具有温度补偿的漩涡流量计

摘要

漩涡流量计(602)包括涡流传感器(610)和接收来自远离漩涡流量计(602)的热电偶套管组件的热接点输出，包括接收表示热电偶套管组件的热特性的数据的数据输入(624，还包括电路(648)，所述电路接收第一热接点输出和涡流传感器输出，并提供进行了温度和热特性补偿的流量计输出(632)。

权利要求

1.一种漩涡流量计，包括：

涡流传感器，所述涡流传感器感测流动并提供涡流传感器输出；

第一端子，所述第一端子用于接收来自第一热电偶套管组件的第一热接点输出，所述第一热电偶套管组件远离所述漩涡流量计；

用于接收表示所述热电偶套管组件的热特性的数据的数据输入；以及电路，所述电路接收所述数据、所述第一热接点输出和所述涡流传感器输出，所述电路提供进行了温度补偿和所述热特性补偿的流量计输出。

2.根据权利要求1所述的漩涡流量计，其中，所述热特性包括热电偶类型。

3.根据权利要求1所述的漩涡流量计，其中，所述流量计输出包括质量流输出。

4.根据权利要求1所述的漩涡流量计，其中，所述流量计输出包括热流测量输出。

5.根据权利要求4所述的漩涡流量计，其中，所述热流测量输出包括能量交换过程的计量。

6.根据权利要求1所述的漩涡流量计，其中，所述电路被进一步构造成接收来自第二热电偶套管组件的第二热接点输出，所述第二热电偶套管组件远离所述漩涡流量计。

7.根据权利要求6所述的漩涡流量计，其中，所述流量计输出包括热流测量输出。

8.根据权利要求6所述的漩涡流量计，其中，所述电路计算所述第一热电偶套管组件的温度与所述第二热电偶套管组件的温度之间的差。

9.根据权利要求1所述的漩涡流量计，还包括：连接到所述电路用于接收表示流体的压力的数据的数据输入。

10.根据权利要求1所述的漩涡流量计，还包括：连接到所述电路用于接收计算所述流量计输出的计算算法的数据输入。

11.根据权利要求1所述的漩涡流量计，其中，所述电路包括环境温度传感器。

12.一种执行漩涡流量测量的方法，包括以下步骤：感测流动中的漩涡并提供涡流传感器输出；

将第一热电偶套管组件定位在远离漩涡流量计的位置；

接收与所述热电偶套管组件的热特性有关的数据；

接收来自所述第一热电偶套管组件的第一热接点输出；以及根据所述涡流传感器输出提供流量计输出，所述流量计输出对所述数据和所述第一热接点输出进行了补偿。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括以下步骤：提供质量流输出作为所述流量计输出。

14.根据权利要求12所述的方法，还包括以下步骤：提供热流测量输出作为所述流量计输出。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括以下步骤：提供所述热流测量输出作为能量交换过程的计量。

16.一种流量测量装置，包括：

安装到管道的第一热电偶套管组件；和

漩涡流量计，所述漩涡流量计远离所述第一热电偶套管组件安装到所述管道，所述漩涡流量计包括：涡流传感器，所述涡流传感器感测流动并提供涡流传感器输出；

数据输入，用于接收表示所述热电偶套管组件的热特性的数据；

第一端子，用于接收来自所述第一热电偶套管组件的第一热接点输出；以及电路，所述电路接收所述数据、所述第一热接点输出和所述涡流传感器输出，所述电路提供进行了温度补偿的流量计输出。

17.根据权利要求16所述的流量测量装置，其中，所述流量计输出包括质量流输出。

18.根据权利要求16所述的流量测量装置，其中，所述流量计输出包括热流测量输出。

19.根据权利要求18所述的流量测量装置，其中，所述热流测量输出包括能量交换过程的计量。

说明书

具有温度补偿的漩涡流量计

背景技术

[0001] 在工业用过程装置中，漩涡流量计用于测量通过管道系统的流体流量。漩涡流量计包括电子变送器和漩涡仪壳体。漩涡仪壳体传送流体流并支撑流体流中的非流线型体(bluff body)。漩涡仪壳体大致是圆柱形的，并安装在管道系统中的法兰之间。 [0002] 漩涡由通过非流线型体的流体流产生。漩涡的发生通常与流体速度成比例。漩涡频率由电子变送器测量，并用于计算表示流量的流量计输出。

