作
最优化。虽然漩涡量器在较大流体类型范围和较宽的条件变化下都能工作，但
如果漩涡流量计的配置与其所使用的应用条件不匹配，漩涡流量计不会得到准
确的测量值。漩涡流量计可以基于客户所提供的关于流量计所使用的特定应用
场合由供应商进行配置。可替换的，漩涡流量计可以在现场配置或重新配置。
例如，手持设备通讯器可以连接到漩涡流量计进行配置或者重新配置该漩涡流
量计。
然而，出于很多不同的原因配置中会出现误差。例如，实际安装在液体管
线内并且本意用于测量液体流量的漩涡流量计意外地配置或重新配置用于测量
气体或蒸汽的流速。类似的，安装在气体管线内的漩涡流量计意外地配置用于
液体。在任何一种情况下，这会引起漩涡流量计的流量测量值不准确，这在一
些场合不会容易发现。另一种会发生的错误类型是由于系统或过程中的错误，
使得错误类型的流体流动通过流体管线。例如，液体管线会失去液体(例如，
由于液体罐流空或泄漏)。类似的，气体管线会充满液体。在任何一种情况下，
任何流体管线中出现错误类型的流体都指示存在需要关注的问题。
本发明人已经对漩涡流量计作出改进，从而有助于对漩涡流量计可靠的配
置。本发明人同样对漩涡流量计的能力进行改进，从而提供关于流量计所监控
的流体流动的信息，包括在流体中任何变化的快速更新。如下更详细的对这些
改进进行全面的勾划和描述。
发明内容
本发明的一个方面是一种配置漩涡流量计的方法。该方法包括将流体以一
种在流体中产生一系列漩涡的方式流动通过漩涡流量计。压力传感器用于获得
表示随时间变化的流体压力的信号，该信号具有与漩涡有关的振荡。随时间变
化的信号的振荡幅值是可确定的，并且漩涡流量计配置为具有基于所述幅值的
流体类型设置。
本发明的另一个方面是一种控制系统的报警系统，包括具有流动管道类型
的漩涡流量计；位于流动管道内的阻流体，用于当流体流动通过流动管道时使
得流体中的漩涡除掉；以及放置的压力传感器从而获得表示随时间变化的流体
压力信号，该信号具有与漩涡相关的振荡。报警系统包括处理器，配置用于确
定振荡幅值，并且使用该幅值估计流动通过流动管道的流体密度。处理器还进
一步配置用于将估计的流体密度与漩涡流量计的流体密度配置设置比较，并且
当估计的密度和流体密度配置设置之间的差值超过阈值时启动警报。
本发明的另一个方面是一种漩涡流量计。该漩涡流量计具有一个流动管道；
一个位于流动管道的阻流体，用于当流体流动通过流动管道时使漩涡除掉；以
及一个压力传感器，配置用于获得表示随时间变化的流体压力的信号，该信号
具有与漩涡相关的振荡。漩涡流量计具有一个处理器，配置用于确定振荡频率
以及振荡幅值。处理器还进一步配置用于基于振荡幅值确定流动通过流动管道
的流体类型，并且当流动通过流动管道的流体类型与漩涡流量计配置设定的流
体类型不匹配时发出警报。
本发明的另一个方面为漩涡流量计的配置工具，这种类型的漩涡流量计具
有流动管通置于流动管道中的阻流体，用于当流体流过流动管道时除掉漩涡；
以及一个压力传感器，配置用于获得表示随时间变化的流体压力的信号，该信
号具有与漩涡相关的振荡。配置工具包括处理器，配置用于基于振荡幅值确定
流过流动管道的流体类型，并且将漩涡流量计的流体类型设置为与确定的流体
类型匹配。
其他目标和特征将在某种程度上变得直观，在某种程度上更加地指明。
附图说明
附图1为漩涡流量计一个实施例的示意图；
附图2为漩涡流量计另一个实施例的示意图；
附图3为漩涡流量计另一个实施例的示意图；
附图4为包含漩涡流量计的油气分离系统一个实施例的示意图；以及
附图5为表示本发明一种方法的一个实施例的流程图。
相应的附图标记在整个附图中表示相应的部件。
具体实施方式
现在参考附图，首先参考附图1，用于测量流体流速的漩涡流量计的一个
