DE112007003712B4

DE112007003712B4 - Method for detecting a flowless situation in a vortex or swirl flowmeter

Info

Publication number: DE112007003712B4
Application number: DE112007003712T
Authority: DE
Inventors: Andrea Andenna; Abhisek UKIL; Frank Kassubek
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2027-11-29
Also published as: CN101925801B; CN101925801A; WO2009068090A1; DE112007003712T5

Abstract

Verfahren für die Auswertung eines Ausgangssignals eines Wirbel- oder Dralldurchflussmessers, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal auf die Anwesenheit einer strömungslosen Bedingung untersucht wird, indem
– Komponenten des Ausgangssignals, die zeitlich periodisch sind, identifiziert und deren Amplituden und Frequenzen abgeschätzt werden,
– ein Satz von Komponenten mit großer Amplitude ausgewählt wird,
– Frequenzen der Komponenten mit großer Amplitude identifiziert werden, mindestens eine Referenzfrequenz aus ihnen ausgewählt wird und Frequenzquotienten der anderen identifizierten Frequenzen durch die mindestens eine Referenzfrequenz berechnet werden,
und eine strömungslose Bedingung detektiert wird, wenn zumindest die Bedingung erfüllt ist, dass der Satz von Frequenzquotienten mindestens einen Quotienten aufweist, der außerhalb eines Intervalls zwischen 0,87 und 1,15 liegt.Method for the evaluation of an output signal of a vortex or swirl flow meter, characterized in that the output signal is examined for the presence of a no-flow condition by
Identify components of the output signal which are periodic in time and whose amplitudes and frequencies are estimated,
A set of large amplitude components is selected,
Identifying frequencies of the large amplitude components, selecting at least one reference frequency from them and calculating frequency quotients of the other identified frequencies by the at least one reference frequency;
and a no-flow condition is detected when at least the condition that the set of frequency quotients has at least a quotient outside an interval between 0.87 and 1.15 is met.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Auswertung eines Ausgangssignals eines Wirbel- oder Dralldurchflussmessers. Durchflussmesser dieser Typen werden zum Messen von Fluidströmungen in Rohren zum Dosieren und für andere Zwecke verwendet.The invention relates to a method for the evaluation of an output signal of a vortex or swirl flow meter. Flowmeters of these types are used to measure fluid flows in metering and other tubing.

Stand der TechnikState of the art

Verschiedene Typen von Wirbeldurchflussmessern und Dralldurchflussmessern sind bekannt, siehe z. B. ABB Operating Instruction D184B097U02 ”Vortex Flowmeter FV4000-VT4/VR4 Swirl Flowmeter FS4000-ST4/SR4”. Beide Typen von Durchflussmessern nutzen die Tatsache, dass sich in einer Fluidströmung Wirbel oder ein Drall am stromabseitigen Ende eines Staukörpers mit einer Frequenz bilden, die zur Durchflussrate proportional ist. Die Wirbel oder der Drall verursachen Druckschwankungen in der Zeit, die von einem stromabseitigen Sensor, gewöhnlich einem Piezodrucksensor oder einem Paddel, das mit einem Piezosensor verbunden ist, aufgenommen werden. Der Sensor erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal, das die Druckschwankungen bzw. die Bewegungen des Paddels, die durch sie verursacht werden, widerspiegelt. Unter normalen Strömungsbedingungen enthält das Signal eine periodische Komponente, die die Frequenz der Wirbelbildung bzw. Drallbildung widergespiegelt, deren Amplitude beträchtlich größer ist als die Amplitude von Komponenten, die zu verschiedenen Frequenzen gehören.Various types of vortex flowmeters and swirl flowmeters are known, see e.g. B. ABB Operating Instructions D184B097U02 "Vortex Flowmeter FV4000-VT4 / VR4 Swirl Flowmeter FS4000-ST4 / SR4". Both types of flowmeters utilize the fact that in a fluid flow, swirls or swirls form at the downstream end of a bluff body at a frequency that is proportional to the flow rate. The swirls or swirl cause pressure fluctuations in the time taken by a downstream sensor, usually a piezo pressure sensor or a paddle connected to a piezo sensor. The sensor generates an electrical output signal that reflects the pressure fluctuations or movements of the paddle caused by them. Under normal flow conditions, the signal contains a periodic component that reflects the frequency of vortex formation whose amplitude is significantly greater than the amplitude of components belonging to different frequencies.

Unter den Bedingungen kann das Ausgangssignal des Durchflussmessers in einer unkomplizierten Weise ausgewertet werden, indem es in jedem Fall einer schnellen Fourier-Transformation über ein Auswertungsintervall unterzogen wird und dann die Position des Maximums im Frequenzbereich identifiziert wird. Die Durchflussrate ergibt sich dann aus der Multiplikation mit einer Konstante.Under the conditions, the output of the flowmeter can be evaluated in a straightforward manner, in each case undergoing a fast Fourier transform over an evaluation interval and then identifying the position of the maximum in the frequency domain. The flow rate then results from the multiplication by a constant.