[0003] 第一种类型的漩涡流量计(如以下结合图1所述的漩涡流量计)包括附加传感器，所述附加传感器用于感测流体温度和压力并能够由漩涡频率、温度和压力计算质量流。第二种类型的漩涡流量计不包括压力传感器和温度传感器，并且不能够计算质量流。第二种类型的漩涡流量计的成本通常低于第一种类型的漩涡流量计的成本。第二种类型的漩涡流量计主要用在温度相对恒定或密度相对不依赖于温度的诸如液体流的应用中。 [0004] 制造在多种管线尺寸中的两种不同类型的流量计大大地增加制造和盘存漩涡流量计的成本和复杂性。

发明内容

[0005] 本发明公开了一种漩涡流量计。涡旋流量计包括涡流传感器。涡流传感器感测流动。涡流传感器提供涡流传感器输出。

[0006] 漩涡流量计包括用于接收来自第一热电偶套管组件的第一热接点(thermal junction)输出的第一端子，所述第一热电偶套管组件远离漩涡流量计。漩涡流量计包括用于接收表示热电偶套管组件的热特性的数据输入。

[0007] 漩涡流量计包括电路。电路接收数据。电路接收第一热接点输出。电路接收涡流传感器输出。电路提供流量计输出。流量计输出被提供温度和热特性补偿。 附图说明

[0008] 图1图示现有技术的漩涡流量计；

[0009] 图2-3图示具有温度补偿的第一漩涡流量计；

[0010] 图4-5图示具有温度补偿的第二漩涡流量计；

[0011] 图6图示具有温度补偿的第三漩涡流量计的方框图；

[0012] 图7图示具有温度补偿的第四漩涡流量计的方框图；

[0013] 图8-13图示热电偶套管；以及

[0014] 图14图示用于热接点的电缆。

具体实施方式

[0015] 当说明和在本应用中使用时，术语“热电偶”表示包括两个热接点(thermal junction)的电路，所述两个热接点通过包括第一材料的第一导体电连接在一起。当用在本应用中时，术语“热接点”表示第一材料与第二材料之间的接触点(contact)。 [0016] 在如下所述的实施例中，漩涡流量计连接到远离漩涡流量计的位置处的热电偶套管组件中的热接点。漩涡流量计接收表示热电偶套管组件的热特性的数据。漩涡流量计中的电路接收热接点的输出和涡流传感器输出。电路提供进行了温度补偿和热特性补偿的流量计输出。

[0017] 如图1中所示，第一种类型的漩涡流量计包括用于感测流体温度的传感器，如例如授予Kleven的美国专利6,658,945和授予Kleven等人的US6,170,338B1中所公开的漩涡流量计，所述专利通过引用在此全文并入。图1示出第一种类型的现有技术的漩涡流量计100，所述漩涡流量计100包括温度传感器102和测压孔(pressure tap)104，所述温度传感器102和所述测压孔104在连接法兰108和110之间安装到漩涡仪壳体106。连接模块114中的压力传感器112通过管116连接到测压孔104。温度传感器102和测压孔104安装在位于非流线型体120下游的流线型体118中。流线型体118包括用于容纳温度传感器102的内凹部。流线型体118安装到漩涡仪壳体106并延伸通过漩涡仪壳体106中的凹部126。信号线122将温度传感器102连接到位于变送器壳体128中的电子变送器124。变送器壳体128安装在连接模块114 上，连接模块114安装在支撑管130上，而支撑管130安装在漩涡仪壳体106上。在不需要压力传感器和温度传感器的应用中，漩涡流量计100的成本由于加工凹部126、设置流线型体118和设置温度传感器102和压力传感器112而不必要地增加。

