专利名称：流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及流量计，特别是涉及一种流量计安装接头，一种流量传感器阵列，以及用于操作多传感器热损失流量计的一种方法。
背景技术：
流量计是众所周知的装置，它们被用于测量流体，例如管道中的液体或气体，的流动速率。已知的流量计监控各种条件，例如被加热的传感器的热损失速率或者压差，以提供流量计内流动条件的输出表示。每种类型的已知流量计都有它的优点和缺点，但是对于许多流量计，特别是热损失流量计，如果没有对于流量计所要安装的工作环境的精确了解，预先校准流量计是困难的。结果，经常出现这样的情况，流量计将在安装之后进行调节的基础上提交给最终用户，以致于，流量计的输出并不代表流过该流量计的流量的真实测量值。这种方法需要非常熟练的技术人员来安装流量计，并且，它显然过多地依赖工厂的校准到如此程度以致超出了现有可能。
安装流量计时遇到了一个问题是，这种流量计通常插在管道的凸缘之间。这样，流量计将形成一个工厂确定了尺寸的入口，该入口在使用中位于由未知尺寸管道形成的通道下游。即使对于特定的安装，流量计待安装位置的管道上游的名义内径已知，在流量计本体的入口和该入口紧邻的上游管道之间也几乎是不可避免地有不连续之处，这将在流量计本体内产生不可预期的影响。这种不可预期的影响使得可靠地校准流量计是不可能的，直到流量计被安装到其最终使用位置后。
发明内容
本发明的一个目的在于消除或减轻上文概述的问题。
根据本发明，提供了一种流量计安装接头，该安装接头在流体输送管道中安装在流量计的上游，流量计在使用中设置在由管道形成的凸缘的下游，其中该接头包括管状延伸部分，该管状延伸部分的外径尺寸使其能够插入管道凸缘的管道上游，而安装接头具有构造得与流量计相接合的下游端，以使得由接头的延伸部分形成的通道相对于流量计位于预定的方向。
因此，不考虑上游管道的内径或条件，接头的延伸部分为流量计提供已知的上游条件。紧邻流量计的上游管道内表面被接头的延伸部分遮盖。此外，接头的延伸部分避免了任何用于将流量计密封到管道凸缘的垫圈伸入紧邻流量计上游的流动通道。
管状延伸部分本身可以被安装在凸缘上，该凸缘在使用中插在流量计的一个凸缘和管道凸缘之间。工厂确定的密封件可以设置在流量计和接头凸缘之间，消除了在安装接头和流量计之间提供不可预知结构的垫圈的需要。
如上所述的流量计安装接头使得有可能预先确定紧邻流量计的上游的条件，并从而改进流量计工厂校准的精确性。然而，流量计所使用的条件可能由于其它因素而以一种不可预知的方式变化，例如由于上游弯曲和管道的不连续而导致流动的不稳定性，特别是当流动速率有相当程度的变化时。例如，如果具有单个的热损失传感器的热损失流量计根据在传感器附近为完全展开流的假定而校准，可是条件改变，例如完全展开流被破坏，传感器输出和流量之间的关系可能会彻底地改变，而造成流量计输出的不精确。如果单个的传感器被设置在离管道轴线四分之三管道半径处的十二点钟位置，位于距管道轴线相同距离的三点钟位置的相同传感器能够产生非常不同的输出，如果流量计位于扰动产生处的下游，例如在一个平面中的单个弯曲或更复杂的弯曲组合的下游。在流量计未被设置在完全展开流之处，流动速率的变化可以有效地导致流量计附近流动条件中的旋转。因此，在一组条件下校准的流量计在这些条件改变时可能会提供不准确的数据。
业已知道制造一种流量计，其中导线(wire)延伸穿过受监控流量的通道，传感器位于导线的交叉点。这样的一种结构在通道内提供了一种较好的传感点分布，使用户能够根据不同传感器的输出的组合产生表示流量的输出。然而，这样的一种设置难于安装和维护。
本发明的一个目的在与消除或减轻上面概述的关于流量传感结构的问题。
