專利名稱：具有快速響應(yīng)流量計(jì)算的多變量流體流量測量設(shè)備的制作方法
具有快速響應(yīng)流量計(jì)算的多變量流體流量測量設(shè)備
背景技術(shù)：
在工業(yè)設(shè)置中，控制系統(tǒng)用于監(jiān)視和控制工業(yè)和化學(xué)過程等的存量。典型地，控制系統(tǒng)使用在工業(yè)過程中關(guān)鍵位置處分布的現(xiàn)場設(shè)備來執(zhí)行這些功能，工業(yè)過程通過過程控制回路耦接至控制室中的控制電路。術(shù)語“現(xiàn)場設(shè)備”指的是在測量、控制和監(jiān)視工業(yè)過程時(shí)使用的分布式控制或過程監(jiān)視系統(tǒng)中執(zhí)行功能的任何設(shè)備。典型地，現(xiàn)場設(shè)備的特征在于它們能夠在戶外運(yùn)行很長一段時(shí)間(例如，若干年)的能力。因此，現(xiàn)場設(shè)備能夠工作在多種氣候極端情況下，包括嚴(yán)峻的極限溫度和極限濕度。此外，現(xiàn)場設(shè)備能夠在存在顯著振動(dòng)(例如來自鄰近機(jī)器的振動(dòng))的情況下進(jìn)行操作。此外，現(xiàn)場設(shè)備還可以在存在電磁干擾的情況下進(jìn)行操作?，F(xiàn)場設(shè)備的一個(gè)示例是多變量過程流體流量設(shè)備，例如由艾默生過程控制有限公司(Emerson Process Management，Chanhassen，Minnesota)銷售的商標(biāo)為Model 3051 SMV 的多變量變送器。多變量過程流體流量設(shè)備能夠計(jì)算經(jīng)過液體和氣體的差分產(chǎn)生器的質(zhì)量流量速率。對(duì)于差分產(chǎn)生器，質(zhì)量流量速率由以下等式給出Qm =NXCdXEd2 XY1 Xp XyfIP 等式 I對(duì)于該流量等式，一般接受下列命名Qffl =質(zhì)量流量速率(質(zhì)量/時(shí)間)Qe =能量流量速率(能量/時(shí)間)Qv =體積流量速率(長度7時(shí)間)P=靜壓(力/長度2)T=溫度(度)ΔΡ=主元素上的差壓(力/長度2)N =單位換算因子(單位變化)Cd =主元素排放系數(shù)(無量綱)d=主元素喉口直徑(長度)D=管道直徑(長度)E =速度漸近因子，(1/(1-(d/D)4)1/2)(無量綱)Y1 =氣體膨脹因子，對(duì)于液體，=1.0(無量綱)ρ =流體密度(質(zhì)量/長度3)μ =流體粘度(質(zhì)量/長度-時(shí)間)Rd=管道雷諾數(shù)(無量綱)H=焓(能量/質(zhì)量)許多流量量值取決于其他量。例如，排放系數(shù)Cd依據(jù)雷諾數(shù)。雷諾數(shù)依據(jù)質(zhì)量流量速率、流體粘度和管道直徑。熱膨脹效應(yīng)Ed2依據(jù)溫度。氣體膨脹因子Y1依據(jù)差壓ΔΡ 除以管道直徑。流體密度P和壓縮性因子Z依據(jù)靜壓和溫度。流體粘度μ依據(jù)溫度。焓 H依據(jù)靜壓和溫度。
由于流量等式的復(fù)雜性和相關(guān)關(guān)聯(lián)依賴，流量速率的計(jì)算一般需要某種迭代算法。一種實(shí)現(xiàn)方式是使用AGA Report No. 3, Part 4中概述的直接代入方法，其中記載了第一步驟是推測排放系數(shù)值。然后，基于一組靜壓(P)、差壓(DP)和溫度(T)值，來求解流量速率或雷諾數(shù)。使用得到的雷諾數(shù)，計(jì)算新的排放系數(shù)值并將其與初始推測相比較。如果該比較的結(jié)果在預(yù)定界限內(nèi)，則認(rèn)為所計(jì)算的新的排放系數(shù)是最終值。如果不是這種情況， 則計(jì)算雷諾數(shù)的新值，隨后計(jì)算新的排放系數(shù)值，并將其與先前值相比較。重復(fù)該過程，直到排放系數(shù)的相繼計(jì)算的結(jié)果在預(yù)定容限內(nèi)為止。然后，針對(duì)下一組壓力、差壓和溫度值， 重復(fù)這整個(gè)過程，包括初始推測。