專利名稱：具有溫度測量特征的過程流量板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體過程測量和控制工業(yè)。過程測量和控制工業(yè)利用過程參數(shù)發(fā)射器來遠(yuǎn)距離監(jiān)測有關(guān)流體的參數(shù)，諸如漿液、液體、蒸汽、氣體、化學(xué)制品、紙漿、石油、藥物、食物和其他食物處理作物。過程參數(shù)包括壓力、溫度、流量、水平面、濁度、密度、濃度、化學(xué)成分和其他性能。
流體的密度ρ是流體溫度和壓力的函數(shù)。對于可壓縮流體，諸如氣體，壓力對于流體的密度(ρ)具有較大影響。溫度變化影響質(zhì)量流速的計算，因為質(zhì)量流速是密度ρ以及流量限制的形狀和尺寸的函數(shù)。由于熱膨脹，使流量限制的形狀和尺寸隨著溫度的變化而變化。具體地，流體密度至少是溫度的函數(shù)，金屬孔板隨著溫度變化膨脹和收縮。
在現(xiàn)有流量板應(yīng)用中，從流量板52遠(yuǎn)距離測量溫度。遠(yuǎn)距離溫度測量用于估計流體限制附近的溫度。遠(yuǎn)距離溫度測量要求分離的管連接，這樣將產(chǎn)生附加的保持和安裝的復(fù)雜性。這種附加的復(fù)雜度由于增加了安裝和測試時間而增加了現(xiàn)場安裝時間。此外，由于管內(nèi)通常產(chǎn)生較大靜壓，所以每個密封面成為潛在的泄露位置。這樣的泄露也稱為易散性排放，這是不希望發(fā)生的。
流量板102包括沿著流體通道或管106的周邊延伸的流量阻隔器110，包圍限流開口112，如圖3、5和9所示。在圖3、5和9中，流量板102是具有受限流孔的孔板。替代流量阻隔器110可以是帶有受限噴嘴口的噴嘴板(未示出)，而且流量阻隔器110不限于孔板。各種孔板和噴嘴板的詳細(xì)描述在如下文章中有描述，即Liptak，Beto，Instrument Engineer’sHandbookProcess Measurement and Analysis，3rd Ed.，Chilton BookCompany(1995)和Miller，Richard，F(xiàn)low measurement EngineeringHandbook，3rdEd.，mCgRAW-Hill，inc(1996)。
流量板102可以包括通過流量板102延伸到流量阻隔器110附加的溫度傳感器通道120。然而，如果溫度傳感通道120不包括在流量板102內(nèi)，應(yīng)該設(shè)置通道120以便與流量板102進(jìn)行熱交換。溫度傳感器通道120從流量板102的外緣122延伸到受限流孔112附近，如圖4和7所示。傳感器通道120延伸足夠的距離以便測量受限流體的溫度。
在所示的實施例中，溫度傳感器通道120的延伸端124被封閉以便防止傳感元件(例如電阻溫度器件)暴露在液體內(nèi)。外緣122上通向傳感器通道120的口126用隔板128密閉。在一個實施例中，隔板128是Swagelok配合，以便封閉傳感器通道120內(nèi)的溫度傳感器。然而，隔板128可以是任何適當(dāng)?shù)囊恢钡母舭?。為了?yīng)用，溫度傳感器通道120被封閉以便滿足防止暴露和固有安全度要求。
孔板和其他流體阻隔器102具有尺寸標(biāo)準(zhǔn)要求，如同國際標(biāo)準(zhǔn)ISO5167-1中所公布的?？装搴土髁孔韪羝?02的厚度t(圖7和11中)是管尺寸或直徑的函數(shù)。圖4-6描述了用于大直徑管的流量板102的一個實施例，圖7-10描述了一個適合用于小直徑管的流量板102。在圖4-6所示的實施例中，流量板是平的，帶有用于夾在管凸緣54、56之間的基部130和安裝在流體通道106內(nèi)的流體阻隔器110。流量板的厚度t足夠通過基部130和流體阻隔器形成傳感器通道120，以便把溫度傳感器定位在受限開口112和流體阻隔器110附近。