Unter einer strömungslosen Bedingung, unter der der Durchflussmesser von den restlichen Teilen einer Rohrleitung vollständig abgesperrt ist, z. B. durch geschlossene Ventile, führt jedoch das vorstehend erläuterte Verfahren häufig zu einem falschen Ergebnis, das eine positive Durchflussrate angibt. Unter einer strömungslosen Bedingung ist es gewöhnlich ein gewisser Teil des Systems, wie ein Motor, der eine Pumpe antreibt, der die periodische Komponente mit größter Amplitude erzeugt. Ihre Frequenz, die mit der Rotationsfrequenz des Motors in Beziehung steht, wird als Komponente missgedeutet, die durch die Wirbelbildung bzw. Drallbildung verursacht wird, und eine positive Durchflussrate wird angegeben, die wiederum zu ungeeigneten Korrekturmaßnahmen führen kann.Under a flowless condition under which the flow meter is completely shut off from the remaining parts of a pipeline, e.g. By closed valves, however, the above-described method often results in a false result indicating a positive flow rate. Under a no-flow condition, it is usually some portion of the system, such as a motor, that drives a pump that generates the largest amplitude periodic component. Its frequency, which is related to the rotational frequency of the engine, is misinterpreted as a component caused by swirling, and a positive flow rate is indicated, which in turn may lead to inappropriate corrective actions.

Weiterer gattungsgemäßer Stand der Technik bei welchem die Auswertung der Messsignale bei Durchflussmessern durch Untersuchung der Frequenzabhängigkeit beschrieben wird, ist offenbart in WO002002031445A1 , wo auf das Vorhandensein einer Strömung bei Überschreitung eines Schwellenwertes eines Verhältnisses von Maxima und Minima im Frequenzspektrum des Messsignals geschlossen wird; in US020040024568A1 , US00000621297581B1 , JP000H10260067A , JP0000H0579870A , welche Störungs- bzw. Rauschanteile im Messsignal behandeln; in US020060217899A1 , welche das Vorliegen von Mehrphasenströmungen behandelt; in US000006386046B1 welche das Messen bei pulsierenden Strömungen offenbart; sowie in DE 10 2005 003 631 A1 , welche sich mit der Verbesserung der Messgenauigkeit der Durchflussmessung durch Analyse des Messsignals sowohl hinsichtlich der Frequenz als auch der Amplitude beschäftigt.Another generic prior art in which the evaluation of the measurement signals in flow meters is described by examining the frequency dependence, is disclosed in WO002002031445A1 in which the presence of a flow is concluded when a threshold value of a ratio of maxima and minima in the frequency spectrum of the measurement signal is exceeded; in US020040024568A1 . US00000621297581B1 . JP000H10260067A . JP0000H0579870A which treat noise components in the measurement signal; in US020060217899A1 which treats the presence of multiphase flows; in US000006386046B1 which discloses measuring in pulsating flows; as in DE 10 2005 003 631 A1 , which deals with the improvement of the measurement accuracy of the flow measurement by analyzing the measurement signal both in terms of frequency and amplitude.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren für die Auswertung eines Ausgangssignals eines Wirbel- oder Dralldurchflussmessers zu schaffen, wobei eine strömungslose Bedingung mit einem hohen Grad an Genauigkeit identifiziert und angegeben wird. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.It is an object of the invention to provide a method for evaluating an output signal of a swirl or flow meter, wherein a flowless condition is identified and reported with a high degree of accuracy. This object is achieved by the features stated in the characterizing part of claim 1.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht die unmittelbare Detektion einer strömungslosen Situation. Falsche positive Durchflussergebnisse werden als solche identifiziert und können korrigiert werden. Eine detektierte strömungslose Bedingung kann unmittelbar berichtigt werden, wenn es erwünscht ist.The method according to the invention enables the immediate detection of a flowless situation. Incorrect positive flow results are identified as such and can be corrected. A detected no-flow condition can be corrected immediately if desired.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die folgenden Figuren genauer erläutert, die nur eine Ausführungsform zeigen.In the following the invention will be explained in more detail with reference to the following figures which show only one embodiment.

1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch einen Wirbeldurchflussmesser, der zum Anwenden des Verfahrens gemäß der Erfindung geeignet ist, 1 shows schematically a longitudinal section through a vortex flowmeter suitable for applying the method according to the invention,

2a zeigt schematisch das Spektrum des Ausgangssignals eines Wirbeldurchflussmessers unter normalen Betriebsbedingungen, und 2a schematically shows the spectrum of the output signal of a vortex flowmeter under normal operating conditions, and

2b zeigt schematisch das Spektrum des Ausgangssignals eines Wirbeldurchflussmessers unter einer strömungslosen Bedingung. 2 B schematically shows the spectrum of the output signal of a vortex flow meter under a flowless condition.

Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDescription of the Preferred Embodiments

1 zeigt einen Wirbeldurchflussmesser mit einem röhrenförmigen Gehäuse 1, das normalerweise mit einem Rohrleitungssystem verbunden ist, das aus einem Netz von Rohren und Behältern mit durch Motoren angetriebenen Pumpen, Ventilen, Sensoren und anderen Komponenten besteht. Zentral innerhalb des Gehäuses 1 ist ein keilförmiger Staukörper 2 und etwas stromabwärts ein Sensor, der ein Paddel 3 aufweist, das über ein Piezoelement aufgehängt ist, befestigt. Das letztere erzeugt ein Ausgangssignal, das in einer Auswertungseinheit 4 mit einem Digitalsignalprozessor ausgewertet wird. Die Auswertungseinheit 4 erzeugt ein digitales Durchflussratensignal und ein Flag-Signal für Strömungslosigkeit, wie nachstehend erläutert. 1 shows a vortex flowmeter with a tubular housing 1 which is normally connected to a piping system consisting of a network of pipes and tanks with motor-driven pumps, valves, sensors and other components. Central within the housing 1 is a wedge-shaped baffle 2 and a little downstream a sensor that has a paddle 3 has, which is suspended via a piezoelectric element attached. The latter generates an output signal in an evaluation unit 4 is evaluated with a digital signal processor. The evaluation unit 4 generates a digital flow rate signal and a flowless flag signal, as explained below.

