專利名稱：具有溫度補償?shù)匿鰷u流量計的制作方法
具有溫度補償?shù)匿鰷u流量計
背景技術(shù)：
在工業(yè)用過程裝置中，漩渦流量計用于測量通過管道系統(tǒng)的流體流 量。漩渦流量計包括電子變送器和漩渦儀殼體。漩渦儀殼體傳送流體流并
支撐流體流中的非流線型體(bluffbody)。漩渦儀殼體大致是圓柱形的， 并安裝在管道系統(tǒng)中的法蘭之間。
漩渦由通過非流線型體的流體流產(chǎn)生。漩渦的發(fā)生通常與流體速度成 比例。漩渦頻率由電子變送器測量，并用于計算表示流量的流量計輸出。
第一種類型的漩渦流量計(如以下結(jié)合圖l所述的漩渦流量計)包括附 加傳感器，所述附加傳感器用于感測流體溫度和壓力并能夠由漩渦頻率、 溫度和壓力計算質(zhì)量流。第二種類型的漩渦流量計不包括壓力傳感器和溫 度傳感器，并且不能夠計算質(zhì)量流。第二種類型的鏇渦流量計的成本通常 低于第一種類型的漩渦流量計的成本。第二種類型的漩渦流量計主要用在 溫度相對恒定或密度相對不依賴于溫度的諸如液體流的應(yīng)用中。
制造在多種管線尺寸中的兩種不同類型的流量計大大地增加制造和 盤存漩渦流量計的成本和復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種漩渦流量計。渦旋流量計包括渦流傳感器。渦流傳 感器感測流動。渦流傳感器提供渦流傳感器輸出。
漩渦流量計包括用于接收來自第一熱電偶套管組件的第一熱接點 (thermaljunction)輸出的第一端子，所述第一熱電偶套管組件遠離漩渦 流量計。漩渦流量計包括用于接收表示熱電偶套管組件的熱特性的數(shù)據(jù)輸 入。
漩渦流量計包括電路。電路接收數(shù)據(jù)。電路接收第一熱接點輸出。電 路接收渦流傳感器輸出。電路提供流量計輸出。流量計輸出被提供溫度和 熱特性補償。


圖1圖示現(xiàn)有技術(shù)的漩渦流量計；
圖2-3圖示具有溫度補償?shù)牡谝讳鰷u流量計；
圖4-5圖示具有溫度補償?shù)牡诙鰷u流量計；
圖6圖示具有溫度補償?shù)牡谌鰷u流量計的方框圖7圖示具有溫度補償?shù)牡谒匿鰷u流量計的方框圖8-13圖示熱電偶套管；以及
圖14圖示用于熱接點的電纜。
具體實施例方式
當說明和在本應(yīng)用中使用時，術(shù)語"熱電偶"表示包括兩個熱接點 (thermaljunction)的電路，所述兩個熱接點通過包括第一材料的第一導(dǎo) 體電連接在一起。當用在本應(yīng)用中時，術(shù)語"熱接點"表示第一材料與第 二材料之間的接觸點(contact)。
在如下所述的實施例中，漩渦流量計連接到遠離漩渦流量計的位置處 的熱電偶套管組件中的熱接點。漩渦流量計接收表示熱電偶套管組件的熱 特性的數(shù)據(jù)。漩渦流量計中的電路接收熱接點的輸出和渦流傳感器輸出。 電路提供進行了溫度補償和熱特性補償?shù)牧髁坑嬢敵觥?br> 如圖1中所示，第一種類型的漩渦流量計包括用于感測流體溫度的傳 感器，如例如授予Kleven的美國專利6，658,945和授予Kleven等人的US 6，170,338Bl中所公開的漩渦流量計，所述專利通過引用在此全文并入。圖 l示出第一種類型的現(xiàn)有技術(shù)的漩渦流量計100，所述漩渦流量計100包括 溫度傳感器102和測壓孔(pressure tap) 104，所述溫度傳感器102和所述測 壓孔104在連接法蘭108和110之間安裝到漩渦儀殼體106。連接模塊114中 的壓力傳感器112通過管116連接到測壓孔104。溫度傳感器102和測壓孔 104安裝在位于非流線型體120下游的流線型體118中。流線型體118包括用 于容納溫度傳感器102的內(nèi)凹部。流線型體118安裝到漩渦儀殼體106并延 伸通過漩渦儀殼體106中的凹部126。信號線122將溫度傳感器102連接到位 于變送器殼體128中的電子變送器124。變送器殼體128安裝在連接模塊114上，連接模塊114安裝在支撐管130上，而支撐管130安裝在漩渦儀殼體106 上。在不需要壓力傳感器和溫度傳感器的應(yīng)用中，漩渦流量計100的成本 由于加工凹部126、設(shè)置流線型體118和設(shè)置溫度傳感器102和壓力傳感器 112而不必要地增加。
還期望提供一種能夠使得操作與遠距離(remote)熱電偶套管組件相 關(guān)以提供"熱量計量"輸出的漩渦流量計，所述"熱量計量"輸出表示通 過能量交換過程在流動流中產(chǎn)生的熱量或所損失的熱量。如以下參照圖 4-5、 7、 8-14中所述，公開了提供這種熱量計量輸出的漩渦流量計。
