专利名称：用来测量用于流量测量系统的安装尺寸的系统和方法
用来测量用于流量测量系统的安装尺寸的系统和方法本发明大体涉及尺寸测量系统，且更具体地讲，涉及用来测量用于非侵入性地夹在管道上的流量测量系统的安装尺寸的系统和方法。流量测量是穿过管道的大批流体或气体运动的量化。可以用各种各样的方式来测 量流量。通常使用流量计来测量通过管道的流体的流量。大多数流量计是具有称为“阀芯” 的计量器主体和电子数据获取单元的系统。大体嵌在计量器主体中的流量传感器元件和电 子器件提供流率的数据的模拟输出或数字输出。计量器主体的几何结构参数大体是预先确 定好的。这些类型的计量器的安装需要停止流。因此，安装在某些情况下变得昂贵和不可接 受，相反，夹装式超声波流量计可直接夹在现有的管道上来测量管道内部的流体的流率，而 不需要这种昂贵的安装过程。在涉及夹装式流量计的安装的大多数应用中，在将流量计安 装到安装位置处之前测量管道的尺寸数据。尺寸数据可包括在管道的安装位置处的直径、 壁厚和截面积。传统上，可使用测径器来测量沿着管道的周向方向的各个位置处的管道的直径。 可使用超声波厚度测量系统来测量要确定直径的位置处的管道的壁厚。可使用平均直径和 平均壁厚来计算管道的“安装位置”的截面积。安装位置可指代其中安装了流量计以便监 测通过管道的流体流量的位置。在另一个实例中，可使用带或其它柔性测量系统来测量带 或柔性测量系统应用在其周围的管道的被环绕部分的面积。可使用传统的超声波厚度测量 系统来确定特定位置的壁厚。壁厚数据与使用柔性带获得的数据结合起来使用，以确定管 道的安装位置的截面积。但是，以上描述的这种系统不提供管道的安装位置的精确测量数 据。此外，这种系统不适用于非圆形应用(诸如当管道具有非圆形截面时)，例如具有在制 造或安装期间变形成椭圆形状的圆形截面区域的管道。合乎需要的是一种用来测量用于管道中的非侵入性流量测量系统的安装尺寸的 改进的系统和方法。发明简述根据本发明的一个示例性实施例，公开了一种用于测量构造成以便容纳流量测量 系统的管道的预定区段的一个或多个安装尺寸的设备。该设备包括构造成可脱开地联接到 沿着管道的预定区段的外周表面从基准点起周向地测量的多个位置上的第一装置。该第一 装置构造成以便测量管道的预定区段的外周表面的该多个位置中的各个处的曲率半径。第 二装置构造成可脱开地联接到沿着管道的预定区段的外周表面的该多个位置上。该第二装 置构造成以便测量沿着管道的预定区段的外周表面的该多个位置的壁厚。处理器配置成以 便接收测量数据，测量数据包括沿着管道的预定区段的外周表面的该多个位置的曲率半径 和壁厚。该处理器配置成以便基于测量数据来确定管道的该预定区段的内截面和外截面的 形状。根据本发明的另一个实施例，公开了一种用于确定管道的预定区段的截面积的方 法。该方法包括相继将第一装置联接到沿着管道的预定区段的外周表面从基准点起周向地 测量的多个位置上。通过该第一装置来测量管道的预定区段的外周表面的该多个位置中的各个处的曲率半径。第二装置联接到沿着管道的预定区段的外周表面的该多个位置上。通 过该第二装置来测量管道的预定区段的外周表面的该多个位置中的各个处的壁厚。基于包 括管道的预定区段的外周表面的该多个位置中的各个处的曲率半径和壁厚的测量数据，测 量管道的该预定区段的截面积。根据结合附图提供的对本发明的优选实施例的以下详细描述，将更容易地理解这 些和其它优点和特征。附1是根据本发明的一个示例性实施例的具有椭圆形截面的管道的图示，沿着该椭圆形截面测量一个或多个安装尺寸，以便安装流量测量系统。图2是根据
图1的各方面的构造成以便测量管道的预定区段的曲率半径的装置的 图示。图3是根据图1的各方面的构造成以便测量管道的预定区段的壁厚的装置的图
