流量计的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种流量计，用于测量通过导管的过程流体的流量，包括延伸进入所述导管的皮托管，皮托管由于所述过程流体的流动在所述过程流体中产生压差；上游过程变量传感器，安装在所述皮托管上并且暴露于由所述过程流体的流动所产生的压力，配置用于感测所述过程流体的上游过程变量；下游过程变量传感器，安装在皮托管上所述上游过程变量传感器的下游并且暴露于由所述过程流体的流动所产生的压力，配置用于感测所述过程流体的下游过程变量；以及测量电路系统，配置用于基于所述上游过程变量和所述下游过程变量确定所述过程流体的流量。
【专利说明】流量计
【技术领域】
[0001]本发明涉及工业过程中过程流体的流量测量。更具体地，本发明涉及流量变送器(flow transmitter)。
【背景技术】
[0002]从压差测量获得的流速(flow rate)测量在现有技术中是常见的并且可以在许多类型的流体流量计中找到。例如，皮托管(Pitot tube)感测流动流体的上游(或者“滞止” stagnation)压力和下游(包括“静态”或者“吸入”)压力，以便产生与冲击所述皮托管的流体的流速相关的压差值。均速(averaging)皮托管包括导致皮托管本体中流体压力通过部(fluid plenum)的压力孔(pressure port)。然后,脉冲线(impulse line)将所述流体压力传递至流量计算设备，诸如工业过程变量变送器。
[0003]所述过程变量变送器包括至少一个接收所述压差的传感器。例如，可以使用压差传感器，所述压差传感器从皮托管型非流线型体(bluff body)接收上游和下游压力并且响应地提供与所述两个压力之间的压差相关的电输出。变送器内的电路系统配置用于基于已感测的压差响应地计算流量。
[0004]在许多应用中证明并且重视由均速皮托管和压差传感器组成的现有流量计的功能性。然而，利用多压力的测量可能实现增加的功能。此外，附加的测量会使能诸如腔室阻塞(clogging)、管道堵塞、安装问题、传感器故障等的诊断。
实用新型内容
[0005]将过程变量变送器配置为流量计，用于测量通过导管的过程流体的流量。所述变送器包括延伸进入所述导管的皮托管，所述皮托管由于所述过程流体的流动在所述过程流体中产生压差。将上游过程变量传感器安装在所述皮托管上并且耦合至所述过程流体的流，以便感测所述过程流体的上游过程变量。将下游过程变量传感器安装在皮托管上所述上游过程变量传感器的下游并且耦合至所述过程流体的流，以便感测所述过程流体的下游过程变量。测量电路系统基于所述上游过程变量和所述下游过程变量确定所述过程流体的流量和/或执行诊断。在另一种配置中，将过程变量传感器横向地放置在所述皮托管的任一侧上并且用于确定流量和/或执行诊断。
[0006]一种流量计，用于测量通过导管的过程流体的流量，其特征在于包括:延伸进入所述导管的皮托管，所述皮托管由于所述过程流体的流动在所述过程流体中产生压差；在皮托管中的上游压力通过部，具有由所述过程流体流动所产生的上游压力；在皮托管中的下游压力通过部，具有由所述过程流体流动所产生的下游压力；耦合在上游和下游压力通过部之间的压差传感器，配置用于测量所述上游和下游压力之间的压差；测量电路系统，配置用于基于已测量的压差确定所述过程流体的流量。
[0007]一种流量计，用于测量通过导管的过程流体的流量，其特征在于包括:延伸进入所述导管的皮托管，所述皮托管由于所述过程流体的流动在所述过程流体中产生压差；第一横向过程变量传感器，安装在所述皮托管上并且暴露于由所述过程流体的流动所产生的压力，配置用于感测所述过程流体的第一横向过程变量；第二横向过程变量传感器，安装在所述皮托管上所述第一横向过程变量传感器的下游并且暴露于由所述过程流体的流动所产生的压力，配置用于感测所述过程流体的第二横向过程变量；以及测量电路系统，配置用于基于已测量的第一和第二横向过程变量确定所述过程流体的流量。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1示出了本发明的流量测量系统和过程管线(process piping)的剖视图。