圖2示出漩渦流量計200。漩渦流量計200包括變送器殼體202。電子電 路204裝入變送器殼體202中。電子電路204提供電纜上的流量計輸出206。 流量計輸出206可以是模擬輸出、數(shù)字輸出或模擬輸出和數(shù)字輸出。漩渦 流量計200包括漩渦儀殼體208，所述漩渦儀殼體208設(shè)置有用于連接到管 道系統(tǒng)的法蘭216、218(圖3)。渦街桿(sheddingbar)(也稱作非流線型體)210 支撐在漩渦儀殼體208中。當流體流動通過渦街桿210時，流體渦旋通過渦 街桿210脫落。渦街桿210附近的渦流傳感器(圖6和圖7中示意性地所示)感 測漩渦。電子電路204計算作為由渦流傳感器感測的漩渦的頻率的函數(shù)的 流量計輸出206。在安裝時使用手持式數(shù)據(jù)輸入端子212，以通過電纜214 將數(shù)據(jù)通信給電子電路204。還可以經(jīng)由電纜206從控制系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)。漩 渦流量計200包括接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)輸入。
圖3示出包括漩渦流量計200的流量測量裝置220。如圖所示，法蘭216、 218用螺栓固定到流體管道系統(tǒng)226、 228的法蘭222、 224。流體流動通過 流體管道系統(tǒng)226、 228和漩渦流量計200。流體可以包括液體或氣體。
熱電偶套管組件230經(jīng)由電纜232連接到漩渦流量計200。熱電偶套管 組件230遠離漩渦流量計200。熱電偶套管組件230安裝到管道系統(tǒng)226、 228 以感測流體溫度。熱電偶套管組件230包括熱電偶套管內(nèi)的熱接點。熱電 偶套管是適于容納熱敏元件并設(shè)置有到管道或其它壓力容器的壓力密閉
(pressure-tight)連接件的壓力密閉容器。以下以圖8-13中所示的示例的方 式更詳細地描述熱電偶套管組件230。以下以圖14中所示的示例的方式更 詳細地描述電纜232。
漩渦流量計200到熱電偶套管組件230的連接是任選的。在有些裝置中，不要求溫度補償，從而可以避免熱電偶套管組件230的安裝成本。在 其它裝置中，溫度補償是需要的，從而要連接熱電偶套管組件230。相同 類型的漩渦流量計200可以用在兩種裝置中。熱電偶套管組件230可以連接 在漩渦流量計的下游(如圖3中所示)，或可以可選地安裝在上游。以下通過 圖6中所示的示例性方框圖更詳細地描述流量測量裝置220。
圖4示出漩渦流量計400。漩渦流量計400包括變送器殼體402。電子 電路404裝入變送器殼體402中。電子電路404提供電纜上的流量計輸出 406。流量計輸出406可以是模擬輸出、數(shù)字輸出或模擬輸出和數(shù)字輸出。 漩渦流量計400包括無凸緣(或無法蘭)的漩渦儀殼體408，所述漩渦儀殼 體408設(shè)置有用于密封到管道系統(tǒng)的密封表面416、 418(圖5)。渦街桿(也稱 作非流線型體)410支撐在漩渦儀殼體408中。當流體流動通過渦街桿410時， 流體漩渦通過渦街桿410脫落。在渦街桿410附近的渦流傳感器(圖6、 7中所 示)感測漩渦。電子電路404計算作為由渦流傳感器感測的漩渦頻率的函數(shù) 的電纜406上的流量計輸出。在安裝時，使用手持式數(shù)據(jù)輸入端子412，以 通過電纜414將數(shù)據(jù)通信給電子電路404。還可以經(jīng)由電纜406從控制系統(tǒng) 通信數(shù)據(jù)。漩渦流量計400包括接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)輸入。
圖5示出包括無凸緣漩渦流量計400的流動測量裝置420。如圖所示， 密封表面416、 418密封到流體管道系統(tǒng)426、 428的法蘭422、 424。長螺栓 442、 444用于將密封表面416、 418壓在法蘭422、 424上。流體流動通過流 體管道系統(tǒng)426、 428和漩渦流量計400。流體可以包括液體或氣體。
第一熱電偶套管組件430經(jīng)由電纜432連接到漩渦流量計400。第二熱 電偶套管組件434經(jīng)由電纜436連接到漩渦流量計400。熱電偶套管430、 434 安裝到管道系統(tǒng)426以感測流體溫度。熱電偶套管組件430、 434包括在熱 電偶套管內(nèi)的熱接點。以下經(jīng)由圖8-13中所示的示例更詳細地描述熱電偶 套管組件430、 434。以下經(jīng)由圖14中所示的示例更詳細地描述電纜432、 436。