实施例，通常指定为101。漩涡流量计101包括流动管道103，流体流动通过其
中。流动管道103相适应地配置为安装在流体流动管线(没有示出)内。例如，
过程连接件105(例如，法兰)位于流动管道103的相对两端上，用于将流动
管道的入口107和出口109连接到管线的各个管道两端。工业中同样比较常用
的是使用所谓的对夹式(wafer)连接件，从而将流量计安装在流体管线中，并
且如果期望的话，流动管道适用于对夹式连接件(或者任意其他类型的连接件)。
阻流体121(有时候在工业上被称为漩涡除掉器或者除掉条)位于流动管
道103中。阻流体121是一个部分阻隔流体流动通过流动管道103的结构，其
目的在于当流体流动通过流动管道时在流体内产生漩涡。漩涡流量计101包括
一个压力传感器123，配置用于获得表示随时间变化的流体压力信号，该信号
具有与漩涡相关的振荡。如图1所示，例如，相适合的压力传感器123为安装
在阻流体121尾端的一种压力差传感器，从而使得压力传感器受到阻流体每一
侧上的压力作用。在一个较宽的流动条件范围内，漩涡的频率通常与流体的速
度呈比例。由于流动管道103的流动截面面积是常数，漩涡的频率同样与体积
流速成比例。这种现象是本领域技术人员熟知的，无需详细讨论。
漩涡流量计101具有一个处理器131，连接到压力传感器123并且配置用
于接收传感器的表示随时间变化的流体压力信号。处理器131配置用于确定振
荡频率。处理器131同样配置用于确定振荡幅值。处理器131还配置为基于振
荡幅值确定流过流动管道的流体类型。例如，处理器使用该幅值适应性地确定
流体是气相流体或者液相流体。如果处理器131确定幅值在阈值之上，例如，
处理器确定流体为液体，因为相对高的幅值表示较高的密度。另外，如果处理
器131确定幅值在阈值之上，处理器确定该流体不是气体。相反的，当幅值低
于给定频率处的一个阈值时，处理器131适应性地确定流体为气体而不是液体。
各个阈值是不同的和/或存在来自压力传感器的信号幅值不能清晰指示为液体
或气体。然而，在大多数应用中，不确定性很小，因为大多数液体和气体的密
度差很大。
如图1所示，处理器131配置(例如，经过编程)为(或者成为其中的一
个部件)配置工具133，其有助于漩涡流量计101的配置。例如，配置工具133
相适应地是一种设备型管理器(DTM)。本领域技术人员会理解DTM为标准
化驱动器，用于分布控制系统中使用的现场设备。DTM必须保持协同工作的能
力，从而来自任意设备制造商的现场设备都可以与来自其他制造商的分布控制
系统(或者其中的多个部件)联合使用。然而可以理解的是，配置工具并不必
须一定是DTM，其他类型的配置工具也可行。配置工具133和处理器131相适
应地放置在发送器壳体内，用于将来自漩涡流量计101的关于通过流动管道103
的流体流动速率的信息输出到分布控制系统。可替换地，如图2所示，配置工
具133和处理器131相适应地为手持设备的组件，可以被技术人员连接到漩涡
流量计101使用。另一种可能性是配置工具133和处理器131为远程设备的组
件，例如分布控制系统的控制器(附图3)。
配置工具133相适应地配置用于设定漩涡量器的流体类型设置与基于来自
传感器123信号幅值的分析确定的流体类型相匹配。这可以减少初始安装过程
中配置漩涡流量计101所需的时间量和/或确认工厂配置被适当设定。
尽管有时期望处理器131设定流体类型设置与确定的流体类型相匹配，例
如流量计101最初安装过程中，还有其他的时间不期望将流体类型设置与确定
的流体类型相匹配。处理器131同样相适应地配置成当确定流动通过流动管道
103的流体类型与漩涡流量计101所使用流体类型的配置设置不匹配时，启动
