CN106461442B - 用于检测振动流量计量器中的不对称流量的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了包括传感器组件和计量器电子设备的振动计量器。振动计量器包括两个或更多个流管、耦合到所述流管的驱动器，所述驱动器被定向成引起在流管中的驱动模式振动。两个或更多个应变计被耦合到两个流管并定向成检测驱动模式振动的相位。一个或多个桥电路与两个或更多个应变计电通信，其中所述桥电路并配置成输出指示在两个流管之间的不对称流量的信号。

Description

用于检测振动流量计量器中的不对称流量的装置和方法
技术领域
下面所述的实施例涉及振动计量器，以及更具体地涉及用于在多流管振动计量器中的不对称流量的检测的方法和装置。
背景技术
振动导管传感器（例如科里奥利质量流量计量器）和振动密度计量器一般通过检测包含流动材料的振动导管的运动来操作。可通过处理从与导管相关联的运动换能器接收的测量信号来确定与导管中的材料相关联的性质（例如质量流量、密度等）。振动材料填充的***的振动模式通常由导管的组合质量、硬度和阻尼特征和在其中包含的材料所影响。
使用振动计量器来测量质量流量和流动穿过管道的材料的其它性质是众所周知的。例如，在1985年1月1日发给J.E. Smith等人的编号为4,491,025的美国专利以及1983年11月29日发给J.E. Smith的Re. 31,450中公开了振动科里奥利流量计量器。这些振动计量器具有一个或多个流体管。在科里奥利质量流量计量器中的每个流体管配置具有一组自然振动模式，其可是具有简单的弯曲、扭转、径向、横向或耦合类型。每个流体管被驱动以在这些自然模式之一中在谐振下振荡。振动模式通常由包含流体管和在其中包含的材料的组合质量、硬度和阻尼特征影响，因此一般在振动计量器的初始校准期间使用公知的技术来确定质量、硬度和阻尼。
材料从在振动计量器的入口侧上的所连接的管道流到流量计量器内。然后材料被引导穿过一个或多个流体管并离开流量计量器到在出口侧上连接的管道。
驱动器（例如语音线圈式驱动器）将力施加到一个或多个流体管。力使一个或多个流体管振荡。当没有材料流经流量计量器时，沿着流体管的所有点以相同的相位振荡。当材料开始流经流体管时，科里奥利加速度使沿着流体管的每个点相对于沿着流体管的其它点具有不同的相位。在流体管的入口侧上的相位落后于驱动器，而在出口侧上的相位领先于驱动器。传感器放置在流体管上的两个不同的点处以产生表示在两个点处的流体管的运动的正弦信号。从传感器接收的两个信号的相位差以时间的单位被计算。
在两个传感器信号之间的相位差与流经一个或多个流体管的材料的质量流速成比例。通过用流量校准因子乘相位差来确定材料的质量流速。流量校准因子取决于材料性质和流体管的横截面性质。影响流量校准因子的流体管的重要特征之一是流体管的硬度。在流量计量器安装到管道内之前，流量较准因子由校准过程确定。在校准过程期间，已知的流体以给定流速穿过流体管，且在相位差和流速之间的比例被计算。流体管的硬度和阻尼特征也在校准过程期间被确定，如在本领域中通常已知的。
科里奥利流量计量器的一个优点是，所测量的质量流速的准确度不被流量计量器中的移动部件的磨损影响，因为在振动流体管中没有移动部件。通过使在流体管上的两个点之间的相位差与流量校准因子相乘来确定流速。唯一的输入是指示在流体管上的两个点的振荡的来自传感器的正弦信号。从正弦信号计算相位差。因为流量校准因子与材料和流体管的横截面性质成比例，相位差测量结果和流量校准因子不被流量计量器中的移动部件的磨损影响。
典型的科里奥利质量流量计量器包括一个或多个换能器（或敏感元件传感器），其一般被使用以便测量一个或多个流导管的振动响应，且一般位于驱动器的上游和下游的位置处。敏感元件传感器连接到电子仪器。仪器从两个敏感元件传感器接收信号并处理信号，以便除了别的以外还得到质量流速测量结果。
典型的科里奥利流量计量器测量通过使用线圈和磁铁作为敏感元件传感器以测量计量器的一个/多个振动流管的运动来测量流量和/或密度。从在位于计量器的流管的入口和出口附近的多个敏感元件信号之间的相位差来确定穿过计量器的质量流速。然而，可能使用应变计代替线圈/磁铁敏感元件来测量流量。例如，标题为“Improved vibratingflowmeter and related methods”的国际专利申请号PCT/US2014/033188描述了多个实施例，其中振动性流量计量器利用应变计而不是线圈/磁铁敏感元件来计算质量流量，且这个申请通过引用被以其整体并入本文。在两种传感器类型之间的基本差异是，线圈/磁铁敏感元件测量流管的速度而应变计测量流管的应变。利用线圈/磁铁敏感元件的一个益处是，不管流量在两个流管之间如何分割，计量器流量控制因子（FCF）都不改变。因此，在流管之一中积聚的阻塞物或残留物不干扰质量流量测量结果。恰恰正是线圈/磁铁敏感元件的这个“益处”限制了其针对检测在流管中积聚的阻塞物或残留物的使用。
