流体流率的测量和控制装置及其方法制造方法及图纸

一种用于测量和控制流体流率的装置和方法。该方法用于确定取决于流体流率的模拟过程变量，并将得到的数值转变为数字数据，该数字数据通过一偏置数值来校准。偏置数值取决于系统操作过程中操作参数的变化。为了获得偏置数值，在操作中断过程中，当体积流率为零时，确定一模拟过程变量，并将它转变为数字数值。该数值被存储起来，当操作重新启动时，用作偏置数值。本发明专利技术还将数字式校准测量数值提供给数字信号处理器，以实现数字化流率控制。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种流体流率的控制和测量。模拟流率测量和控制单元是公知的，它通过流动通道中的小孔进行压差测量，从而确定流率。随后，将该测量数据同计算单元中的理想值进行比较。如果实际值与规定的理想值不同，计算单元就会向比例阀单元发出一校准信号，然后，比例阀单元启动校准过程，使流率的测量值与理想值相吻合。这种已有的流率测量和控制装置的一个问题是适应性相对较差，不容易适应系统中各部件发生的变化。测量和控制数据的处理基本上是由系统部件预先确定的。尽管在它们的信号处理中的数字元件基本上没有操作过程中可能发生的(例如，由于部件的老化，热漂移等)操作参数的变化，但是，传感器、模拟放大器、模拟比较器等部件均受这种漂移的影响。所以，本专利技术的一个目的是提供一种装置和方法，通过它来测量和控制流体流率，其可靠性得到改进，并且测量和控制系统对干扰的敏感性低，同时，对影响测量和控制数据的因素具有最大的适应性。上述目的通过分别由权利要求1，7，11，和18所限定的流体流率测量和控制方法及其装置得到实现。所以，通过本专利技术提供的方法和装置，流率测量信号被进行大量的数字处理，并提供给一数字信号处理器(DSP，digital signal Processor)。流率测量装置提供的信号首先进行数字预处理，从而使由于模拟测量部件中的变化(如热漂移)所引起的测量误差很大程度上得到弥补。然后，数字信号处理器根据所测量的数据来控制数字控制单元，最好借助于特定的数字存储单元中的数据，接着，数字控制单元又通过一阀调节器来控制阀单元。在一优选实施例中，控制单元包括一比例积分微分(PID)控制器。当然，根据具体应用，也可以使用任何需要的P-，D-，和I-比例组合的控制器。阀调节元件最好包括一脉冲宽度调制器，阀元件最好包括一比例阀。大部分为数字化的信号处理使测量和控制系统具有最大的适应性和可靠性。模拟测量所得数据转变为数字数值，它可以在数字范围内通过一偏置值来校准，以弥补操作过程中测量系统发生的模拟操作参数的变化，特别是热漂移等。确定偏置值的最简单方法是当体积流率为零时，在操作中断过程中，获得一模拟测量值，并将它转变为一数字数值。理论上，在零漂移时，该数字数值也为零。由于模拟部件的上述变化和漂移，该数字数值通常不为零，它可能被当作校正值直接存储在一偏置存储器中，当系统操作被启动时，使用该值。所以，数字信号处理的优点是提供较大的可靠性并且不受干扰的影响。另外，影响测量和控制数据的可能性也比模拟系统得到很大改进。例如，可变操作参数，特别是表或曲线族，可以存储在指定的存储单元中，最好存储在可编程存储单元中，从而可以根据装置种类、流体类别、使用规则、操作条件等，通过数字信号处理器来进行存取。另外，还可以提供在干扰或不正常操作条件下以及操作中断时，阀单元控制或调节的具体参数、特征等，这一点将在下文详细介绍。最后，必要的操作参数还可以从外部输入或修改。通过实例并参考附图，可以更好地理解本专利技术，其中附图说明图1示出了本专利技术流率测量装置的一实施例；和图2示出了与流率测量装置配合使用的本专利技术流率控制装置的一实施例。图1是本专利技术流率测量装置或ΔP单元的方框简图。在图1中，可以看到一流动通道1，它里面有一节流板或小孔2。一气体或液体介质(流体)在流动通道中按箭头3所示方向流动。在孔2的上游，流动通道壁上有一第一压力传感器4，用于测量孔2的流动通道上游中的压力P1。一第二压力传感器5位于孔2的下游，用于测量直接位于孔2后面的流动通道1内的压力P2。压力计或压力传感器4和5将所得到的压力值转变为模拟电信号，提供给微分放大器6。在微分放大器6中形成两个压力信号的差值ΔP＝P1-P2。