在圖7-10所示的實施例中，流量板形成階梯以便包括較厚的基部130，對于小管直徑或尺寸容納傳感器通道120。如圖7-10所示，傳感器通道120通過基部130延伸，而且一部分傳感器通道120形成在流體阻隔器11的后側(cè)(低壓側(cè))，以便把溫度傳感器安裝在流量限制部分附近，如圖9-10所示。傳感器通道120可以通過已知的制造和注塑技術(shù)形成為通過流體阻隔器110后部的凸起132。
在圖3中簡要地描述了溫度傳感器134，把它插在傳感器通道內(nèi)以便測量溫度。溫度傳感器134可以是商業(yè)上購買的尺寸在大約1/8英寸-1/4英寸的電阻溫度器件，例如可以從Omega Engineering of Stamford，CT或者Fisher-Rosemount inc.Of Eden Prairie，MN買到。或者，溫度傳感器134可以是尺寸在大約1/16英寸-3/8英寸范圍內(nèi)的熱電偶，例如可以從OmegaEngineering of Stamford，CT買到。
流量板102在流體限制部分112產(chǎn)生壓力差。如圖2和3所示的壓力傳感器模塊136測量限制部分112附近的壓力差。壓力差通過圖3、5和9中簡要描述的位于流量板102兩側(cè)的壓力孔140、142傳導(dǎo)到傳感器模塊136。傳感器模塊136的輸出加載到計算機或其他裝置146中以便處理計算。例如，傳感器模塊136的輸出耦合到發(fā)射器148上，諸如可以從Fisher-Rosemount inc.of Eden Prairie，MN購買的Rosemount Model發(fā)射器3095MV，以便發(fā)射到遠(yuǎn)距離計算機146或分布式控制系統(tǒng)。如圖2和3所示，傳感器連線150把溫度傳感器134電連接到處理器或發(fā)射器148以便處理計算。
過程參數(shù)發(fā)射器148向控制室或計算機146提供關(guān)于過程控制環(huán)路的傳感過程參數(shù)的輸出，以便能夠監(jiān)測或控制過程。過程控制環(huán)路可以二線、4-20mA過程控制環(huán)路?？刂骗h(huán)路也可以具有數(shù)字信號，疊加在根據(jù)過程工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議諸如HART(“Highway Addressable RemoteTransducer”) 數(shù)字協(xié)議的二線環(huán)路上，如同下列文章中描述的一樣HARTField Communication Protocol，“A Technical Overview”，可以從HARTCommunication Foundation，Austin，TX 78759-6540得到。本地處理控制裝置通過例如現(xiàn)場總線接口或者網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接以便過程控制，如同“Fieldbus Technical Overview”描述的一樣，可以從Fisher-RosemountSystems inc.Eden Prairie，MN購買。在一些實施例中，發(fā)射器148能夠滿足固有安全度要求。
壓力孔140、142可以與流量板一體形成，如

圖11-13所示。如圖11-13所示，流量板152包括用于安裝流體阻隔器156導(dǎo)管154，形成受限流孔158。流體導(dǎo)管154包括壓力孔160、162。流體導(dǎo)管154是無縫的，位于流體阻隔器156和壓力孔160、162之間，通過壓力孔160、162和流體阻隔器156之間的縫隙限制壓力損失或降低。壓力孔160、162和流體阻隔器156之間的無縫接合面減小了與流速或流量限制不相關(guān)的不可歸因的壓力損失，這些壓力損失可能降低測量精度和提高易散性排放的可能性，對此在名稱為“PROCESS FLOW DEVICE WITH IMPROVEDPRESSURE MEASUREMENT FEATURE”的待審申請中進(jìn)行了描述。流量板152插在并安裝在管緣54、56之間，包括從流量板152外緣延伸到流體阻隔器156的溫度傳感器通道164，如同在圖12-13中的部分剖視圖所示。傳感器通道164延伸足夠的距離以便測量限制部分158附近的流體溫度。