因此，现有技术流量计量器具有的问题是它们内在的堵塞或积聚检测的缺乏。下面所述的实施例克服了这个和其它问题，且在本领域中实现进步。下面所述的实施例提供具有配置成为了检测在流管中的堵塞或残留物堆积而检测在流量计量器的流管之间的不对称流量的应变计的流量计量器。通过将具有变化的放置和朝向的应变计的各种组合连接在具有惠斯通桥电路的各种组合的流量计量器上，致使流量不对称性可检测和可报告。
发明内容
根据实施例提供了包括传感器组件和计量器电子设备的振动计量器。振动计量器包括两个或更多个流管和耦合到两个流管的驱动器。驱动器配置成引起两个流管中的驱动模式振动。振动计量器还包括耦合到两个流管并配置成检测驱动模式振动的相位的两个或更多个应变计。一个或多个桥电路与两个或更多个应变计电通信，并配置成输出指示在两个或更多个流管之间的不对称流量的信号。
根据实施例提供了包括传感器组件和计量器电子设备的振动计量器。振动计量器包括两个或更多个流管和耦合到两个或更多个流管中的至少一个的传感器，其中传感器配置成输出指示在两个流管之间的不对称流量的存在的信号。
根据实施例提供了用于确定穿过流量计量器中的两个流管的流量不对称性的方法。该方法包括下列步骤：使两个流管在驱动模式振动中振动；测量两个流管中的第一流管的振动响应；测量两个流管中的第二流管的振动响应；比较第一和第二流管的振动响应；以及确定在第一和第二流管之间的流量不对称性的存在。
根据实施例提供了用于确定穿过流量计量器中的两个流管的流量不对称性的方法。该方法包括下列步骤：使两个流管在驱动模式振动中振动；测量两个流管中的第一流管的振动响应；测量两个流管中的第二流管的振动响应；比较第一和第二流管的振动响应；以及确定在第一和第二流管之间的流量不对称性的存在。
方面
根据一个方面，包括传感器组件和计量器电子设备的振动计量器包括：两个或更多个流管；耦合到两个流管并配置成引起在两个流管中的驱动模式振动的驱动器；耦合到两个流管并配置成检测驱动模式振动的相位的两个或更多个应变计；以及与两个或更多个应变计电通信、配置成输出指示在两个或更多个流管之间的不对称流量的信号的一个或多个桥电路。
优选地，信号与在两个或更多个应变计之间的应变差成比例。
优选地，信号包括来自两个或更多个应变计中的第一个的信号从来自两个或更多个应变计中的第二个的信号的电相减。
优选地，信号还包括在具有振幅的驱动模式频率下的正弦输出，该振幅与包括两个或更多个应变计中的第一个的相移信号从两个或更多个应变计中的第二个的相移信号的相减的差异成比例。
优选地，振动计量器还包括耦合到两个或更多个流管的磁铁/线圈敏感元件传感器。
优选地，振动计量器还包括配置成指示在两个或更多个流管之间的不对称流量的指示器。
优选地，指示器包括可见和可听警报中的至少一个。
优选地，两个或更多个应变计中的应变计被耦合到两个或更多个流管中的一个，并配置成检测与两个或更多个流管中的所述一个的纵轴大致平行的两个或更多个流管中的所述一个的应变。
优选地，两个或更多个应变计中的应变计放置成接近斜拉杆，使得两个或更多个应变计中的该应变计受到由驱动模式振动引起的两个或更多个流管的近似最大应变振幅。
优选地，两个或更多个应变计中的第一应变计被耦合到两个或更多个流管中的第一流管的入口腿的远侧表面；两个或更多个应变计中的第一应变计与一个或多个桥电路中的第一桥电路的第一位置电通信；两个或更多个应变计中的第二应变计被耦合到两个或更多个流管中的第一流管的入口腿的远侧表面；以及两个或更多个应变计中的第二应变计与一个或多个桥电路中的第一桥电路的第二位置电通信。
优选地，两个或更多个应变计中的第一应变计被耦合到两个或更多个流管中的第一流管的入口腿的近侧表面；两个或更多个应变计中的第一应变计与一个或多个桥电路中的第一桥电路的第一位置电通信；两个或更多个应变计中的第二应变计被耦合到两个或更多个流管中的第一流管的入口腿的近侧表面；以及两个或更多个应变计中的第二应变计与一个或多个桥电路中的第一桥电路的第二位置电通信。
根据一个方面，包括传感器组件和计量器电子设备的振动计量器包括：两个或更多个流管；以及耦合到两个或更多个流管中的至少一个的传感器，其中传感器配置成输出指示在两个流管之间的不对称流量的存在的信号。
优选地，传感器是应变计。
优选地，振动计量器还包括与传感器电通信的电路。
优选地，电路包括桥电路。
优选地，信号包括在桥电路中的不平衡。
优选地，信号包括桥电路的输出的改变的振幅。
优选地，信号包括电相减，其包括传感器的相移信号。
优选地，信号还包括在具有振幅的驱动模式频率下的正弦输出，该振幅与包括电相减的差异成比例，电相减包括传感器的相移信号。
根据一个方面，用于确定穿过流量计量器中的两个流管的流量不对称性的方法包括下列步骤：使两个流管在驱动模式振动中振动；测量两个流管中的第一流管的振动响应；测量两个流管中的第二流管的振动响应；比较第一和第二流管的振动响应；以及确定在第一和第二流管之间的流量不对称性的存在。