根据本发明的第二方面，提供一种设置在通道中的传感器阵列，通过该传感器阵列流体流量受到监控，该传感器阵列包括单一支撑件，该单一支撑件从通道的一个壁伸出，并至少部分地围绕通道的中心部分延伸，以及至少三个流量传感器，该传感器以一种非线性阵列安装方式在该支撑件上。通过在环状或类似形状结构上安装三个或更多个传感器，能够检测流量不对称的传感器能够设置在一种简单而坚固的结构中。优选地，该结构也支撑位于通道内中心的传感器。
热损失流量计具有某些优点，因此在广泛的应用中被安装。然而，这种流量计具有缺点，只要该流量计基于能量以相应于该流量的速率损失到该流体中的原理工作，能量就不可避免地散失。在需要多个传感器来检测不对称的流量模式的系统中，由多个传感器损失的能量可能是很大的，特别是在需要许多流量计的管道网络中。
本发明的一个目的在于消除或减少上面所指的能量损失的缺点。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于操作流量计的方法，该流量计包括多个围绕通道分布的热损失传感器，通过该传感器流量受到监控，其中，在通常的操作下，单个传感器被供给能量，以提供由邻近该传感器的流量导致的热损失输出表示，而根据流动速率和来自该单个传感器的热损失之间的预定校准关系从热损失的输出表示得出流动速率的输出表示，校准关系是根据所有传感器在校准时得到的输出而建立的，在校准时，传感器输出的相对值的表示被记录，并且在使用中，通过向所有的传感器供给能量以测试校准精度，并将合成的传感器输出的相对值与所记录的相对值相比较，在校准和测试之间相对值的改变表明校准精度的损失。
在通常的使用中，大多数时间里仅有一个传感器被供给能量，与仅具有一个单个热损失传感器的系统相比，热损失并没有明显地增加。然而，通过使所有的传感器供给能量并将合成的输出与预先记录的输出相比较的周期性的测试使得校准精度的损失能够被检测到。
现在参考附图以举例的方式描述本发明的实施例，其中图1为根据本发明的安装在管道两凸缘之间和流量计安装接头下游的流量计本体的截面透视图；图2为通过图1所示组件的截面视图；图3为一个类似于图2的视图，但是示出了安装在如图2所示的流量计本体中的热损失流量计传感器支撑结构；图4为通过图3所示组件的透视图；图5为图4所示的传感器支撑结构的仰视图；图6为示出了流量计外壳的细节以及在使用中传感器支撑结构在外壳中的方向的俯视图；图7为具有一种可选的传感器支撑结构的本发明的一个可选实施例的截面透视图；图8为图7所示的传感器支撑结构的详细视图；图9为图8所示的传感器支撑结构的截面图，示出了在该结构中传感器的定位；以及图10为图9所示的结构沿线10-10的截面；
图11为具有星型传感器支撑结构的本发明第二可选实施例的截面透视图；图12为图11所示的传感器支撑结构的侧视图；图13为图11所示的传感器支撑结构的透视图。
具体实施例方式
参考图1和图2，所示组件包括形成凸缘2和3的流量计本体1，其夹在安装在管道5一端的凸缘4和安装在管道7一端的凸缘6之间。在使用中，流量传感器(未示出)支撑在流量计本体1内，以暴露于在组件中沿箭头8方向流动的流体中。流量计安装接头9从流量计本体1伸入上游管道5。该接头通过O型环10密封到流量计凸缘2，该O型环设置于安装接头9的下游端上，靠着凸缘11。安装接头9的外径小于管道部分5的内径，这样在安装接头9外侧形成环状的空间12。安装接头9的内径与流量计外壳1的内径相同，而凸缘2和11的尺寸设置得使流量计本体1和安装接头9的轴线成一直线。因此，在安装接头9和流量计本体1之间由线13表示的分界面上没有不连续的表面。