Wenn ein Fluid durch das Gehäuse 1 strömt, bilden sich Wirbel mit abwechselnden Versätzen in Bezug auf die Achse des Gehäuses und entgegengesetzten Drehrichtungen am stromabseitigen Ende des Staukörpers 2 und werden dann durch die Strömung weggetragen. Wenn sie an der rechten und linken Seite des Paddels 3 vorbei strömen, was in jedem Fall eine Verringerung des statischen Drucks verursacht, wird dasselbe abwechselnd nach links bzw. nach rechts abgelenkt, d. h. wird einer Schwingungsbewegung unterzogen, deren Frequenz zur Frequenz der Paare von Wirbeln, die am Paddel 3 vorbei strömen, proportional ist. Diese Schwingungsbewegung wird im Ausgangssignal des Piezoelements widergespiegelt.When a fluid passes through the housing 1 vortices are formed with alternating offsets relative to the axis of the housing and opposite directions of rotation at the downstream end of the bluff body 2 and then carried away by the current. If they are on the right and left side of the paddle 3 flow past, which in any case causes a reduction in the static pressure, the same is alternately deflected to the left or to the right, ie is subjected to a vibrational movement, the frequency of which is the frequency of the pairs of vortices on the paddle 3 flow past, is proportional. This oscillatory movement is reflected in the output signal of the piezoelectric element.

Wie gut bekannt ist, ist die Frequenz der durch die Strömung getragenen Wirbel im Wesentlichen zur Durchflussrate proportional, und zwar gemäß der Beziehung v = f × d/St (1) wobei v die Strömungsgeschwindigkeit ist, f die Wirbelfrequenz ist, d die Breite des Staukörpers 2 ist und St die Strouhal-Zahl ist, d. h. die Strömungsgeschwindigkeit steht mit der Wirbelfrequenz durch den so genannten k-Faktor d/St in Beziehung, der eine Konstante ist, die vorher bestimmt wurde. Unter normalen Betriebsbedingungen reicht es daher aus, die periodische Komponente des Ausgangssignals zu gewinnen, die die Schwingung des Paddels 3 widerspiegelt, die durch die Durchströmung der Wirbel verursacht wird, und ihre Frequenz zu bestimmen. Da die fragliche Komponente gewöhnlich bei weitem die größte Amplitude von allen periodischen Komponenten, die im Ausgangssignal enthalten sind, aufweist, ist dies unkompliziert.As is well known, the frequency of the vortices carried by the flow is substantially proportional to the flow rate, according to the relationship v = f × d / St (1) where v is the flow velocity, f is the vortex frequency, d is the width of the bluff body 2 and St is the Strouhal number, that is, the flow rate is related to the vortex frequency by the so-called k-factor d / St, which is a constant that was previously determined. Under normal operating conditions, therefore, it is sufficient to extract the periodic component of the output signal, which is the oscillation of the paddle 3 reflects, which is caused by the flow of the vortex, and to determine their frequency. Since the component in question usually has by far the largest amplitude of all periodic components contained in the output signal, this is straightforward.

Das Ausgangssignal des Sensors, eine analoge Spannung, wird mit einer Rate von z. B. 10 kHz abgetastet. Parameter, die die Verarbeitung dieser Reihe von Ziffern im Digitalsignalprozessor der Auswertungseinheit 4 bestimmen, hängen vom relevanten Frequenzbereich ab, der stark mit dem Typ von Anwendung variiert. Das nachstehend gegebene Beispiel basiert auf Flüssigkeitsströmungen in Rohren mit Durchmessern von einigen Zentimetern. Der Bereich von relevanten Frequenzen ist in diesem Fall ein Intervall, das durch ungefähr 9 Hz und 200 Hz begrenzt ist. Bei einer Flüssigkeitsströmung in Rohren mit größerem Durchmesser sind die relevanten Frequenzen im Allgemeinen niedriger, wohingegen im Fall von Gasströmungen in Rohren mit vergleichbaren Abmessungen sie gewöhnlich viel höher sind.The output of the sensor, an analog voltage, is applied at a rate of z. B. sampled 10 kHz. Parameters indicating the processing of this series of digits in the evaluation unit's digital signal processor 4 determine depend on the relevant frequency range, which varies greatly with the type of application. The example given below is based on liquid flows in tubes with diameters of a few centimeters. The range of relevant frequencies in this case is an interval limited by approximately 9 Hz and 200 Hz. With liquid flow in larger diameter pipes, the relevant frequencies are generally lower, whereas in the case of gas flows in pipes of comparable dimensions, they are usually much higher.

