气体质量流量测量装置的连续校准装置的制作方法

专利名称：气体质量流量测量装置的连续校准装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及测试系统领域，具体而言，涉及用于在测试中校准单元的气体测试系统。
背景技术：
流量计的设计者常常需要测试新设计出的流量计的精度、质量等。绝大多数设计公司能够在机构内部使用液体进行流量计测试，这是因为装配液体测试设备可以不花费过多的成本和时间。气体测试设备在内部则没有这么普遍。因此，设计者们通常不得不来到测试机构，并且有偿地使用测试设备。这样就要付出更多的成本和时间。外加设计者可以从设计更改中的即时反馈中受益。而按现在这样的情况，设计者们在他们测试新的设计并得到对新设计的测试结果之前可能不得不等待数个星期或数月的时间。如果有可以在机构内部装配的足够小并且具有足够高成本效率的气体测试设备，设计者将从中获益。
主要有两种类型的气体测试设备。一种类型是吹泄系统。在吹泄系统中，压缩机从大气中获得空气，并把空气压缩进储罐中。当储罐中的压力达到测试所需的压力，空气从储罐中释放出来，流经标准仪表和测试单元(UUT)。然后将空气排回到大气中。当空气从储罐流到大气中时，标准仪表和UUT测量气体的流动速率。标准仪表的测量结果用于校准UUT。不幸的是，吹泄系统运行时间短，成本高，效率低，并且噪音极大。图1所示为一个吹泄系统，下文中会进一步对其进行说明。
另一种类型的测试设备是一种再循环气体回路。德克萨斯州圣安东尼奥的Southwest Research Institute的测量研究设备(MeteringResearch Facility)使用了一种再循环气体回路。该测量研究设备包括气体回路、压缩机、冷却器、音速喷管和测试单元(UUT)站。压缩机使气体以所需的流速沿着气体回路进行循环。压缩机在使气体循环时给气体回路中的气体加热。冷却器将气体回路中的气体冷却到所需的温度。UUT和一个或多个音速喷管测量气体的流速。音速喷管是UUT的标准仪表。由UUT得到的测量结果与由音速喷管得到的测量结果进行比较，来检验测试仪表的精度或校准UUT。遗憾的是，这种测量研究设备尺寸非常大，成本高，并需要较大功率进行操作。由于其尺寸、造价和功率需求，目前的测量研究设备在很多公司不能有效地进行组装和操作。图2所示为一种测量研究设备，在下文中会对其进行进一步说明。

发明内容
本发明的气体测试系统可以帮助解决上述问题。该气体测试系统包括流动回路、鼓风机系统、温度控制系统、标准仪表系统和测试单元(UUT)系统。UUT系统被构造以连接测试单元(UUT)与流动回路。通过由气体加压的流动回路，鼓风机系统在入口处接收加压的气体。通过入口处的加压气体，鼓风机系统产生流出出口的高流速气体以使气体在流动回路中循环流动。从入口到产生高气体流速的出口该鼓风机系统产生较小的压力升。温度控制系统接收来自鼓风机系统的气体流，并控制气体的温度。标准仪表系统测量循环通过流动回路中的气体的性质。如果UUT系统中的UUT也测量循环通过流动回路中的气体的性质，那么把标准仪表系统的测量结果可与UUT的测量结果进行比较，以校准UUT。
气体测试系统有利地提供了一种尺寸较小、造价低并且有效的测试系统。该气体测试系统具有足够小的尺寸并具有足够好的系统成本效率以便内置于机构内。内部系统允许流量计或其它气体单元的设计者得到设计变更时的即时反馈。这样可以节省设计者在研发新产品时花费的时间和资金。该气体测试回路与以前的系统相比还使用低得多的电量，使得其在运行方面具有更高的成本效率。
本发明的一个方面包括一种气体测试系统，包括被构造以容纳气体的流动回路；与所述流动回路相联接的且被构造用以控制所述气体的温度的温度控制系统；
与所述流动回路相联接的且被构造用以测量所述气体的性质的标准仪表系统；和被构造以连接测试单元与所述流动回路从而使所述测试单元能够测量所述气体的性质的测试单元系统；所述气体测试系统的特征在于鼓风机系统，所述鼓风机系统具有入口和出口被构造用以在所述入口处接收所述气体，并产生流出所述出口的高流速气体以使所述气体在所述流动回路中循环流动，其中鼓风机系统从所述入口到产生所述高流速的所述出口产生较小的压力升。
优选地，该气体测试系统的特征进一步在于与所述温度控制系统的出口和所述鼓风机系统的所述入口相联接的旁路回路。
优选地，温度控制系统被构造用以冷却所述气体，使所述气体的所述温度基本上保持在恒定水平。
优选地，温度控制系统进一步包括热交换器；和与所述热交换器相联接的蒸发式冷却塔。
优选地，鼓风机系统需要功率小于300马力。
优选地，鼓风机系统被构造用以产生所述气体的300到1500lbs/min之间的所述高流速。
优选地，鼓风机系统从所述入口到所述出口产生的压力升低于大约40PSI。
优选地，流动回路被加压到25到700PSI之间。
优选地，标准仪表系统包括一系列并联连接的标准部分。
优选地，所述标准部分中的每一个都包括一个流量计。
优选地，所述标准部分中的每一个都包括一个体积流量计和一个质量流量计。
优选地，质量流量计包括CORIOLIS流量计。
优选地，所述标准部分中的每一个都适用于特定的流速范围。
优选地，测试单元系统包括
被构造以测试所述气体的测试单元；和被构造用以进行轴向移动从而使所述测试单元与所述流动回路相联接的联接系统；优选地，测试单元部分系统包括被构造用以在使所述气体流过所述测试单元之前从所述测试单元部分中除去气体和水气的真空装置。
优选地，气体测试系统进一步包括被构造用以初始加压所述流动回路的气体供应装置；优选地，气体测试系统进一步包括被构造用以释放所述测试单元系统和所述流动回路中的所述气体的烟道。
