CN100407083C - 流测量模块和方法 - Google Patents

Abstract

一种流测量模块，与控制阀组件协同操作，测量流过由控制阀组件调节的流通路的流体的流速，其包括：第一通信端口，接收表示节流元件的检测的上流压力的上流压力信号；第二通信端口，接收表示节流元件的检测的下流压力的下流压力信号；第三通信端口，接收表示流通路中节流元件的位置的位置反馈信号，而不中断流过流通路的流体流；及控制器，能通信地耦合于第一、第二及第三通信端口，并根据配备在计算机可读介质上的计算机程序进行操作，该程序包括：第一例程，根据接收的位置反馈信号指令控制器确定阀尺寸规格系数；及第二例程，根据确定的阀尺寸规格系数、接收的上流压力信号和接收的下流压力信号，指令控制器确定流过流通路的流体的流速信号。

Description

流测量模块和方法

技术领域

本发明一般涉及用于控制阀组件的组件，特别是本发明涉及一种通过控制阀组件调节流通路，测量流体流速的流测量模块和方法。

背景技术

在过程控制行业中，例如在化学过程、精炼厂、食品和饮料等行业中，控制阀组件常规地用于控制流体的流特性，例如，在一过程中控制气体、蒸汽、水、化合物等流体的流特性。通常，过程控制系统监视过程控制参数和协调过程控制设备的操作，例如协调控制阀组件的操作，以确保过程控制系统的高效操作。另外，人们希望通过控制阀组件调节管道，监视流体的流速。改变操作条件或过程操作，可能要求监视先前不要求监视的管道中的流体的流速。

一典型的控制阀组件，通常包括一阀组件、一传动机构、以及一定位装置，例如智能定位装置、气动定位装置、或模拟电子定位装置。通常，把阀组件定义为：包括一入口和一出口以及在入口和出口之间延伸的流通路。通常把一节流元件配置在流通路中，以控制流体的流速。通常，阀杆或阀轴把节流元件连接于传动机构。通常，传动机构渐增地把节流元件移入和渐增地移出流通路，从而通过流通路控制流过流通路的流体的流速。在使用智能定位装置的情况下，作为输入，通常定位装置从过程控制系统接收一位置设置点，并相应地控制传动机构的操作，以改变流通路中节流元件的位置。智能定位装置通常包括一耦合于阀杆或阀轴的反馈传动杠杆，以生成一指示流通路中节流元件位置的位置反馈信号。通常，经由智能定位装置把位置反馈信号发送回过程控制系统。

各种用于在阀组件的调节下通过管道测量流体流速的现有技术流测量设备，可从市场上买到。这样的现有技术流测量设备的例子包括涡流计、磁流计、科里奥利(Coriolis)计和压差传输器、以及孔板。然而，在把这样的现有技术流测量设备安装成操作过程控制系统期间，常常要求关闭过程控制操作。停止过程控制操作常常会导致与减少产品输出相关的资金损失。另外，与这样的现有技术流测量计的安装相关的过程通常也是复杂的、耗时的、以及昂贵的，因为它们通常要求截断管道，并安装焊接凸缘，以连接管道中的流量计。

另一种现有技术流测量设备通常包括具有流测量能力的智能定位装置。典型的这样的现有技术智能定位装置包括节流元件位置与所使用的阀组件相关的阀尺寸规格系数相关联的数据库、表格、或方程。现有技术智能定位装置使用表示节流元件位置的位置反馈信号确定相关的阀尺寸规格系数。根据所确定相关的阀尺寸规格系数、节流元件的上下流压力、以及其它流体特征导出流速。然而，在把拥有流测量能力的智能定位装置安装到现有过程控制系统，可能是一耗时的和相当昂贵的过程。这样的安装过程通常必须关闭过程控制操作，常常会损失宝贵的生产时间。很可能，具有流测量能力的智能定位装置即使不很贵，也不比操作定位装置便宜。另外，在安装具有流测量能力的智能定位装置之前，通常要将已有定位装置或整个控制阀组件整体加以去除，从而导致功能过程控制设备的浪费。

因此，人们所需要的是有效利用成本的流测量设备，这种设备应能够安装于现有的过程控制系统中，并能够相当容易地与现有的过程控制设备协作，同时还能够最小化或消除安装过程期间过程控制操作的中断时间，以及最小化功能过程控制设备的不必要的配置。