[0009]图2是根据本发明一个示例实施例的流量测量系统和流量变送器的简化方框图。
[0010]图3是包括过程变量传感器的根据本发明的流量计中探针的横断面图。
[0011]图4是根据一个示例实施例的承载过程变量传感器的皮托管的局部视图。
[0012]图5是在另一种示例配置中承载过程变量传感器的皮托管的局部视图。
[0013]图6是具有过程变量传感器的皮托管的局部视图，所述过程变量传感器被承载在空腔中并且利用隔离膜片与过程流体隔离。
[0014]图7是根据一个示例实施例的承载过程变量传感器的皮托管的局部视图。
【具体实施方式】
[0015]正如在【背景技术】部分所讨论的，皮托管型流量传感器通常通过产生压差工作。压差传感器可以用于感测这个压差，然后使所述压差与经过皮托管的过程流体的流速相关联。通常，将所述压力通过皮托管中的压力通过部传递至所述压差传感器。已知的是，如果从皮托管获得的上游和下游压力是取自流量管直径上的平均压力，那么可以获得更精确的流量测量。尽管这样确实提供了更精确的流量测量，但是却丢失了与流量管内具体位置处的压力有关的信息。这种附加信息在给流量测量设备提供附加功能中是有用的。例如，可以检测流量剖面异常，阻塞、与所述过程流体一致性有关的信息、流量管内部件的退化(degrading)或腐蚀、压差传感器的故障或退化等。本发明提供了一种流量计，所述流量计利用皮托管或者其他延伸进入导管的非流线型体来测量通过导管的过程流体的流量。将至少一个传感器放置在所述皮托管/非流线型体的上游和/或下游一侧，以便给所述流量计提供信息。这种信息可以用于确定流速和/或给所述流量计提供附加的功能。下面讨论本发明示例实施例的操作。提供冗余的流量测量提高了测量置信度、改进了可靠性并且便于预防性维护。此外，在所述皮托管上承载的压力传感器可以用于替代现有技术配置的压差传感器。
[0016]图1是阐释了本发明实施例环境的一个示例的过程控制系统10的示意图。将流量测量系统12通过过程控制回路16耦合至控制室14 (建模为电压源和电阻)。回路16可以利用适当的协议在流量变送器12与控制室14之间通信流量信息。例如，过程控制回路16根据过程工业标准协议操作，诸如高速可寻址远程传感器(IIARTK:)、F0UNDATIONTM现场总线或者任何其他适当的协议。此外，所述过程控制回路16可以包括无线过程控制回路，其中例如利用根据IEC62591标准的層IrelessHAim通信协议无线地通信信息。可以采用包括以太网或者光纤连接的其他技术以及其他通信技术。
[0017]在一种配置中，压差用于基于在插入到过程流体流中的皮托管型探针的“上游”侧上感测到的压力与所述探针的“下游”一侧感测的压力之间的差异来确定过程流体的流量。在另一种示例配置中，在所述探针的任一侧横向地并且通常与所述流动方向垂直地感测压力。这些横向的压力作为润流(vortex shedding)的函数变化。如下所述，这种变化的频率和/或幅度可以用于确定所述过程流体的流速。
[0018]图1还示出了过程流体容器(诸如管道或者闭合导管18)的切掉部分，将压差测量探针20安装在所述过程流体容器中。探针20提供了沿直径横跨管道18内部的皮托管型非流线型体22。图1中的方向箭头24表示管道18中流体流动的方向。示出了流体歧管(fluid manifold) 26和流体变送器外壳13安装在皮托管20的外端。变送器外壳13可以包括可选的压力传感器28，所述可选的压力传感器通过通道与探针20流体耦合。此外，图1阐释了二级传感器连接27，所述二级传感器连接用于将由所述非流线型体22承载的过程变量传感器连接至流量变送器13内的电路系统。下面更详细地解释所述过程变量传感器的操作。
[0019]图2是流量变送器12的系统方框图。流量测量变送器12包括流量变送器外壳13和压差测量探针20。流量测量变送器12可耦合至过程控制回路(诸如回路16)并且适用于通信与管道18内的过程流体的流动有关的过程变量输出。变送器12包括回路通信器