优选地，该方法还包括下列步骤：如果在第一流管和第二流管之间的振动响应中的差异大于预定阈值，则指示流量不对称性的存在。
优选地，如果在第一流管和第二流管之间的振动响应中的差异大于预定阈值则指示流量不对称性的存在的步骤包括触发警报的步骤。
优选地，测量两个流管中的第一流管的振动响应的步骤还包括使用第一应变计测量两个流管中的第一流管的振动响应的步骤；以及测量两个流管中的第二流管的振动响应的步骤还包括使用第二应变计测量两个流管中的第二流管的振动响应的步骤。
优选地，使用第一应变计测量两个流管中的第一流管的振动响应的步骤还包括测量与第一应变计电通信的桥电路的输出；以及使用第二应变计测量两个流管中的第二流管的振动响应的步骤还包括测量与第二应变计电通信的桥电路的输出。
优选地，用于确定穿过流量计量器中的两个流管的流量不对称性的方法包括下列步骤：将第一应变计被耦合到第一流管的腿的远侧表面，其中第一应变计与桥电路的第一位置电通信；以及将第二应变计被耦合到第二流管的腿的远侧表面，其中第二应变计与桥电路的第二位置电通信。
优选地，比较第一和第二流管的振动响应的步骤还包括下列步骤：
产生来自至少一个桥电路的输出信号。
优选地，第一流管的振动响应包括第一流管的应变；以及第二流管的振动响应包括第二流管的应变。
优选地，第一应变计被耦合到接近斜拉杆的第一流管；以及第二应变计被耦合到接近斜拉杆的第二流管。
根据一个方面，用于确定穿过流量计量器中的两个流管的流量不对称性的方法包括下列步骤：使两个流管振动；确定两个流管中的第一流管的绝对相位；确定两个流管中的第二流管的绝对相位；以及确定在第一和第二流管之间的绝对相位中的差异。
优选地，该方法还包括下列步骤：测量第一流管的第一应变；以及测量第二流管的第二应变。
优选地，该方法还包括下列步骤：如果在第一流管和第二流管之间的绝对相位中的差异大于预定阈值，则指示流量不对称性的存在。
附图说明
相同的参考数字在所有附图上表示相同元件。应理解，附图不一定按比例。
图1示出现有技术流量计量器；
图2示出流量计量器的实施例；
图3示出计量器电子设备的图；
图4示出流量计量器的实施例，其中应变计连接到桥电路；以及
图5示出流量计量器的另一实施例，其中应变计连接到桥电路。
具体实施例
图1-5和接下来的描述描绘特定的例子以教导本领域中的技术人员如何制造和使用流量计量器和相关方法的实施例的最佳模式。为了教导创造性原理的目的，一些常规方面被简化或省略。本领域中的技术人员将从这些例子认识到落在本发明的范围内的变化。本领域中的技术人员将认识到，下面所述的特征可以用各种方式组合以形成本发明的多种变形。作为结果，下面所述的实施例不限于下面所述的特定例子，但仅仅通过权利要求及其等效形式。
图1示出现有技术流量计量器5，例如振动性流量计量器或科里奥利流量计量器。流量计量器5包括传感器组件10和计量器电子设备20。计量器组件10对质量流速和过程材料的密度做出响应。计量器电子设备20经由引线100连接到计量器组件10以提供在路径26之上的密度、质量流速和温度信息以及与本发明无关的其它信息。计量器组件10包括一对歧管150和150'、具有凸缘颈部110和110'的凸缘103和103'、一对平行流管130（第一流管）和130'（第二流管）、驱动器180、温度传感器190和一对敏感元件传感器170L和170R例如磁铁/线圈速度传感器、应变计、光学传感器或本领域中已知的任何其它敏感元件传感器。流管130和130'每个具有入口腿131和131'以及出口腿134和134'，其朝着流管安装块120和120'聚拢。流管130和130'在沿着它们的长度的至少一个不对称位置弯曲并在它们的整个长度上基本上平行。斜拉杆140和140'用于界定每个流管振荡所绕着的轴W和W'。
流管130和130的侧腿131、131'及134、134'固定地附接到流管安装块120和120'，且这些块又固定地附接到岐管150和150'。这提供穿过传感器组件10的连续闭合材料路径。
具有孔102和102'的凸缘103和103'经由入口端104和出口端104'连接到携带被测量的过程材料的过程线路（未示出）内。材料通过孔口101进入入口端104，孔口101穿过岐管150通到流管安装块120。在岐管150内，材料被划分并穿过流管130和130'按规定路线被传送。当离开流管130和130'时，过程材料在岐管150'内的单个流中重新组合，并在其后按规定路线被传送到由具有螺栓孔102'的凸缘103'连接到过程线路（未示出）的出口端104'。
流管130和130'被选择并适当地安装到流管安装块120和120'，以便具有实质上相同的质量分布、惯性矩和分别绕着弯曲轴W--W和W'--W'的杨氏摸量。这些弯曲轴通过斜拉杆140和140'。由于流管的杨氏模量随着温度而改变且这个改变影响流量和密度的计算，温度传感器180例如电阻温度检测器（RTD）安装到流管130'，以连续地测量流管的温度。流管的温度和因而对于穿过其的给定电流出现在RTD两端的电压由穿过流管的材料的温度支配。出现在RTD两端的温度相关电压在公知的方法中由计量器电子设备20使用来补偿由于流管温度中的任何变化引起的在流管130和130'的弹性模量中的变化。RTD由引线195连接到计量器电子设备20。