发明内容

根据本发明的一方面，一种流测量模块适用于与一控制阀组件协作，测量流过控制阀组件所调节的流通路的流体的流速。控制阀组件通常包括一可以在流通路中移动的节流元件，以及一适用于检测流通路中节流元件的大约位置并相应地生成一表示位置反馈信号的智能定位装置。该流测量模块包括一第一通信端口，适用于接收一表示节流元件的一所检测的上流压力的上流压力信号、一第二通信端口，表示节流元件的一所检测的下流压力的下流压力信号、以及一第三通信端口，适用于接收表示流通路中节流元件的大约位置的位置反馈信号。把一控制器可通信地耦合于第一、第二、以及第三通信端口，这一控制器适用于根据配备在一计算机可读介质上的一计算机程序进行操作。该计算机程序包括一第一例程，根据所接收的位置反馈信号指令控制器确定一阀尺寸规格系数；以及一第二例程，根据所确定的阀尺寸规格系数、所接收的上流压力信号和所接收的下流压力信号，指令控制器传送一表示流过流通路的流体的流速信号。

根据本发明的另一方面，提供了一种通过控制阀组件调节流通路，测量流体流速的方法。控制阀组件通常包括一可以在流通路中移动的节流元件，以及一适用于检测流通路中节流元件的大约位置并相应地生成一表示位置反馈信号的智能定位装置。该方法包括提供一耦合于一存储器，并耦合于第一、第二、以及第三通信端口的控制器的步骤。经由第一通信端口，可通信地把流测量模块耦合于智能定位装置，流测量模块还经由第一通信端口接收表示流通路中节流元件大约位置的位置反馈信号。流测量模块经由第二通信端口接收一表示节流元件的所检测的上流压力的上流压力信号以及经由第三通信端口接收一表示节流元件的所检测的下流压力的下流压力信号。根据所接收的位置反馈信号所指示的节流元件的大约位置，确定一阀尺寸规格系数。根据所检测的上流压力和所检测的下流压力、以及所确定的阀尺寸规格系数，确定流过流通路的流体的流速。

根据本发明的又一方面，提供了一种测量流过控制阀组件中流通路的流体流速的方法。该方法包括提供一包括可以在流通路中移动的节流元件的控制阀组件，以及一适用于检测流通路中节流元件位置的智能定位装置，并提供一流测量模块的步骤。可通信地把流测量模块耦合于智能定位装置，而无需中断流过流通路的流体流。根据所检测的节流元件的上下流压力，以及根据所检测的流通路中节流元件的位置，生成一表示流过流通路的流体流速的流速信号。

附图说明

被视为新颖的本发明的特性将在所附权利要求中给出。通过参照以下结合附图所进行的描述，将可对本发明最好地加以理解，附图中的相同标号表示相同的部件，其中：

图1是一控制阀组件实例的示意图，这一控制阀组件位于一适用于根据本发明的一实施例加以操作的过程控制系统的一部分中。

图2是一流测量模块的示意图，这一流测量模块与在根据本发明的一实施例的过程控制系统的一部分中的控制阀组件协同操作。

图3是根据本发明的一实施例的流测量模块的一结构图。

图4说明了不同节流元件位置和特定控制阀组件的阀尺寸规格系数之间的关系的一实例。

图5是一流程图，说明了一种根据本发明的一实施例测量流过流通路的流体的流速的方法。

具体实施方式

图1说明了位于一适用于根据本发明的一实施例加以操作的过程控制系统12的一部分中的控制阀组件10的一实例。控制阀组件10通常通过根据从一控制系统13所接收的命令，控制流体的流速，例如控制液体或气体的流速。

控制阀组件10通常包括一阀组件，这一阀组件包括一用于连接到上流管道16的入口14和一用于连接到下流管道20的出口18，以及一规定在入口14和出口18之间的流通路。孔22建立了入口14和出口18之间流体的相通。通常，把一诸如阀盘或阀塞之类的节流元件24附接在阀杆或阀轴26的底端，并常常将其配置在孔22之下。通常，节流元件24的尺寸规格为可完全封堵孔22，以致于操作节流元件24关闭孔22时，沿向上的方向从其最低位置移动节流元件24，可逐渐减少并最终消除流过流通路的流体流。另一方面，当该节流元件24从其最高位置逐渐降下来时，孔22的未封堵或打开面积逐步增加，从而增大了流过流通路的流体流。因此，孔22的打开面积与流通路中节流元件24位置直接相关，而节流元件24的位置与流过管道的流体的流速相关。把一传动机构28可操作地耦合于阀杆或阀轴26的另一端，并通常提供升降节流元件24所需的力。应该加以注意的是，尽管已描述了使用具有特定节流元件的阀组件的一特定的配置，但是使用另外的控制阀的配置以及使用另外的节流元件的配置，也将被视为落入本发明的范围。