7J\ ο图4是示出了根据本发明的一个示例性实施例的、用于测量构造成以便容纳流量 测量系统的管道的预定区段的一个或多个安装尺寸的过程步骤的流程图。详细描述如下面详细论述，本发明的实施例提供了一种用于测量构造成以便容纳流量测量 系统的管道的预定区段的一个或多个安装尺寸的设备。第一装置构造成以便测量沿着管道 的预定区段的外周表面从基准点起周向地测量的多个位置中的各个处的曲率半径。第二装 置构造成以便测量在沿着管道的预定区段的外周表面的多个位置中的各个处的壁厚。处理 器配置成以便基于包括曲率半径和壁厚的数据来确定管道的预定区段的预定区段截面积。 在另一个示例性实施例中，公开了一种用于确定构造成以便容纳流量测量系统的管道的预 定区段的一个或多个安装尺寸的方法。本文描述的示例性系统提供了管道的安装位置的精 确测量数据。此外，这种系统还适用于非圆形应用(诸如当管道具有非圆形截面时)，例如 由于在制造或安装期间变形而具有椭圆形截面区域的管道。参照图1，示出了具有预定区段12的管道10，沿着预定区段12测量一个或多个安 装尺寸，以便安装流量测量系统。管道10的预定区段12具有椭圆形截面。管道10的预定 区段12具有外周表面14和内周表面16。在所示实施例中，外周表面14和内周表面16之 间的距离是变化的。换句话说，内周表面16不与外周表面14同心。沿着管道10的预定区段12的外周表面14标记多个位置18、20、22、24、26、28、30 和32。在所示实施例中，沿着管道10的预定区段12的外周表面14标记了八个位置。各个 位置与相互邻近的位置隔开距离“L”，即这些位置是均勻地隔开的。在一些其它示例性实施 例中，可改变位置之间的间距。可使用本领域技术人员已知的任何测量装置或仪器来沿着 外周表面14标记该多个位置18。在本文中应当注意，位置的数量可取决于应用而变化。本文描述的示例性技术有利于更加精确地测量管道的预定区段的一个或多个安 装尺寸。使用流量计进行的通过管道10的流量测量的精确性取决于对该管道的预定区段 的安装尺寸的准确确定。基于以下关系来确定通过管道10的预定区段的体积流量(Q)q^Sx&^T ^2xL
其中K是轮廓因数，S是管道10的预定区段12的截面积，C是流体中的声音的速 度，L是位置之间的距离，而Δ T是时间量度。在所示实施例中，沿着外周表面14在多个位置中的各个处测量曲率半径和壁厚。 例如，在位置18处，曲率半径由R1表示，而厚度由T1表示。类似地，在位置20、22、24、26、 28,30和32处的曲率半径和厚度量度分别由R2T2> R3T3、R4T4, R5T5, R6T6, R7T7和R8T8表示。 在所示实施例中，位置18可称为基准点。通过参照基准点18进行周向地测量来标记随后 的位置20、2 2、24、26、28、30和32中的各个。在某些其它示例性实施例中，基准点可取决于 应用而变化。基于包括沿着外周表面14的该多个位置中的各个处的测得曲率半径和壁厚 的测量数据，使用计算算法来确定管道10的预定区段12的截面积。在一些示例性实施例 中，可确定一个或多个安装尺寸，包括管道的预定区段12的截面积、壁厚、直径或它们的组 合。在传统技术中，测量沿着管道的周向方向的各位置处的管道的直径和壁厚。使用平均 直径和平均壁厚数据来计算管道的安装位置的截面积。但是，传统技术不适用于非圆形的 应用(诸如当管道具有非圆形截面时)，例如具有椭圆形截面区域的管道。由于各种各样 的因素，例如管道的非圆形轮廓，可引起测量误差，而且由于诸如分辨率、再现性、可重复性 等因素，测量装置中也可引起误差。误差还可能由于不适当地接近管道的安装位点而产生。 根据本发明的一个示例性实施例的技术直接测量沿着管道10的预定区段12的外周表面的 多个位置中的各个处的曲率半径以及还有壁厚。示例性技术提供了对管道10的预定区段 12(流量计将安装到其中，以便在管道10中进行流量测量)的一个或多个安装尺寸的精确 的尺寸估计。参照图2，示出了根据图1的各方面的、构造成以便测量管道10的预定区段12的 曲率半径的第一装置34。在所示实施例中，第一装置34包括彼此隔开且构造成以便接触 管道的预定区段12的外周表面14的多个支脚部分36。支脚部分36的数量可包括两个或 更多个支脚部分。在支脚部分36之间提供刻度盘指示器38。刻度盘指示器38构造成以 便提供沿着外周表面14从基准点起周向地测量到的多个位置中的各个处的曲率半径的指 示。在一个示例性实施例中，刻度盘指示器38可包括线性可变差动变压器(LVDT)。