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于編程簡單。它的主要缺陷在于達(dá)到流量方程的收斂解所需的迭代的數(shù)目可能較大。在AGA Report No. 3中概述的備選方法是使用更加復(fù)雜的算法，例如 Newton-Raphson算法。這整個(gè)方法仍然要求以初始推測開始，但是Newton-Raphson算法需要附加的計(jì)算，并且比直接代入方法收斂地更快。該方法的缺陷在于需要附加的計(jì)算。包括3095MV在內(nèi)的現(xiàn)有多變量變送器使用上述算法的一些版本。上述兩種技術(shù)在求解得到流量輸出之前都需要指定界限內(nèi)的某種形式的迭代和收斂。因此，求解流量計(jì)算以及隨后提供流量輸出所需的總時(shí)間可以是迭代的次數(shù)?，F(xiàn)有設(shè)備一般能夠提供每400毫秒量級(jí)上的流量輸出值。在控制過程流體的流量時(shí)，提供過程流體值(例如流量)中的任何延遲會(huì)給整個(gè)過程流體控制增加不穩(wěn)定性或其他有害效果。 因此，需要盡可能快地提供例如質(zhì)量流量、體積流量和能量流量等過程流體流量值。一般需要以有限功率預(yù)算操作的雙線現(xiàn)場變送器來最小化計(jì)算。功率預(yù)算限制的原因在于希望過程設(shè)備可以僅僅以通過過程通信回路接收的功率來操作。電流可以小到 3. 6mA,電壓一般也是受限的(限制到大約10伏特)。如果使用(例如根據(jù)可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道(HART)協(xié)議的)數(shù)字信號(hào)收發(fā)，電流實(shí)際上可以略小于3. 6mA。因此，一般要求過程流體流量變送器可操作在小到30毫瓦的功率上。因此，一般方法是以計(jì)算速度和整體流量計(jì)響應(yīng)為代價(jià)，使用更簡單的計(jì)算算法。

發(fā)明內(nèi)容
一種過程流體流量設(shè)備包括過程通信電路、處理器和測量電路。過程通信電路配置為與至少一個(gè)附加過程設(shè)備通信。處理器耦接至過程通信電路，并配置為執(zhí)行提供多個(gè)周期的指令，其中每個(gè)周期包括多個(gè)流量相關(guān)計(jì)算。測量電路可操作地耦接至多個(gè)過程變量傳感器，以獲得每個(gè)周期期間對(duì)差壓的指示，并獲得靜壓和過程流體溫度。處理器配置為使用當(dāng)前的差壓傳感器指示以及在先前周期期間計(jì)算的至少一個(gè)流量相關(guān)值，來計(jì)算過程流體流量值。過程通信電路將所計(jì)算的過程流體流量值通信至所述至少一個(gè)附加過程設(shè)備。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例可具體實(shí)施的過程流體流量設(shè)備的圖示；圖2是本發(fā)明實(shí)施例可具體實(shí)施的過程流體流量設(shè)備的框圖；圖3-7是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的計(jì)算過程流體流量的方法的單個(gè)流程圖的各個(gè)部分。
圖8a是帶有斜坡的流量相對(duì)于時(shí)間的圖表，示出了(根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例)的延遲解與根據(jù)已知迭代技術(shù)的流量方程的完全解之間的輸出相似性。圖8b是示出了在圖8a所示實(shí)驗(yàn)期間本發(fā)明實(shí)施例的流量誤差的圖表。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例總體上來源于對(duì)過程流體變量發(fā)生改變的速率的利用。這些變量不會(huì)瞬間改變。典型地，過程流體溫度變化得非常慢，靜壓變化地稍微快一些。差壓一般變化地最快，但是仍然比商用差壓傳感器的響應(yīng)時(shí)間慢。