控制阀组件10还包括一可通信地耦合于控制系统13和传动机构28的智能定位装置30。控制系统13通常监视过程操作，并向控制阀组件10发出适当定位节流元件24的位置设置点，以确保适当的过程操作。通常，由智能定位装置30接收和处理位置设置点信号。响应于该位置设置点信号，智能定位装置30向用于适当定位节流元件24的传动机构28发出位置设置点信号。通常，一反馈连杆32把阀杆或阀轴26耦合于智能定位装置30，以致于智能定位装置30可以追踪流通路中节流元件24的实际位置。根据所检测的节流元件24的位置，智能定位装置30相应地生成一位置反馈信号。可以根据请求，把位置反馈信号发送给控制系统13。

参照图2，图2描述了一流测量模块34的示意图，流测量模块34与在根据本发明的一实施例的过程控制系统12的一部分中的控制阀组件10协同操作。在一实施例中，压力传感器36，38被提供在节流元件24的入口14的上下流中。压力传感器36检测节流元件24的上流压力，并相应地生成一上流压力信号P₁。相类似，压力传感器38检测出口18或节流元件24的下流压力，并相应地生成一下流压力信号P₂。另外，一温度传感器40被提供在入口14或节流元件24的的下流中，以检测流动的流体的温度，并相应地生成一温度信号T。应该加以注意的是，尽管通常是在节流元件24的上流提取流体的温度测量值，但也可以使用在节流元件24的下流所提取的流体的温度测量值。

可通信地把流测量模块34耦合于压力传感器36，38、温度传感器40、以及耦合于可通信地把控制系统13耦合于智能定位装置30的一条数据线。这允许流测量模块34经由链接于数据线的通信链路从智能定位装置30请求表示所检测的流通路中节流元件24的位置的位置反馈信号。在另一实施例中，流测量模块34可通信地直接耦合于智能定位装置30。

智能定位装置30通常为在用于可通信地把智能定位装置30耦合于控制系统13的相同线上供电的回路。在把流测量模块34直接耦合于把智能定位装置30耦合于控制系统13的线上的情况下，流测量模块34也可以为由控制系统13供电的回路。可以通过一独立的电源，例如通过一直流电源或一太阳电池或一电池单元等，为流测量模块34的一可选的实施例提供电能。

另外，也可以把流测量模块34直接可通信地耦合于控制系统13，以致于一旦流测量模块34确定了流过管道的流体的流速，如果需要的话，可以把流速传送给控制系统13。在一可选的实施例中，可以把从流测量模块34直接到控制系统13的通信经由智能定位装置30传送到控制系统13，从而消除了在流测量模块34和控制系统13之间创建一直接通信链路的需求。控制系统13可以把流速数据传送到过程控制系统中的其它设备，例如泵或其它控制器等。这样的设备可以使用流速数据调整其自己的操作参数，以确保适当的过程控制操作。在另一实施例中，可以把流速本地地存储在流测量模块34中的一存储器中。可以经由一本地数据检索设备，例如个人数字助理(PDA)、膝上机或其它便携式数据检索设备，从流测量模块34直接检索这样所存储的流速数据。在又一实施例中，流测量模块34可以包括一显示所确定的流过管道的流体的流速的显示器。在另一实施例中，流测量模块34可通信地耦合于过程控制系统12或一设备监视系统中的另一设备，例如泵或另一控制器等。这将允许流测量模块34把流速数据传送给这样的设备。

在另一实施例中，作为部件，流测量模块34可以包括压力传感器36，38以及温度传感器40。在流测量模块34安装时，在还没有把一操作控制系统(包括一阀组件)配置成可就上下流压力和流温度对其加以监视的情况下，可安装压力传感器36，38以及温度传感器40，而无需中断过程操作。

参照图3，图3描述了根据本发明的一实施例的流测量模块34的一结构图。流测量模块34通常包括一可通信地耦合于一存储器44以及多个通信端口46～54的控制器42，例如一处理器等。存储器44包括有多个包含一操作软件模块56、一用于存储多个不同的节流元件位置、多个阀尺寸规格系数以及每个所存储的节流元件位置与一个或多个阀系数之间的关联的数据模块58的软件模块。在另一实施例中，一软件模块包括基于表示不同节流元件位置和可用于确定与所检测的节流元件位置相关的阀尺寸规格系数之间关系的一等式的软件操作。也可以把流过控制阀组件10的流体的特定的比重存储在数据模块58中。另外，在流过流通路的流体的温度相对恒定的情况中，也可以存储相对恒定的温度的值，从而消除了对温度传感器的需求。

通信端口46，48，50，52，54可通信地分别耦合于压力传感器36，38、温度传感器40、智能定位装置30、以及控制系统13。尽管把各通信端口描述为专门用于与特定的设备进行通信，然而在与流测量模块34的通信中，包括由多个设备的通信端口共享的可选的通信配置，也将被视为落入本发明的范围内。另外，用于存储操作软件和不同数据类型的其他的存储器结构也将被视为落入本发明的范围内。