在如圖15所示的操作中，通過流量板102的受限流孔112限制流量以便產(chǎn)生壓力差，如同方塊170中所示。圖3中簡要描述的位于流體阻隔器110兩側(cè)的壓力差孔140、142耦合到傳感器模塊136以便傳輸壓力差測量的壓力，如同方塊172中所示。在流體阻隔器測量溫度，如同方塊174所示，根據(jù)測量的壓力差、靜壓和流體阻隔器處的溫度計算質(zhì)量流速，如同方塊176所示。壓力差是響應(yīng)液體流量在孔112處產(chǎn)生的壓力，而即使當(dāng)液體不流動時在管內(nèi)也存在靜壓。
雖然參考最佳實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下作出形式和細(xì)節(jié)上的變化。例如，可以利用適當(dāng)?shù)臏囟刃Ｕ蜃影驯景l(fā)明的實施例中側(cè)得的溫度與諸如ISO 5167-1標(biāo)準(zhǔn)推薦的位置相關(guān)聯(lián)。
權(quán)利要求
1.一種具有溫度測量特征的流量板，可以插在流體管道內(nèi)，包括沿著流體管道的外緣延伸的流量阻隔器，形成至少一個限流開口；以及溫度傳感器通道，設(shè)置在流體阻隔器附近，并與流體阻隔器成為一體。
2.如權(quán)利要求1所述的流量板，其中流量板包括傳感器通道隔板。
3.如權(quán)利要求1所述的流量片，其中溫度傳感器通道包括溫度傳感器。
4.如權(quán)利要求2所述的流量片，其中溫度傳感器是電阻溫度器件。
5.如權(quán)利要求2所述的流量片，其中溫度傳感器是熱電偶。
6.如權(quán)利要求1所述的流量片，包括安裝流體阻隔器的流體導(dǎo)管，而且流體導(dǎo)管包括位于流體阻隔器兩側(cè)的第一及第二壓力孔，流體導(dǎo)管是無縫的，位于流體阻隔器和第一及第二壓力孔之間。
7.一種具有高溫度傳感特征的流量裝置，包括流量板，包括沿著流體管道的外緣延伸的流量阻隔器，形成至少一個限流開口；位于流體阻隔器附近的溫度傳感器通道；位于流體阻隔器兩側(cè)的第一和第二壓力孔；耦合到第一和第二壓力孔的壓力傳感器；以及耦合到壓力傳感器的發(fā)射器。
8.如權(quán)利要求7所述的流量裝置，其中溫度傳感器通道包括溫度傳感器。
9.如權(quán)利要求8所述的流量裝置，其中溫度傳感器電連接到發(fā)射器。
10.如權(quán)利要求8所述的流量裝置，其中溫度傳感器電連接到計算機。
11.如權(quán)利要求7所述的流量裝置，其中發(fā)射器電連接到分布式控制系統(tǒng)。
12.如權(quán)利要求7所述的流量裝置，其中發(fā)射器電連接到計算機。
13.如權(quán)利要求7所述的流量裝置，其中包括安裝流體阻隔器的流體導(dǎo)管和第一及第二壓力孔，流體導(dǎo)管是無縫的，位于流體阻隔器和第一及第二壓力孔之間。
14.一種差動流量板，包括用于限制通過流體管道的流體流量的裝置，以便在限制點產(chǎn)生壓力差；以及用于測量限制點附近的受限流體的溫度的裝置。
15.一種測量過程參數(shù)的方法，包括利用流量板限制沿著流體通道的流體流量；測量受限流體的壓力差；以及測量限制點附近的受限流體的溫度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括把測量的壓力差和受限流體的溫度發(fā)射到計算機。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)測量的壓力差和溫度計算質(zhì)量流速。
全文摘要
差動流量片(102)可以插在流體通道(106)內(nèi),包括沿著流體通道(106)的外周緣延伸的流體阻隔器(110),形成受限流體開口,以及溫度傳感器通道(120),設(shè)置在流體阻隔器(110)附近。
文檔編號G01F1/88GK1373848SQ00812598
公開日2002年10月9日 申請日期2000年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月13日
發(fā)明者勞威爾·克萊文 申請人:羅斯蒙德公司