专利名称：利用压力测量容器中的流体体积的制作方法
技术领域：
本系统和方法涉及流体计量器(fluid meter)。更具体地说，本计量器通过测量将容器内的压力驱动到预定压力花费多长时间，来测量已知容量的容器内的流体量。
背景技术：
希望一种相对便宜的、用于测量具有已知容量的容器中的流体的方法或系统。在生产过程应用中，通常将流体临时存储在容器中供以后使用。通常，通过视觉上观察容器中的液面或者采用一些液面指示器来测量容器中的流体量。远程地监控这些液面通常需要诸如电容或者电阻液面指示器等昂贵的电子液面指示器，它们被普遍使用并且价值数百美元。在其它的应用中，作为生产过程的一部分，流体被暂时存储在容器中，并且希望进行测量，但是并未执行测量。例如，可以将流体抽入到容器中，或者如2002年3月26日递交的、菲利普·埃格尔斯顿(Philip Eggleston)的题目为“用于从井中抽取油或其它流体的装置”的、序列号10/106,655的美国专利申请中所述的那样进行收集，此处包含该专利申请作为参考。如该参考专利申请所描述的那样，每次在油井深处用罐(canister)收集接近3到5加仑的油，然后将其带到地面。罐可以容纳的流体量是已知的。一旦该容器到达地面，用压缩机将流体抽取到管道中，该压缩机对该容器进行加压，从而迫使其中的流体被上推而通过沿罐内部延伸的管道。换言之，随着压缩空气进入到该罐中，迫使油上升到管道中，并流到罐外。使用输送管道，油被从罐中传送到油罐组中。希望在将流体抽取到输送管道之前、并且不干扰该过程，能够知道每个周期实际被回收的流体量。例如，如果被回收的量已知，则每个周期能够被调整到回收对于每个周期而言的最大油量，或者以井的回收速度来回收油。相似地，存在许多其它的过程，还没有容易、便宜、中断(disruptive)的方法来测量容器中的流体。
可以根据具体描述和附图最佳地理解本公开文件，其中图1为说明根据下面具体描述的教导的一种可能的流体计量器系统，其可以用于测量容器中的流体。
具体实施例方式
通常，用在生产过程中或者作为生产过程结果而产生的流体被一次或多次放于具有已知容量的容器中进行存储。在将流体从容器中抽取出来之前，由于许多原因而希望知道流体量，这些原因包括计量因生产过程而产生的流体量或者知道是否存在足够的流体以启动或完成生产过程。下面详细描述的本公开文件提供一种便宜的测量流体体积的方法或者系统。基本是，通过测量对未被流体填满的容器的剩余体积进行加压的影响，来确定流体的体积。加压该剩余体积的影响对于已知体积而言是可预知的，该影响被用来确定容器中的流体体积。换言之，通过测量将未被流体填充的体积压缩到预定压力的所需时间，来确定容器中的流体量。明显地，该流体优选为不可压缩的流体，例如油，或者具有已知的压缩率。
现在参见图1，示出过程系统10，表示通过泵16将流体从管道12(如箭头所指示的)抽取到封闭式容器14中。随着流体进入到容器中，所提供的电磁阀22控制下的排放口18可以排出被进入的流体所替代的空气。一旦流体15被抽取到容器14中，阀20关闭，终止更多流体进入到容器14中。本领域技术人员可以理解，泵还可以充当阀，以终止液流进入或者流出容器。本公开文件不限制可以使用的泵或者阀的类型，只要存在相对密封的切断，以便阻止更多的液流通过管道12进入或者流出容器。此外，压缩空气可以充当如上面参考的Eggleston专利申请中所描述的泵。一旦完成容器中流体体积的测量，如下面将要详细描述的那样，可以使用同一个泵(如虚线管线所建议的)或者通过提供另一个阀30控制下的单独排水管28，将流体抽出容器14。还可能由于排水管28的下流压力，结合单向阀(未示出)的压力调节器可以用于调节来自容器的流量。