在另一 个示例性实施例中，刻度盘指示器38可包括数字刻度盘指示器。参照图1和2两者，例如， 第一装置34可首先定位在位置18处，且用于测量位置18处的曲率半径(R1)。换句话说， 记录相对于平面偏转的刻度偏转。然后第一装置34可沿顺时针方向运动，且相继放置在位 置20、22、24、26、28、30和32上，且用于测量曲率半径R2> R3> R4> R5> R6> R7> R8。在本文应当 注意，用于测量的运动的起点和方向可取决于要求而变化。可将关于多个位置的曲率半径 数据传输到处理器40以进行后续计算，以确定管道10的预定区段12的截面积。参照图3，示出了根据图1的各方面的、构造成以便测量管道10的预定区段12的 壁厚的第二装置42。在所示实施例中，第二装置42可脱开地联接到沿着管道10的预定区 段12的外周表面14从基准点起周向地测量的多个位置中的各个上。第二装置42构造成 以便测量沿着管道10的预定区段12的外周表面14的多个位置中的各个处的壁厚。在一 个示例性实施例中，第二装置42包括基于超声波的厚度测量系统。例如，基于超声波的厚 度测量系统可使用发送器变换器来将超声波能量的脉冲引导到管道10的预定区段12的外 周壁中，且可采用接收器变换器来接收从管道10的预定区段12的外周表面反射的脉冲。 可参照来自时钟脉冲源的时钟脉冲的发生来进行用于确定壁的厚度的定时测量，该发生也促动了发送器变换器。在另一个示例性实施例中，基于超声波的厚度测量系统可使用单个 探测器来将超声波能量的脉冲引导到管道10的预定区段12的外周壁中，且接收从管道10 的预定区段12的外周表面反射的脉冲。在另一个示例性实施例中，第二装置42包括基于 涡流的厚度测量系统。在另一个示例性实施例中，第二装置42包括基于X光的厚度测量系 统。应当注意，可构想本领域技术人员已知的任何类型的厚度测量系统。在某些示例性实施例中，图2所示的第一装置34和图3所示的第二装置可为结合 在单个单元中的单件物。然后可使用该单个单元来测量管道的预定区段的外周表面的多个 位置中的各个处的曲率半径和壁厚二者。例如，用于测量管道厚度的基于超声波或涡流的 厚度测量系统可为用于测量曲率半径的系统的一部分。在另一个实例中，可将LVDT或刻度 盘指示器的末端用作超声波/涡流探测器，以测量壁厚。在这样的系统中，可同时测量曲率 半径和壁厚两者。
参照图1和2两者，例如，第二装置42可首先定位在位置18处，且用于测量位置 18处的壁厚(1\)。然后第一装置42可沿顺时针方向运动，且相继放置在位置20、22、24、26、 28,30和32处，且用于测量壁厚T2, T3、T4、T5、T6、T7和Τ8。在本文应当再次注意，用于测量 的运动的起点和方向可取决于要求而变化。可将关于多个位置的曲率半径数据传输到处理 器40以进行后续计算，以确定管道10的预定区段12的截面积。测量曲率半径数据和壁厚 数据，以获得管道10的预定区段12的截面积。参看图4，示出了流程图44，流程图44示出了根据本发明的一个示例性实施例的、 用于测量构造成以便容纳流量测量系统的管道10的预定区段12的一个或多个安装尺寸的 过程步骤。流程图44包括使用测量装置标记沿着管道10的预定区段12的外周表面14从 基准点起周向地测量的多个位置，如由步骤46所表示。在一个实例中，可沿着管道10的预 定区段12的外周表面标记八个位置。在另一个实例中，可沿着管道10的预定区段12的外 周表面14标记十二个位置。位置的数量和位置之间的间距可取决于应用而变化。第一装 置34联接到沿着外周表面的多个位置中的各个上，如由步骤48所表示。使用第一装置34 来测量沿着外周表面14的多个位置中的各个处的曲率半径，如由步骤50所表示。然后将 曲率半径数据传输到处理器，以进行进一步的计算操作。将第二装置42联接到沿着外周表面14的多个位置中的各个上，如由步骤52所表 示。使用第二装置42来测量沿着外周表面14的多个位置中的各个处的壁厚，如由步骤54 所表示。然后将壁厚数据传输到处理器，以进行进一步的计算操作。处理器40基于包括曲 率半径和壁厚的数据来计算管道10的预定区段12的截面积，如由步骤56所表示。