优选地，气体测试系统进一步包括被构造用以控制所述气体经过所述标准部分之一的流量的控制系统。
优选地，该控制系统被构造用以比较由所述标准部分之一得到的测试结果和由所述测试单元系统中的测试单元得到的测试结果，以校准所述测试单元。
本发明的另一方面包括一种操作气体测试系统的方法，其中所述气体测试系统包括被构造用以容纳气体的流动回路，被构造用以控制所述气体的温度的温度控制系统，被构造用以测量所述气体性质的标准仪表系统，以及被构造用以连接测试单元与所述流动回路从而允许所述测试单元测量所述气体的性质的测试单元系统，所述方法的特征在于在一个鼓风机系统的入口处接收所述气体；和产生流出所述鼓风机系统的出口的高流速气体以使所述气体在所述流动回路中循环流动，其中所述鼓风机系统从所述入口到产生所述高流速的所述出口，产生较小的压力升。
优选地，该方法进一步包括利用所述标准仪表系统测量所述气体的流速；利用所述测试单元测量所述气体的流速；并且比较由所述标准仪表系统测量的所述流速与由所述测试单元测量的所述流速，以校准所述测试单元。
优选地，该方法进一步包括分流一部分来自所述温度控制系统的出口的所述气体，并使所述气体的所述部分返回到所述鼓风机系统的所述入口。
优选地，该方法进一步包括利用所述温度控制系统冷却所述气体以使所述气体的所述温度基本上保持在恒定水平。
优选地，标准仪表系统包括一系列标准部分并且该方法进一步包括控制所述气体经过所述标准部分之一的流量。


在全部附图中，使用相同的附图标记表示相同的元件。
图1示出了现有技术中的一种典型的吹泄系统(blow-downsystem)。
图2示出了现有技术中的气体流动回路。
图3示出了本发明一个实例中的气体测试系统。
图4示出了本发明一个实例中的标准仪表系统的一个实例。
图5示出了本发明一个实例中的气体测试系统的另一个实例。
具体实施例方式
图1-2示出了现有技术中的系统用于帮助理解本发明。图3-5和下面的说明描述了本发明的具体实例以教导本领域技术人员如何得到和使用本发明的最佳模式。为了教导本发明的原理，本发明中的一些常规方面已经被简化或省略。本领域技术人员可以理解落入本发明范围内的对这些实施例进行的各种变化。本领域技术人员可以理解下文描述的各种特征可以各种方式进行组合从而形成本发明的多种变型。因此，本发明不限于下文描述的具体实施例，而仅受到权利要求及其等效方式的限制。
现有技术中的吹泄系统-图1图1示出了现有技术中的一种典型的吹泄系统100。吹泄系统100包括压缩机102、储罐104、压力调节阀106、控制系统108、标准仪表110和测试单元(UUT)112。压缩机102与储罐104相联接。储罐104与控制阀106相联接。阀106与控制系统108和标准仪表110相联接。标准仪表110与UUT 112相联接。控制系统108分别经由连接线113和114与标准仪表110和UUT 112相联接。
在操作中，压缩机102从大气中获取空气，并把这些空气压缩到储罐104中达到远高于大气压的压力。对于一些测试，压缩机102将储罐104中的压力泵送到高达1000PSI。当储罐104中的压力达到对于测试来说足够高的压力时，阀106释放来自储罐104中的空气。控制系统108对阀106进行调节以控制从储罐104中释放的空气的压力和流速。这些空气流过标准仪表110和UUT 112并排放回大气中。
在空气流经标准仪表110和UUT 112时，控制系统108或另一个系统通过标准仪表110和UUT 112读取流速测量结果。控制系统108将由标准仪表110得到的流速测试结果与由UUT 112得到的流速测试结果进行比较，以检验UUT 112的精度或校准UUT 112。
吹泄系统中存在多种问题。首先，吹泄系统的运行时间短。当储罐104中的压力下降到该压力不能提供所需的测试流速时，测试结束。根据储罐104的尺寸和用于测试的流速，这可以相对较快。其次，吹泄系统花费高而效率低。压缩机102和储罐104不得不非常巨大以提供足够的测试时间和流速。对于吹泄系统，存在在造价和运行时间之间的折衷方案。压缩机102还需要很大的马力以填充储罐104，有时要超过1350hp。例如，把空气从大气压泵送至500PSI所需的功是172000ft*lbf/lbm。当空气被排放到大气中时，用于充注储罐104的马力基本被浪费了。压缩机102还会产生热量，而这是要进行控制的。例如，当压缩机效率为60％时把空气从大气压泵送至500PSI会导致1500°F的温升，假设是简单的、理想的热动力学模型。最后，把加压的空气排放到大气中会产生极大的噪音。这些噪音会使标准仪表110和UUT 112共振，对测试的质量带来负面影响。噪音还会对测试者的听力带来危害。
现有技术中的测量研究设备-图2图2示出了现有技术中的一种测量研究设备200。测量研究设备200为德克萨斯州圣安东尼奥的Southwest Research Institute的测量研究设备(Metering Research Facility)。测量研究设备200包括一个低压回路206和一个高压回路208。低压回路206包括压缩机202，冷却器204，计重罐210，音速喷管组212和歧管216。高压回路208包括压缩机220，冷却器222，音速喷管组214和歧管218。歧管216和218连接测量研究设备中用于进行测试的一个测试单元(UUT)。为了简明起见，对于测量研究设备200中所包括的其它部件不进行讨论。