因此，流量速率Q和雷諾數(shù)Rd不會(huì)瞬間變化。通過使用快速的差壓傳感器更新速率(在該量級(jí)上或45毫秒)，提供了準(zhǔn)確跟蹤流量的流量結(jié)果。不同于求解流量方程的先前方法，本發(fā)明實(shí)施例能夠提供流量輸出，而無需等待流量相關(guān)量的收斂。本文描述的實(shí)施例采用在當(dāng)前測量迭代期間利用流量相關(guān)參數(shù)獲得的差壓測量，基于在先前迭代期間測量的溫度和靜壓計(jì)算所述流量相關(guān)參數(shù)。因?yàn)閷?duì)于多個(gè)流量相關(guān)量需要先前值，所以對(duì)于第一周期采用缺省或啟動(dòng)量。通過基于當(dāng)前的差壓傳感器測量以及先前的溫度和靜壓測量來提供流量輸出計(jì)算，可以非?？焖俚厍蠼饬髁糠匠?。 雖然第一個(gè)流量輸出很可能具有最多的誤差，但是能夠快速求解方程的速度使得在少量測量周期內(nèi)就可以使輸出達(dá)到高度精確值。例如，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明了對(duì)于流量的快速斜坡輸出可能產(chǎn)生流量的8X10_3(%的量級(jí)上的最大誤差，但是該誤差在幾個(gè)周期內(nèi)就顯著減小(參見圖8a)。圖1是其中本發(fā)明實(shí)施例非常有用的多變量過程流體流量設(shè)備的圖示。流量設(shè)備 12是多變量現(xiàn)場設(shè)備，其能夠測量多個(gè)過程流體變量。優(yōu)選地，經(jīng)由歧管16測量壓力，經(jīng)由溫度換能器18測量過程流體溫度。由于耦接至例如孔板等適合的差壓產(chǎn)生器，可以根據(jù)已知技術(shù)將在過程流體流經(jīng)孔板時(shí)在孔板的相對(duì)側(cè)面測量的壓力與過程流體流量速率相關(guān)聯(lián)。圖2是過程流體流量設(shè)備12的框圖。設(shè)備12包括可操作地耦接至過程通信回路 14的通信電路20。通信回路14典型地使用4-20mA的模擬信號(hào)，該信號(hào)用在控制系統(tǒng)中。 通信電路20允許設(shè)備12根據(jù)適合的過程工業(yè)通信協(xié)議進(jìn)行通信，協(xié)議例如可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道(HART )協(xié)議、FOUNDATION Fieldbus協(xié)議或其他任何適合的有線或無線過程工業(yè)協(xié)議。通信電路20提供的通信允許設(shè)備12與位于現(xiàn)場或控制室中的其他過程設(shè)備進(jìn)行通信。設(shè)備12還包括電源模塊22，其優(yōu)選地也是可耦接至過程通信回路14。通過耦接至過程通信回路14，設(shè)備12能夠完全以通過過程通信回路接收到的功率來進(jìn)行操作。 然而，在一些實(shí)施例(例如無線應(yīng)用)中，電源模塊22可以是功率存儲(chǔ)設(shè)備，例如電池或超級(jí)電容器，并且在這種實(shí)施例中，電源模塊22不需要耦接至過程通信回路14。電源模塊22 配置為向設(shè)備12的所有部件提供合適的電功率，如附圖標(biāo)記M所示。在一些實(shí)施例中，設(shè)備12可操作在小到30毫瓦的功率上。此外，特定的低功率實(shí)施例可以將設(shè)備在睡眠模式和測量模式之間循環(huán)，以節(jié)省功率。設(shè)備12還包括處理器沈，其優(yōu)選地是微處理器，可操作地耦接至通信電路20和電源模塊22。微處理器沈執(zhí)行存儲(chǔ)器30中存儲(chǔ)的指令，以從測量電路觀獲得測量值并基于這些測量值計(jì)算信息。例如，處理器沈優(yōu)選地獲得關(guān)于過程流體靜壓(P)、過程流體差壓(DP)和過程流體溫度(T)的測量值，并且能夠提供或計(jì)算相對(duì)于流經(jīng)差壓產(chǎn)生器的過程流體的質(zhì)量流量速率。