熱電偶套管組件434在能量交換過程440的上游的位置安裝在管道系 統(tǒng)426上。熱電偶套管組件430在能量交換過程440下游的位置安裝在管道 系統(tǒng)426上。能量交換過程440可以是從流動流體增加或除去能量的任何過 程。 一方面，能量交換過程440包括從流動流體除去熱量的熱交換器。另一方面，能量交換過程440包括給流動流體增加熱量的鍋爐(boiler)。以下 經(jīng)由圖7中所示的示例性方框圖更詳細地描述流動測量裝置420。要注意的 是雖然圖5的說明描述到熱電偶的兩個單獨連接，但是熱電偶也可以遠離
變送器而連接在一起，并都連接到單對輸入端子。
圖6示出漩渦流量計602的方框圖。漩渦流量計602通過電纜604連接 到安裝在第一熱電偶套管608中的第一熱接點(Tf)606。例如，如圖3中所示， 第一熱接點606遠離漩渦流量計602。第一熱接點606感測流動通過漩渦流 量計602和流動經(jīng)過熱接點606的流體的溫度T1 。熱電偶604通過冷接點 (coldjunction)溫度傳感器672連接到熱電偶電壓測量和溫度計算電路 670。熱電偶電壓測量和溫度計算電路670被構(gòu)造成提供到電路648的與熱 電偶606的溫度有關(guān)的輸出。
漩渦流量計602包括渦流傳感器610。渦流傳感器610安裝在流動流中 的渦街桿上，或被安裝成與所述渦街桿相鄰。渦流傳感器610感測流體流 612中的漩渦。渦流傳感器610通常包括差壓傳感器，但是還可以包括其它 公知類型的渦流傳感器。渦流傳感器610感測流體流612并提供渦流傳感器 輸出614。 一方面，渦流傳感器輸出614包括與流量成比例的頻率。
根據(jù)一方面，漩渦流量計602包括第一數(shù)據(jù)輸入624，所述第一數(shù)據(jù)輸 入624接收表示熱電偶606的熱特性的第一數(shù)據(jù)。第一數(shù)據(jù)輸入624的最初 數(shù)據(jù)包括與第一熱接點606相關(guān)聯(lián)的熱電偶類型的識別。 一方面，第一數(shù) 據(jù)包括作為N型或E型熱電偶結(jié)的熱接點的識別。
根據(jù)一方面，漩渦流量計602還通過輸入624接收計算算法。將計算算 法提供給電路648，所述電路648將計算算法存儲在存儲器649中。計算算 法用于計算作為渦流傳感器輸出614的函數(shù)的流量計輸出632，并且計算算 法對于由熱電偶606測量的溫度補償流量計輸出632。
根據(jù)一方面，漩渦流量計602包括壓力數(shù)據(jù)輸入634。壓力數(shù)據(jù)輸入接 收壓力數(shù)據(jù)。壓力數(shù)據(jù)從壓力數(shù)據(jù)輸入耦合到計算電路648。壓力數(shù)據(jù)表 示流體的壓力。壓力數(shù)據(jù)可以通過例如壓力傳感器提供。
根據(jù)一方面，手持式通信裝置636或其它裝置或數(shù)據(jù)源為數(shù)據(jù)輸入中 的至少一些提供數(shù)據(jù)。根據(jù)另一方面，手持式通信裝置包括來自在明尼蘇 達州EdenPrairie的Rosemount公司的375型現(xiàn)場通信裝置。根據(jù)一方面，數(shù)據(jù)輸入在一對導(dǎo)線上數(shù)字通信，所述一對電線在手持式通信裝置與漩渦流 量計之間提供兩線過程控制回路。另一示例通信技術(shù)使用無線通信。漩渦
流量計602包括根據(jù)方程3計算溫度T1的電路。電路670計算用于校正熱牛寺 性K的流體溫度估計值。
電路648計算進行了流體溫度T1補償?shù)牧鲃訙y量輸出632。 一方面，流 動測量輸出632包括體積流輸出。另一方面，流動測量輸出632包括質(zhì)量流 輸出。電路648可以例如通過手持式通信裝置為作為體積流量計或質(zhì)量流
量計的函數(shù)遠距離編程。
圖7示出漩渦流量計702的方框圖。圖7中所示的多個元件與圖6中所示 的元件類似或相同，并且由相同的附圖標記表示。漩渦流量計702連接到 第一熱電偶套管608中的第一熱接點606和第二熱電偶套管704中的第二熱 接點706。第一熱電偶套管606熱連接到能量交換過程下游的管路中的流 體。根據(jù)一方面，能量交換過程從流體提取熱量并冷卻流體。根據(jù)另一方 面，能量交換過程將熱量提供給流體并加熱流體。第二熱電偶套管704熱 連接到能量交換過程上游的管路中的流體。結(jié)合圖5以上描述示例布置。 第一熱接點606和第二熱接點706在漩渦流量計702處連接在一起，以形成
在能量交換過程兩端的熱電偶感測溫差。