如在图2中最清楚地所见，凸缘2支撑伸到凸缘11边沿上方的唇缘14，接头9自该凸缘11伸出。远离唇缘14的凸缘2也形成了凹槽，以容纳自凸缘11沿轴向延伸的突出部分15。这确保了安装者能够确保延伸部分9能够正确地与流量计本体1对齐。在所示的情形下，延伸部分9的轴向长度大于凸缘4和凸缘6的间距。这样的一种结构仅当凸缘4和6之间的间距能够至少增大到接头9的轴向长度时才能被安装。然而，在凸缘4和6没有任何运动时，流量计本体1仍然可以从凸缘4和6之间的间隙中滑出，而不必移动接头9。尽管很明显，希望接头的延伸部分9尽可能地长，但即使是一种非常短的接头延伸部分也增强了流量计内的条件可预知性。例如，一段仅有几毫米长的延伸部分已足够消除紧邻于管道凸缘和流量计凸缘之间分界面的不可预知的条件。例如，这样的一种短的延伸部分可以防止密封垫圈伸入流量计的入口端。
图3和图4示出了流量计被安装后在图1和图2未示出的流量计本体一侧后图1和图2的组件。
流量计包括从基板1 5向上延伸的外壳14。如图5和图6中最清楚地所示，基板1 5支撑突出部分1 6，该突出部分形成一个弓形内表面17，该内表面为流量计本体1内表面的延续。环状传感器1 8支撑在从表面1 7伸出的径向杆1 9上。流量计本体1形成槽20，在使用中，该槽容纳密封环(未示出)，板1 5用四个螺栓(未示出)固定到流量计本体，该螺栓延伸穿过图5和图6所示的孔。
环18支撑四个传感器(未示出)，它们以90°的间隔围绕该环。杆19也在接近其端部支撑一个传感器(未示出)。在使用中，由杆19支撑的传感器位于穿过流量计本体1的通道的轴线上，而由环18支撑的每个传感器位于距离通道轴线四分之三通道半径处。
参考图3和图4，如果在接头9的内表面和流量计本体1的内表面之间没有不连续之处，传感器环18上游的流动条件主要由接头的特性而不是由接头9所插入的管道5的特性所确定。因此流量计能够在工厂根据已知的流量计上游条件校准。如果没有接头9，在流量计本体1和管道5内径之间形成的开口将不连续。而且，如果在流量计本体1和管道凸缘4之间使用垫圈以形成密封，该垫圈可能在至少一侧沿径向向内伸入很多，以便部分地阻挡流量计本体1的入口端。根据本发明的接头的使用因而确保了流量计的上游条件直到接头的上游端都确定地已知。
图3到图6所示的传感器支撑结构提供了一种易于在流量计内部安装的坚固结构，对于流量计中的流动基本上没有不适当的阻碍，而使其能够在围绕轴线的四个位置和轴线上本身监控条件。结果，能够在流量计内获得流动条件的非常精确的表示。然而，传感器支撑结构的尺寸需要如图6所示的相对较大的开口，以使该结构能够插入和移出流量计本体内。图7到图10示出了一种不需要这种较大的开口的可选结构。
参考图7，支撑结构21安装在流量计本体22内，夹在管道的凸缘23和24之间。流量计安装接头25安装在流量计本体22的上游。在图1到图6所示实施例的情形下，接头通过设置在流量计本体和接头凸缘上的结构的协作精确地安装在流量计本体22上。特别的是，图7示出了一个从接头凸缘伸出的部分26，其接合在流量计本体凸缘周边的一个径向槽中。然而，支撑结构21与图3和图6所示的不同，不同之处在于其不是环形，而是部分环形，以形成大致地被称为为J形的形状。与图5所示的需要容纳全环传感器的结构相比，这样的一种结构能够通过流量计本体22中一个小得多的开口移动就位。
图8、图9和图10更详细地示出图7所示的传感器支撑结构21。该结构包括径向延伸的中空杆27和也是中空的部分环状部分28。传感器29位于杆27的封闭端，而四个传感器30支撑在部分环状部分28的内侧。传感器30容纳在形成于部分环状部分28中向内的槽中，而金属隔片31被用于封闭该槽并保护传感器30。整个组件具有较轻的重量而传感器通过该结构与周围的流体流动具有良好的热接触。在总共五个传感器的给定布置下，这五个传感器的输出能够用来得出该结构周围的流动条件的精确表示。可以使用现有技术以将传感器29和30的热损失与局部流动条件相联系。这种现有技术可以是例如在Endress+Hauser Limited公司所拥有的，名称为“热质量流量计”的欧洲专利No.460044中所述的技术。
