流量计系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请案涉及一种系统并且涉及一种方法，所述系统和方法用于确定在全填充式导管中的流体的流动速率，所述流体包含液体以及气体两者。
【背景技术】
[0002]目前存在用于完全填充式管道的流出量测量技术。然而，这些方法假定速度分布而不是测量速度分布，所述假定速度分布对应于完全展开的速度剖面。令人遗憾的是，所假定的完全展开的速度剖面仅在管道中的在流向上的速度分布变化极小的区域中存在，而非沿着整个管道的长度存在。用于流出量测量的许多现有技术需要直管的伸展区域，并且此类管道可能在空间受限的房屋中不可使用。
[0003]许多工业应用处理复杂的管道系统中的流体。此类工业应用包含例如食品生产、油/气精炼厂、水电厂、污水处理厂等。通常将有用的是，了解在给定时间段中有多少流体移动经过此类导管中的特定点，即容积流率。为了对此进行精确估算，有必要了解穿过导管的整个截面的平均流速。然而，穿过导管截面的流速变化很大。因此，通常不可能使用单个流量传感器来检测平均流速。即使利用多个流量传感器，仍然可能存在明显误差，这种误差被称为剖面因数。剖面因数的先验知识可以用以将由流量传感器进行的速度测量校正为真实的空间平均速度。
[0004]管道内的速度剖面是至少两组力的函数:惯性力以及黏性力/摩擦力。例如，在改变流向的弯头或类似的管道组件的出口处，惯性力占优势，从而常常导致严重变形的速度剖面。随后由于与弯头/干扰的距离增加，黏性力/摩擦力变得更占优势。正是沿着管道壁的黏性力/摩擦力消除了由惯性力造成的变形。如果管道足够长，那么惯性力的影响会被完全消除并且达到“完全展开”条件，其中流动剖面不发生变化。令人遗憾的是，在实践中，使剖面变得“完全展开”可能需要五十个管径或更多个管径的长度。
[0005]在“完全展开”时的剖面的形状是管道壁的黏度以及粗糙度的函数。在大部分应用中，并不熟知黏度，并且通常从不限定管道壁的有效粗糙度。因此，根据流体黏度以及壁粗糙度(从层流状态直到湍流状态)，“完全展开流”中的剖面因数可以改变+/-10%。因而，显而易见的是，正确地补偿剖面因数中的变化会影响流量计的精度。
[0006]流量计还对其中存在较大旋转分量(漩流)的速度剖面灵敏。漩流通常通过在流向上的两个或两个以上平面外改变(例如，一个从垂直变成水平的弯头/三通后跟着改变在水平面中的流向的弯头/三通)产生。漩流在一定程度上存在于几乎每一个应用中并且可以产生明显的横向速度分量，另外，漩流需要很长的距离来消除。如果漩流未居中，那么它可能造成明显的误差。
[0007]空间约束和/或恰当的应用配置导致复杂的工业管流，所述工业管流含有弯头、三通和/或其它干扰以及非均匀元件。这导致难以将流量计安装在所建议的“最佳”位置处，所述“最佳”位置由其中存在完全展开的速度剖面的像弯头或泵一样的已知干扰的上游或下游的最小距离来界定。
[0008]因此，为了增加安装在复杂管道系统中的流量计的精度，需要校准流量计。根据所需精度，流量计制造商通常采用以下类型的校准技术，BP:
[0009]1.在制造过程之后在试验台上进行的流量计的工厂校准，以及
[0010]2.在使用场所处的流量计的“湿”校准。
[0011]关于第一类型的校准，试验台包含明确界定的管道系统，所述管道系统产生具有轴对称形状并且没有任何漩流的液体或气体的完全展开的速度剖面(通过使用整合的流动整直器)。通常，出于参考目的，安装主流量计、动态称重罐或单向或双向检管器，这将提供流经试验台的不同体积/质量的校正值。同时，安装测试流量计并且记录所测得的流动值。基于主流量计与测试流量计之间的偏差，计算校正操作。这些校正操作将用于或者以物理方式(例如，调整校准螺钉)或者以电子方式(例如，存储校正操作)来调整测试流量计，以便校准所述流量计的输出以给出在规定容限内对于给定流动条件的规定输出信号。