低压回路206和高压回路208均为再循环流动回路。为了测试高压回路208中的一个仪表，UUT被螺栓连接到回路208的歧管218内。回路208在初始时由气体加压。回路208可以被加压至1000PSI。随着回路208被加压，压缩机220使回路208中的气体以所需的流速循环。压缩机220可以使气体以3000lbs/min(在1000PSI条件下)在回路208中循环。为了使气体在这些高压下循环，压缩机220非常大。如同所有的压缩机一样，压缩机220在气体循环中产生大量的热。冷却器222使气体冷却到测试所需要的温度。由于压缩机220产生大量的热，冷却器222不得不要足够的大以除去气体的热量。
UUT和音速喷管组214中的一个或多个音速喷管测量在回路208中进行循环的气体的流速。音速喷管是UUT的标准仪表。然后控制器或操作者将音速喷管的测量结果与UUT的测量结果进行比较，以检验UUT的精度或校准UUT。
测量研究设备200的一些问题是它的尺寸、成本和操作所需的功率。测量研究设备200需要很大的空间进行组装和操作，并且不能容易地安装在建筑物内。圣安东尼奥的测量研究设备是在室外进行建造，占用了相当于多个足球场地的空间。
由于测量研究设备200所用的高压和流速，压缩机220非常巨大。压缩机220可大至1200hp。压缩机220需要很大是因为在压缩机220的入口处接收到高压。压缩机一般在低的入口压力，一般在大气压附近的压力下工作。然而，回路208处于高压下(达到1000PSI)并向压缩机220的入口提供比大气压力高得多的压力。入口处较高的压力会损害一般的压缩机，除非这个压缩机非常巨大。非常大的压缩机(1000hp左右)可能能够承受入口处的较高压力。
不幸的是，大压缩机效率低，需要大功率，并产生大量的热。因此，当气体在回路208中循环时，压缩机220向回路208中放出大量的热。如上面所述，冷却器222使由压缩机220升温的气体的温度降低。然而，如果压缩机在回路208中放出大量的热，那么冷却器222不得不足够大以除去回路208中的热量。例如，一个1000hp的压缩机可能需要一个使用1000hp电能的冷却器来补偿由压缩机产生的热量。不幸的是，当测量研究设备200运行时，压缩机220和冷却器222的组合装置需要大功率。
由于上述问题，再者由于其尺寸、造价和功率要求，测量研究设备200对于很多公司来说不是切实可行的，是不经济的。因此，设计者们可能不得不进行费时并昂贵的异地测试。
实施例#1图3-4图3示出了本发明的一个实例中的气体测试系统300。气体测试系统300包括流动回路302、鼓风机系统304、温度控制系统306、标准仪表系统308和测试单元系统310。流动回路302包含闭合的流动回路。鼓风机系统304、温度控制系统306、标准仪表系统308和UUT系统310与流动回路302相联接以使得流动回路保持为一个闭合的回路。
下面的解说会有助于理解本发明。鼓风机系统包括具有入口和出口，且被构造用于接收加压气体并产生流出出口的高流速气体的任何系统、装置或部件。该鼓风机系统从入口到产生高流速的出口，产生较小的压力升。鼓风机系统的一个例子是由Sundyne Corporation ofArvada，Colorado制造的压缩机。在本发明实例中的鼓风机系统不是从入口到出口产生大的压力升和低体积流量的典型的压缩机。该鼓风机系统也不是典型的压缩机，原因在于其可以在入口承受加压的气体。
流动回路包括被构造用于容纳气体的任何管路、管道或封闭结构。温度控制系统包括被构造用于控制在流动通路中循环的气体的温度的任何系统、装置或部件。该温度控制系统可保持温度基本上处于恒定的水平。温度控制系统的一个例子包括热交换器或与蒸发冷却塔相联接的热交换器。标准仪表系统包括被构造用于测量在气体回路中循环的气体的性质的任何系统、装置或部件。测试单元系统包括被构造用于连接测试单元与流动回路的任何系统、装置或部件。高流速包括至少300lbs/min的气体流速。较小的压力升包括低于大约50PSI的压力升。校准是指检验测试单元的精度或调节测试单元以提高其精度。例如，CORIOLIS流量计的校准可包括调整流量校准因子以增加CORIOLIS流量计的精度。
在运行中，测试单元(UUT)经由UUT系统310连接流动回路302。UUT的例子包括流量计、CORIOLIS流量计或一些其它气体单元。然后流动回路302由气体初始加压。该气体可以是空气、天然气、氦或任何其它气体。随着流动回路302被加压，测试开始，鼓风机系统304在入口321处接收加压的气体。从入口321处的加压气体，鼓风机系统304产生流出出口322的高的气体流速以使气体在流动回路302中循环。鼓风机系统304从入口321到产生高流速的出口322产生较小的压力升。温度控制系统306接收来自鼓风机系统304的气流并控制该气体的温度。控制温度可能意味着冷却流动回路302中的气体至测试所需的温度。标准仪表系统308测量在流动回路302中循环流动的气体的性质。UUT系统310中的UUT也测量流动回路302中循环流动的气体的性质。然后可以比较由标准仪表系统308得到的测量结果和由UUT得到的测量结果，以校准UUT。基于以上公开内容，本领域技术人员将能够改变现有的气体测试系统以得到气体测试系统300。
在本发明的一个实施例中，气体测试系统300还包括旁路回路330。旁路回路330包括被构造用于控制经由旁路回路330的气体流量的控制阀332。旁路回路330被构造用于从温度控制系统306的出口带走一部分气体并将其送回到鼓风机系统304的入口321。控制阀332控制返回到鼓风机系统304的入口321的气体量。