还显示压缩机32，其用于提供压缩空气到容器14中，并且将压缩机32与压力开关34结合使用，以便一旦要存储在容器14中的流体被抽入、倾注入或者以某种方式进入到容器中，则计量容器中的流体量。压力开关34优选被置于容器的顶部，并且当压缩空气被压缩机抽取到容器中时，用来确定容器内部何时达到预定压力。可选地，压力开关34可以被置于连接到容器14的压缩机的空气管道35上。压力开关被广泛的应用并且相对便宜，通常仅花费几美元。在优选压力处激活的压力开关的坚固性十分重要。由于压力开关的漂移会影响测量的准确性，因此应该注意选择不漂移的压力开关。此外，均匀地从压缩空气储存罐中引入压缩空气也将提高测量的准确性。例如，使用不带储存压力罐的活塞型压缩机能引起到容器中的气流脉冲，该气流脉冲会过早触发压力开关。在替代方案中，可以使用压力传感器，并对其进行监控以确定何时达到预定压力。
所有的构件优选处于控制器36的控制下，例如可编程逻辑控制器(PLC)或者所示的用在分布式控制系统(DCS)中的控制器。控制器36优选装有计时器38，该计时器用来确定将容器加压到预定压力所需的时间。如下面将要进一步描述的，该时间与容器中的流体体积有关。控制器计时器通常非常准确，并且能够以毫秒为单位进行采样。或者，需要单独的计时器，并且优选处于该控制器的控制下。将容器加压到预定压力所需的时间将取决于所选择的预定压力和容器中被加压的体积而变化。对容器加压的速度将直接影响准确性的范围以及诸如温度或小泄漏等可能会出现的变量的影响。优选地，将容器加压到预定压力所需的时间以及引入到容器中以加压该容器的空气速率较短。例如，希望选择预定压力和在容器为空时加压该容器所需要的压缩空气体积，从而使所需的时间低于20秒。然而，取决于执行测量的情况和环境，时间将会明显的增加。应该注意，虽然减少时间有助于消除诸如温度或泄漏等不希望的变量，但是取决于计时器的速度，也会降低测量的准确性范围。因此，本领域技术人员将会理解，当在他们的应用中使用这种测量流体的方法时，需要考虑这些变量。
回来参见附图，通过电磁阀22而使得排放口18关闭，就像允许流体进入和流出容器的阀20和30那样。关闭阀以允许容器成为被加压容器。本领域技术人员应明白，如果压力泄漏最小并且相对恒定，也可以用半加压容器。一旦关闭，压缩机将容器加压到预定压力，例如从0PSI到20PSI。如已经提及的那样，优选通过向容器提供恒定的压缩空气流来使得压缩机运行平稳。可以为此目的使用几乎任何常规的、商业上常用的压缩机。通常任何压力都会起作用，但是轻微地加压，比如在5PSI附近或者更低(取决于下面将要呈现的计时器的分辨率和压力开关)，带来流体体积的更快测量以及作为泄漏或者温度结果的较小影响。在某些情况下，使用较低的压力甚至可以带来更“实时”的测量以及更少的过程中断。
容器的形状会影响加压其中有不同体积流体的容器所需的时间，然而，每个容器都会具有关于不同体积的预定加压特征模式。例如，柱形容器，如图所示，通常会在将容器加压到预定压力上的所需时间和容器中的流体液面之间呈现出线性关系。其它容器的特性取决于体积液面如何随着流体注入到容器中而变化。例如，如果所示的柱形容器被置于其一侧，由于罐壁的曲率，它将会被不同地填充(变化或者液面变化的速度)，因此将会具有不同的预定压力时间特性。一旦确定容器的压力特性，达到预定压力所需的时间会与容器体积直接相关。本领域技术人员应该从此处提供的细节中意识到，被测量体积的分辨率取决于传感器、计时器的分辨率以及为了测量目的而对加压罐所选择的实际压力。
作为例子，使用类似于图1所示的能够容纳552盎司的柱形容器储存流体。实施测试以确定对于不同液面将容器加压到20PSI预定压力的时间特性。所示出的将容器加压到20PSI的所需时间的结果与容器中的流体量接近于线性。结果，形成下述关系。