流管130和130'都由驱动器180在绕着它们的相应弯曲轴W和W'的相反方向上在被称为流量计量器的第一异相弯曲模式下驱动。这个驱动器180可包括很多公知的布置中的任一个，例如安装到流管130'的磁铁和安装到流管130的相对的线圈，交变电流穿过磁铁和线圈用于使这两个流管振动。适当的驱动信号经由引线185由计量器电子设备20施加到驱动器80。
计量器电子设备20接收在引线195上的RTD温度信号和分别出现在引线165L和165R上的左和右速度信号。计量器电子设备20向驱动器180产生在引线185上出现的驱动信号并使管130和130'振动。计量器电子设备20处理左和右速度信号及RTD信号以计算质量流速和穿过计量器组件10的材料的密度。这个信息连同其它信息一起由在路径26之上的计量器电子设备20应用于利用装置。
一般，科里奥利计量器在第一异相弯曲模式下被驱动，在入口和出口腿之间的流致相使用安装在流量计量器的入口和出口腿上的线圈/磁铁敏感元件传感器被感测到。计量器本身和本文所述的用于计算流量的方法不同于传统方法，在两个单独的信号之间的相位通过该传统方法在传输发送器中被计算。在实施例中，流体流由连接到至少一个应变计的桥电路的输出的变化的振幅指示，该振幅在无流量条件下通常是零（即驱动模式是正常模式，在入口和出口腿上有相等的应变）。然而，当流量被引入时，驱动模式变得复杂，且在管的入口和出口的运动之间存在相位延迟。使用在本文所述的桥电路——包括惠斯通桥电路——来利用由应变计检测的这个差异。
图2示出流量计量器5的实施例。描述了科里奥利流量计量器结构，虽然对本领域中的技术人员明显，本发明可被实施为没有由科里奥利质量流量计量器提供的额外测量能力的振动管密度计量器。与图1的现有技术设备共同的元件共享相同的参考数字。流管130和130'由驱动器180在绕着它们的相应弯曲轴W和W'的相反方向上且在被称为流量计量器的第一异相弯曲模式下驱动。驱动器180可包括很多公知的布置中的任一个，例如安装到流管130'的磁铁和安装到流管130的相对的线圈，交变电流穿过磁铁和线圈用于使这两个流管130、130’振动。适当的驱动信号经由引线185由计量器电子设备20施加到驱动器180。第一应变计200A位于第一流管130的入口腿131上，而第二应变计200B位于第二流管130’的入口腿131’上。在两个敏感元件传感器170L、170R（图1）和应变计200A、200B之间的主要差异是，线圈/磁铁敏感元件传感器测量流管的速度，而应变计测量流管的应变。有特别重要性的是下面的差别：应变计200A、200B测量运动中的绝对变化，而线圈/磁铁敏感元件传感器测量相对运动，所以流量不对称性由应变计可检测，但敏感元件传感器170L、170R由于其相对性质而不检测这样的不对称性。优选地，本文公开的每个应变计200A-D定向成检测实质上平行于那个应变计所耦合到的流管的纵轴的应变。
对于线圈/磁铁速度敏感元件传感器170L、170R，最大速度振幅接近一般位于流管130、130’的“U”的中心中的驱动器180。然而，线圈/磁铁速度敏感元件传感器170L、170R不放置在这个位置上，因为这将敏感元件传感器170L、170R放置得太靠近驱动器180，所以它们更确切地位于提供次最佳的然而可分辨的速度振幅的区域处以检测相位信号差分。然而，最大应变振幅接近流管130、130’的相应斜拉杆140、140’，且这是应变计200A、200B在本文公开的实施例中优选地被定位的地方。在上面的实施例中，利用两个应变计，但也设想额外的应变计。
图3示出根据本发明的实施例的流量计量器5的计量器电子设备20。计量器电子设备20可包括接口201和处理***203。计量器电子设备20从计量器组件10接收第一和第二传感器信号，例如应变计200A、200B的信号。计量器电子设备20处理第一和第二传感器信号，以便得到流经计量器组件10的流动材料的流量特征。例如，计量器电子设备20可从例如传感器信号确定相位、频率、时间差（Δt）、密度、质量流速、应变和体积流速中的一个或多个。此外，可根据本发明确定其它流量特征。
接口201经由图2所示的引线100从应变计200A-D接收传感器信号。接口201可执行任何必要的或期望的信号调节，例如格式化、放大、缓冲等的任何方式。可选地，可在处理***203中执行一些或所有信号调节。
此外，接口201可例如通过通信路径26实现在计量器电子设备20和外部设备之间的通信。接口201可能能够有电子、光学或无线通信的任何方式。
接口201在一个实施例中包括数字化器（未示出），其中传感器信号包括模拟传感器信号。数字化器对模拟传感器信号采样并数字化并产生数字传感器信号。接口/数字化器也可执行任何所需的抽取，其中数字传感器信号被抽取以便减小所需的信号处理的量并减少处理时间。