图7到图10的结构包括五个传感器。一个三传感器的阵列能够被支撑在一个结构上，该结构能够延伸穿过相对小的孔，但仍然能够感知流量计轴线和围绕轴线偏移90°之处的条件。一种这样的结构将具有径向地向内延伸的位置，绕通道延伸90°的弓形部分，以及另一个延伸到通道轴线的径向向内的部分，而传感器设置于轴线上和弓形部分的各端。
在图7到图10所示的结构中，如果热传感器29和30中的每一个连续地被供给能量，以连续地监控向相邻流量的热损失，消耗的能量将为现有单个传感器热流量计阵列的五倍。这种损失在某些应用中非常明显，特别是必须进行许多流量测量之处。通过使用所有的五个传感器校准流量计并每隔一段时间测试校准的精确性，而仅仅使用一个单独的传感器用于日常流量测量目的，本发明能够使这种热损失减到最小。
例如，当流量计被初始校准后，所有的五个传感器都进行测量，它们每一个表示一组校准流动速率，这样，在特定的流动速率下每个传感器的输出被确定。不同传感器的输出可以彼此不同，例如由于围绕传感器结构的流动的不对称。在一个传感器，例如最接近于该结构的部分环状部分的自由端的传感器30，的输出与总质量流量之间仍然能够得出一种关系。然而，在该传感器和其它传感器的输出之间的关系能够被记录，以使得，如果在将来的某个时候流动条件改变，该改变能够通过观察所有传感器输出的相对值而检测。例如，如果流量计根据完全展开流校准，使所有四个传感器30的输出都是相同的，这四个传感器中任何一个的输出都能够用于提供基本测量值。来自四个传感器30的输出能够定期相比较，并且，如果这些输出不再相同，这就表示需要重新校准，因为或者有一个传感器有故障或者流动条件与校准时相比发生了变化，由完全展开流变为其中相邻的不同传感器30的条件不再相同的一种流。
初始校准能够在工厂进行。而后，校准的精确性可以在流量计的安装时和其将使用的地点进行检测，传感器输出之间的差别作为该校准需要被检查的一种标志。类似地，在流量计安装之后，校准的精确性充当定期地进行检查，以检测由于例如流量计紧邻的上游的流动条件的变化而导致的校准精确性的长期漂移或损失。除了较短的测试周期这些传感器中仅有一个被供给能量外，这种可能性(facility)能够通过供给能量以最小的额外花费获得。
图11为本发明的第二可选实施例的透视截面图。根据所发明的传感器的该优选实施例，传感器支撑件具有星形结构。图11所示的传感器支撑结构的不同视图在图12和图13中示出。星形结构对于流量传感部件中的每一个提供了一种“平衡的”安装结构，这种结构为具有类似性能的各个传感器部件的部件网络提供了一种更加平衡的总体电力分布。这意味着各个单个的传感器部件之间的性能差异(响应时间、杂散流量计本体热损失、各部件所需能量)小于上述的传感器支撑件环状结构中的传感器部件的非对称结构。根据一个优选实施例，传感器部件30设置到图12和13所示的传感器支撑件。也能够将传感部件30连接到不同结构的传感器支撑件。传感器支撑装置的星形结构的另一个优点在于，传感器有可能可以制造得较便宜和容易。新构造允许生产一组模块化的部件。因此，制造星形传感器组件的延伸范围以适应更宽范围的管道尺寸是相当简单的。
权利要求