Tm＝(Te-Tf)/(Ve-Vf)*Vm+Te或者Vm＝[(Tm-Te)/(Tf-Te)]*V，其中Tm是测得的是未知体积获得所希望的预定压力的时间，Te是当容器为空时测量的时间，Tf是当容器充满时测量的时间，V是容器的容积，Vm是被测量的体积。
换言之，被测量的体积是所指出的已知和被确定的时间的比率。通过另外使用552盎司的例子，用惯用便宜的便携式压缩机将容器加压到20PSI大约需要42.75秒。所使用的压力开关来自于Barksdale，约花费12美元。在另外的测试中，当容器充满时，花费1.2秒来将它加压到20PSI。
使用上述描述的关系，容器中带有未知体积流体的测试大约需要15.8秒来将该容器加压到20PSI。按照如下方法得到容纳在容器中的358.04盎司流体的体积Vm＝(15.8秒-42.75秒)*[(0-552盎司)/(42.75秒-1.2秒)]类似地，如果罐已经被加压，无论压力高或者低，则通过对将容器加压到不同压力所花费的时间进行测量，可以用上述相同的原理确定容器中流体的体积。
从上述描述中，本领域技术人员会理解其它变化、代替以及替换也都是可能的，而未背离上述公开内容、附图以及下述权利要求的精神和范围。例如，如果使用单向阀来防止下流流体进入到容器中，则可以使用差动压力传感器来测量下流压力与容器内压力之间的差。被测量的达到克服下流压力的压力所花费的时间，可以用来测量容器内的流体体积。此外，容器的情况和尺寸可以导致测量受温度影响。在这些情况下，可以将温度传感器40用在测量中来抵消这些影响。如图1所示，温度传感器40位于罐的外部以测量周围温度，或者位于罐的内部以测量空气或者流体体积的温度(如虚线所示)，或者同时位于外部和内部。可选地，可以使用温度补偿压力传感器。此外，假设流体是不可压缩的。然而，如果在进行测试时考虑流体的压缩特性，则某些流体的体积可以用这种方法来确定。此外，虽然本公开文件描述了加压容器的系统，但是本领域技术人员应该理解，可以引入真空容器，并且可以利用达到预定真空压力所需的时间来测量体积。
权利要求
1.一种流体计量器，包括可被加压的容器；用于将该容器内的压力驱动到预定压力的装置；传感器，用于测量该容器内的压力，并在达到该预定压力时进行指示；计时器，用于测量该容器达到该预定压力所需的时间量；以及用于基于所述将该容器内的压力驱动到预定压力所需的时间来确定该容器内流体体积的装置。
2.如权利要求1所述的流体计量器，其中所述用于将该容器内的压力驱动到预定压力的装置为带有储气罐的压缩机。
3.如权利要求1所述的流体计量器，其中该传感器是设定为该预定压力的压力开关。
4.如权利要求1所述的流体计量器，其中所述用于驱动压力的装置、该传感器以及该计时器处于控制器的控制下。
5.如权利要求1所述的流体计量器，进一步包括温度传感器，用于测量该容器的外部、或内部、或者外部和内部的环境温度。
6.如权利要求5所述的流体计量器，其中所述用于确定该容器内流体体积的装置，当确定被测量的体积时，使用由该温度传感器检测的测量温度来补偿温度影响。
7.一种确定容器中流体体积的方法，包括以下步骤将容器加压到预定压力；测量将该容器加压到该预定压力所需的时间，以及基于所述将该容器加压到该预定压力所需的时间，确定该容器中的体积量。
全文摘要
本发明在此公开了一种流体计量器，其包括可被加压的容器，用于将容器中的压力驱动到预定压力的装置，用于测量容器内的压力并在达到预定压力时进行指示的传感器，用于测量该容器达到预定压力所需的时间量的计时器，以及基于将容器内的压力驱动到预定压力所花费的时间来确定容器内的流体量的装置。
文档编号F16K21/00GK1906378SQ200480003842
公开日2007年1月31日 申请日期2004年1月26日 优先权日2003年2月10日
发明者迈克尔·L·谢尔登 申请人:费舍-柔斯芒特系统股份有限公司