处理***203进行计量器电子设备20的操作并处理来自传感器组件10的流量测量。处理***203执行一个或多个处理例程并从而处理流量测量，以便产生一个或多个流量特征。
处理***203可包括通用计算机、微处理器***、逻辑电路或某个其它通用或定制处理设备。处理***203可分布在多个处理设备当中。处理***203可包括任何数量的整体或独立电子存储介质，例如存储***204。
在所示实施例中，处理***203从两个或更多个振动/应变响应220、226确定流量特征。处理***203可至少确定两个或更多个响应220、226的振幅、相位差、时间差和频率。在实施例中，来自与应变计200A-D电通信的至少一个桥电路206、206’的信号被输入到计量器电子设备20内。
存储***204可存储流量计量器参数和数据、软件例程、不变值和可变值。在一个实施例中，存储***204包括由处理***203执行的例程。在一个实施例中，存储***204存储相移例程212、相位不对称性例程215、频率例程216、时间差（Δt）例程217、流量特征例程218和流量不对称指示器/警告例程219。
在一个实施例中，存储***204存储用于操作流量计量器5的变量。存储***204在一个实施例中存储变量，例如从应变计200A-D接收的两个或更多个振动响应220、226。在一些实施例中，存储***204存储由计量器电子设备20产生的一个或多个值。在一些实施例中，存储***204存储从流量测量得到一个或多个流量特征。存储***204还存储与流量不对称性警报阈值有关的值。
实施例通过直接测量流管130、130’的入口腿131、131’或流管130、130’的出口腿134、134’的相对运动来感测流量不对称性。连接到至少一个桥电路206、206’的应变计200A-D配置成在所有对称流量条件——即使是无流量条件（其相应于驱动模式的正常模式形状，即在流管之间无相位差）——期间或在任何不对称流量条件期间产生零振幅信号。然而，在不对称流量期间，相同的配置将产生在驱动频率下输出的正弦信号，其振幅和符号是在流管130、130’之间的不均匀流量的水平的指示。
参考图4-5，应变计200A-D优选地位于在接近斜拉杆140、140’的区处的流管130、130’的入口131、131’或出口134、134’侧上，因为最大正应变（张力）和最高负应变（压缩）出现在流管130、130’和相应的斜拉杆140、140’之间的接合点处。耦合到流管的应变计的优选距离是在斜拉杆140、140’和流管130、130’的顶部之间的直线距离的大约0%和15%之间（在其最上面的部分沿着垂直于流管方向被测量）。甚至更优选的距离在大约6%和9%之间。然而，这些距离用作例子，其它距离也被设想为在本描述和权利要求的范围内。应变计200A-D优选地放置成感测在流管130、130’上的垂直应变（即与流管130、130’的纵轴平行的应变）。
图4示出具有与桥电路206电通信的两个应变计200A、200B的流量计量器5的实施例。桥电路206将在应变计的电阻中的小变化转换成在电压中的相对大的变化。桥电路206由供电电压Vs、四个电阻器（R1到R4）和输出电压Vo组成。桥被考虑为平衡的，且当R1=R2和R3=R4时，输出电压是0v。任一电阻器中的变化将使桥不平衡，且输出电压将不再是零。在供电电压、电阻和输出电压之间的关系在方程1中示出。
Figure 745205DEST_PATH_IMAGE001
电阻器数量相应于在图4中示出的电阻器位置。在桥电路206中的任何或所有电阻器可由应变计代替。在这个实施例中，两个应变计200A、200B存在于流管130、130’的入口侧131、131'上并连接到桥电路206。第一规200A连接到桥电路206中的第一位置R1，而第二规200B连接到桥电路206中的第二位置R2。应注意，其余电阻器R3和R4是固定值电阻器，每个具有相同的值。此外，对于这个实施例，重要的是，应变计200A、200B位于流管130、130’的相同相对表面上，这在这个实施例中意味着第一应变计200A被定向在第一流管130的第一入口腿131的远侧表面131A上，而第二应变计200B被定向在第二流管130’的第二入口腿131’的远侧表面131’A上。对本领域中的技术人员将明显，如果规200A、200B使它们的位置交换，使得第一规200A位于桥电路的第二位置R2处而第二规200B位于桥电路的第一位置R1处，则不对称性检测将保持完整无缺。类似地，如果固定电阻器在位置R1和R2上被使用，同时规200A、200B使它们的位置与桥电路206的R3和R4侧交换，则不对称性检测功能也将保持完整无缺。此外，也设想类似的实施例，其中应变计200A、200B位于流管130、130’的出口腿134、134’上。