[0018] 还期望提供一种能够使得操作与远距离(remote)热电偶套管组件相关以提供“热量计量”输出的漩涡流量计，所述“热量计量”输出表示通过能量交换过程在流动流中产生的热量或所损失的热量。如以下参照图4-5、7、8-14中所述，公开了提供这种热量计量输出的漩涡流量计。

[0019] 图2示出漩涡流量计200。漩涡流量计200包括变送器壳体202。电子电路204装入变送器壳体202中。电子电路204提供电缆上的流量计输出206。流量计输出206可以是模拟输出、数字输出或模拟输出和数字输出。漩涡流量计200包括漩涡仪壳体208，所述漩涡仪壳体208设置有用于连接到管道系统的法兰216、218(图3)。涡街杆(shedding bar)(也称作非流线型体)210支撑在漩涡仪壳体208中。当流体流动通过涡街杆210时，流体涡旋通过涡街杆210脱落。涡街杆210附近的涡流传感器(图6和图7中示意性地所示)感测漩涡。电子电路204计算作为由涡流传感器感测的漩涡的频率的函数的流量计输出206。在安装时使用手持式数据输入端子212，以通过电缆214将数据通信给电子电路204。还可以经由电缆206从控制系统通信数据。漩涡流量计200包括接收数据的数据输入。

[0020] 图3示出包括漩涡流量计200的流量测量装置220。如图所示，法兰216、218用螺栓固定到流体管道系统226、228的法兰222、224。流体流动通过流体管道系统226、228和漩涡流量计200。流体可以包括液体或气体。

[0021] 热电偶套管组件230经由电缆232连接到漩涡流量计200。热电偶套管组件230远离漩涡流量计200。热电偶套管组件230安装到管道系统226、228以感测流体温度。热电偶套管组件230包括热电偶套管内的热接点。热电偶套管是适于容纳热敏元件并设置有到管道或其它压力容器的压力密闭(pressure-tight)连接件的压力密闭容器。以下以图8-13中所示的示例的方式更详细地描述热电偶套管组件230。以下以图14中所示的示例的方式更详细地描述电缆232。

[0022] 漩涡流量计200到热电偶套管组件230的连接是任选的。在有些装置 中，不要求温度补偿，从而可以避免热电偶套管组件230的安装成本。在其它装置中，温度补偿是需要的，从而要连接热电偶套管组件230。相同类型的漩涡流量计200可以用在两种装置中。热电偶套管组件230可以连接在漩涡流量计的下游(如图3中所示)，或可以可选地安装在上游。以下通过图6中所示的示例性方框图更详细地描述流量测量装置220。 [0023] 图4示出漩涡流量计400。漩涡流量计400包括变送器壳体402。电子电路404装入变送器壳体402中。电子电路404提供电缆上的流量计输出406。流量计输出406可以是模拟输出、数字输出或模拟输出和数字输出。漩涡流量计400包括无凸缘(或无法兰)的漩涡仪壳体408，所述漩涡仪壳体408设置有用于密封到管道系统的密封表面416、418(图5)。涡街杆(也称作非流线型体)410支撑在漩涡仪壳体408中。当流体流动通过涡街杆
410时，流体漩涡通过涡街杆410脱落。在涡街杆410附近的涡流传感器(图6、7中所示)感测漩涡。电子电路404计算作为由涡流传感器感测的漩涡频率的函数的电缆406上的流量计输出。在安装时，使用手持式数据输入端子412，以通过电缆414将数据通信给电子电路404。还可以经由电缆406从控制系统通信数据。漩涡流量计400包括接收数据的数据输入。

[0024] 图5示出包括无凸缘漩涡流量计400的流动测量装置420。如图所示，密封表面416、418密封到流体管道系统426、428的法兰422、424。长螺栓442、444用于将密封表面
416、418压在法兰422、424上。流体流动通过流体管道系统426、428和漩涡流量计400。流体可以包括液体或气体。

[0025] 第一热电偶套管组件430经由电缆432连接到漩涡流量计400。第二热电偶套管组件434经由电缆436连接到漩涡流量计400。热电偶套管430、434安装到管道系统426以感测流体温度。热电偶套管组件430、434包括在热电偶套管内的热接点。以下经由图8-13中所示的示例更详细地描述热电偶套管组件430、434。以下经由图14中所示的示例更详细地描述电缆432、436。