1.一种流量计安装接头，该接头在流体输运管道(5、7)中安装在流量计(1)的上游，流量计(1)在使用中设置于由管道(7)形成的凸缘(6)的下游，其中，接头(9)包括管状延伸部分，该管状延伸部分的外径尺寸使其能插入管道凸缘(4)上游的管道(5)中，并且该管状延伸部分具有构造成与流量计(1)相接合的下游端，使得由管状延伸部分形成的通道相对于流量计(1)位于预定的方向。
2.根据权利要求1的接头，其特征在于接头(9)的管状延伸部分的内径与流量计(1)的内径基本相同。
3.根据权利要求1或2的接头，其特征在于接头(9)的管状延伸部分安装在凸缘(11)上，该凸缘在使用中插在流量计(1)的凸缘(2)与管道凸缘(4)之间。
4.根据权利要求3的接头，其特征在于流量计和接头的凸缘(2、11)构造成使流量计(1)只可以沿一个方向侧向滑动到接头凸缘(11)，而凸缘(11、2)上的合作表面将流量计凸缘(2)相对于接头凸缘(11)的运动限制在接头(9)和流量计(1)的轴线相对齐的点之外。
5.根据权利要求4的接头，其特征在于流量计和接头凸缘(2、11)形成突起部分(14、15)，该突起部分确定接头(9)和流量计(1)的相对位置。
6.根据权利要求3、4或5的接头，其特征在于流量计凸缘(2)形成凹槽，该凹槽容纳O形环(10)，以形成接头凸缘和流量计凸缘(11、2)之间的密封。
7.一种设置在通道中的传感器阵列，通过该传感器阵列监控流体流量，该传感器阵列包括单一支撑件(21)，该单一支撑件从通道的一壁伸出，并至少在与通道的中心部分具有预定距离的区域中部分地延伸，还包括至少三个流量传感器，该流量传感器以一种非线性阵列方式安装在支撑件(21)上。
8.根据权利要求7的传感器阵列，其特征在于支撑件(21)至少部分地围绕通道的中心部分延伸。
9.根据权利要求7的传感器阵列，其特征在于支撑件具有星形结构。
10.根据权利要求7、8或9的传感器阵列，其特征在于支撑件(21)延伸到通道内的中心位置，并包括以距离中心位置大致相等的距离支撑一组传感器的至少部分为环状的部分。
11.根据权利要求10的传感器阵列，其特征在于环状部分支撑四个围绕中心位置等距间隔开的传感器。
12.根据权利要求7到11中的至少一项的传感器阵列，其特征在于每个传感器均为热损失传感器。
13.一种用于操作流量计的方法，该流量计包括围绕通道分布的多个热损失传感器，通过热损失传感器监控流量，其中在通常的操作下，单个传感器被供给能量，以提供由邻近于该传感器的流量导致的热损失的输出表示；而根据流动速率和来自该单个传感器的热损失之间预定的校准关系，可以由热损失的输出表示得出流动速率的输出表示值；该校准关系根据从所有校准器校准时得到的输出而建立；记录传感器在校准时的输出的相对值的表示；并且在使用中，通过向所有的传感器供给能量并将合成的传感器输出的相对值与所记录的相对值相比较而测试校准的精确性；在校准和测试之间相对值的改变表示精确性的损失。
全文摘要
一种具有热损失传感器和安装接头的流量计，该安装接头用于提供流量计上游的已知流动条件。安装接头为从凸缘伸出的管状延伸部分形式，该凸缘在使用中被夹在管道凸缘和流量计凸缘之间。凸缘构造成使由接头的延伸部分形成的通道相对于流量计位于预定的位置。流量计可以包括传感器阵列，该传感器阵列支撑至少三个不在同一直线上的传感器，这些传感器中的一个位于流量计内的中心，而其它传感器围绕该中心位置等距地分布。在使用中，通常的读数可以从单个传感器获得，而其它传感器仅用于初始校准和接下来的校准测试目的。在不同传感器输出的相对值之间进行比较以确定传感器的漂移或者流动条件潜在的明显变化。
文档编号G01F1/684GK1503898SQ02808680
公开日2004年6月9日 申请日期2002年4月26日 优先权日2001年5月3日
发明者克里斯·吉姆森, 克里斯 吉姆森 申请人:安德斯+豪斯有限公司