专利名称：燃料储罐液位监控系统和方法
技术领域：
本发明涉及燃料输送系统，特别是涉及用于监控燃料供应储罐中剩余燃料液位的系统。
背景技术：
在特定的燃料输送系统，如丙烷气系统中，丙烷气从液化丙烷储罐供应给消费者。储罐通常与任何已建立的燃料管线隔离开，因此必须定期进行补充。在丙烷储罐中使用浮筒液位传感器以监控液化丙烷的液位。在这种系统中，用户定期查看储罐液位传感器，然后在需要时请求输送所需的替换丙烷。虽然这种安装于储罐中的燃料液位传感器可以对储罐中剩余的液化丙烷液位进行可靠的指示，但因为这些传感器被放置在储罐内部，因而很难对传感器进行维护且在有必要时需要花费大量时间进行维修。
因此，需要提供一种丙烷储罐液位监控系统，其不仅可以检测和显示储罐中的液化丙烷液位，还能向中央单元发送信号以利用此信息对气体使用率进行追踪并在需要时安排替换燃料的输送。特别是，需要提供一种管线式(in-line)气体流速传感器以检测气体流速，根据气体流速可得到储罐中剩余丙烷的液位。
本发明这些被认为是新颖的特征特别通过附属的权利要求进行描述。结合附图参考下面的描述可最佳地理解本发明，附图中相似的附图标记表示相似的元素，其中图1为包含本发明的管线式流速传感器的丙烷气体储罐配送系统的示意图；
图2为包含管线式流管的本发明的管线式流速传感器的示意图；图3为本发明的气体流速传感器的剖视图；图4为另一种气体燃料配送系统的示意图；图5为图示用于测量气体燃料流速并安排向储罐输送补充气体燃料的步骤的流程图。
具体实施例方式
图1示出了包含用于供应丙烷气体的储罐的丙烷气体配送系统10。压力调节器14调节供应管道16中的气体压力，该供应管道与管线式流速传感器18相连。流速传感器18的气流输出通过放气管道20连到丙烷气体的用户21。气体流速传感器18包括用于在输出线22上提供表示气体流速的信号的通信链路，其中该信号被连至报告站24。报告站24利用气体流速信息确定丙烷储罐12中剩余丙烷的液位，然后在需要时安排向储罐12输送替换气体。
图2示出了本发明的管线式气体流速传感器18，其包括流管26和安装于流管26上的辅助壳体28。在流管26中安装有可动磁体30，该磁体可根据来自管道16的气流作出反应以响应于变化的气体流速提供变化的磁通密度。磁性传感器32，例如霍尔效应传感器，安装在辅助壳体28中并紧挨着磁体30以检测对应于变化的气体流速的变化的磁通密度。流管中安装有压力传感器34以检测进气管道16的进气口的压力。辅助壳体28中安装有温度传感器36以检测气体温度。磁性传感器32、压力传感器34和温度传感器36的各自输出被连到通信链路37以向报告站24提供输出线22上的相应信息。利用此信息，可利用例如通用气体容量估计方程(Universal Gas SizingEquation)等常见的算法得出气体流速，并且也容易地得到储罐12中剩余气体的液位。
图2中流速传感器18的详细图示可参见图3的剖视图。如图3的剖视图所示，流管26包括由节流导套42螺纹连接在一起的进气管38和出气管40。进气管38、出气管40和节流导套42都由诸如黄铜或铝之类的非磁性金属制成。流盘44由塑料材料制成，并且包括一连串的流孔46以均匀地分配来自进气管道16的输入气流。锥形塞48通过带螺纹的螺钉49安装至流盘44。
可移动的节流构件50包括环绕锥形塞48的中心开口51，中心开口51的上游开口51a比下游开口51b要小，这样可使中心开口51向外岔开。如图3所示，锥形塞48和中心开口51之间的空隙在下游方向变大。
