[發明專利]具有快速響應流量計算的多變量流體流量測量設備

無效

• 申請號: 200980142721.3
• 申請日: 2009-10-27
• 公開（公告）號: CN102197288A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 洛厄爾·A·克萊文;大衛·E·韋克倫德
• 申請（專利權）人: 羅斯蒙德公司
• 主分類號: G01F1/34
• 分類號: G01F1/34;G05D7/06
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 劉曉峰

背景技術

在工業設置中，控制系統用于監視和控制工業和化學過程等的存量。典型地，控制系統使用在工業過程中關鍵位置處分布的現場設備來執行這些功能，工業過程通過過程控制回路耦接至控制室中的控制電路。術語“現場設備”指的是在測量、控制和監視工業過程時使用的分布式控制或過程監視系統中執行功能的任何設備。典型地，現場設備的特征在于它們能夠在戶外運行很長一段時間(例如，若干年)的能力。因此，現場設備能夠工作在多種氣候極端情況下，包括嚴峻的極限溫度和極限濕度。此外，現場設備能夠在存在顯著振動(例如來自鄰近機器的振動)的情況下進行操作。此外，現場設備還可以在存在電磁干擾的情況下進行操作。

現場設備的一個示例是多變量過程流體流量設備，例如由艾默生過程控制有限公司(Emerson?Process?Management，Chanhassen，Minnesota)銷售的商標為Model?3051?SMV的多變量變送器。多變量過程流體流量設備能夠計算經過液體和氣體的差分產生器的質量流量速率。

對于差分產生器，質量流量速率由以下等式給出：

Qm=N×Cd×Ed2×Y1×ρ×ΔP]]>等式1

對于該流量等式，一般接受下列命名：

Q_m＝質量流量速率(質量/時間)

Q_E＝能量流量速率(能量/時間)

Q_V＝體積流量速率(長度³/時間)

P＝靜壓(力/長度²)

T＝溫度(度)

ΔP＝主元素上的差壓(力/長度²)

N＝單位換算因子(單位變化)

C_d＝主元素排放系數(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，對于液體，＝1.0(無量綱)

ρ＝流體密度(質量/長度³)

μ＝流體粘度(質量/長度-時間)

R_D＝管道雷諾數(無量綱)

H＝焓(能量/質量)

許多流量量值取決于其他量。例如，排放系數C_d依據雷諾數。雷諾數依據質量流量速率、流體粘度和管道直徑。熱膨脹效應Ed²依據溫度。氣體膨脹因子Y₁依據差壓ΔP除以管道直徑。流體密度ρ和壓縮性因子Z依據靜壓和溫度。流體粘度μ依據溫度。焓H依據靜壓和溫度。

由于流量等式的復雜性和相關關聯依賴，流量速率的計算一般需要某種迭代算法。一種實現方式是使用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。使用得到的雷諾數，計算新的排放系數值并將其與初始推測相比較。如果該比較的結果在預定界限內，則認為所計算的新的排放系數是最終值。如果不是這種情況，則計算雷諾數的新值，隨后計算新的排放系數值，并將其與先前值相比較。重復該過程，直到排放系數的相繼計算的結果在預定容限內為止。然后，針對下一組壓力、差壓和溫度值，重復這整個過程，包括初始推測。該方法的優點在于編程簡單。它的主要缺陷在于達到流量方程的收斂解所需的迭代的數目可能較大。