Die Sequenz von Ziffern wird zuerst einer Fourier-Transformation – einer schnellen Fourier-Transformation (FFT), die vom Digitalsignalprozessor ausgeführt wird – über ein Auswertungsintervall, das etwa 1 s ist, unterzogen. Die Frequenzauflösung liegt in der Größenordnung von 0,1 Hz. Die Fourier-Transformation wird dann insofern modifiziert, als eine Gleichstromkomponente subtrahiert wird. Das Ergebnis ist ein Spektrum, das aus einer Anzahl von Komponenten besteht, die jeweils durch eine von etwa 2000 Frequenzen, die zwischen 9 Hz und 200 Hz gleich beabstandet sind, und eine Amplitude, die der Frequenz entspricht und durch eine reale Zahl dargestellt wird, dargestellt werden.The sequence of digits is first subjected to a Fourier transform - a Fast Fourier Transform (FFT) performed by the digital signal processor - over an evaluation interval that is approximately 1 second. The frequency resolution is on the order of 0.1 Hz. The Fourier transform is then modified insofar as a DC component is subtracted. The result is a spectrum consisting of a number of components each represented by one of about 2000 frequencies equally spaced between 9 Hz and 200 Hz and an amplitude corresponding to the frequency represented by a real number. being represented.

In dem Beispiel entspricht die Amplitude der Komponente in jedem Fall dem Absolutwert der Amplitude, aber sie kann auch durch irgendeine andere Zahl dargestellt werden, die den Wert der Amplitude widerspiegelt, z. B. ihr Quadrat. Viele weitere Details und Wahlen von Parametern hängen vom Typ von Anwendung und ihrem zugehörigen Bereich von relevanten Frequenzen ab.In the example, the amplitude of the component in each case corresponds to the absolute value of the amplitude, but it may also be represented by some other number reflecting the value of the amplitude, e.g. For example, her square. Many more details and choices of parameters depend on the type of application and its associated range of relevant frequencies.

2a zeigt das Spektrum des Ausgangssignals, d. h. die Amplituden der Fourier-Transformation desselben als Funktion der Frequenz, unter normalen Strömungsbedingungen, wobei die mit der Strömung in Beziehung stehende Frequenz 12 Hz ist. Die Fourier-Transformation weist ein ausgeprägtes Maximum bei dieser Frequenz auf, das leicht identifiziert wird, wohingegen die restlichen Komponenten eine Anhäufung mit relativ großer Amplitude um diese Komponentenfrequenz mit maximaler Amplitude aufweisen. Nur eine relativ weit entfernte Komponente mit ziemlich großer Amplitude ist vorhanden, nämlich der Störfaktor bei der Frequenz von 50 Hz der elektrischen Leistungsversorgung. Da im Voraus bekannt ist, dass dieser Störfaktor erscheint, kann er entfernt oder maskiert werden. Wenn andere bekannte Störfaktoren vorhanden sind, können sie in derselben Weise behandelt werden. Aus der Frequenz der Komponente mit der größten Amplitude kann die Durchflussrate unter Verwendung von (1) abgeleitet werden. 2a Figure 12 shows the spectrum of the output signal, ie the amplitudes of the Fourier transform thereof as a function of frequency, under normal flow conditions, with the flow related frequency being 12 Hz. The Fourier transform has a pronounced maximum at this frequency, which is easily identified, whereas the remaining components have a relatively large amplitude cluster around that maximum frequency component frequency. Only a relatively far-removed component of fairly large amplitude is present, namely the disturbance factor at the frequency of 50 Hz of the electrical power supply. Since it is known in advance that this disturbance appears, it can be removed or masked. If other known interfering factors are present, they can be treated in the same way. From the frequency of the component with the largest amplitude, the Flow rate can be derived using (1).