在一些 示例性实施例中，可确定一个或多个安装尺寸，包括管道10的预定区段12的截面积、壁厚、 直径或它们的组合。当作为管道10内的流量计或用于定期地校准管道10的安装区段而使 用系统时，可使用该示例性技术。根据另一个示例性实施例，处理器40的输出可包括在管 道的预定位置处的管道10的内截面和外截面的形状。虽然已经仅结合有限数量的实施例来对本发明进行了详细描述，但是应当容易地 理解，本发明不限于这种公开的实施例。相反，可修改本发明，以结合此前未描述但与本发 明的精神和范围相称的任何数量的变化、更改、替换或等效布置。另外，虽然已经对本发明的 各种实施例进行了描述，但要理解的是本发明的各方面可包括所描述的实施例中的仅仅一些 实施例。因此，本发明不应视为受前述描述的限制，而是仅受所附的权利要求书的范围限制。
权利要求
一种用于测量构造成以便容纳流量测量系统的管道的预定区段的一个或多个安装尺寸的设备，该装置包括第一装置，所述第一装置构造成可脱开地联接到沿着所述管道的预定区段的外周表面从基准点起周向地测量的多个位置上，且构造成以便测量所述管道的预定区段的外周表面的所述多个位置中的各个处的曲率半径；第二装置，所述第二装置构造成可脱开地联接到沿着所述管道的预定区段的外周表面的所述多个位置上，且构造成以便测量沿着所述管道的预定区段的外周表面的所述多个位置的壁厚；以及处理器，所述处理器配置成以便接收测量数据，所述测量数据包括沿着所述管道的预定区段的外周表面的所述多个位置的曲率半径和壁厚，其中，所述处理器配置成以便基于所述测量数据来确定所述管道的预定区段的截面积。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一装置包括彼此隔开且构造成以 便接触所述管道的预定区段的所述外周表面的多个支脚部分。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述第一装置包括在所述多个支脚部分 之间提供的且构造成以便指示沿着所述管道的预定区段的外周表面的所述多个位置的曲 率半径的刻度盘指示器。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述刻度盘指示器包括线性可变差动变 压器或数字刻度盘指示器。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二装置包括基于超声波的厚度测 量系统°
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二装置包括基于涡流的厚度测量 系统。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二装置包括基于X光的厚度测量系统。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述一个或多个安装尺寸包括所述管道 的预定区段的截面积或壁厚或直径。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备构造成用于测量具有椭圆形截 面的管道的预定区段的一个或多个安装尺寸。
10.一种方法，包括相继将第一装置联接到沿着管道的预定区段的外周表面从基准点起周向地测量的多 个位置上；通过所述第一装置测量所述管道的预定区段的外周表面的所述多个位置中的各个处 的曲率半径；将第二装置可脱开地联接到沿着所述管道的预定区段的外周表面的所述多个位置上；通过所述第二装置测量所述管道的预定区段的外周表面的所述多个位置中的各个处 的壁厚；以及基于包括所述管道的预定区段的外周表面的所述多个位置中的各个处的曲率半径和 壁厚的测量数据，确定所述管道的预定区段的截面积。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法包括使所述第一装置的多个 支脚部分触靠在所述管道的预定区段的所述外周表面上。