图5示出具有与桥电路206电通信的两个应变计200C、200D的流量计量器5的实施例。在这个实施例中，两个应变计200C、200D存在于流管130、130’的入口侧131、131'上并连接到桥电路206。第一规200C连接到桥电路206中的第一位置R1，而第二规200D连接到桥电路206中的第二位置R2。应注意，其余电阻器R3和R4是固定值电阻器，每个具有相同的值。此外，对于这个实施例，重要的是，应变计200C、200D位于流管130、130’的相同相对表面上，这在这个实施例中意味着第一应变计200A被定向在第一流管130的第一入口腿131的远侧表面131B上，而第二应变计200D被定向在第二流管130’的第二入口腿131’的远侧表面131’B上。对本领域中的技术人员将明显，如果规200C、200D使它们的位置交换，使得第一规200C位于桥电路的第二位置R2处而第二规200D位于桥电路的第一位置R1处，则不对称性检测将保持完整无缺。类似地，如果固定电阻器在位置R1和R2上被使用，同时规200C、200D使它们的位置与桥电路206的R3和R4侧交换，则不对称性检测功能也将保持完整无缺。此外，也设想类似的实施例，其中应变计200C、200D位于流管130、130’的出口腿134、134’上。
可添加额外的规，使得存在同时测量入口腿131、131’和出口腿134、134’的应变的四个规，这增加桥电路206的信号输出。在这些实施例中，单个桥电路206连接到所有四个应变计200A-D，或可选地，入口腿131、131’连接到第一桥电路206且出口腿134、134’连接到第二桥电路206’。
通过使用方程2的关系操纵方程1来最好地理解添加额外规的效应：
（2）
Figure 662346DEST_PATH_IMAGE002
其中ΔR是应变计的电阻中的变化，R是应变计的无应变电阻，GF是规的规因子，以及ε是规上的应变。应变计的规因子GF使规上的应变与规的电阻中的相应变化有关。应变计在生产期间被校准时被分配特定的规因子。使用上面的关系并假设ΔR比R小得多，方程2可以被重写为方程3：
（3）
Figure 818914DEST_PATH_IMAGE003
对于由图4和5所示的实施例，当没有穿过流量计量器5的流且流量计量器5在驱动模式中振动时，由应变计200A、200B感测的正弦应变在理论上是同相的且将抵消，导致来自桥电路的零电压输出。在实践中，可以有在无流量时的某个相位（通常被称为机械零），导致低振幅正弦曲线，其振幅将被测量并作为偏移被移除。
一旦在流量计量器5中存在流量，基于在桥电路206中的规的位置和在入口腿131、131’或出口腿134、134’（取决于实施例）上的应变计200A-D的朝向，流管130、130'将同相地振动，在任一流管中没有堵塞物存在的情况下导致在两个应变测量之间的零延迟（零相移）。特别是，应变值按照方程2将抵消，且桥电路206的输出电压将是零。假定流量变成对称的（由于阻塞等或其它现象），沿着每个流管130、130’的相位将变得不同，因为在每个流管130、130’中有不同的质量流量（虽然在两个流管130、130’之间的相对相位保持相同且不使用常规敏感元件装置影响流量测量）。时间延迟（相移）在两个应变测量之间发展，且在下面的方程4中的两个相移信号的电相减将导致正弦输出（在驱动频率下），其振幅直接与相移有关。当流量变得更不对称时，相移增加且来自桥电路206的电压的振幅增加。方程4描述图4中的应变计200A、200B和图5中的应变计200C、200D的配置。关于桥电路206：
（4）
Figure 89489DEST_PATH_IMAGE004
。
如上所述，这个方程指示在无流量条件或对称流量下有零输出，但当流量不对称性存在时在R1和R2之间的相减产生可检测的Vout。
当流管130、130’被驱动时，来自应变计200A、200B的应变信号可被认为是正弦曲线，每个具有它们自己的振幅（αi）和在它们之间的相对相位（Φ）。当这两个信号相减时，因而产生的信号将具有如下面在方程5中所示的振幅：
Figure 277763DEST_PATH_IMAGE005
。
这个相减由桥电路206电气地执行。当流量是对称的时，Φ为零且单独的振幅实质上是相同的，导致没有振幅的信号，A=0。实际上，单独的αi可以稍微不同，导致被特征化并被解释的在对称流量期间的偏置。当流量变得对称时，Φ变成非零，因为在第一和第二流管130、130'之间存在质量流量不平衡，所以输出信号振幅A改变。这个改变被检测到并用于向用户通知流量不对称性存在。
在实施例中，相移被校准以通过合并在入口131、131’和出口134、134’处的两个或更多个规并使用如在国际专利申请号PCT/US2014/033188中所述的流量测量来检测在每个管中的流量不对称性和流速。
在实施例中，诊断指示器向流量计量器5的用户通知流量不对称地***。通知包括可听和/或可见警报。在相关实施例中，振幅阈值被确定。当流量的振幅由于在第一和第二流管130、130’之间的质量不平衡而变成不对称的且Φ变成非零时，桥电路206的输出信号振幅增加，且当振幅超过预定阈值时，警报被触发。警报可简单地包括流量计量器5的用户的通知。阈值可在工厂在计量器电子设备20中被预先设定或由用户设定。