由于流动通道1的截面积A已知，压力差ΔP是对通过流动通道的介质体积流率的测量。微分放大器的输出信号提供到一模拟放大器7中，它将信号的幅值放大到一定范围，使之最适合于后续模拟/数字转换器(ADC，analog/digitalconverter)8。模拟/数字转换器8将仍为模拟信号的压力差信号转变为一数字数值。尽管在测量装置中的进一步下游的数字元件(下面将介绍)中没有热漂移等，但是在测量系统中的模拟元件，特别是传感器4和5以及放大器6和7，在测量系统的操作过程中，它们的操作参数要进行修正。它们受到热漂移、老化、调节不良和位移等的影响。本专利技术提供一偏置存储器9，来弥补模拟元件操作参数的这种变化。当操作被中断时，也就是无流体流动时，偏置存储器9储存模拟/数字转换器提供的数值。这里，在这种操作性中断过程中，至少记录一个模拟测量数值。理想地，当流体流动为零时，该数字数据应当为零。然而，由于模拟元件的上述漂移的存在，该数值通常不为零，在实际操作中，它被指定为校正数值。零体积流率的数字数据值存储在偏置存储器9中。当流体再次开始流动时，存储在偏置存储器9中的偏置数值被反相和读取。偏置数值及其反相标记被输入到一加法器10中，在这里它被加到模拟/数字转换器所提供的数值中。所以，根据漂移而确定的偏置数值被从与测量数值相应的数字数值中减去，所以，基本上只有纯测量信号被进一步处理。为了完成补偿，也就是记录根据漂移而确定的偏置数值，可以在任何时候中断流动操作。补偿要么在操作的自然中断中进行，要么这种中断通过按一定时间间隔来进行主动的控制而实现。可以借助下面将要详细介绍的比例阀单元来中断操作。由于体积流率和孔2处的压差ΔP之间不是线性关系，模拟/数字转换器8中的(被校准的)信号被输入到一线性化器(linearizer)11中，线性化器11后面紧接是一标准化器(standerdizer)12，所以，依靠对例如压力传感器4处测量的输入压力P1线性化器11中的线性化和标准化器12中的标准化作用，在测量装置的输出口可以得到一反映流动通道1中流体体积流率的信号，其单位为标准立方米/小时(Nm3/h)。除了上面所介绍的偏置存储器9以外，测量装置可能还包括一换算或标定存储器(scaling memory或gauging memory)13，它存储标定参数，使标准化器12测量的数值输出，在孔2已替换之后，可以根据实际的体积流率来进行再次标定。它在需要补偿孔尺寸制造容差时是非常有利的。此时，根据外部标定元件对测量装置进行标定，所需校准数值以数字形式存储在标定存储器13中。标定存储器13中存储的校准数值被通过乘法器加到数字测量信号上。和现有的技术相比，本专利技术的测量装置的优点在于，借助于偏置存储器9进行大量数字信号处理，从而补偿在使用测量装置过程中发生的模拟的操作参数变化。这些变化基本上涉及热漂移、元件的老化等。而且，可以根据各种孔直径、流动通道直径、压力计特性、或其它具体装置的硬件参数以及流体特性，很容易在测量系统中加入额外的标定。在标定存储器13中简单地存储足够多套参数和校准值。还可能为标定存储器的后续外部载荷提供校准值。综合上述特征，可以得到一适应性强的测量系统，它对任何干扰都不很敏感。图2是用于气体或液体的数字化流动装置的简图，它最好与图1所示的流率测量装置一起配合使用。该装置接受流率测量装置中数字式的实际流率值(最好是处理过的)。图2所示的流率控制装置进一步处理这些数字式信号，从而驱动一比例阀单元15，该比例阀单元控制着流动通道1中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过一测量系统测量流体流率的方法，该测量系统确定取决于流体体积流率的模拟过程变量，并将所得到的模拟值转变为数字数值，其特征在于，数字数值通过一偏置数值来校准，该偏置数值取决于测量系统操作过程中其模拟元件（４，５，６，７）的操作参数的变化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：库尔特塞茨，霍斯特亚当斯，马库斯哈斯勒，
申请(专利权)人：瓦格纳国际股份公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]