图4示出了本发明一个实施例中的标准仪表系统308。标准仪表系统308包括一系列并联连接的标准部分401-404。标准部分401-404分别包括仪表系统405-408。仪表系统405-408可包括一个或多个质量流量计、一个或多个体积流量计、一个或多个汽轮计、或一些其它气体测量单元。每个标准部分401-404还包括断流阀411-414。在一个系列中可以有更多的或更少的标准部分，这取决于具体的设备。每个仪表系统405-408被构造以具有测量气体的具体性质的特定精度。例如，仪表系统405可在高流速下具有最高的精度。仪表系统408可在低流速下具有最高的精度。仪表系统406和仪表系统407可在高流速和低流速之间的流速下具有较高的精度。断流阀411-414确定仪表系统405-408中的哪一个作为基准。
实施例#2-图5图5示出了本发明一个实例中的气体测试系统500。气体测试系统500被构造用于在100到700PSI条件下提供500到1500lbs/min范围内的流速。气体测试系统500包括流动回路502、鼓风机系统504、热交换器506、蒸发冷却塔508、旁路回路510、标准仪表系统512、测试单元(UUT)系统514、控制系统515、断流阀527、压力计528、和控制阀529。气体测试系统500还包括经由断流阀518与流动回路502相联接的真空装置516。气体测试系统500还包括经由断流阀522与流动回路502相联接的气体供给装置520。气体测试系统500还包括经由断流阀526与流动回路502相联接的烟道524。气体测试系统500还可以包括其它的部件，为了简化，没有示出。
旁路回路510包括被构造用于控制经由旁路回路510的气体流量的控制阀511。旁路回路510被构造用于从热交换器506的出口带出气体，并将其返回到鼓风机系统504的入口。旁路回路510帮助气体测试系统500在低的流速下有效运行。控制阀511控制返回到鼓风机系统504的入口的气体量。旁路回路510为两英寸管线。
标准仪表系统512包括多个标准部分531、541、551和561。部分531包括六英寸管线、CORIOLIS流量计533和断流阀535。CORIOLIS流量计533可为由Boulder，Colorado的Micro Motion Inc.制造的CMF400。断流阀535和用于本实例中的其它断流阀都是极低泄漏、全径球阀。部分541包括四英寸管线、汽轮计542、CORIOLIS流量计543和断流阀545。CORIOLIS流量计543可为由Micro Motion Inc.制造的CMF300。部分551包括两英寸管线、汽轮计552、CORIOLIS流量计553和断流阀555。CORIOLIS流量计553可为由Micro Motion Inc.制造的CMF200。部分561包括一英寸管线、汽轮计562、CORIOLIS流量计563和断流阀565。CORIOLIS流量计563可为由Micro Motion Inc.制造的CMF100。每个部分包括一个温度和压力传感器。标准仪表系统512中的一些或全部部件可以与控制系统515相连通。标准仪表系统512可根据具体的设备而包括更多或更少的标准部分。气体测试系统500还可包括多个设置在流动回路502上的不同位置的标准仪表系统512。例如，在UUT系统514的每一侧上可以有一个标准仪表系统512。
UUT系统514被构造用于连接测试单元(UUT)572与流动回路502。UUT系统514包括一个或多个卷筒以把UUT 572螺栓连接到流动回路502上。UUT系统514还包括使附接UUT 572更容易的联接系统574。联接系统574允许轴向调整卷筒，可以是二十英寸或更多。这样可导致UUT系统514中的卷筒的长度的适应性更好。联接器574是压力平衡的以使得不存在压力引起的轴向负载。
在操作中，UUT 572经由UUT系统514与流动回路502连接。为了连接UUT 572，一个或多个卷筒被螺栓连接到流动回路502上。联接系统574与卷筒一同使用以连接UUT 572和流动回路502。随着UUT 572被连接，控制系统515打开阀518，真空装置516使气体和湿气排出UUT系统514，或流动回路502的其它部分。控制系统515然后关闭阀518。然后控制系统515打开阀522，气体供给装置520通过气体使流动回路502初始加压。该气体可以是空气、天然气、氦气等。气体供给装置520使流动回路502加压到25到700PSI之间，或者可能更高。气体供给装置520可包括压缩机、瓶装气体或其它供给装置。
随着流动回路502被加压到所需的标称压力，测试可以开始。鼓风机系统504使加压的气体以高的流速经由流动回路502循环流动。鼓风机系统504可使气体在500到1500lbs/min之间的低流速循环。如上所述，鼓风机系统504不是典型的压缩机。典型的压缩机产生高的压力升(100PSI或更高)和低的流速。鼓风机系统504产生高的流速和低的压力升。另外，典型的压缩机不能承受入口的高压。入口处的高压会在叶轮上造成大的推力负载，一般压缩机的轴承不能承受推力负载。鼓风机系统504的一个例子是由Arvada，Colorado的SundyneCorporation制造的压缩机。Sundyne压缩机的设计中具有可以承受接近1000PSI入口压力的止推轴承。
鼓风机系统504只需要提供相当于气体测试系统500的压力损失的压力升。气体测试系统中的压力损失大约是10到30PSI。因此，鼓风机系统504仅产生低于大约50PSI的压力升，以补偿10到30PSI的压力损失。鼓风机系统504可以产生低于45PSI、40PSI、35PSI、30PSI、25PSI、20PSI、15PSI或10PSI的压力升，这取决于具体的设备。鼓风机系统504不需要大马力，这是因为只需要很小的压力升。鼓风机系统504可能需要低于300hp、275hp、250hp、225hp、200hp、175hp或150hp，这取决于具体的设备。在本实例中，鼓风机系统504需要大约150hp。