對(duì)于差壓、靜壓和過程溫度輸入的更新速率可以是相同的，或者可以是不同的。因?yàn)獒槍?duì)差壓應(yīng)用用于計(jì)算流量速度的方程是直接與差壓(DP)的平方根相關(guān)的，所以最重要的是盡可能快地更新DP。作為流量方程中其他項(xiàng)的流體特性或值的變化，靜壓和過程溫度的變化對(duì)流量速率的影響是次要的。因?yàn)樗鼈儗?duì)流量速率的影響不是直接的，并且因?yàn)殪o壓以及特別是過程流體溫度一般比差壓變化地慢，因此P和T的更新速率可以低于差壓的更新速率。還可接受的是靜壓和過程流體溫度的更新速率與差壓的更新速率相同。本發(fā)明實(shí)施例總體上提供在下一差壓更新之前的流量速率的計(jì)算。一般由處理器 26基于存儲(chǔ)器30中存儲(chǔ)的系數(shù)和軟件指令，來執(zhí)行具體計(jì)算和計(jì)算順序。本發(fā)明實(shí)施例一般還針對(duì)排放系數(shù)(Cd)、流體密度(P )、流體粘度、流體焓、平方根函數(shù)和10 函數(shù)這些項(xiàng)， 有利地采用Chebychev近似。圖中的括號(hào)[]指示了 Chebychev曲線擬合近似，例如轉(zhuǎn)讓給羅斯蒙德公司(Rosemoimt Inc.)的美國專利6，643，610中記載的。使用常規(guī)的多項(xiàng)式來近似其他項(xiàng)。這些近似連同整數(shù)數(shù)學(xué)的使用是非常重要的，因?yàn)樗鼈兪褂霉β氏鄬?duì)較低、復(fù)雜度相對(duì)較低的處理器沈來提供對(duì)這些項(xiàng)的快速計(jì)算。然而，本發(fā)明實(shí)施例可應(yīng)用于更加強(qiáng)大的處理器，如果處理器沈的時(shí)鐘速度足夠高，只要可以在下一差壓傳感器更新之前完成計(jì)算，就可以使用針對(duì)多個(gè)項(xiàng)的完全方程。圖3-7提供了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可以提供流量速率的一種具體方法的詳細(xì)描述。圖3-7中多個(gè)方框的附圖標(biāo)記一般指示多個(gè)計(jì)算或步驟執(zhí)行的順序。圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的提供流量速率計(jì)算的方法50中第一步驟的圖示。方法50開始于方框80，在此測量差壓傳感器讀數(shù)。然后控制傳遞至方框100，具體是方框100 內(nèi)的方框102。在方框102，將差壓傳感器讀數(shù)與低流量截止值(LFC)相比較，如果ΔΡ小于LFC，則控制沿著線104前進(jìn)，這里，在方框106將Δ Pc設(shè)為等于LFC，并如方框108所示， 將ΔP。提供給方框200和300。此外，將C^設(shè)為等于0，這將流量計(jì)算設(shè)定為0，如方框110 所示。然后控制沿著線112前進(jìn)至方框114。在方框114，將量Q提供給方框1000。如果 ΔΡ大于或等于量LFC，則控制沿著線116和方框118前進(jìn)，并將八&設(shè)為等于測量的ΔΡ 讀數(shù)。然后，經(jīng)由方框108將該輸出提供給方框200和300。此外，將Q設(shè)為等于1，這允許流量速率不為0，如方框120所示，并且將Q值提供給方框1000，如在方框114所示。Q是本發(fā)明實(shí)施例使用的低流量參數(shù)。當(dāng)差壓小于低流量截止值(LFC)時(shí)，Q = 0，當(dāng)差壓大于或等于LFC時(shí)，Q = 1。參見圖4，方框200和300接收由圖3中方框108提供的Δ Pc輸入。方框200采用曲線擬合來估計(jì)△ P。的平方根。然后將該平方根量提供給方框400。方框300使用APc 和靜壓來計(jì)算量Α。靜壓一般由方框1500(在圖6中示出)提供，但是在啟動(dòng)期間，使用缺省值{PJ。然后在圓圈301提供Y1作為測試輸出，并且還將量Y1提供給方框400。方框400 計(jì)算K。