32、可选的压差传感器28、测量电路系统34和控制器36。
[0020]回路通信器32可耦合至过程控制回路(诸如回路16)并且适用于在所述过程控制回路上通信。这种通信可以根据任何合适的过程工业标准协议，诸如上面所讨论的协议。
[0021 ] 如果使用可选的压力传感器28，那么通过通道30分别将第一和第二端口 38、40耦合至可选的第一和第二压力通过部42、44。传感器28可以是具有响应于所施加压力的变化而变化的电性能的任何装置。例如，传感器28可以是电容式压力传感器，其中电容响应于施加在端口 38与40之间施加的压差而变化。
[0022]将测量电路系统34耦合至传感器28并且配置用于提供与端口 38和40之间的压差有关的传感器输出。测量电路系统34可以是能够提供与压差有关的合适信号的任何电子电路系统。例如，测量电路系统可以是模数转换器、电容数字转换器或者任何其他适当的电路系统。
[0023]将控制器36耦合至测量电路系统34和回路通信器32。控制器36适用于给回路通信器32提供过程变量输出，其输出与由测量电路系统34提供的传感器输出有关。控制器36可以是微处理器或者任何其他适当的设备。典型地，控制器36会将所述压差转换成与所述过程流体的流速有关的输出。所述控制器可以执行补偿，例如利用曲线拟合技术等来调节压差与流速之间关系的非线性。可以利用附加的因素来补偿所述流速测量，包括补偿由于温度、待感测过程流体、绝对压力等造成的变化。
[0024]尽管已经相对于单独的模块描述了回路通信器32、测量电路系统34和控制器36，但是可以设想的是它们可以在诸如专用集成电路(ASIC)上组合。类似地，在基于微处理器的系统中的各种软件部件可以执行测量电路系统34、控制器36和回路通信器32的各个方面。
[0025]压差测量探针20通过通道30耦合至变送器外壳13。因此，传感器28的端口 38耦合至第一压力通过部42，而传感器28的端口 40耦合至第二压力通过部44。“压力通过部”是通道、沟道、管道等，使具有特定特性或者压力的流体被导引或者准入至其中并且所述流体压力通过它们传导或者传递。
[0026]在所阐释的实施例中，第一(上游)压力通过部42包括至少一个冲击孔(impactaperture) 48并且设置为从探针冲击(或者上游)表面46向传感器28的端口 38通信压力。孔48可以是任何适当的配置。孔48包括纵向分量，在一些实施例中，所述纵向分量可以足够长，使得孔48实质上与非流线型体22的纵轴对齐。第二(下游)压力通过部44包括使下游与冲击表面46隔开的非冲击(或者下游)表面50。非冲击表面50包括至少一个非冲击孔52，所述非冲击孔设置为从所述非冲击表面经由压力通过部44通信至传感器28的端口 40。如果没有使用第二压力通过部，那么可以提供压力抽头(pressure tap)。待测压力的位置是出于描述的目的并且本发明不限于这种配置。
[0027]在一个方面，本发明提供了至少一个流量计探针20上承载的过程变量传感器60。所述过程变量传感器60可以被所述变送器12利用以提供附加的功能。例如，可以获得附加的压力测量、温度测量等。如果提供了多个传感器，那么可以获得在探针20各个位置上的附加信息。在图2中，示出了过程变量传感器60L和60T，并且被阐释为耦合至测量电路系统34。将传感器60L定位在管20的前缘上并且将传感器60T定位在管20的后缘上。所述过程变量传感器60所采用的特定技术可以根据合任何适当的技术。此外，可以使用任何数量的过程变量传感器60。例如，这些附加的过程变量传感器可以在执行诊断中用于为测量流量提供冗余技术。例如，所述诊断包括识别已阻塞的压力通过部开口或者已堵塞的流量管，识别过程变量部件上沉积物的形成，监测通过所述过程流体的噪声等。下面讨论了许多示例配置。此外，本发明不限于需要压力通过部和/或独立的压力传感器的实施例。在一些实施例中，只将传感器定位在所述探针本身上。例如，可以使用两个绝对压力传感器，因而可以计算所述差异以便确定压差。