磁性构件52通过柔软的隔膜54安装在节流构件50上，隔膜的内缘插在磁性构件和节流构件之间，而隔膜外缘安装在出气管40和节流导套42之间。磁性构件52可滑动地安装在出气管40的空腔56中，因此气体流速改变时，塞固定器50和相连的磁性构件52在空腔56内可滑动地移动。弹簧58固定在出气管40和节流构件50之间，并且如图3所示，当没有气体流动时，弹簧的弹性足以将节流构件50的上游开口51a移至塞48的一端。随着气体流速的增大，节流构件50和相连的磁性构件52被从闭合位置移开并最终移至表示最大气体流速位置的塞48的位置。
锥形塞48和向外岔开的中心开口被成形使得在流量孔道(即锥形塞48和中心开口51之间的空隙)的变化和流速的变化之间存在直接的线性关系。换言之，由于流量孔道如图3所示的那样闭合，以及流量孔道逐渐到达完全打开的位置，即表示最大气体流速的位置，塞48的形状和中心开口51的形状在由于磁体52移动而导致的磁通密度的变化和磁性传感器32的输出之间提供线性关系。因此，塞48和中心开口51可称为提供相等百分比流量孔道的“等分塞”，即节流构件50每份均匀增加，经过流量孔道的流量也改变固定的百分比。因此，响应于经过流量孔道的流速变化，磁通密度和磁性传感器32的输出之间存在线性关系。
在本发明构建的原型实施例中，中心开口形成为以大约10度的角度向外岔开，锥形塞形成为以大约6度的角度向内会聚。
进气管38的安装端口60使压力传感器34能安装在其上。利用磁性传感器32的输出和来自压力传感器34及温度传感器36的信息，可通过工业上众所周知的算法确定气体的流速。一旦确定了气体流速，就可以容易地确定丙烷储罐12中剩余气体的量，并且在需要时安排输送任何替代燃料。
参见图4，可替代的燃料供应系统100包含用于保存例如液化丙烷等燃料的储罐102。储罐102可以设置在位置较远处，或者被隔离开而无法利用现存的燃料管道。因此，储罐102必须定期从配送中心补充燃料。储罐102包括与供应管线106相连的出口104以输送气体燃料至一个或多个用户108，而压力调节器110用以调节供应管线106中的气体压力。
流速传感器，例如流量测量模块112，被提供以检测气体燃料流量并生成提供燃料流量信息的输出。在图示实施例中，调节器110和流量测量模块112被集成为一体以形成智能压力调节器，如本申请人同样拥有的美国专利6,178,997和6,539,315中公开的那样，这里将其公开的内容结合进来作为参考。在此替代方案中，调节器110和流速传感器可以单独部件的形式提供。流量测量模块112包括处理器113、存储器115和用以提供输出线116上的信号的通信链路114。
报告站118可设置在与诸如燃料配送中心处的流量测量模块112距离较远处，其与通信链路114通过输出线116可通信联络地连接。报告站118可包括带有存储器122的控制器120。报告站118接收燃料流量信息并在有需要时安排向储罐102输送替代气体。
在操作中，丙烷以液态形式存储在储罐102中。储罐可能需要进行增压以使丙烷保持液态。当调节器110打开时，丙烷以气体形式经过供应管线106离开储罐。当丙烷气体经过供应管线106时，流量传感器测量可用于计算气体流速的过程变量。在调节器110和流量传感器的下游，气体燃料流经供应管线106到达最终的用户108。
图5为可被燃料配送系统100执行的监控储罐中燃料液位并安排向储罐输送补充燃料的方法的流程图。在方框150中，储罐容量被存储在存储器中。在流速传感器包括处理器和存储器的情况下，例如带有流量测量模块112，储罐容量可以被存储在流量测量模块存储器115和/或报告站的控制器存储器122中。