[0012]由于经校准和/或经证实的精度通常不与实际场所条件相关，因此根据安装条件以及与制造商建议的“最佳”安装条件的偏差，所测得的流动速率可能不太与实际流动速率相关并且精度可能受到损害。
[0013]关于第二类型的校准，例如，考虑到特定的场所条件，将现场仪表检定校准垫木安装在安装位置处。或者，还可以实施管道的截面内的实际速度剖面的现场点测量。那些测量的结果将与所安装的流量计的结果进行比较并且计算校正操作。将以电子方式存储这些取决于位置的校正操作，或者将应用流量计设备的物理调整以估算穿过导管的平均流动速率。
[0014]鉴于以上各段，应了解，再校准或者是昂贵的在试验台处因为设备需要被拆卸并且送到试验台位置，这会产生停机时间，或者是强制性的且昂贵的现场湿校准。
[0015]US 2010/0107776 Al提供了一种包括用于磁流量计的发射器的流量计。发射器包括电流源、存储器以及信号处理器。电流源激励流量计，使得流量计响应于过程流产生感应电动势。存储器存储描述在过程流中的流管干扰的流动配置。信号处理器根据感应电磁力并且进一步根据流动配置确定流动速率。
[0016]电磁流量计确实使用两个电极以产生电磁场，然而这些电极既不像在声学测量中一样发送和接收信号，也不跨越/表示测量路径。具体来说，这些路径需要涉及流动剖面并且因此涉及干扰的定向信息。
[0017]JP 6041860 B提供了一种测量具有弯曲部分的气体管道的湍流区域中的流动速率的方法。通过在实际弯曲部分的湍流区域中测得的流动速率值对通过将实际弯曲部分按比例缩小而获得的模拟模型管道所测得的内管段中的湍流误差系数进行校正。
【发明内容】
[0018]本申请案提供一种系统和一种方法，所述系统和方法用于确定在全填充式导管中的流体流动(包含液体以及气体两者)的速率。
[0019]在第一方面中，提供一种用于测量流体流量的系统。所述系统包括:用户界面，所述用户界面经配置以确定用于经选定导管安装场所的导管配置参数；信息存储库，所述信息存储库经配置以存储与在经选定安装场所处的预定导管配置参数以及流动速率中的至少一者相关联的多个校正操作；流量传感器，所述流量传感器经配置以测量在经选定安装场所处的流动速率；以及控制器，所述控制器经配置以将来自信息存储库的经选定校正操作应用到来自流量传感器的流动速率以估算在经选定安装场所处的导管中的平均流动速率。
[0020]优选的是，导管配置参数选自例如导管的几何延伸、干扰元件、导管直径、与干扰的距离以及其任何组合。导管优选地是封闭的加压管。
[0021]优选地，确定导管配置参数包含或者用户输入参数或者参数的自动测量。
[0022]还优选的是，流量传感器是流量计的一部分并且选自例如机械流量计、光学流量计、超声波流量计、差压计、正排量计、推导式仪表、振荡流量计、涡街流量计、科里奥利质量流量计、热式质量流量计、电磁流量计等。
[0023]用户界面是例如图形、电子、机械、语音操作、机电以及其任何组合等的形式。
[0024]此外，图形用户界面可以包含以下各者中的至少一者:字母数字菜单、下拉菜单、列表框菜单、组合框菜单、复选框菜单、图形选择菜单以及直接数据输入字段。
[0025]优选的是，校正操作选自例如值、矩阵、函数、算法、实时模拟、物理模型、代理模型以及其任何组合。
[0026]用户界面可经配置以与流量传感器一起位于现场、经配置成可移动的以及在校正操作的选择期间可连接到系统上的、或经配置以位于远离流量传感器处。
[0027]在第二方面中，提供一种用于测量流体流量的方法。所述方法包括确定用于经选定导管安装场所的导管配置参数；测量在安装场所处的导管中的流动速率；基于导管配置参数以及流动速率中的至少一者确定来自查找表的校正操作；以及通过将校正操作应用到所测得的流动速率上来估算在安装场所处的导管中的平均流动速率。