在气体循环时，鼓风机系统504向气体施加热量。热交换器506和冷却塔508帮助冷却气体，并保持流动回路502中温度的恒定。热交换器506是具有多根管子的壳管式热交换器。当乙二醇/水混合物经过管道时，流动回路502中的气体流经管道，热量从气体传导到乙二醇/水混合物。其它混合物或流体可以用作热交换流体。泵(未示出)将乙二醇/水混合物泵送通过热交换器506进入冷却塔508。冷却塔508包括一个闭合的回路，加热的乙二醇/水混合物经过这个回路被抽吸。冷却塔508向闭合的回路上喷水，风扇吹送空气向上经过闭合的回路以冷却乙二醇/水混合物。
气体经过热交换器506之后，一些气体会转向旁路回路510。被转向通过旁路回路510的气体量由控制系统515和阀511控制。旁路回路510从热交换器506的出口带走气体并将其返回到鼓风机系统504的入口。旁路回路510有助于避免鼓风机系统504的热量散失，这是因为旁路回路510将冷却的气体而不是加热的气体从热交换器506返回至鼓风机系统504。旁路回路510还使用气体的低流速以防止鼓风机系统504产生强烈波动或跑空(dead-headed)。强烈波动通常发生在高压头、低流速的情况下。旁路回路510允许鼓风机系统504在流动回路502中的流速较低时遇到较高的流速。因此，为达到流动回路502中较低的流速，鼓风机系统504可以设置成适当的运行范围的较高流速。控制系统515可以通过控制转向旁路回路的气体量来提高或降低流经流动回路502的流速。当流速需要提高，鼓风机系统504可以实现，旁路回路510可以关闭。
然后气体进入标准仪表系统512。在标准仪表系统512中，气体流经CORIOLIS流量计533和部分531。CORIOLIS流量计533测量流速和/或气体的其它性质，并向控制系统515提供测量结果。CORIOLIS流量计533对于较高流速是主要的标准仪表。
气体也可以流经标准仪表系统512的其它部分。如前面所述，每个部分都包括汽轮计和CORIOLIS流量计。控制系统515被构造用于通过打开和关闭每个部分中的断流阀来确定气体流经哪个(些)部分。控制系统515选择该部分或多个部分以最大化标准仪表的精度。每个部分中的汽轮计和CORIOLIS流量计按照所需的压力和流速适当地设定尺寸大小。使用每个部分中的多个仪表使标准仪表系统512的精度和跟踪能力最大化。
控制系统515通过调节断流阀使一个部分置于流动回路502中。在所选部分中的汽轮计和CORIOLIS流量计测量流速和/或气体的其它性质，并向控制系统515提供测量结果。然后气体流入UUT系统514。UUT 572测量气体的流速和/或其它性质，并向控制系统515提供测量结果。然后气体围绕流动回路502循环并回到鼓风机系统504。控制阀529控制流动回路502中的操作压力以使流动回路502处于所需的压力。
控制系统515接收标准仪表系统512和UUT 572的测量结果。控制系统515将标准仪表系统512的测量结果与UUT 572的测量结果进行比较以校准UUT 572。每个部分中的汽轮计和CORIOLIS流量计得到的测量结果可能有不同的使用方法。
例如，假设通过控制系统515，部分541被置于流动回路502中。汽轮计542测量气体的体积流速，且压力传感器和温度传感器分别获得相应的测量结果。控制系统515接收汽轮计542、压力传感器和温度传感器的测量结果。基于这些测量结果，控制系统515计算气体的质量流速。在本实例中的汽轮计542作为质量检查仪表。CORIOLIS流量计543测量气体的质量流速并向控制系统515提供质量流速测量结果。CORIOLIS流量计543作为传输标准仪表，是UUT 572的标准仪表。控制系统515将CORIOLIS流量计543得到的质量流速与由汽轮计542的测量结果计算得到的质量流速进行比较。基于对比，控制系统515核实CORIOLIS流量计543具有足够高的精度以作为UUT 572的标准仪表。UUT 572然后测量气体的质量流速并向控制系统515提供质量流速测量结果。控制系统515将CORIOLIS流量计543得到的质量流速结果与UUT572测量得到的质量流速结果进行比较以校准UUT 572。
在其它实施例中，CORIOLIS流量计543可以作为质量检查仪表，汽轮计542可以作为标准仪表。CORIOLIS流量计543和汽轮计542均可作为标准仪表。无论如何，在同一部分中使用质量流量计和体积流量计是有好处的。每个仪表都对误差很敏感，但是影响质量流量计的条件不会影响体积流量计，反之亦然。因此，这种组合可以提供更好的精度。
存在多种使用标准仪表校准UUT 572的方法。在美国专利6360579中描述了一种方法，在此对其全部引用作为参考。
控制系统515可包括存储在存储介质中的指令。这些指令可以由一个处理器读取和运行。指令的一些例子包括软件、程序代码和固件。存储介质的一些例子是存储设备、磁带、磁盘、集成电路和服务器。当运行处理器以根据本发明引导处理器进行操作时，这些指令是可操作的。术语“处理器”是指单个处理装置或一组互操作处理装置。处理器的一些例子包括计算机、集成电路和逻辑电路。本领域技术人员熟悉这些指令、处理器和存储介质。