接口端口60可通信地耦合于控制器42。可以把接口端口60用于执行阀尺寸规格系数、节流元件位置、流系数方程、特定比重数据与/或相对恒定的流体温度向数据模块58的软件下载。在一实施例中，可以通过通信端口54由控制系统执行软件下载。在另一实施例中，用户可以经由一本地或远程用户接口手工地把必要的数据装入流测量模块34。在又一实施例中，可以把与多个不同控制阀组件的不同节流元件位置相关的阀尺寸规格系数或流系数方程的不同集合预存储在存储器44中。然后用户可以选择所预存储阀尺寸规格系数或流系数方程的适当的集合，以随所使用类型的控制阀组件一起使用。相类似，也可以把多个不同类型流体的特定比重预存储在存储器44中。然后向用户提供装入流过控制阀组件的流体类型的选项，并自动地选择流测量模块34所使用的适当的特定比重。

作为输入，流测量模块34通常从智能定位装置30接收上流压力信号P₁、下流压力信号P₂、温度信号T以及位置反馈信号，并作为输出，相应地生成一表示流过控制阀组件10的流体流速的流速信号。通常把流速信号发送给控制系统13。如技术领域中所熟悉的，可以实验性地确定每一类型和规格的控制阀的阀尺寸规格系数。流通路中节流元件的位置与阀尺寸规格系数之间的关系，通常可由一条曲线表示。图4中描述了这样的一条曲线的实例。例如，当节流元件处于位置POS₁时，相关的阀尺寸规格系数为C₁。流测量模块34针对所使用的特定控制阀的类型与尺寸，把与多个节流元件位置相关的阀尺寸规格系数存储在其存储器44中。可以按表格格式存储这样的数据。取决于应用的特定要求，存储或装入流测量模块34的节流元件位置与阀尺寸规格系数的关联关系可能不尽相同。在流体的温度相对恒定的情况下，也可以把流过控制阀组件10的流体的特定比重以及流体温度装入和存储在存储器44中。在一另外的实施例中，可以导出表示节流元件位置与阀尺寸规格系数之间关系的一方程。可以对一软件模块进行编程，以执行与这样一所导出的方程相关的操作。换句话说，该软件模块将接收一作为输入的节流元件位置，并使用所导出的方程确定一相关的阀尺寸规格系数。

如上所述，位置反馈信号表示流通路中所检测的节流元件位置。实质上，流测量模块34使用所接收的节流元件位置数据以确定相关阀尺寸规格系数。在流过控制阀组件10的流体为液体的情况下，通常确定与所检测的节流元件位置相关的一液体阀尺寸规格系数C_V。

当流过控制阀组件10的流体为气体时，确定流过流通路的流体的流速通常需要两种类型的阀尺寸规格系数，一气体阀尺寸规格系数C_g以及一阀恢复系数C₁。在阀组件相关的阀恢复系数C₁在表示节流元件位置的一宽范围内相对恒定的情况下，通常把相对恒定的阀恢复系数C₁存储在存储器中，流测量模块34确定与所检测的节流元件位置相关的一气体阀尺寸规格系数C_g。

在该阀恢复系数C₁随节流元件位置变化的情况下，可以把与不同节流元件位置相关的阀恢复系数C₁存储在存储器中。在另一实施例中，可以把一软件模块用于导出与所检测的节流元件位置相关的阀恢复系数C₁，其中对软件模块进行编程，以执行与一表示不同节流元件位置和阀恢复系数C₁之间的关系的方程相关的操作。在任何情况下，当接收到一所检测的节流元件位置时，流测量模块34确定一相关的气体阀尺寸规格系数C_g和一相关的阀恢复系数为C₁。

应该加以注意的是，对于一种特定的流体，通常通过把气体阀尺寸规格系数C_g除以液体阀尺寸规格系数C_v确定阀恢复系数为C₁。因此，在另一实施例中，对于流过一特定控制阀组件10的气体，可装入液体阀尺寸规格系数C_V和气体阀尺寸规格系数C_g。流测量模块34可以通过把相关的气体阀尺寸规格系数C_g除以相关的液体阀尺寸规格系数C_v确定为一特定的节流元件位置的阀恢复系数为C₁。在另一实施例中，可以根据表示节流元件位置和液体阀尺寸规格系数C_v之间以及节流元件位置和气体阀尺寸规格系数C_g之间的关系的方程，对一软件模块进行编程。