在方框152中，对气体燃料流经供应管线106的速率进行测量。如上所述，流速可通过已知的方法和设备得到。在使用流量测量模块112的情况下，流速可通过标准流量方程和测量得到的上游和下游流体压力及节流构件的位置等过程参数进行推断。作为选择，报告站控制器120也可利用流量方程进行编程，流量测量模块112可简单地将测得的参数传送给控制器120。基于测得的流速，在方框154中计算消耗的燃料体积。此外，消耗的体积可以通过流量测量模块112或报告站控制器120进行计算。
在方框156中确定储罐中的剩余燃料液位。剩余燃料的液位可通过将存储的储罐的容量减去消耗的燃料体积计算得到。为了计算剩余燃料的液位，需要先将消耗的燃料体积从气体体积转换为液体体积，以确定储罐102中剩余的液体丙烷的体积。作为选择，液体容量可被转换为气体容量，可从储罐102的气体容量中减去消耗的燃料体积。
基于剩余的燃料液位，可在方框158中生成低燃料警报。低燃料警报可在剩余燃料液位等于用户设定的低液位界限时生成。此外，方框156和158所描述的步骤可以由报告站118或流量传感器执行。最后在方框160中报告站118可安排向储罐输送补充燃料。这种新的输送可响应于该低燃料警报进行安排，且通常将由报告站控制器120进行提示。
可以理解，可以利用多种设备作为流速传感器，每种设备都将生成不同的燃料流量信息。流速传感器可简单地检测上游的流体压力、下游的流体压力和调节器节流元件的位置。这些测得的变量将被传送给报告站118，报告站可以被编程以根据这些变量计算流速。作为选择，流量传感器可检测过程变量并计算燃料流速，之后将其传送给报告站118。作为响应，报告站118可计算消耗的气体燃料的总体积及储罐中剩余燃料的液位。更进一步，在流速传感器包括微处理器的情况下，例如带有流量测量模块112，其可以执行上述的每一种计算并仅将低燃料液位警报传送给报告站118。作为选择，流速传感器可以计算燃料流量和消耗的燃料体积，并将消耗的燃料体积传送给报告站118。报告站可以包含其上存储有储罐容量和低燃料液位界限的存储器，从而可计算剩余的储罐体积，并在适当时生成低燃料警报。
除了生成流速信息以确定储罐中剩余的燃料液位外，流量传感器还可将附加信息传送给报告站118以用于其他诊断用途。例如，流量传感器可包括存储器，用于存储高压和低压界限、基于警报条件的逻辑或者其他可用来指示有故障的系统装备或异常的操作条件的过程控制参数，如本申请人同样拥有的美国专利6,441,744中所公开的那样，这里将其引用在内作为参考。流量测量模块112可基于这些参数生成警报并将警报传送给报告站118，而报告站可以通过安排对气体燃料系统进行维护作为响应。
前面的描述仅仅是为了帮助清楚的理解，而不应理解位对本发明的限制，因为对于本领域技术人员而言显然可对此作出修改。
权利要求
1.一种用于监控具有已知容量的储罐中的液体燃料的液位的方法，其中储罐与燃料供应管线流体连通，燃料通过燃料供应管线以气体形式进行输送，该方法包括测量流经供应管线的气体燃料的流速；基于测得的流速计算消耗的燃料体积；基于消耗的燃料体积和储罐容量，确定储罐中剩余的液体燃料的液位；以及响应于剩余的液体燃料的液位，提示向储罐输送液体燃料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中供应管线中设置有调节器。
3.根据权利要求2所述的方法，其中提供带有处理器和存储器的流量测量模块，用于测量流经供应管线的燃料的流速。
4.根据权利要求3所述的方法，其中流量测量模块与调节器集成为一体。
5.根据权利要求3所述的方法，其中流量测量模块基于气体燃料的流速计算消耗的燃料体积。
6.根据权利要求5所述的方法，其中流量测量模块基于消耗的燃料体积和储罐容量，确定储罐中剩余的液体燃料的液位。