当在UUT 572上进行测试时，控制系统515关闭适当的断流阀527、535、545、555和565以使UUT系统514与流动回路502的其余部分隔离。然后UUT系统514可以减压而流动回路502的其余部分保持其操作压力。随着UUT系统514被隔离，控制系统515打开断流阀526以将UUT系统514中的气体释放到烟道524。烟道524可以是将气体排放到大气中的管道。压力计580显示气体什么时候被排出UUT系统514。控制系统515然后关闭断流阀526。
控制系统515可包括各种安全功能部件和警报器以使UUT系统514不会在压力下开启。控制系统515还可包括各种安全功能部件和警报器以保证气体测试系统500正确操作。例如，如果流动回路502中的压力过高，如果流动回路502中的流速过快，如果气体温度过高，那么控制系统515会发出警报和/或关闭气体测试系统500。
随后UUT 572可从UUT系统514中去掉。然后可把另一个UUT连接到UUT系统514中。随着新的UUT被连接，控制系统515打开阀518，真空装置516从UUT系统514中抽空气体和水气。当新的UUT被安装好时，气体测试系统500周围的大气中的气体和水气进入UUT系统514。真空装置514抽空这些气体和水气，并且控制系统515关闭阀518。控制系统515接着开启阀522，气体供给装置520利用用于测试的气体给UUT系统514加压。随着UUT系统514被加压，控制系统515打开一个或多个断流阀527、535、545、555和565，在新的UUT上开始进行测试。
如上所述的气体测试系统500有利地提供了一种低成本的有效的气体测试回路。气体测试系统500能够达到100PSI下的400lbs/min和700PSI下的1500lbs/min(最大质量流速取决于压力)。这些流速和压力允许在正常操作流速下测试和校准流量计。
气体测试系统500提供了许多优于吹泄系统(见图1)的优点。第一，如果需要，气体测试系统500可以运行数个小时，而吹泄系统仅具有非常短的运行时间。第二，气体测试系统500中的鼓风机系统504也可以比吹泄系统的压缩机小得多，这是因为鼓风机系统504不需要很大的压力。第三，气体测试系统500不需要大罐以保持加压气体。第四，气体测试系统500不需要向大气中排放气体，由此避免了吹泄系统存在的噪声极大的问题。
气体测试系统500与图2所示的测量研究设备200相比提供了很多优点。第一，气体测试系统500比测量研究设备200更小。气体测试系统500可以制造成足够小以放置在建筑物内，甚至放置在建筑物的一个角落，而测量研究设备200非常巨大。第二，气体测试系统500比测量研究设备200便宜。测量研究设备200的部件，例如压缩机202、冷却器204和计重罐210都非常大而且非常昂贵。对于流量计设计公司来说，建造一个与测量研究设备200类似的设备在经济上是不可行的。另一方面，气体测试系统500使用更小的、更便宜的部件构成对于很多公司可行的气体测试系统500。例如，测量研究设备200使用非常大的压缩机(1200hp)，而气体测试系统500使用小得多的鼓风机系统(150hp)。在制造小型的、有效的、成本有效的气体测试系统500中鼓风机系统的选择很重要。第三，气体测试系统500需要比测量研究设备200更小的马力来操作。如前面所述，测量研究设备200使用非常大的需要大约1200hp的压缩机。这个非常大的压缩机向循环气体传送了大量的热。因此，测量研究设备200还需要一个非常大的冷却系统来把来自压缩机的热量从气体中除去。非常大的压缩机和冷却系统需要大量的电来运行。另一方面，气体测试系统500中的鼓风机系统504相对小型并且仅使用大约150hp。因此，气体测试系统500仅需要一个小型的热交换器506和冷却塔508以从气体中除去热量。气体测试系统500比测量研究设备200需要少得多的电能。
气体测试系统500有利地提供了可以置于建筑物内的足够小的并成本有效的系统。那么设计者们可以得到设计变更的即时反馈，因为他们可以在室内测试流量计。这样可以节省设计者在研发新产品时花费的时间和资金。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1、一种气体测试系统(300)，包括被构造以容纳加压气体的流动回路(302)；与所述流动回路相联接的且被构造用以控制所述加压气体的温度的温度控制系统(306)；与所述流动回路相联接的且被构造用以测量所述加压气体的性质的标准仪表系统(308)；和被构造以连接测试单元与所述流动回路从而使所述测试单元能够测量所述加压气体的性质的测试单元系统(310)；所述气体测试系统的特征在于鼓风机系统(304)，所述鼓风机系统具有入口(321)和出口(322)且被构造用以在所述入口(321)处接收所述加压气体，并产生流出所述出口(322)的高流速加压气体以使所述加压气体在所述流动回路(302)中循环流动，其中所述鼓风机系统(304)从所述入口(321)到产生所述高流速的所述出口(322)产生较小的压力升。
2、如权利要求1所述的气体测试系统(300)，其特征在于，与所述温度控制系统(306)的出口和所述鼓风机系统(304)的所述入口(321)相联接的旁路回路(330)。
3、如权利要求1所述的气体测试系统(300)，其中所述温度控制系统(306)被构造用以冷却所述加压气体，使所述加压气体的所述温度基本上保持在恒定水平。
4、如权利要求3所述的气体测试系统(300，500)，其特征在于，所述温度控制系统(306)包括热交换器(506)；和与所述热交换器相联接的蒸发式冷却塔(508)。
5、如权利要求1所述的气体测试系统(300)，其中所述鼓风机系统(304)需要的功率低于300马力。