In einer strömungslosen Situation würde das vorstehend umrissene Verfahren ein falsches positives Durchflussergebnis ergeben. Dies ist aus 2b zu sehen, die eine solche strömungslose Situation zeigt, wobei das Gehäuse 1, das den Durchflussmesser enthält, vom Rest des Rohrleitungssystems durch geschlossene Ventile getrennt ist. In diesem Fall würde ein ziemlich ausgeprägtes Maximum bei 80 Hz, das durch einen Motor, der eine Pumpe im Rohrleitungssystem. antreibt, verursacht wird, als eine beträchtliche Durchflussrate angebend missgedeutet werden, insbesondere da es in der Amplitude zu der mit dem Durchfluss in Beziehung stehenden Komponente mit maximaler Amplitude bei 12 Hz vergleichbar ist. Es wurde jedoch festgestellt und ist auch aus dem Diagramm ersichtlich, dass unter einer strömungslosen Bedingung die periodischen Komponenten des Ausgangssignals und ihre Verteilung über den Frequenzbereich spezifische Eigenschaften aufweisen, die in der Fourier-Transformation widergespiegelt werden und verwendet werden können, um diese Bedingung zu identifizieren. Es gibt mehrere Amplitudenmaxima, die entweder vollständig isoliert sind oder zu einer kleinen Anhäufung von weiteren Komponenten mit relativ großen Amplituden gehören. Die Frequenzen der Komponenten mit maximaler Amplitude im Frequenzbereich sind zumindest teilweise relativ weit voneinander entfernt, wobei ihre Quotienten deutlich größer oder kleiner sind als 1. Dies liegt an der Tatsache, dass die dominierenden periodischen Komponenten eine Komponente in Bezug auf die Motorfrequenz – 40 Hz in dem in 2b gezeigten Fall – und ihre Oberschwingungen – die in 2b bei 80 Hz und 120 Hz erscheinen – sind. Hier kann wieder die Leistungsversorgungskomponente bei 50 Hz mit ihrer ziemlich großen Amplitude vor der Auswertung entfernt oder maskiert werden. Eine strömungslose Bedingung kann daher durch eine geeignete Auswertung des Ausgangssignals, insbesondere seiner Fourier-Transformation, detektiert werden, wobei die Anwesenheit von Merkmalen, die die Eigenschaften widerspiegeln, untersucht wird. Eine nicht detektierte Missdeutung des Ausgangssignals kann dadurch vermieden werden.In a flowless situation, the process outlined above would give a false positive flow result. This is off 2 B to see that shows such a flowless situation, the case 1 containing the flow meter, is separated from the rest of the piping system by closed valves. In this case, a fairly pronounced maximum would be at 80 Hz, due to a motor running a pump in the piping system. in particular, as it is comparable in amplitude to the maximum-flow-related component at 12 Hz in amplitude. However, it has been found, and is also apparent from the diagram, that under a no-flow condition, the periodic components of the output signal and their distribution over the frequency domain have specific properties that are reflected in the Fourier transform and can be used to identify this condition , There are several amplitude maxima that are either completely isolated or belong to a small cluster of other components with relatively large amplitudes. The frequencies of the maximum amplitude components in the frequency domain are at least partially relatively far apart, their quotients being significantly greater or smaller than 1. This is due to the fact that the dominant periodic components have a component with respect to the motor frequency - 40 Hz in the in 2 B shown case - and their harmonics - the in 2 B at 80 Hz and 120 Hz appear - are. Here again, the power supply component at 50 Hz may be removed or masked with its rather large amplitude prior to evaluation. A flowless condition can therefore be detected by a suitable evaluation of the output signal, in particular its Fourier transformation, wherein the presence of features which reflect the properties is examined. An undetected misinterpretation of the output signal can thereby be avoided.

Als erster Schritt wird ein Satz von Komponenten mit großer Amplitude aus den Komponenten der Fourier-Transformation ausgewählt. Insbesondere sind diese ausgewählten Komponenten lokale Maxima im Frequenzspektrum. Dazu werden die Komponenten der Fourier-Transformation, die vorverarbeitet worden sein können, z. B. durch Entfernen von bekannten Störfaktoren, wie vorstehend erläutert, nach abnehmender Amplitude geordnet. Eine vorbestimmte Anzahl, die von der Frequenzauflösung und anderen Parametern abhängt, z. B. fünfzehn, der Komponenten am oberen Ende der geordneten Sequenz wird dann identifiziert und dem Satz von Komponenten mit großer Amplitude zugewiesen. Wenn Komponenten Frequenzen aufweisen, die sehr nahe beieinander liegen, kann eine einzelne Komponente aus ihnen gebildet werden und nur diese Komponente weiter betrachtet werden. Dies kann z. B. durch Runden von jeder der Frequenzen auf ihre nächste ganze Zahl und Beibehalten nur einer Komponente für eine gegebene gerundete Frequenz, während die anderen weggelassen werden, durchgeführt werden. In einer normalen Strömungssituation hinterlässt dieser Prozess gewöhnlich nur die Komponente mit maximaler Amplitude und möglicherweise weitere Komponenten mit Frequenzen, die nahe jener der Komponente mit maximaler Amplitude liegen. Wenn nur die Komponente mit maximaler Amplitude verbleibt, wird die vorherrschende Bedingung als normale Strömungsbedingung mit einer positiven Durchflussrate identifiziert, die durch die Frequenz der Komponente gemäß (1) widergespiegelt wird. Die Frequenz und die Durchflussrate können dann mit größerer Genauigkeit durch Verfahren, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, abgeschätzt werden.As a first step, a set of large amplitude components is selected from the components of the Fourier transform. In particular, these selected components are local maxima in the frequency spectrum. For this purpose, the components of the Fourier transform, which may have been preprocessed, z. B. by removing known confounders, as explained above, ordered by decreasing amplitude. A predetermined number, which depends on the frequency resolution and other parameters, e.g. Fifteen, the components at the top of the ordered sequence are then identified and assigned to the set of large amplitude components. When components have frequencies that are very close to each other, a single component can be formed from them and only that component considered further. This can be z. G., By rounding each of the frequencies to their nearest integer and maintaining only one component for a given rounded frequency while the others are omitted. In a normal flow situation, this process usually leaves only the maximum amplitude component and possibly other components with frequencies close to that of the maximum amplitude component. If only the maximum amplitude component remains, the prevailing condition is identified as a normal flow condition with a positive flow rate, which is reflected by the frequency of the component according to (1). The frequency and flow rate can then be estimated with greater accuracy by methods known in the art.