参照图5，图5描述了使用流测量模块34测量流过由一控制阀组件10调节的管道的流体流速的方法。在步骤62，选择一流测量模块34，并在步骤64经由通信端口52可通信地将其耦合到智能定位装置30。在正常的操作期间，可以建立智能定位装置30和流测量模块34之间的通信链路。另外，也可以经由智能定位装置30传送流测量模块34和控制系统13之间的通信。在另一实施例中，在流测量模块34和控制系统13之间创建了一直接的通信链路。

在步骤66，把多个节流元件位置装入和存储在流测量模块34的存储器44中。为存储而装入的节流元件位置的数目依赖于所要求的流测量精度的水平，并可能随应用的不同而不同。在步骤68，把多个阀尺寸规格系数装入和存储在存储器44中，以致于可以把每一节流元件位置与至少一阀尺寸规格系数相关联。例如，在所测流体为液体的情况下，装入每一节流元件位置的液体阀尺寸规格系数。在所测流体为气体以及阀恢复系数为C₁相对恒定的情况下，装入相对恒定的阀恢复系数为C₁和与节流元件位置相关的气体阀尺寸规格系数C_g的值。在阀恢复系数C₁随节流元件位置变化的情况下，装入对于每一节流元件位置的阀恢复系数C₁和气体阀尺寸规格系数C_g的值。在又一实施例中，对于一特定类型的阀组件，装入与节流元件位置相关的气体阀尺寸规格系数C_g和液体阀尺寸规格系数C_v的值，以及与所导出的节流元件位置相关的阀恢复系数C₁的值。

在一实施例中，把与每一节流元件位置相关的阀尺寸规格系数经由一所下载的软件装入流测量模块存储器44中。可以经由接口端口60执行所下载的软件，也可以经由通信端口54由控制系统13执行所下载的软件。也可以经由一所下载的软件把节流元件位置装入流测量模块存储器44中。在另一实施例中，可以由用户经由一本地或远程用户接口把与节流元件位置和相关的阀尺寸规格系数(一或多个)逐个地装入，其中本地或远程用户接口经由接口端口60可通信地耦合于流测量模块34。

在又一实施例中，可以针对不同类型和规格的控制阀组件，把与多个节流元件位置相关的阀尺寸规格系数的不同集合预存储在流测量模块存储器44中。在这一实施例中，向用户提供装入所希望类型和规格的控制阀组件的选项和流测量模块34自动地选择阀尺寸规格系数的正确的集合。

在一可选的实施例中，对于特定类型的阀组件可以导出表示(i)不同节流元件位置和液体阀尺寸规格系数C_v、(ii)不同节流元件位置和气体阀尺寸规格系数C_g、和/或(iii)不同节流元件位置和阀恢复系数C₁之间的关系的方程。取决于流体特征以及特定流测量应用的流特征，把所需的方程编程到流测量模块34中的软件模块中。于是，向流测量模块34提供了根据所检测的节流元件位置确定所需阀尺寸规格系数的能力。

在步骤70，还把将要加以测量的流体的特定比重存储在流测量模块34的存储器44中。在另一实施例中，可以把多个不同流体的特定比重预存储在流测量模块34中以致于用户只需选择适当的流体并且流测量模块34自动地选择适当的特定比重。

在步骤72，流测量模块34经由通信端口52从智能定位装置30请求和接收表示流通路中节流元件24的大约位置的位置反馈信号。在步骤74，流测量模块34经由通信端口46接收表示所检测的节流元件24的上流压力的上流压力信号P₁。在步骤76，经由通信端口48接收表示所检测的节流元件24的下流压力的下流压力信号P₂。在步骤78，流测量模块34经由通信端口50接收表示流过控制阀组件10的流体的温度的温度信号T。在流过流体通路的流体的温度相对恒定的情况下，可以把相对恒定的流体温度值的值存储在存储器中，并当需要时对特定的流测量应用加以检索。

在步骤80，经由位置反馈信号所接收的节流元件位置数据，控制器42确定适当的阀尺寸规格系数(一或多个)。例如，在所测流体为液体的情况下，检索与节流元件位置相关的流体阀尺寸规格系数C_v。在所测流体为气体的情况下，取决于流测量应用的特性，确定与节流元件位置相关的一或多个流体阀尺寸规格系数C_v、气体阀尺寸规格系数C_g、与/或阀恢复系数C₁。

在步骤82，流测量模块根据所检测的上流压力P₁、所检测的下流压力P₂、流体温度T以及所确定的阀尺寸规格系数(一或多个)，确定流过管道的流体的流速。应该加以注意的是，如果所测流体为气体，则确定流速仅需流体温度T。更特定地讲，如果所测流体为液体，则流测量模块34根据液体尺寸规格方程计算流速Q，如以下所示：