[0028]如上所述，根据所述非流线型体基本元件的高侧和低侧之间的压差信号确定来自探针20的流速。
[0029]除了形成压差之外，在流动流中的非流线型体还以与所述流体速度成正比的频率实现涡流。用于涡流的频率的公式如下:
【权利要求】
1.一种流量计，用于测量通过导管的过程流体的流量，其特征在于包括: 延伸进入所述导管的皮托管，所述皮托管由于所述过程流体的流动在所述过程流体中产生压差； 上游过程变量传感器，安装在所述皮托管上并且暴露于由所述过程流体的流动所产生的压力，配置用于感测所述过程流体的上游过程变量； 下游过程变量传感器，安装在皮托管上所述上游过程变量传感器的下游并且暴露于由所述过程流体的流动所产生的压力，配置用于感测所述过程流体的下游过程变量；以及测量电路系统，配置用于基于所述上游过程变量和所述下游过程变量确定所述过程流体的流量。
2.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于所述上游和下游过程变量传感器包括压力传感器。
3.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于包括压差传感器，所述压差传感器配置用于感测由所述皮托管产生的压差。
4.根据权利要求3所述的流量计，其特征在于所述测量电路系统基于已测量的压差提供输出。
5.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于所述上游和下游过程变量传感器包括其中形成有空腔的易碎材料，所述易碎材料响应于所施加的压力变形。
6.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于所述上游和下游过程变量传感器的至少之一包括温度传感器。
7.根据权利要求1所述的流量计，其`特征在于将所述上游和下游过程变量传感器的至少之一安装在所述流量管的外表面上。
8.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于包括第二下游过程变量传感器。
9.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于将所述上游和下游过程变量传感器的至少之一安装在所述流量管的压力通过部中。
10.一种流量计，用于测量通过导管的过程流体的流量，其特征在于包括: 延伸进入所述导管的皮托管，所述皮托管由于所述过程流体的流动在所述过程流体中产生压差； 在皮托管中的上游压力通过部，具有由所述过程流体流动所产生的上游压力； 在皮托管中的下游压力通过部，具有由所述过程流体流动所产生的下游压力； 耦合在上游和下游压力通过部之间的压差传感器，配置用于测量所述上游和下游压力之间的压差； 测量电路系统，配置用于基于已测量的压差确定所述过程流体的流量。
11.一种流量计，用于测量通过导管的过程流体的流量，其特征在于包括: 延伸进入所述导管的皮托管，所述皮托管由于所述过程流体的流动在所述过程流体中产生压差； 第一横向过程变量传感器，安装在所述皮托管上并且暴露于由所述过程流体的流动所产生的压力，配置用于感测所述过程流体的第一横向过程变量； 第二横向过程变量传感器，安装在所述皮托管上所述第一横向过程变量传感器的下游并且暴露于由所述过程流体的流动所产生的压力，配置用于感测所述过程流体的第二横向过程变量；以及 测量电路系统，配置用于基于已测量的第一和第二横向过程变量确定所述过程流体的流量。
【文档编号】G01F1/46GK203672420SQ201320408351
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年7月10日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】格雷戈里·罗伯特·斯特罗姆, 罗伯特·卡尔·海德克, 大卫·尤金·维克隆德 申请人:罗斯蒙特公司