Ansonsten wird eine der Komponenten aus diesem Satz von Komponenten mit großer Amplitude, gewöhnlich diejenige mit der größten Amplitude, als Referenzkomponente und ihre Frequenz als Referenzfrequenz identifiziert. Quotienten der restlichen Frequenzen der Komponenten in dem Satz durch die Referenzfrequenz werden dann berechnet und diese Frequenzquotienten mit einem Quotientenschwellenwert von z. B. 1,15 und seinem Kehrwert verglichen. In einer normalen Situation mit positiver. Durchflussrate gibt es entweder nur eine Frequenz ohne zu berechnende Frequenzquotienten oder die Frequenzquotienten liegen nahe 1, d. h. sind entweder kleiner als 1,15 oder größer als sein Kehrwert (der 0,87 ist).Otherwise, one of the components of this set of large amplitude components, usually the one with the largest amplitude, is identified as the reference component and its frequency as the reference frequency. Ratios of the residual frequencies of the components in the set by the reference frequency are then calculated and these frequency quotients are calculated with a quotient threshold of e.g. B. 1.15 and its reciprocal. In a normal situation with positive. Flow rate, there is either only one frequency without frequency quotients to be calculated or the frequency quotients are close to 1, d. H. are either less than 1.15 or greater than its reciprocal (which is 0.87).

Unter einer strömungslosen Bedingung enthält andererseits der Satz von Komponenten mit großer Amplitude Komponenten, die zu Frequenzen gehören, die der Motorfrequenz und ihren Oberschwingungen entsprechen, d. h. der Satz von Komponenten mit großer Amplitude enthält mehrere, gewöhnlich fünf oder mehr Komponenten mit Frequenzen, die zumindest teilweise ziemlich weit voneinander entfernt sind, wobei ihre Quotienten nahe kleinen ganzen Zahlen oder Kehrwerten liegen oder Quotienten von kleinen ganzen Zahlen sind. Obwohl die Amplituden der Komponenten, die zur Motorfrequenz und zu Oberschwingungen derselben gehören, in Abhängigkeit von der Motorfrequenz und anderen Parametern beträchtlich variieren, wobei manchmal die Motorfrequenzkomponente die grölte Amplitude aufweist, manchmal ihre zweite oder dritte Oberschwingung, gibt es immer mindestens eine Komponente in dem Satz, deren Frequenz sich von der Frequenz der Komponente mit maximaler Amplitude um mindestens einen Faktor von 1,2, dem Frequenzquotienten der sechsten und fünften Oberschwingung, oder unter Berücksichtigung von Fehlern, die durch Runden und andere Effekte verursacht werden, um mindestens 1,15 oder um seinen Kehrwert, der 0,87 ist, unterscheidet.On the other hand, under a no-flow condition, the set of large amplitude components includes components associated with frequencies corresponding to the engine frequency and their harmonics, ie, the set of large amplitude components includes a plurality, usually five or more, components having frequencies that are at least partially are fairly far apart, their quotients being close to small integers or inverses, or quotients of small integers. Although the amplitudes of the components associated with the motor frequency and their harmonics vary considerably depending on the motor frequency and other parameters, sometimes with the motor frequency component having the large amplitude, sometimes its second or third harmonic, there will always be at least one component in that The rate whose frequency differs from the frequency of the maximum amplitude component by at least a factor of 1.2 Frequency quotients of the sixth and fifth harmonic, or taking into account errors caused by rounding and other effects by at least 1.15 or by its reciprocal, which is 0.87.

Um zu entscheiden, ob eine strömungslose Bedingung vorliegt oder nicht, reicht es daher gewöhnlich aus, die Komponente mit maximaler Amplitude als Referenzkomponente zu wählen und Frequenzquotienten durch Dividieren der Frequenzen, die zu den anderen Elementen des Satzes von Komponenten mit großer Amplitude gehören, durch die Referenzfrequenz, die zur Referenzkomponente gehört, zu berechnen und zu prüfen, ob mindestens eine vorbestimmte minimale Anzahl, z. B. ein, zwei oder drei, der Frequenzquotienten entweder größer als ein Quotientenschwellenwert von 1,15 oder kleiner als sein Kehrwert ist. In vielen Anwendungen kann dies genügen, um auf eine strömungslose Bedingung zu schließen. Diese Bedingung kann dann durch Umschalten eines Booleschen Flags für Strömungslosigkeit, des die jeweilige Bedingung angibt, von seinem Vorgabewert von 0 – der eine normale Strömungsbedingung angibt – auf 1 – der eine strömungslose Bedingung angibt, angegeben werden. Wenn das Flag für Strömungslosigkeit gleich 1 ist, kann ein falsches positives Durchflussratenergebnis auf 0 korrigiert werden und Korrekturmaßnahmen ergriffen werden, wenn es angebracht ist.Therefore, in order to decide whether or not there is a no-flow condition, it is usually sufficient to select the maximum amplitude component as the reference component and frequency quotients by dividing the frequencies associated with the other elements of the set of large amplitude components Reference frequency that belongs to the reference component, and to check whether at least a predetermined minimum number, z. B. one, two or three, the frequency quotient is either greater than a quotient threshold of 1.15 or less than its reciprocal. In many applications, this may be enough to conclude a flowless condition. This condition may then be indicated by switching a Boolean flowless flag indicating the particular condition from its default value of 0 - which indicates a normal flow condition - to 1 - indicating a no-flow condition. If the flowless flag is equal to 1, a false positive flow rate result can be corrected to 0 and corrective actions taken, as appropriate.