报警。例如，处理器131相适应地在确定的流体类型与工厂设置不匹配的情况
下，在漩涡流量计101最初安装过程中启动报警，或者额外，或者转而设定流
量计101的流体类型设置以与确定的流体类型匹配。
为了提供另一个实例，由包含该漩涡流量计101的控制系统(例如，分布
控制系统)控制的过程存在的问题可能会导致错误类型的流体流过漩涡流量计。
相应地，处理器131相适应地配置为一个用于包含漩涡流量计101的控制系统
的报警系统。报警系统131相适应地配置为当确定的流体类型与本应流动通过
流动管道103的流体类型不匹配时启动报警。作为另一个实例，报警系统131
相适应地配置为将估计的流体密度(基于来自传感器123的信号幅值)与漩涡
流量计的流体密度配置设定值比较，当估计的密度和流体密度配置设定值之间
的差值超过阈值的时候启动报警。例如当流动通过流量计101的流体在正常操
作过程中具有有限的密度范围的时候，这是期望的。
本领域技术人员理解分布控制系统具有各种标准草案，用于接收现场设备
的报警，例如漩涡流量计101，并且将所接收到的关于报警的信息发送和记录，
显示关于报警的信息，并且响应该报警采取可能的修正措施。例如，处理器131
和/或分布控制系统相适应地配置为将报警与分布控制系统中运行的功能模块
关联。该功能模块可以配置为至少部分基于从漩涡流量计接收到的信息，执行
一种处理设备控制算法。为了提供另一个实例，报警系统131相适应地配置为
使得发送器135输出心跳值作为报警信号。通常心跳值为一个脉冲输出，其速
率在有效测量的频率范围之外。例如，脉冲输出的频率与人类心跳类似。其他
关于输出心跳值作为报警的信息在美国专利No.8,576,084中提供，其内容在这
里全部引入作为参考。
漩涡流量计101可以用于任意适于使用传统漩涡流量计的应用中。将描述
一些特定实例用于进一步说明，但是可以理解其他应用也在本发明较宽范围内。
附图4表示安装在用于传送液体远离油气分离器151的流体管线内的漩涡流量
计101。分离器151正常操作过程中，所有的液体会通过液体管线153离开分
离器，并且所有的气体通过气体管线155离开分离器。然而，一些情况下，分
离器会完全排空液体，从而引起气体结转(carryunder)，也就意味着气体正
在流动通过液体管线153。漩涡流量计101的处理器131相适应地配置通过监
控传感器123的信号幅值检测气体结转。如果幅值掉落到阈值之下，报警系统
131相适应地输出一个报警信号(例如，输出一个心跳值)。这种情况下，通
常不希望处理器131改变从液体到气体的流体类型配置设置，因为预期气体结
转是一个暂时的状况，并且典型的响应是采取修正措施从而尽快恢复分离器的
正常操作。附图4同样表示另一个漩涡流量计101’，其与安装在气体管线155
中的漩涡流量计101大致相同，通过监控压力传感器123信号幅值来检测气体
管线中的液体结转，幅值的任何增加都预示着液体而不是气体正在流过气体管
线。
为了提供另一个实例，漩涡流量计101相适应地安装在传送潮湿蒸汽的流
体管线中。漩涡流量计101相适应地为一个多变量漩涡流量计，配置用于测量
通过流动管道103的流体质量流速。当漩涡流量计101用于该应用中时，可以
预期流动通过流动管道的流体相随时间变化(或者水和蒸汽的相对量)，取决
于多少热量从蒸汽中散失。相应的，处理器131相适应地配置为调整漩涡流量
计101基于压力传感器123的信号幅值计算流体流速测量值的模式。例如，处
理器131相适应地配置为基于传感器123的信号幅值调整漩涡流量计的流体密
度设置。这一调整可以由具有或者不具有报警的处理器131完成，其根据特定
应用中所期望的进行。
本发明一种方法的一个实施例如图5所示。流体以在流体中产生一系列漩