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括使用所述第一装置的刻 度盘指示器来测量沿着所述管道的预定区段的外周表面的所述多个位置的曲率半径。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括使用线性可变差动变压 器或数字刻度盘指示器来测量沿着所述管道的预定区段的外周表面的所述多个位置的曲 率半径。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法包括使用基于超声波的厚度 测量系统来测量所述壁厚。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法包括使用基于涡流的厚度测 量系统来测量所述壁厚。
16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法包括使用基于X光的厚度测量 系统来测量所述壁厚。
17.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法包括确定所述管道的预定区 段的截面积或壁厚或直径或者它们的组合。
18.一种用于测量构造成以便容纳流量测量系统的管道的预定区段的一个或多个安装 尺寸的设备，该装置包括构造成可脱开地联接到沿着所述管道的预定区段的外周表面从基准点起周向地测量 的多个位置上、且构造成以便测量所述管道的预定区段的外周表面的所述多个位置中的各 个处的曲率半径和壁厚的装置；以及配置成以便接收测量数据的处理器，所述测量数据包括沿着所述管道的预定区段的外 周表面的所述多个位置的曲率半径和壁厚，其中，所述处理器配置成以便基于所述测量数 据来确定所述管道的预定区段的截面积。
19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述设备还包括构造成以便标记所述 多个位置的测量装置。
20.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述装置包括彼此隔开且构造成以便 接触所述管道的预定区段的所述外周表面的多个支脚部分。
21.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述装置包括在所述多个支脚部分之 间提供且构造成以便指示沿着所述管道的预定区段的外周表面的所述多个位置的曲率半 径的刻度盘指示器。
22.根据权利要求21所述的设备，其特征在于，所述刻度盘指示器包括线性可变差动 变压器或数字刻度盘指示器。
23.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述装置包括基于超声波的厚度测量 系统。
24.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述装置包括基于涡流的厚度测量系统。
25.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述一个或多个安装尺寸包括所述管 道的预定区段的截面积或壁厚或直径。
26.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述设备构造成用于测量具有椭圆形 截面的管道的预定区段的一个或多个安装尺寸。
全文摘要
一种方法包括测量管道的预定区段的外周表面的多个位置中的各个处的曲率半径，其是通过第一装置测量的。第二装置可脱开地联接到沿着管道的预定区段的外周表面的该多个位置上。通过该第二装置测量管道的预定区段的外周表面的该多个位置中的各个处的壁厚。基于包括管道的预定区段的外周表面的多个位置中的各个处的曲率半径和壁厚的测量数据，测量管道的预定区段的截面积。
文档编号G01B15/02GK101836070SQ200880113830
公开日2010年9月15日 申请日期2008年7月29日 优先权日2007年10月25日
发明者J·D·蒂尔登, N·R·小科尔比, T·J·巴青格尔, W·I·费迪, X·S·敖, 吴艳艳 申请人:通用电气公司