6、如权利要求1所述的气体测试系统(300)，其中所述鼓风机系统(304)被构造用以产生所述加压气体的300到1500lbs/min之间的所述高流速。
7、如权利要求1所述的气体测试系统(300)，其中所述鼓风机系统(304)从所述入口(321)到所述出口(322)产生的压力升低于大约40PSI。
8、如权利要求1所述的气体测试系统(300，500)，其中所述流动回路(302，502)被加压到25到700PSI之间。
9、如权利要求1所述的气体测试系统(300，500)，其特征在于，所述标准仪表系统(308，512)包括一系列并联连接的标准部分(401-404，531，541，551，561)。
10、如权利要求9所述的气体测试系统(300，500)，其中所述标准部分(401-404，531，541，551，561)中的每一个都包括流量计。
11、如权利要求10所述的气体测试系统(300，500)，其中所述标准部分(531，541，551，561)中的每一个都包括体积流量计和质量流量计。
12、如权利要求11所述的气体测试系统(300，500)，其中所述质量流量计包括CORIOLIS流量计(533，543，553，563)。
13、如权利要求8所述的气体测试系统(300，500)，其中所述标准部分(401-404，531，541，551，561)中的每一个都用于特定的流速范围。
14、如权利要求1所述的气体测试系统(300，500)，其特征在于，所述测试单元系统(310，514)包括被构造以测试所述加压气体的测试单元(572)；和被构造用以进行轴向移动从而使所述测试单元与所述流动回路(302，502)相联接的联接系统(574)。
15、如权利要求14所述的气体测试系统(300，500)，其中所述测试单元部分系统(310，514)包括被构造用以在使所述加压气体流过所述测试单元(572)之前从所述测试单元系统中除去气体和水气的真空装置(516)。
16、如权利要求1所述的气体测试系统(300，500)，其特征在于，被构造用以初始加压所述流动回路(502)的气体供应装置(520)。
17、如权利要求1所述的气体测试系统(300，500)，其特征在于，被构造用以释放所述测试单元系统(514)和所述流动回路(502)中的所述加压气体的烟道(524)。
18、如权利要求9所述的气体测试系统(300，500)，其特征在于，被构造用以控制所述加压气体经过所述标准部分(401-404，531，541，551，561)之一的流量的控制系统(515)。
19、如权利要求18所述的气体测试系统(300，500)，其中所述控制系统(515)被构造用以比较由所述标准部分(401-404，531，541，551，561)之一得到的测试结果和由所述测试单元系统(514)中的测试单元(572)得到的测试结果，以校准所述测试单元。
20、一种操作气体测试系统(300)的方法，其中所述气体测试系统包括被构造用以容纳加压气体的流动回路(302)，被构造用以控制所述加压气体的温度的温度控制系统(306)，被构造用以测量所述加压气体性质的标准仪表系统(308)，以及被构造用以连接测试单元与所述流动回路从而允许所述测试单元测量所述加压气体的性质的测试单元系统(310)，所述方法的特征在于在鼓风机系统(304)的入口(321)处接收所述加压气体；和产生流出所述鼓风机系统(304)的出口(322)的高流速加压气体以使所述加压气体在所述流动回路(302)中循环流动，其中所述鼓风机系统(304)从所述入口(321)到产生所述高流速的所述出口(322)，产生较小的压力升。
21、如权利要求20所述的方法，进一步包括利用所述标准仪表系统(308)测量所述加压气体的流速；利用所述测试单元测量所述加压气体的流速；并且比较由所述标准仪表系统测量的所述流速与由所述测试单元测量的所述流速，以校准所述测试单元。
22、如权利要求20所述的方法，进一步包括分流一部分来自所述温度控制系统(306)的出口的所述加压气体，并使所述加压气体的所述部分返回到所述鼓风机系统(304)的所述入口(321)。
23、如权利要求20所述的方法，进一步包括利用所述温度控制系统(306)冷却所述加压气体以使所述加压气体的所述温度基本上保持在恒定水平。
24、如权利要求20所述的方法，其中所述标准仪表系统(308，512)包括一系列标准部分(401-404，531，541，551，561)，并且其中该方法进一步包括控制所述加压气体经过所述标准部分之一的流量。
权利要求
1.一种气体测试系统(300)，包括被构造以容纳气体的流动回路(302)；与所述流动回路相联接的且被构造用以控制所述气体的温度的温度控制系统(306)；与所述流动回路相联接的且被构造用以测量所述气体的性质的标准仪表系统(308)；和被构造以连接测试单元与所述流动回路从而使所述测试单元能够测量所述气体的性质的测试单元系统(310)；所述气体测试系统的特征在于鼓风机系统(304)，所述鼓风机系统具有入口(321)和出口(322)且被构造用以在所述入口处接收所述气体，并产生流出所述出口的高流速气体以使所述气体在所述流动回路中循环流动，其中鼓风机系统从所述入口到产生所述高流速的所述出口产生较小的压力升。
2.如权利要求1所述的气体测试系统(300)，其特征在于，与所述温度控制系统(306)的出口和所述鼓风机系统(304)的所述入口(321)相联接的旁路回路(330)。
3.如权利要求1所述的气体测试系统(300)，其中所述温度控制系统(306)被构造用以冷却所述气体，使所述气体的所述温度基本上保持在恒定水平。