Wenn insbesondere der Satz von Komponenten mit großer Amplitude nur zwei oder drei Elemente enthält, die zusätzlich nach einem positiven Ergebnis gelten, könnte dies oder aber alternativ ein strengeres Kriterium hilfreich sein, um die Zuverlässigkeit der Angabe der Strömungslosigkeit zu verbessern. Für diesen Zweck werden die Frequenzquotienten dahingehend geprüft, ob sie nahe den Quotienten einer Grundfrequenz und ihren Oberschwingungen liegen. Ein Satz von Zahlen kann berechnet oder aus einem Speicher abgerufen werden, der z. B. aus ganzen Zahlen zwischen 2 und 6 und ihren Kehrwerten oder aus 2 und 3 und Vielfachen davon und ihren Kehrwerten besteht, die möglicherweise durch 2/3 ergänzt sind, und die Frequenzquotienten können mit ihnen verglichen werden.In particular, if the set of large amplitude components contains only two or three elements that additionally qualify for a positive result, or alternatively a more stringent criterion could be helpful to improve the reliability of the indication of flowlessness. For this purpose, the frequency quotients are checked as to whether they are close to the quotient of a fundamental frequency and its harmonics. A set of numbers can be computed or retrieved from a memory that may e.g. B. consists of integers between 2 and 6 and their inverses or from 2 and 3 and multiples thereof and their inverses, which may be supplemented by 2/3, and the frequency quotients can be compared with them.

Eine strömungslose Bedingung wird nur dann angegeben, wenn mindestens einer der Frequenzquotienten mit einer von diesen Zahlen übereinstimmt, d. h. von derselben um nicht mehr als einen vorbestimmten Abweichungsschwellenwert abweicht, der eine begrenzte Auflösung, Rundungsfehler und andere Effekte berücksichtigt und z. B. 2% sein kann. Die Bedingung kann strenger gemacht werden, indem verlangt wird, dass mehr als ein Frequenzquotient mit einer der Zahlen oder sogar spezifischen von ihnen übereinstimmt.A no-flow condition is specified only if at least one of the frequency quotients matches one of these numbers, i. H. deviates from it by no more than a predetermined deviation threshold, which takes into account a limited resolution, rounding errors and other effects, and e.g. B. 2% can be. The condition can be made more stringent by requiring that more than one frequency quotient coincide with one of the numbers, or even specific ones of them.

Ein oder mehrere Vergleichssätze können aus den fraglichen Zahlen gebildet werden und eine Angabe einer strömungslosen Situation davon abhängig gemacht werden, ob jedes Element in einem Vergleichssatz mit einem der Frequenzquotienten übereinstimmt. Die Ergebnisse können dann durch logisches ODER verknüpft werden oder in komplexeren Weisen verknüpft werden. Beispielsweise können alle Teilmengen einer bestimmten Kardinalität, angenommen 1 – wie vorstehend beschrieben – oder 2, 3 oder 4, der Zahlen gebildet und als Vergleichssätze verwendet werden, d. h. es kann auf die Übereinstimmung aller Mitglieder in jeder Teilmenge mit einem der Frequenzquotienten geprüft und die Ergebnisse durch ODER verknüpft werden. Eine strömungslose Bedingung wird angegeben, wenn die Prüfung ein positives Ergebnis in mindestens einem Fall ergibt, d. h. wenn abgesehen von einer Grundfrequenz, die normalerweise gleich der Motorfrequenz ist, mindestens eine, zwei, drei bzw. vier Oberschwingungen vorhanden sind.One or more sets of comparisons may be formed from the numbers in question and an indication of a no-flow situation made dependent on whether each element in a comparison set matches one of the frequency quotients. The results can then be linked by logical OR or linked in more complex ways. For example, all subsets of a particular cardinality, assumed 1 - as described above - or 2, 3 or 4, of the numbers can be formed and used as sets of comparison, i. H. it can be checked for the compliance of all members in each subset with one of the frequency quotients and the results ORed. A flowless condition is indicated if the test gives a positive result in at least one case, i. H. if there are at least one, two, three or four harmonics apart from a fundamental frequency which is normally equal to the motor frequency.

Viele Abweichungen von den vorstehend beschriebenen Verfahren sind innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung möglich. Anstelle eines Wirbeldurchflussmessers, wie beschrieben, kann ein Dralldurchflussmesser verwendet werden. Bei der Auswertung des Ausgangssignals werden normale Strömungsbedingungen und strömungslose Bedingungen auf der Basis der Amplituden und der Verteilungen über den Frequenzbereich von periodischen Komponenten des Signals unterschieden. In einer allgemeinen Weise weist die Existenz von mehreren Maxima, die – zumindest teilweise – in einem gewissen beträchtlichen Abstand voneinander im Frequenzbereich liegen, auf eine strömungslose Bedingung hin.Many deviations from the methods described above are possible within the scope of the invention. Instead of a vortex flowmeter as described, a swirl flowmeter may be used. In evaluating the output signal, normal flow conditions and no-flow conditions are distinguished based on the amplitudes and distributions over the frequency range of periodic components of the signal. In a general way, the existence of multiple maxima which are - at least in part - within a certain considerable distance from each other in the frequency domain indicates a flowless condition.