[0028]优选的是，导管配置参数选自例如导管的几何延伸、干扰元件、导管直径、与干扰的距离以及其任何组合。
[0029]优选地，使用例如图形、电子、机械、语音操作、机电以及其任何组合等的形式的用户界面来确定导管配置参数。此外，图形用户界面可以包含以下各者中的至少一者:字母数字菜单、下拉菜单、列表框菜单、组合框菜单、复选框菜单、图形选择菜单以及直接数据输入字段。确定导管配置参数可以包含或者用户输入参数或者参数的自动测量。
[0030]优选的是，校正操作选自例如值、矩阵、函数、算法、实时模拟、物理模型、代理模型以及其任何组合。
[0031]在最后的方面中，提供一种用于测量流体流量的系统的用户界面。所述界面包括:存储器，所述存储器经配置以存储用于预定导管配置的校正操作的查找表；输入装置，所述输入装置经配置以接收在导管安装场所处的导管配置的用户选择；以及通信模块，所述通信模块经配置以将用于在导管安装场所处的经选定导管配置的相对应的校正操作传达到流量传感器。
[0032]输入装置可以选自例如图形、电子、机械、语音操作、机电以及其任何组合等的形式。图形输入装置优选地包含例如以下各者中的至少一者:字母数字菜单、下拉菜单、列表框菜单、组合框菜单、复选框菜单、图形选择菜单以及直接数据输入字段等。用户界面可以或者位于现场或者位于远离导管安装场所处。
[0033]本申请案提供一种测量液体导管中的液体的流动速率的声学流量计。所述流量计通常在距离干扰元件5个导管直径内，其中在流量计处可以观察到来自干扰元件的干扰。
[0034]本申请案涉及与气体或气体混合物不同的液体以及被所属领域的技术人员视为可压缩媒质的液体的测量。
[0035]流量计包含一或多个声学发射器和接收器对、支架、界面单元以及计算机模块。
[0036]声学发射器和接收器对测量液体导管中的液体的流速值。
[0037]支架将声学发射器和接收器对固定到液体导管上。所述固定将声学发射器和接收器对夹紧到液体导管上，其中所述声学发射器和接收器对不被弄湿。
[0038]液体导管通常具有用于允许声学发射器和接收器对的声学信号到达液体的开口。所述对的发射器发射声学信号而所述对的接收器接收并且测量所述信号。液体的流动速率影响接收信号的时间。因此，信号的测量可以用来确定液体的流动速率。
[0039]界面单元接收液体干扰元件的类型数据、相对位置数据以及相对定向数据。相对位置数据相对于流量计而界定。相对定向数据同样相对于流量计而界定。位置数据可以指代用于界定液体干扰元件的位置的一组数据。同样地，定向数据可以指代用于界定液体干扰元件的定向的一组数据。
[0040]用户可以向界面单元输入这些数据。液体干扰元件通常放置于液体导管上游。换句话说，液体从干扰元件流向液体导管。干扰元件的一个实例是弯头导管。干扰元件的类型、位置以及定向用以干扰液体的流动并且可能将漩流或其它干扰引向液体。
[0041]界面单元用于通过用户输入接收液体干扰元件的相对位置数据以及相对定向数据。
[0042]计算机包含存储器单元、处理器以及输出装置。
[0043]存储器单元存储液体干扰元件的类型数据、位置数据以及定向数据，以及液体干扰元件的多个预定类型以及预定定向。
[0044]处理器根据液体干扰元件的类型数据、位置数据以及定向数据、以及来自声学发射器和接收器对的流速值计算液体的流动速率。
[0045]输出装置输出流动速率以用于向用户显示流动速率。
[0046]相对于流量计的定向的干扰元件的定向将影响或确定在流量计处流体的流速剖面。
[0047]所影响的流速剖面转而将影响声学发射器和接收器对的读数。声学发射器和接收器对具有声学测量路径，所述路径具有预定定向以及位置。测量路径还放置于具有预定定向以及位置的声学平面中。
[0048]在流速剖面中的变化将导致在声学发射器和接收器对的读数中的变化。换句话说，流速剖面的变化将导致声学发射器和接收器对的读数中的误差。
[0049