為1、1和APe的平方根的乘積。Ka是本發(fā)明實(shí)施例使用的中間項(xiàng)。然后將Ktl(也是本發(fā)明實(shí)施例使用的中間項(xiàng))提供至方框1000以及方框500。方框500計(jì)算O11為Ktl和 Cd的乘積。Cd—般從方框900接收，并且在方框500之后計(jì)算。在方框500中使用Cd的先前更新值。因此，在啟動(dòng)期間，由于先前值不可獲得，所以對(duì)于方框500的初始計(jì)算，使用Cd 的缺省值ICdJ。將Q111提供給方框600，在方框600，使用曲線擬合來近似10 (Qii1)15由于在微處理器中使用底數(shù)為2的冪來表示浮點(diǎn)數(shù)，所以使用lo&。然后將該值連同來自方框 1700和方框2000的輸入一起提供給方框700。由于在初始啟動(dòng)期間，尚未執(zhí)行方框1700 和方框2000，所以在啟動(dòng)期間提供初始缺省值。方框700計(jì)算&的對(duì)數(shù)，并在圓圈702提供該值作為測試輸出。然后在方框800，對(duì)在方框700計(jì)算的值求逆，并將其作為輸入提供給方框900。方框900基于由方框800提供的輸入以及曲線擬合來估計(jì)排放系數(shù)Cd。將排放系數(shù)提供回方框500，并作為至方框1000的輸入以及作為在圓圈902處的測試值。方框 1000計(jì)算質(zhì)量流量速率Qm為KpCd和Q的乘積。然后在圓圈1002處提供Qm作為測試值， 并作為至方框1100和1200的輸入。方框1100計(jì)算能量流量速率A為化和H的乘積。在圓圈1202處提供A作為測試值。類似地，方框1200計(jì)算體積流量速率Qv作為Qm和P的商。也在圓圈1202處提供Qv作為測試值。稍后使用量Qm、(ie* Qv，并將它們提供給累計(jì)器， 這將進(jìn)一步參照?qǐng)D5進(jìn)行詳細(xì)描述。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的計(jì)算流體流量的方法的附加步驟。該方法在方框 1300繼續(xù)，方框1300采用分別在方框1000、1200和1100計(jì)算的值Qm、Qe和Qv作為輸入。 如果合適，Q等同于Qm、A或Qv。將Q的值傳遞至方框1400，方框1400計(jì)算N2’并將該值提供給累計(jì)器，累計(jì)器是對(duì)頻率周期求和的專用電路，這里，N2’設(shè)定頻率。圖4和5所示的所有步驟和計(jì)算均在下一差壓傳感器測量更新可用之前執(zhí)行和完成。參照?qǐng)D6和7的附加步驟和計(jì)算允許計(jì)算靜壓和過程溫度的影響。對(duì)這些多種影響的特征化和/或補(bǔ)償改進(jìn)了過程流量測量的值。如上所述，對(duì)于絕對(duì)壓力和過程溫度的更新速率需要與差壓的更新速率一樣快。圖6示出了測量靜壓讀數(shù)并提供(作為Pa)給方框1500。方框1500還接收差壓傳感器測量值八？作為輸入，并計(jì)算？，然后將？提供給方框300、1600、2100和沈00。方框 1500中示出的Citan是用于對(duì)皮托管(pitot)主元素進(jìn)行平均化的無量綱校正項(xiàng)。也獲得溫度傳感器讀數(shù)Ta，并連同圖3中從方框800提供的差壓Δ P —起提供給方框1600。方框 1600計(jì)算Cj和T」。Cj是以度/ΔΡ為單位的Joule-Thomson校正項(xiàng)。將來自方框1600的輸出提供給方框2200、1900、1700和1800。方框1900向方框2000、2100和2600提供量1/ T」。方框1700基于dQ加上Cl1和Tj (從方框1600提供的)來計(jì)算1呢202737. 47/D)。方框1700中的常數(shù)22737. 47來自于使用壓力單位磅/英寸psia、溫度單位度F、長度單位英寸、質(zhì)量流量單位磅-質(zhì)量/秒、粘度單位厘泊、以及對(duì)雷諾數(shù)的表達(dá)式的特定表示。將來自方框1700的輸出提供給方框700。方框1800基于來自方框1600的輸入，計(jì)算NEd2。