$Q=C_v\sqrt{(P_1-P_2)/G}$

其中

Q为液体的流速，

C_v为与所检测的节流元件位置相关的液体阀尺寸规格系数，

P₁为所检测的上流压力，

P₂为所检测的下流压力，以及

G为液体的特定比重。

如果所测流体为气体，则流测量模块34根据气体尺寸规格方程计算流速Q，如以下所示。

$Q=\sqrt{\frac{520}{\mathrm{GT}}}{G}_g{P}_1\mathrm{SIN}\left[\left(\frac{3417}{C_1}\right)\sqrt{\frac{P_1-P_2}{p_1}}\right]$ 度

其中

Q为气体的流速，

C_g为与所检测的节流元件位置相关的气体阀尺寸规格系数，

C₁为与所检测的节流元件位置相关的阀恢复系数，

G为气体的特定比重，

T为流体温度，

P₁为所检测的上流压力，以及

P₂为所检测的下流压力。

一旦流测量模块34已确定了流过控制阀组件10中流体通路的流体的流速，则流测量模块34生成一表示所确定流速的流速信号。如果希望的话，可以把流速信号发送到控制系统13。

在另一实施例中，一流测量模块可适用于与包括一模拟定位装置的控制阀组件协同操作。控制系统通常监视过程操作，并把位置设置点传送到控制阀组件，以把节流元件适当定位在流通路中，以通过管道控制流体的流速。可通信地把流测量模块耦合于控制系统，以便也接收由控制系统所传送的位置设置点数据。流测量模块使用所接收的位置设置点数据，确定流通路中节流元件的一大约位置。然后把节流元件的这一大约位置用于确定相关的阀尺寸规格系数，并按先前所描述的方式导出流速。

应该加以注意的是，尽管已描述了根据液体尺寸规格方程和气体尺寸规格方程确定流速的方法，但使用其他形式的规格方程，例如本领域技术人员将明显意识到的那些针对蒸汽的、那些有不同公司推导的、以及那些根据不同工业标准推导的规格方程，也被视为落入本发明的范围内。另外，那些适用于与要求根据某些因素(例如粘度、闪蒸以及空穴现象)进行校正的阀尺寸规格系数一起操作的流测量模块，也被视为落入本发明的范围内。

而且，根据以上的描述，本领域技术人员将会明显意识到对本发明的其它修改和可选实施例。这一描述仅应被视仅为说明性的，是为了向本领域技术人员教授实现本发明的最佳方式。在不违背本发明的精神的前提下，结构和方法的细节可以有明显的不同，所有修改均落入本发明的权利要求范围内。

Claims (43)

1.一种流测量模块，适用于与一具有相关联的控制系统的现有控制阀组件协同操作，控制阀组件包括一包含在流通路中能移动的节流元件的阀组件，以及一适用于检测流通路中节流元件的位置并相应地生成一表示位置反馈信号的智能定位装置，所述控制系统能通信地耦合于该智能定位装置，以将位置设置点信号传递给该智能定位装置，并且从该智能定位装置接收该位置反馈信号，该流测量模块包括：

一第一通信端口，适用于接收一表示节流元件的一所检测的上流压力的上流压力信号；

一第二通信端口，适用于接收一表示节流元件的一所检测的下流压力的下流压力信号；

一第三通信端口，适用于接收表示流通路中节流元件的位置的位置反馈信号，而不中断流过所述流通路的流体流；以及

一控制器，能通信地耦合于第一、第二、以及第三通信端口，该控制器适用于根据配备在一计算机可读介质上的一计算机程序进行操作，该计算机程序包括：

一第一例程，根据所接收的位置反馈信号指令控制器确定一阀尺寸规格系数；以及

一第二例程，根据所确定的阀尺寸规格系数、所接收的上流压力信号和所接收的下流压力信号，指令控制器确定流过流通路的流体的流速信号。

2.根据权利要求1所述的流测量模块，还包括一能通信地耦合于控制器的存储器，该存储器适用于存储多个不同的节流元件位置以及多个阀尺寸规格系数，其中每一所存储的节流元件位置与至少一阀尺寸规格系数相关联。

3.根据权利要求2所述的流测量模块，其中该存储器适用于经由一所下载的软件接收与多个节流元件位置中的每一个相关的多个阀尺寸规格系数。

4.根据权利要求2所述的流测量模块，其中该存储器适用于经由一用户接口接收与由一用户逐一地装入的多个节流元件位置中的每一个相关的多个阀尺寸规格系数。

5.根据权利要求2所述的流测量模块，其中该存储器适用于存储与一第一控制阀一起使用的能选择的阀尺寸规格系数的一第一集合，以及与一第二控制阀一起使用的能选择的阀尺寸规格系数的一第二集合。