涡的方式流动通过漩涡流量计101。压力传感器123用于获得一个表示流动管
道中随时间变化的流体压力信号，该信号具有与漩涡有关的振荡。处理器131
确定传感器的随时间变化的信号振荡幅值，并且基于此将漩涡流量计101配置
为具有流体类型的设置。例如，流体类型的设置相适应地设定为当幅值相对高
时为液体，幅值相对低时设置为气体。该方法可选择地包括基于该幅值调整流
体密度的配置设置。特别是，如果幅值相对较高，流体密度设置为相对较高，
如果幅值相对较低，流体密度设置为相对较低。
处理器131相适应地使用其他信息确定期望的配置设置。例如，期望一些
情况下部分地基于温度测量值确定漩涡流量计101的配置设置。温度测量值可
以由温度传感器获得，温度传感器包括在漩涡流量计中或者为一个单独的温度
传感器。
处理器131和配置工具133相适应地能够自动配置漩涡流量计。例如，处
理器131和配置工具133相适应地基于传感器123的信号幅值，在配置于特定
流体类型使用的漩涡流量计过程中，自动配置与特定类型流体使用的漩涡流量
计，而无需人工干预。例如，如果工厂配置的流体类型设置与基于幅值的流体
类型确定不匹配，处理器131相适应地自动改变配置，无需人工干预。如果处
理器131自动改变配置设置，其选择性地启动报警。可替换地，如果工厂配置
的流体类型设置与基于幅值的流体类型确定不匹配，处理器131相适应地启动
报警，并且仅响应用户输入改变配置。
另外，该方法相适应地包括漩涡量器(例如，作为分布控制系统中的现场
仪器)使用过程中，监测随时间变化的信号的振荡幅值。如果处理器131基于
幅值的变化确定不正确的流体类型正在流动通过漩涡流量计101，其相适应地
启动报警，以指示不正确的流体类型正在流动通过漩涡流量计。
尽管这里所述的系统和方法指的是处理器，可以意识到程序或者其他与这
里所述系统和方法相关的可执行程序组件会在不同时刻存在于计算设备的不同
存储组件中。本发明各方面的实施例将会以通常的数据和/或处理器可执行指令
的背景进行说明，例如程序模块，存储一个或多个有形的、永久性存储媒介并
由一个或多个处理器或其他设备执行。通常，程序模块包括但不限于，常规程
序、程序、目标、组件以及执行特定任务或者完成特定抽象数据类型的数据结
构。还可以在分布计算环境中实施本发明的各个方面，其中由远程处理设备执
行这些任务，该远程处理设备通过通讯网络连接。在分布计算环境中，程序模
块可以同时置于本地和包括存储器存储设备的远程存储媒介中。
在操作过程中，处理器、计算机和/或服务器会执行处理器可执行指令(例
如，软件、固件和/或硬件)来完成本发明的各个方面。本发明各个方面的实施
例可以采用处理器可执行指令完成。处理器可执行指令可以组织成有形的、处
理器可读存储媒介上的一个或多个处理器可执行组件或者模块。本发明的各个
方面可以采用这些组件或模块的任意数量和任意组织形式实施。
这里所示和所述的本发明各个方面实施例的执行顺序或操作的性能并不是
主要的，除非另外特意说明。也就是说，可以按照任意顺序执行该操作，除非
另外特意说明，本发明实施例各个方面包括比现有公开更多或者更少的操作。
例如，可以设想在另一项操作之前，同时或者之后执行或实施某一特定操作也
在本发明各方面范围之内。
当引入本发明优选实施例的元件时，冠词“一个”、“一”以及“所述”、“该”
指的是具有一个或多个该元件。术语“包含”、“包括”以及“具有”本意是包含性
的，并且意味着这里具有除了所列出元件之外的其他元件。
有鉴于此，可以看到本发明的若干目标能够实现，并且也达到了其他有利
的结果。
可以对如上的构建做出大量的改变而不偏离本发明的范围，其目的在于上
述说明所包含的以及附图中展示的所有事项都解释为说明性的，而不是采用限
制的意义。