將來自方框1800的輸出提供給方框2500，并且還在圓圈1802處提供作為測試值。方框2200 基于曲線擬合來計(jì)算Ρ/%的平方根。方框2200的輸出作為輸入提供至方框2300，如參照?qǐng)D7描述的。方框2500基于來自方框1800的輸出以及由方框2300提供的口，計(jì)算&。方框2500的輸出Ka提供至方框400。圖7示出了根據(jù)參照?qǐng)D3-6描述的實(shí)施例的多個(gè)步驟和計(jì)算。方框2100接收來自方框1900的1/%，作為輸入，還接收來自方框1500的P。如果ID1等于0，指示了液體，則方框2100僅提供P的平方根至方框2300。如果ID1等于1，指示了氣體，則方框2100使用P 和1/%來計(jì)算(M/ V Z)為曲線擬合近似。優(yōu)選地，該近似是使用9x7個(gè)系數(shù)的Chebychev 近似。將來自方框2100的輸出提供給方框2300。方框2000從方框1900接收其輸入，并計(jì)算10 (1/μ)為1/%的曲線擬合。優(yōu)選地，使用大約5個(gè)系數(shù)來執(zhí)行曲線擬合。將方框2000的輸出提供給方框700。方框沈00估計(jì)H為從方框1500接收的P以及從方框1900 接收的Ι/Tj的函數(shù)。優(yōu)選地，使用5x5個(gè)系數(shù)的Chebychev近似來估計(jì)H。將方框沈00的輸出提供給方框1100。方框2300從方框2200和方框2100接收其輸入，并提供P的平方根作為其至方框MOO和2500的輸出。方框MOO對(duì)P的平方根進(jìn)行平方，以提供P作為圓圈M02處的測試值以及作為至方框1200的輸出。圖8a是帶有斜坡的流量相對(duì)于時(shí)間的圖表，示出了(根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的)延遲解與根據(jù)已知迭代技術(shù)的流量方程的完全解之間的輸出相似性。雖然圖8a關(guān)鍵示出了延遲解和完全解都是以圓圈繪制的，但是從圖中明顯可見，在斜坡期間所有圓圈成群地如此緊密以致無法在完全解和延遲解之間進(jìn)行區(qū)分。如圖8a所示，開始于稍微早于第一秒的時(shí)間處，流量在稍微晚于10秒標(biāo)記的位置從10%的值斜坡上升到100%的流量值。圖8b是示出了在圖8a所示實(shí)驗(yàn)期間本發(fā)明實(shí)施例的流量誤差的圖表。圖8b示出了最大誤差稍微小于流量的8. Ox 10_3%，以及誤差幾乎緊隨著斜坡變化的開始而發(fā)生。 然而，誤差快速減小，在大致2. 5秒處減小到小于流量的Ix ΙΟ"30本文描述的實(shí)施例一般允許非?？焖俚赜?jì)算流量速率，并且不需要大量時(shí)間來等待收斂。通過使用在先前測量周期計(jì)算的流量相關(guān)值，結(jié)合當(dāng)前的差壓傳感器讀數(shù)，誤差快速減小，并且流量輸出非?？焖俚剡_(dá)到高度精確的值。在考慮到過程變量的響應(yīng)以及傳感器的采樣速率時(shí)，本文公開的技術(shù)提供了顯著的效率。過程變量，甚至是差壓，也無法瞬間變化。傳感器的響應(yīng)時(shí)間也限制了能夠多快讀取過程變量。本發(fā)明實(shí)施例通過使用來自至少一個(gè)先前測量周期的一個(gè)或多個(gè)傳感器讀數(shù)，針對(duì)每個(gè)相繼的讀數(shù)來提供流量輸出。此外，本發(fā)明實(shí)施例一般還針對(duì)排放系數(shù)(Cd)、流體密度(P)、流體粘度和流體焓這些項(xiàng)，有利地采用Chebychev近似。使用常規(guī)多項(xiàng)式來近似其他項(xiàng)。這些近似連同對(duì)整數(shù)數(shù)學(xué)的使用是重要的，因?yàn)樗鼈兪褂霉β氏鄬?duì)較低、復(fù)雜度相對(duì)較低的處理器來提供對(duì)這些項(xiàng)的快速計(jì)算。