再次转到图2，实施例除了桥电路206以外还包括电子部件400。虽然作为例子被示为具有两个规200A、200B和单个桥电路206，电子部件400可适合于用在任何数量的应变计和桥电路组合上，如对本领域中的技术人员将明显的。
来自桥电路206的输出连接到电子部件400，其可包括桥完成放大器。在一个实施例中，桥完成放大器具有大约800的增益，但不同的增益基于特定的应变计、不同的流量控制因子、不同的电子设备和特定的流量计量器5所特有的其它变量而被设想。桥完成放大器是与高通滤波器耦合的AC。在实施例中，高通滤波器包括电容器。这个电容耦合实质上阻塞信号的DC分量。在相关实施例中，来自高通滤波器的输出与低通滤波器抗混叠以防止具有大于特定的模数转换器的采样速率的频率的信号被那个模数转换器（ADC）看到。ADC可从低通滤波器接收信号，其接着被发送到计量器电子设备20。
对于本文的实施例，桥电路206、206’的电压输出被输入到计量器电子设备20内。由于对应变计测量内在的DC漂移，数字电子设备的使用在进行信号之间的准确的相位测量时是有帮助的。使用模拟电子设备，当来自规200A-D的信号通过零伏交叉时，在例如来自应变计200A-D的两个正弦信号之间的相位一般一个循环被计算一次。因为对应变计存在某个DC漂移，信号并不总是以零伏为中心，使稳定的相位计算变得很难。实施例利用Hilbert滤波器来连续地计算在两个敏感元件传感器之间的相位。使用这种方法，在信号中的DC偏移不影响相位计算。
上述实施例的详细描述不是由发明人设想为在本描述的范围内的所有实施例的无遗漏描述。实际上，本领域中的技术人员将认识到，上述实施例的某些元件可不同地被组合或消除以产生另外的实施例，且这样的另外的实施例落在本描述的范围和教导内。对本领域中的普通技术人员也明显，上述实施例可全部或部分地组合以产生在本描述的范围和教导内的额外实施例。
因此，虽然在本文为了例证性目的描述了特定的实施例，各种等效修改在本描述的范围内是可能的，如在相关领域中的技术人员将认识到的。在本文提供的教导可应用于其它连接器，且不仅应用于在上面所述和在附图中所示的实施例。相应地，应从接下来的权利要求确定上面所述的实施例的范围。

Claims (22)

1.一种包括传感器组件（10）和计量器电子设备（20）的流量计量器（5），包括：
两个或更多个流管（130, 130’）；
驱动器（180），其耦合到所述两个流管（130, 130’）并配置成引起在所述两个流管（130, 130’）中的驱动模式振动；
两个或更多个应变计（200A-D），其耦合到所述两个流管（130, 130’）并配置成检测所述驱动模式振动的相位，其中所述两个或更多个应变计（200A-D）中的第一应变计被安装到第一流管（130）并且所述两个或更多个应变计（200A-D）中的第二应变计被安装到第二流管（130’）；以及
一个或多个桥电路（206, 206’），其与所述两个或更多个应变计（200A-D）电通信，配置成输出指示在所述两个或更多个流管（130, 130’）之间的不对称流量的信号。
2.如权利要求1所述的流量计量器（5），其中所述信号与在所述两个或更多个应变计（200A-D）之间的应变差成比例。
3.如权利要求1所述的流量计量器（5），其中所述信号包括从来自所述两个或更多个应变计（200A-D）中的第二个的信号减去来自所述两个或更多个应变计（200A-D）中的第一个的信号得到的电信号差。
4.如权利要求3所述的流量计量器（5），其中所述信号还包括在具有振幅的驱动模式频率下的正弦输出，所述振幅与一差异成比例，所述差异包括从所述两个或更多个应变计（200A-D）中的第二个的相移信号减去所述两个或更多个应变计（200A-D）中的第一个的相移信号所得的信号差。
5.如权利要求1所述的流量计量器（5），还包括耦合到所述两个或更多个流管（130,130’）的磁铁和线圈敏感元件传感器。
6.如权利要求1所述的流量计量器（5），还包括配置成指示在所述两个或更多个流管（130, 130’）之间的不对称流量的指示器。
7.如权利要求6所述的流量计量器（5），其中所述指示器包括可见和可听警报中的至少一个。
8.如权利要求1所述的流量计量器（5），其中所述两个或更多个应变计（200A-D）被配置成检测与所述两个或更多个流管（130, 130’）中的所述一个的纵轴大致平行的所述两个或更多个流管（130, 130’）中的所述一个的应变。
9.如权利要求1所述的流量计量器（5），其中所述两个或更多个应变计（200A-D）中的应变计放置成接近支撑杆（140, 140’），使得所述两个或更多个应变计（200A-D）中的所述应变计受到由所述驱动模式振动引起的所述两个或更多个流管（130, 130’）的近似最大应变振幅的影响。