6.根据权利要求2所述的流测量模块，其中该第一例程指令控制器从存储器检索由位置反馈信号所指示的与节流元件的位置相关的阀尺寸规格系数。

7.根据权利要求1所述的流测量模块，其中该第一例程根据表示节流元件的位置和相关阀尺寸规格系数之间的关系，确定与节流元件的位置相关的阀尺寸规格系数。

8.根据权利要求1所述的流测量模块，还包括一第一压力传感器，该传感器适用于检测节流元件的上流压力，并相应地生成上流压力信号。

9.根据权利要求1所述的流测量模块，还包括一第二压力传感器，该传感器适用于检测节流元件的下流压力，并相应地生成下流压力信号。

10.根据权利要求1所述的流测量模块，其中该第三通信端口适用于能通信地耦合于智能定位装置，以接收该位置反馈信号。

11.根据权利要求1所述的流测量模块，其中，该第三通信端口适用于能通信地耦合于该控制系统，以接收该位置反馈信号。

12.根据权利要求1所述的流测量模块，还包括一存储器，该存储器适用于存储流过流通路的流体的特定比重。

13.根据权利要求1所述的流测量模块，其中该第一例程根据所接收的位置反馈信号指令控制器确定一液体阀尺寸规格系数。

14.根据权利要求13所述的流测量模块，其中，第二例程根据下列公式指令控制器传送一表示流过流通路的液体流体的流速Q的流速信号：

$Q=C_v\sqrt{(P_1-P_2)/G}$

其中

Q为液体的流速，

C_v为与节流元件的位置相关的液体阀尺寸规格系数，

P₁为所检测的上流压力，

P₂为所检测的下流压力，以及

G为液体的特定比重。

15.根据权利要求1所述的流测量模块，还包括一第四通信端口，第四通信端口适用于接收一表示所检测的流过流通路的流体的温度的温度信号。

16.根据权利要求15所述的流测量模块，还包括一温度传感器，该传感器适用于检测节流元件的上流流体的温度，并相应地生成温度信号。

17.根据权利要求1所述的流测量模块，还包括一存储器，该存储器适用于存储流体温度。

18.根据权利要求1所述的流测量模块，其中该第一例程根据所接收的位置反馈信号指令控制器确定一气体阀尺寸规格系数。

19.根据权利要求18所述的流测量模块，其中该第一例程根据所接收的位置反馈信号指令控制器确定一液体阀尺寸规格系数，并根据所确定的气体阀尺寸规格系数和所确定的液体阀尺寸规格系数，生成一阀恢复系数。

20.根据权利要求1所述的流测量模块，其中该第一例程根据所接收的位置反馈信号指令控制器确定一气体阀尺寸规格系数和一阀恢复系数。

21.根据权利要求20所述的流测量模块，其中该第二例程根据下列公式指令控制器传送一表示流过流通路的气体流体的流速Q的流速信号：

$Q=\sqrt{\frac{520}{\mathrm{GT}}}{C}_g{P}_1\mathrm{SIN}\left[\left(\frac{3417}{C_1}\right)\sqrt{\frac{P_1-P_2}{p_1}}\right]$

其中

的单位为度，

Q为气体的流速，

C_g为与节流元件的位置相关的气体阀尺寸规格系数，

C₁为与节流元件的位置相关的阀恢复系数，

G为气体的特定比重，

T为流过流通路的流体的温度，

P₁为所检测的上流压力，以及

P₂为所检测的下流压力。

22.一种测量流过由具有相关联的控制系统的现有控制阀组件所调节的流通路的流体的流速的方法，该控制阀组件包括一包含在流通路中能移动的节流元件的阀组件，以及一适用于检测流通路中节流元件的位置并相应地生成一表示位置反馈信号的智能定位装置，所述控制系统能通信地耦合于该智能定位装置，以将位置设置点信号传递给该智能定位装置，并且从该智能定位装置接收该位置反馈信号，该方法包括下列步骤：

提供一流测量模块，该流测量模块包括一能通信地耦合于一存储器以及耦合于第一、第二和第三通信端口的控制器；

经由第一通信端口，能通信地把流测量模块耦合于智能定位装置；

经由第一通信端口接收表示流通路中节流元件位置的位置反馈信号，而不中断流过所述流通路的流体流；

经由第二通信端口接收一表示节流元件的所检测的上流压力的上流压力信号；

经由第三通信端口接收一表示节流元件的所检测的下流压力的下流压力信号；

根据所接收的位置反馈信号所指示的节流元件的位置，确定一阀尺寸规格系数；以及

根据所检测的上流压力、所检测的下流压力、以及所确定的阀尺寸规格系数，确定流过流通路的流体的流速。

23.根据权利要求22所述的方法，还包括把多个节流元件位置存储在一能通信地耦合于控制器的存储器中，并把多个阀尺寸规格系数存储在该存储器中的步骤，其中把每一所存储的节流元件位置与至少一阀尺寸规格系数相关联。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，确定阀尺寸规格系数的步骤还包括从存储器中检索由位置反馈信号所指示的与节流元件的位置相关的阀尺寸规格系数的步骤。