溫差計算電路708計算溫差并提供溫差估計值714。溫差估計值714是 熱電偶電壓和數(shù)據(jù)輸入624與626的函數(shù)。
熱流計算電路710產(chǎn)生表示能量交換過程中的熱流的熱流測量輸出 712。 一方面，熱流測量輸出712包括熱流量，例如，在英國熱量單位中每 小時的熱流量。另一方面，熱流測量輸出712是累加輸出，并表示交換的 熱量，例如自從重置累加量之后所交換的英國熱量單位的總數(shù)。漩渦流量 計因此可以用作計量儀以說明或列表被能量交換過程所使用的加熱或冷 卻的量。
熱流計算電路710產(chǎn)生作為溫差估計值714的熱流測量輸出712和表示 流體流動的渦流傳感器輸出614的函數(shù)的熱流測量輸出712。根據(jù)一方面， 熱流測量輸出還可以作為壓力數(shù)據(jù)634的函數(shù)被計算。根據(jù)從手持式通信 裝置636接收的存儲的計算算法計算熱流計算。在一個示例中，熱流由質(zhì) 量流乘以焓的變化給出，其中，質(zhì)量流為體積流乘以密度，而密度和焓是溫度的函數(shù)。
可以通過使用執(zhí)行計算和產(chǎn)生輸出的處理器來實現(xiàn)漩渦流量計602、 702 。還可以通過可以編程以執(zhí)行漩渦流量計602(其可以是體積流或質(zhì)量流) 的功能或漩渦流量計702的功能的處理器實現(xiàn)可編程漩渦流量計。單個漩 渦流量計產(chǎn)品可以通過使用手持式裝置636在現(xiàn)場編程，以提供體積流流
動輸出、質(zhì)量流輸出或熱流輸出。
圖8-9示出包括熱電偶套管法蘭804的示例性熱電偶套管802，所述熱 電偶套管法蘭804可以用螺栓固定到管路上的管道法蘭(未示出)。圖10-U 示出包括帶有螺紋的凸緣814的示例性熱電偶套管812，所述凸緣814可以 螺紋連接到管路上的螺紋孔(未示出)中。圖12-13示出包括頸狀部824的熱 電偶套管822，所述頸狀部824可以焊接到管路中的孔(未示出)。
圖14示出在將熱電偶套管中的熱接點連接到漩渦流量計上的端子中 所使用的電纜1402的示例。在圖14中，電纜的一部分被剖開，以顯示電纜 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。電纜1402包括螺旋地纏繞電纜的周邊的外護層1404。外護層 1404防止內(nèi)層由于電纜上的磨損或拉動而被機械損傷。呈編織狀金屬保護 件1406設(shè)置在外護層1404內(nèi)。呈編織狀金屬保護件1406提供靜電屏蔽以減 少被熱接點布線拾取的EMI。 一對導(dǎo)體1408、 1410設(shè)置在呈編織狀金屬保 護件1406內(nèi)。導(dǎo)體1408、 1410是絕緣導(dǎo)體，并且被電絕緣體1412、 1414包 圍。 一方面，導(dǎo)體1408、 1410由用于形成熱接點的金屬形成。
雖然已經(jīng)參照優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將 認識到在不背離本發(fā)明的精神和保護范圍的情況下，可以在形式和細節(jié)上 做改動。
權(quán)利要求
1.一種漩渦流量計，包括渦流傳感器，所述渦流傳感器感測流動并提供渦流傳感器輸出；第一端子，所述第一端子用于接收來自第一熱電偶套管組件的第一熱接點輸出，所述第一熱電偶套管組件遠離所述漩渦流量計；數(shù)據(jù)輸入，用于接收表示所述熱電偶套管組件的熱特性的數(shù)據(jù)；以及電路，所述電路接收所述數(shù)據(jù)、所述第一熱接點輸出和所述渦流傳感器輸出，所述電路提供進行了溫度補償和所述熱特性補償?shù)牧髁坑嬢敵觥?br> 2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的漩渦流量計，其中，所述熱特性包括熱電偶 類型。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的漩渦流量計，其中，所述流量計輸出包括質(zhì) 量流輸出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的漩渦流量計，其中，所述流量計輸出包括熱 流測量輸出。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的漩渦流量計，其中，所述熱流測量輸出包括 能量交換過程的計量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的漩渦流量計，其中，所述電路被進一步構(gòu)造 成接收來自第二熱電偶套管組件的第二熱接點輸出，所述第二熱電偶套管 組件遠離所述漩渦流量計。