7.根据权利要求6所述的方法，其中流量测量模块包含通信链路，并且报告站控制器通过该通信链路与流量测量模块以通讯联络的方式相连。
8.根据权利要求7所述的方法，其中流量测量模块将储罐中剩余的液体燃料的液位传送给报告站控制器。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在储罐中剩余的液体燃料的液位等于低燃料液位界限时生成低燃料警报，其中响应于该低燃料警报，提示向储罐输送液体燃料。
10.根据权利要求9所述的方法，其中报告站控制器在储罐中剩余的液体燃料的液位等于低液位界限时生成低燃料警报。
11.根据权利要求6所述的方法，其中储罐容量包括液体储罐容量，并且消耗的燃料体积以气态消耗燃料体积的方式进行计算，该方法进一步包括在确定储罐中剩余的液体燃料的液位之前，将气态消耗燃料体积转换成液态消耗燃料体积。
12.一种用于以液态存储燃料并以气态输送燃料的燃料储罐系统，该系统包括具有已知液体容量的储罐；与储罐流体连通的供应管线；设置在供应管线中的调节器；与供应管线相连并适于生成燃料流量信息的流量传感器，该流量传感器包括用于传送燃料流量信息的通信链路；和通过通信链路与流量传感器以通信联络的方式连接以接收燃料流量信息的报告站，该报告站包含具有存储器的控制器，该控制器被编程以响应于燃料流量信息来安排燃料的输送。
13.根据权利要求12所述的燃料储罐系统，其中流量传感器包括与调节器集成为一体的流量测量模块，其中流量测量模块包含处理器和存储器。
14.根据权利要求13所述的燃料储罐系统，其中流量测量模块处理器被编程以基于燃料流速计算消耗的燃料体积。
15.根据权利要求14所述的燃料储罐系统，其中储罐容量被存储在流量测量模块存储器中，并且流量测量模块处理器被编程以基于消耗的燃料体积和储罐容量计算储罐中剩余燃料的液位。
16.根据权利要求15所述的燃料储罐系统，其中储罐中剩余燃料的液位被传送至报告站，并且报告站存储器包含低燃料界限，其中报告站控制器被编程以在储罐中剩余燃料的液位等于低燃料界限时生成低燃料警报。
17.根据权利要求16所述的燃料储罐系统，其中报告站控制器被编程以响应于低燃料警报来安排向储罐输送燃料。
18.根据权利要求14所述的燃料储罐系统，其中储罐容量被存储在报告站存储器中，并且消耗的燃料体积被传送至报告站，其中报告站控制器被编程以基于消耗燃料体积和储罐容量计算储罐中剩余燃料的液位。
19.根据权利要求18所述的燃料储罐系统，其中报告站存储器包含低燃料界限，并且报告站控制器被编程以在储罐中剩余燃料的液位等于低燃料界限时生成低燃料警报。
20.根据权利要求19所述的燃料储罐系统，其中报告站控制器被编程以响应于低燃料警报来安排向储罐输送燃料。
21.根据权利要求20所述的燃料储罐系统，其中储罐容量以液体体积方式而被存储，并且报告站控制器接收气态燃料体积形式的消耗的燃料体积，并被编程以在计算储罐中的剩余燃料液位之前将气态燃料体积转换为液体燃料体积。
全文摘要
一种用于监控容量已知的储罐中液体燃料液位的方法和系统，其中储罐与燃料供应管线流体连通，燃料以气态形式经燃料供应管线输送。该方法包括测量流经供应管线的气体燃料的流速，基于测量的流速计算消耗的燃料体积，以及基于消耗的燃料体积和储罐容量确定储罐中剩余的液体燃料液位。响应于剩余液体燃料的液位，提示向储罐中输送液体燃料。
文档编号G01F1/00GK1890539SQ200480036380
公开日2007年1月3日 申请日期2004年12月1日 优先权日2003年12月22日
发明者肯尼思·施姆诺斯基, 大卫·E·沃鲁姆斯, 杰弗里·L·科尔, 理查德·J·范德尔 申请人:费希尔控制产品国际有限公司