4.如权利要求3所述的气体测试系统(300，500)，其特征在于，所述温度控制系统(306)包括热交换器(506)；和与所述热交换器相联接的蒸发式冷却塔(508)。
5.如权利要求1所述的气体测试系统(300)，其中所述鼓风机系统(304)需要的功率低于300马力。
6.如权利要求1所述的气体测试系统(300)，其中所述鼓风机系统(304)被构造用以产生所述气体的300到1500lbs/min之间的所述高流速。
7.如权利要求1所述的气体测试系统(300)，其中所述鼓风机系统(304)从所述入口(321)到所述出口(322)产生的压力升低于大约40PSI。
8.如权利要求1所述的气体测试系统(300，500)，其中所述流动回路(302，502)被加压到25到700PSI之间。
9.如权利要求1所述的气体测试系统(300，500)，其特征在于，所述标准仪表系统(308，512)包括一系列并联连接的标准部分(401-404，531，541，551，561)。
10.如权利要求9所述的气体测试系统(300，500)，其中所述标准部分(401-404，531，541，551，561)中的每一个都包括流量计。
11.如权利要求10所述的气体测试系统(300，500)，其中所述标准部分(531，541，551，561)中的每一个都包括体积流量计和质量流量计。
12.如权利要求11所述的气体测试系统(300，500)，其中所述质量流量计包括CORIOLIS流量计(533，543，553，563)。
13.如权利要求8所述的气体测试系统(300，500)，其中所述标准部分(401-404，531，541，551，561)中的每一个都用于特定的流速范围。
14.如权利要求1所述的气体测试系统(300，500)，其特征在于，所述测试单元系统(310，514)包括被构造以测试所述气体的测试单元(572)；和被构造用以进行轴向移动从而使所述测试单元与所述流动回路(302，502)相联接的联接系统(574)。
15.如权利要求14所述的气体测试系统(300，500)，其中所述测试单元部分系统(310，514)包括被构造用以在使所述气体流过所述测试单元(572)之前从所述测试单元系统中除去气体和水气的真空装置(516)。
16.如权利要求1所述的气体测试系统(300，500)，其特征在于，被构造用以初始加压所述流动回路(502)的气体供应装置(520)。
17.如权利要求1所述的气体测试系统(300，500)，其特征在于，被构造用以释放所述测试单元系统(514)和所述流动回路(502)中的所述气体的烟道(524)。
18.如权利要求9所述的气体测试系统(300，500)，其特征在于，被构造用以控制所述气体经过所述标准部分(401-404，531，541，551，561)之一的流量的控制系统(515)。
19.如权利要求18所述的气体测试系统(300，500)，其中所述控制系统(515)被构造用以比较由所述标准部分(401-404，531，541，551，561)之一得到的测试结果和由所述测试单元系统(514)中的测试单元(572)得到的测试结果，以校准所述测试单元。
20.一种操作气体测试系统(300)的方法，其中所述气体测试系统包括被构造用以容纳气体的流动回路(302)，被构造用以控制所述气体的温度的温度控制系统(306)，被构造用以测量所述气体性质的标准仪表系统(308)，以及被构造用以连接测试单元与所述流动回路从而允许所述测试单元测量所述气体的性质的测试单元系统(310)，所述方法的特征在于在鼓风机系统(304)的入口(321)处接收所述气体；和产生流出所述鼓风机系统(304)的出口(322)的高流速气体以使所述气体在所述流动回路中循环流动，其中所述鼓风机系统从所述入口到产生所述高流速的所述出口，产生较小的压力升。
21.如权利要求20所述的方法，进一步包括利用所述标准仪表系统(308)测量所述气体的流速；利用所述测试单元测量所述气体的流速；并且比较由所述标准仪表系统测量的所述流速与由所述测试单元测量的所述流速，以校准所述测试单元。
22.如权利要求20所述的方法，进一步包括分流一部分来自所述温度控制系统(306)的出口的所述气体，并使所述气体的所述部分返回到所述鼓风机系统(304)的所述入口(321)。
23.如权利要求20所述的方法，进一步包括利用所述温度控制系统(306)冷却所述气体以使所述气体的所述温度基本上保持在恒定水平。
24.如权利要求20所述的方法，其中所述标准仪表系统(308，512)包括一系列标准部分(401-404，531，541，551，561)，并且其中该方法进一步包括控制所述气体经过所述标准部分之一的流量。
全文摘要
本发明公开了一种气体测试系统(300)，其包括流动回路(302)、鼓风机系统(304)、温度控制系统(306)、标准仪表系统(308)和测试单元(UUT)系统(310)。UUT系统连接测试单元(UUT)与流动回路。鼓风机系统在入口(321)处接收加压气体，产生流出出口(322)的高流速气体，同时在入口到出口间产生低的压力升。温度控制系统接收来自鼓风机系统的气体流，并控制气体的温度。标准仪表系统和UUT系统中的UUT测量循环通过流动回路中的气体的性质。标准仪表系统的测量结果可与UUT的测量结果进行比较以校准UUT。
文档编号G01F1/76GK1788190SQ03826617
公开日2006年6月14日 申请日期2003年6月11日 优先权日2003年6月11日
发明者T·J·昆宁汉, A·T·帕滕, C·L·格雷, D·M·斯坦迪福特 申请人:微动公司