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的漩渦流量計，其中，所述流量計輸出包括熱 流測量輸出。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的漩渦流量計，其中，所述電路計算所述第一 熱電偶套管組件的溫度與所述第二熱電偶套管組件的溫度之間的差。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的漩渦流量計，其中，所述電路計算所述第一熱電偶套管組件的溫度與所述第二熱電偶套管組件的溫度之間的差。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的漩渦流量計，還包括數(shù)據(jù)輸入，所述數(shù)據(jù)輸入連接到所述電路，用于接收表示流體的壓力 的數(shù)據(jù)；
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的漩渦流量計，還包括數(shù)據(jù)輸入，所述數(shù)據(jù)輸入連接到所述電路，用于接收計算所述流量計 輸出的計算算法。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的漩渦流量計，其中，所述電路包括環(huán)境溫 度傳感器。
13. —種執(zhí)行漩渦流量測量的方法，包括以下步驟 感測流動中的漩渦并提供渦流傳感器輸出； 將第一熱電偶套管組件定位在遠離漩渦流量計的位置； 接收與所述熱電偶套管組件的熱特性有關(guān)的數(shù)據(jù)； 接收來自所述第一熱電偶套管組件的第一熱接點輸出；以及 根據(jù)所述渦流傳感器輸出提供流量計輸出，所述流量計輸出對所述數(shù)據(jù)和所述第一熱接點輸出進行了補償。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括以下步驟 提供質(zhì)量流輸出作為所述流量計輸出。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括以下步驟-提供熱流測量輸出作為所述流量計輸出。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括以下步驟 提供所述熱流測量輸出作為能量交換過程的計量。
17. —種流量測量裝置，包括 安裝到管道的第一熱電偶套管組件；和漩渦流量計，所述漩渦流量計遠離所述第一熱電偶套管組件安裝到所述管道，所述漩渦流量計包括渦流傳感器，所述渦流傳感器感測流動并提供渦流傳感器輸出； 數(shù)據(jù)輸入，用于接收表示所述熱電偶套管組件的熱特性的數(shù)據(jù)； 第一端子，用于接收來自所述第一熱電偶套管組件的第一熱接點輸出；以及電路，所述電路接收所述數(shù)據(jù)、所述第一熱接點輸出和所述渦流 傳感器輸出，所述電路提供進行了溫度補償?shù)牧髁坑嬢敵觥?br> 18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的流量測量裝置，其中，所述流量計輸出包 括質(zhì)量流輸出。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的流量測量裝置，其中，所述流量計輸出包括熱流測量輸出。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的流量測量裝置，其中，所述熱流測量輸出 包括能量交換過程的計量。
全文摘要
漩渦流量計(602)具有渦流傳感器(610)和接收來自遠離漩渦流量計(602)的熱電偶套管組件的熱接點輸出。漩渦流量計(602)具有接收表示熱電偶套管組件的熱特性的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)輸入(624)。漩渦流量計(602)具有電路(648)，所述電路接收第一熱接點輸出和渦流傳感器輸出，并提供進行了溫度和熱特性補償?shù)牧髁坑嬢敵?632)。
文檔編號G01F1/32GK101563586SQ200780046861
公開日2009年10月21日 申請日期2007年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月18日
發(fā)明者埃里克·C·施密特, 杰弗里·D·福斯特 申請人:羅斯蒙德公司