雖然參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在不背離本發(fā)明精神和范圍的前提下可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.一種過程流體流量設(shè)備，包括 過程通信電路，可耦接至過程通信回路；處理器，耦接至過程通信電路，并配置為執(zhí)行提供多個(gè)周期的指令，其中每個(gè)周期包括多個(gè)流量相關(guān)計(jì)算；測量電路，可操作性地耦接至多個(gè)過程變量傳感器，以獲得每個(gè)周期期間的差壓指示、 以及靜壓或過程流體溫度中的至少一個(gè)；以及其中，處理器配置為在第一周期期間，使用當(dāng)前的差壓傳感器指示以及過程流體流量設(shè)備中存儲(chǔ)的至少一個(gè)流量相關(guān)啟動(dòng)值，來計(jì)算過程流體流量值；以及其中，過程通信電路經(jīng)由過程通信回路通信所計(jì)算的過程流體流量值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程流體流量設(shè)備，其中，處理器配置為在一個(gè)周期期間，使用當(dāng)前的差壓傳感器指示以及在先前周期期間計(jì)算的至少一個(gè)流量相關(guān)值，來計(jì)算過程流體流量值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程流體流量設(shè)備，其中，處理器可操作性地耦接至包含多個(gè)系數(shù)的存儲(chǔ)器，所述多個(gè)系數(shù)用于針對(duì)至少一個(gè)流量相關(guān)量的曲線擬合近似。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過程流體流量設(shè)備，其中，系數(shù)中的至少一部分是針對(duì) Chebychev曲線擬合的系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的過程流體流量設(shè)備，其中，處理器使用浮點(diǎn)數(shù)學(xué)和整數(shù)數(shù)學(xué)來近似至少一個(gè)流量相關(guān)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程流體流量設(shè)備，其中，處理器在計(jì)算靜壓之前計(jì)算過程流體流量值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程流體流量設(shè)備，其中，處理器配置為在獲得差壓指示的近似50毫秒內(nèi)計(jì)算過程流體流量值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程流體流量設(shè)備，其中，處理器配置為在低功率睡眠模式和測量模式之前交替，以節(jié)省功率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程流體流量設(shè)備，其中，過程流體流量設(shè)備配置為完全基于從過程通信回路接收的功率來進(jìn)行操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程流體流量設(shè)備，其中，過程流體流量設(shè)備能夠操作在30 毫瓦。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程流體流量設(shè)備，其中，差壓更新速率高于過程流體溫度更新速率。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程流體流量設(shè)備，其中，過程流體流量值是過程流體質(zhì)量流量。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程流體流量設(shè)備，其中，過程流體流量值是體積過程流體流量。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程流體流量設(shè)備，其中，在每個(gè)周期期間獲得對(duì)靜壓和過程流體溫度的指示。