10.如权利要求1所述的流量计量器（5），其中：
所述两个或更多个应变计（200A-D）中的第一应变计被耦合到所述两个或更多个流管（130, 130’）中的第一流管的入口腿（131）的远侧表面（131A）；
所述两个或更多个应变计（200A-D）中的所述第一应变计与所述一个或多个桥电路（206, 206’）中的第一桥电路（206）的第一位置（R1）电通信；
所述两个或更多个应变计（200A-D）中的第二应变计被耦合到所述两个或更多个流管（130, 130’）中的所述第一流管的入口腿（131）的远侧表面（131’A）；以及
所述两个或更多个应变计（200A-D）中的所述第二应变计与所述一个或多个桥电路（206, 206’）中的第一桥电路（206）的第二位置（R2）电通信。
11.如权利要求1所述的流量计量器（5），其中：
所述两个或更多个应变计（200A-D）中的第一应变计被耦合到所述两个或更多个流管（130, 130’）中的第一流管的入口腿（131）的近侧表面（131B）；
所述两个或更多个应变计（200A-D）中的所述第一应变计与所述一个或多个桥电路（206, 206’）中的第一桥电路（206）的第一位置（R1）电通信；
所述两个或更多个应变计（200A-D）中的第二应变计被耦合到所述两个或更多个流管（130, 130’）中的所述第一流管的入口腿（131）的近侧表面（131’B）；以及
所述两个或更多个应变计（200A-D）中的第二应变计与所述一个或多个桥电路（206,206’）中的所述第一桥电路（206）的第二位置（R2）电通信。
12.一种用于确定穿过流量计量器中的两个流管的流量不对称性的方法，包括下列步骤：
使所述两个流管在驱动模式振动中振动；
测量所述两个流管中的第一流管的振动响应；
测量所述两个流管中的第二流管的振动响应；
比较所述第一流管和第二流管的振动响应；
确定在所述第一流管和第二流管之间的流量不对称性的存在；以及
测量所述两个流管中的第一流管的振动响应的步骤还包括使用第一应变计测量所述两个流管中的所述第一流管的所述振动响应的步骤；以及
测量所述两个流管中的第二流管的所述振动响应的步骤还包括使用第二应变计测量所述两个流管中的所述第二流管的所述振动响应的步骤。
13.如权利要求12所述的用于确定穿过流量计量器中的两个流管的流量不对称性的方法，还包括下列步骤：
如果在所述第一流管和所述第二流管之间的所述振动响应中的差异大于预定阈值，则指示流量不对称性的存在。
14.如权利要求12所述的用于确定穿过流量计量器中的两个流管的流量不对称性的方法，其中如果在所述第一流管和所述第二流管之间的所述振动响应中的差异大于预定阈值则指示所述流量不对称性的存在的步骤包括触发警报的步骤。
15.如权利要求12所述的用于确定穿过流量计量器中的两个流管的流量不对称性的方法，其中：
使用第一应变计测量所述两个流管中的所述第一流管的所述振动响应的步骤还包括测量与所述第一应变计电通信的桥电路的输出；以及
使用第二应变计测量所述两个流管中的所述第二流管的所述振动响应的步骤还包括测量与所述第二应变计电通信的桥电路的输出。
16.如权利要求15所述的用于确定穿过流量计量器中的两个流管的流量不对称性的方法，还包括下列步骤：
将所述第一应变计耦合到所述第一流管的腿的远侧表面，其中所述第一应变计与桥电路的第一位置电通信；
将所述第二应变计耦合到所述第二流管的腿的远侧表面，其中所述第二应变计与所述桥电路的第二位置电通信。
17.如权利要求12所述的用于确定穿过流量计量器中的两个流管的流量不对称性的方法，其中比较所述第一流管和第二流管的所述振动响应的步骤还包括下列步骤：
生成来自至少一个桥电路的输出信号。
18.如权利要求12所述的用于确定穿过流量计量器中的两个流管的流量不对称性的方法，其中：
所述第一流管的所述振动响应包括所述第一流管的应变；以及
所述第二流管的所述振动响应包括所述第二流管的应变。
19.如权利要求16所述的用于确定穿过流量计量器中的两个流管的流量不对称性的方法，其中：
所述第一应变计被耦合到接近支撑杆的所述第一流管；以及
所述第二应变计被耦合到接近支撑杆的所述第二流管。
20.一种用于确定穿过流量计量器中的两个流管的流量不对称性的方法，包括下列步骤：
使所述两个流管振动；
确定所述两个流管中的第一流管的绝对相位；
确定所述两个流管中的第二流管的绝对相位；以及
确定在所述第一流管和第二流管之间的绝对相位中的差异。
21.如权利要求20所述的用于确定穿过流量计量器中的两个流管的流量不对称性的方法，还包括下列步骤：
测量所述第一流管的第一应变；以及
测量所述第二流管的第二应变。
22.如权利要求20所述的用于确定穿过流量计量器中的两个流管的流量不对称性的方法，还包括下列步骤：
如果在所述第一流管和所述第二流管之间的绝对相位中的差异大于预定阈值，则指示流量不对称性的存在。
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