In Abhängigkeit von der Anwendung kann es ausreichen, die Komponenten mit größter Amplitude auszuwählen und sie zu einer zu kombinieren, wenn sie im Frequenzbereich nahe beieinander liegen, und die restlichen Komponenten zu zählen. Wenn, insbesondere nach der Entfernung von bekannten Störfaktoren, mehr als eine Komponente verbleibt, kann dies bereits auf eine strömungslose Bedingung hindeuten. Die Kombination kann, wie vorstehend erläutert, durch Weglassen von Komponenten, die in der Frequenz nahe Komponenten mit größeren Amplituden liegen, oder durch Summieren oder Integrieren von Amplituden über bestimmte Frequenzintervalle und Zuweisen der resultierenden Amplitude zur Frequenz der Komponente mit größter Amplitude im Frequenzintervall oder zu einer gewichteten mittleren Frequenz oder Mittelfrequenz oder in anderen Weisen durchgeführt werden.Depending on the application, it may be sufficient to select the components of greatest amplitude and combine them if they are close to one another in the frequency domain, and to count the remaining components. If more than one component remains, especially after the removal of known interfering factors, this may already indicate a flowless condition. The combination, as explained above, may be by omitting components that are close in frequency to components of greater amplitudes, or summing or integrating amplitudes over particular frequency intervals and assigning the resulting amplitude to the frequency of the largest amplitude component in the frequency interval or weighted average or medium frequency or in other ways.

In anderen Anwendungen können strengere Kriterien geeigneter sein und minimale Abstände, d. h. Quotienten von Frequenzen von Komponenten mit großer Amplitude erforderlich sein. Insbesondere kann ein solcher minimaler Abstand von einer Referenzfrequenz für eine oder mehrere Komponenten in dem Satz von Komponenten mit großer Amplitude erforderlich sein. Da gewöhnlich zumindest eine Motorfrequenz und ihre zweite Oberschwingung in dem Satz vorhanden sind, kann der minimale Abstand in den meisten Fällen sicher als geringfügig kleiner als 2 gewählt werden. Es ist auch möglich, zusätzlich eine obere Grenze für den Abstand anzuwenden. Ein noch strengeres Kriterium – wie vorstehend erläutert – beinhaltet den Vergleich von Frequenzquotienten mit bestimmten kleinen ganzen Zahlen und ihren Quotienten, die zwangsläufig erscheinen, wenn Oberschwingungen auftreten. Allgemeine oder spezifische strengere Kriterien können – entweder allein oder schrittweise – in Abhängigkeit von der Anwendung, gemäß den Ergebnissen von Experimenten und der praktischen Erfahrung verwendet werden.In other applications, stricter criteria may be more appropriate and minimum distances, i. H. Quotients of frequencies of large amplitude components may be required. In particular, such a minimum distance from a reference frequency may be required for one or more components in the set of large amplitude components. Since usually at least one motor frequency and its second harmonic are present in the set, in most cases the minimum distance can safely be chosen to be slightly less than 2. It is also possible to additionally apply an upper limit for the distance. An even more stringent criterion, as explained above, involves the comparison of frequency quotients with certain small integers and their quotients, which inevitably appear when harmonics occur. General or specific stricter criteria may be used, either alone or incrementally, depending on the application, according to the results of experimentation and practical experience.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Rohrpipe
22: Staukörperbaffle
33: Paddelpaddle
44: Auswertungseinheitevaluation unit

Claims

A method for evaluating an output signal of a vortex or vortex flowmeter, characterized in that the output signal is examined for the presence of a no-flow condition by: identifying components of the output signal which are time-periodic and their amplitudes and frequencies are estimated, a set of large amplitude components is selected, frequencies of the large amplitude components are identified, at least one reference frequency is selected from them and frequency quotients of the other identified frequencies are calculated by the at least one reference frequency, and a no flow condition is detected if at least the condition is satisfied that the set of frequency quotients has at least a quotient that is outside an interval between 0.87 and 1.15.

A method according to claim 1, characterized in that the minimum number of quotients is at least two.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that A component whose amplitude is greater than the amplitudes of the remaining large amplitude components, identified as the reference component and whose frequency is identified as the reference frequency, and The frequency quotients are the quotients of the frequencies of the remaining components of large amplitude through the reference frequency.

A method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a no-flow condition is specified only if the set of frequency quotients comprises a non-empty set of numbers which are from the numbers in at least one comparison set consisting of a set of integers and quotients of integers consists to deviate less than a predetermined deviation threshold.

A method according to claim 4, characterized in that the at least one comparison set is any subset of a predetermined cardinality of a predetermined set of integers and quotients of integers.

A method according to claim 5, characterized in that the predetermined cardinality is between 1 and 4.

Method according to one of claims 5 or 6, characterized in that the predetermined set of integers and quotients of integers consists of integers between 1 and 6 and quotients of such integers.

Method according to one of Claims 5 to 7, characterized in that the predetermined set of integers and quotients of integers consists of the integers 2, 3 and multiples thereof, and reciprocals of such integers.

The method of any one of claims 1 to 8, characterized in that the selection of the set of large amplitude components includes the step of ordering the components according to decreasing amplitudes and selecting a predetermined number of components at the top.

A method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the selection of the set of large amplitude components includes the step of replacing a plurality of components which are close in frequency by a single component.

Method according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the components of the output signal which are periodic in time are in each case determined by Fourier transformation of the output signal as a function of time over a predetermined evaluation interval.

Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that before or during the selection of a set of components with large amplitude at least one disturbance factor with a known frequency is removed.

The method of claim 1, characterized in that the set of selected high amplitude components is the set of selected components of local maxima in the frequency spectrum.