15.一種過程流體流量設(shè)備，包括過程通信電路，配置為與至少一個(gè)附加過程設(shè)備進(jìn)行通信；處理器，耦接至過程通信電路，并配置為執(zhí)行提供多個(gè)周期的指令，其中每個(gè)周期包括多個(gè)流量相關(guān)計(jì)算；測量電路，可操作性地耦接至多個(gè)過程變量傳感器，以獲得每個(gè)周期期間的差壓指示、 以及靜壓和過程流體溫度；以及其中，處理器配置為使用當(dāng)前的差壓傳感器指示以及在先前周期期間計(jì)算的至少一個(gè)流量相關(guān)值，來計(jì)算過程流體流量值；以及其中，過程通信電路將所計(jì)算的過程流體流量值通信至所述至少一個(gè)附加過程設(shè)備。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的過程流體流量設(shè)備，其中，至少一個(gè)附加過程設(shè)備位于控制室中。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的過程流體流量設(shè)備，還包括電源模塊，配置為對(duì)過程流體設(shè)備供電。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的過程流體流量設(shè)備，其中，電源模塊支持30毫瓦或更低功率上的低功率操作。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的過程流體流量設(shè)備，其中，處理器配置為在低功率睡眠模式和測量模式之間交替。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的過程流體流量設(shè)備，其中，過程通信電路進(jìn)行無線通信。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的過程流體流量設(shè)備，其中，處理器可操作性地耦接至包含多個(gè)系數(shù)的存儲(chǔ)器，所述多個(gè)系數(shù)用于針對(duì)至少一個(gè)流量相關(guān)量的曲線擬合近似。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的過程流體流量設(shè)備，其中，系數(shù)中的至少一部分是針對(duì) Chebychev曲線擬合的系數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的過程流體流量設(shè)備，其中，處理器使用浮點(diǎn)數(shù)學(xué)和整數(shù)數(shù)學(xué)來近似至少一個(gè)流量相關(guān)量。
全文摘要
一種過程流體流量設(shè)備(12)包括過程通信電路(20)、處理器(26)和測量電路(28)。過程通信電路(20)配置為與至少一個(gè)附加過程設(shè)備通信。處理器(26)耦接至過程通信電路，并配置為執(zhí)行提供多個(gè)周期的指令，其中每個(gè)周期包括多個(gè)流量相關(guān)計(jì)算。測量電路(28)可操作地可耦接至多個(gè)過程變量傳感器，以獲得每個(gè)周期期間對(duì)差壓的指示，并獲得靜壓和過程流體溫度。處理器(26)配置為使用當(dāng)前的差壓傳感器指示以及在先前周期期間計(jì)算的至少一個(gè)流量相關(guān)值，來計(jì)算過程流體流量值。過程通信電路(20)將所計(jì)算的過程流體流量值通信至所述至少一個(gè)附加過程設(shè)備。
文檔編號(hào)G01F1/34GK102197288SQ200980142721
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月27日
發(fā)明者大衛(wèi)·E·韋克倫德, 洛厄爾·A·克萊文 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司