25.根据权利要求23所述的方法，还包括经由一所下载的软件接收与多个节流元件位置中的每一个相关的多个阀尺寸规格系数的步骤。

26.根据权利要求23所述的方法，还包括经由一用户接口接收与由用户逐一装入的多个节流元件位置中的每一个相关的多个阀尺寸规格系数的步骤。

27.根据权利要求23所述的方法，还包括存储与一第一控制阀一起使用的能选择的阀尺寸规格系数的一第一集合，以及存储与一第二控制阀一起使用的能选择的阀尺寸规格系数的一第二集合的步骤。

28.根据权利要求27所述的方法，还包括如果把第一控制阀用于调节流体通路中的流体流，选择能选择的阀尺寸规格系数的第一所存储的集合的步骤。

29.根据权利要求22所述的方法，其中，确定阀尺寸规格系数的步骤还包括根据表示节流元件的位置和相关阀尺寸规格系数之间的关系的一方程，确定与节流元件的位置相关的阀尺寸规格系数的步骤。

30.根据权利要求22所述的方法，还包括能通信地把流测量模块耦合于控制系统，而无需中断流过流通路的流体流的步骤。

31.根据权利要求22所述的方法，还包括把流过流通路的流体的特定比重存储在一存储器中的步骤，该存储器能通信地耦合于控制器。

32.根据权利要求22所述的方法，其中确定阀尺寸规格系数的步骤还包括根据所接收的位置反馈信号所指示的节流元件的位置，确定液体阀尺寸规格系数。

33.根据权利要求32所述的方法，其中确定流过流通路的流体的流速的步骤还包括根据下列公式确定一液体流体的流速Q：

$Q=C_v\sqrt{(P_1-P_2)/G}$

其中

Q为液体的流速，

C_v为与节流元件的位置相关的液体阀尺寸规格系数，

P₁为所检测的上流压力，

P₂为所检测的下流压力，以及

G为液体的特定比重。

34.根据权利要求22所述的方法，还包括经由一第四通信端口接收一表示所检测的流过流通路的流体的温度的温度信号的步骤，该第四通信端口能通信地耦合于控制器。

35.根据权利要求22所述的方法，还包括把流过流通路的流体的温度存储在一存储器中的步骤，该存储器能通信地耦合于控制器。

36.根据权利要求22所述的方法，其中，确定阀尺寸规格系数的步骤还包括根据由所接收的位置反馈信号所指示的节流元件的位置，确定一气体阀尺寸规格系数。

37.根据权利要求36所述的方法，其中，确定阀尺寸规格系数的步骤还包括下列步骤：

根据所接收的位置反馈信号所指示的节流元件的位置，确定一液体阀尺寸规格系数；以及

根据所确定的气体阀尺寸规格系数和所确定的液体阀尺寸规格系数，生成一阀恢复系数。

38.根据权利要求22所述的方法，其中，确定阀尺寸规格系数的步骤还包括根据由所接收的位置反馈信号所指示的节流元件的位置，确定一气体阀尺寸规格系数和一阀恢复系数。

39.根据权利要求38所述的方法，其中，确定流过流通路的流体的流速的步骤，还包括根据下列公式确定流过流通路的气体流体的流速Q：

$Q=\sqrt{\frac{520}{\mathrm{GT}}}{C}_g{P}_1\mathrm{SIN}\left[\left(\frac{3417}{C_1}\right)\sqrt{\frac{P_1-P_2}{p_1}}\right]$

其中

的单位为度，

Q为气体的流速，

C_g为与节流元件的位置相关的气体阀尺寸规格系数，

C₁为与节流元件的位置相关的阀恢复系数，

G为气体的特定比重，

T为流过流通路的流体的温度，

P₁为所检测的上流压力，以及

P₂为所检测的下流压力。

40.根据权利要求22所述的方法，还包括把所确定的流速存储在一流测量模块存储器中的步骤。

41.根据权利要求40所述的方法，还包括经由一本地数据检索设备检索所存储的流速的步骤。

42.根据权利要求22所述的方法，还包括把所确定的流速显示在一流测量模块显示单元上的步骤。

43.根据权利要求22所述的方法，还包括能通信地把流测量模块耦合于一过程控制系统设备和把所确定的流速传送给过程控制系统设备的步骤。

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