[0026] 热电偶套管组件434在能量交换过程440的上游的位置安装在管道系统426上。热电偶套管组件430在能量交换过程440下游的位置安装在管道系统426上。能量交换过程440可以是从流动流体增加或除去能量的任何过程。一方面，能量交换过程440包括从流动流体除去热量的热交换器。另 一方面，能量交换过程440包括给流动流体增加热量的锅炉(boiler)。以下经由图7中所示的示例性方框图更详细地描述流动测量装置420。要注意的是虽然图5的说明描述到热电偶的两个单独连接，但是热电偶也可以远离变送器而连接在一起，并都连接到单对输入端子。

[0027] 图6示出漩涡流量计602的方框图。漩涡流量计602通过电缆604连接到安装在第一热电偶套管608中的第一热接点(Tf)606。例如，如图3中所示，第一热接点606远离漩涡流量计602。第一热接点606感测流动通过漩涡流量计602和流动经过热接点606的流体的温度T1。热电偶604通过冷接点(cold junction)温度传感器672连接到热电偶电压测量和温度计算电路670。热电偶电压测量和温度计算电路670被构造成提供到电路648的与热电偶606的温度有关的输出。

[0028] 漩涡流量计602包括涡流传感器610。涡流传感器610安装在流动流中的涡街杆上，或被安装成与所述涡街杆相邻。涡流传感器610感测流体流612中的漩涡。涡流传感器610通常包括差压传感器，但是还可以包括其它公知类型的涡流传感器。涡流传感器610感测流体流612并提供涡流传感器输出614。一方面，涡流传感器输出614包括与流量成比例的频率。

[0029] 根据一方面，漩涡流量计602包括第一数据输入624，所述第一数据输入624接收表示热电偶606的热特性的第一数据。第一数据输入624的最初数据包括与第一热接点606相关联的热电偶类型的识别。一方面，第一数据包括作为N型或E型热电偶结的热接点的识别。

[0030] 根据一方面，漩涡流量计602还通过输入624接收计算算法。将计算算法提供给电路648，所述电路648将计算算法存储在存储器649中。计算算法用于计算作为涡流传感器输出614的函数的流量计输出632，并且计算算法对于由热电偶606测量的温度补偿流量计输出632。

[0031] 根据一方面，漩涡流量计602包括压力数据输入634。压力数据输入接收压力数据。压力数据从压力数据输入耦合到计算电路648。压力数据表示流体的压力。压力数据可以通过例如压力传感器提供。

[0032] 根据一方面，手持式通信装置636或其它装置或数据源为数据输入中的至少一些提供数据。根据另一方面，手持式通信装置包括来自在明尼苏达州Eden Prairie的Rosemount公司的375型现场通信装置。根据一方面，数据输入在一对导线上数字通信，所述一对电线在手持式通信装置与漩涡流量计之间提供两线过程控制回路。另一示例通信技术使用无线通信。漩涡流量计602包括根据方程计算温度T1的电路。电路670计算用于校正热特性K的流体温度估计值。

[0033] 电路648计算进行了流体温度T1补偿的流动测量输出632。一方面，流动测量输出632包括体积流输出。另一方面，流动测量输出632包括质量流输出。电路648可以例如通过手持式通信装置为作为体积流量计或质量流量计的函数远距离编程。 [0034] 图7示出漩涡流量计702的方框图。图7中所示的多个元件与图6中所示的元件类似或相同，并且由相同的附图标记表示。漩涡流量计702连接到第一热电偶套管608中的第一热接点606和第二热电偶套管704中的第二热接点706。第一热电偶套管606热连接到能量交换过程下游的管路中的流体。根据一方面，能量交换过程从流体提取热量并冷却流体。根据另一方面，能量交换过程将热量提供给流体并加热流体。第二热电偶套管704热连接到能量交换过程上游的管路中的流体。结合图5以上描述示例布置。第一热接点606和第二热接点706在漩涡流量计702处连接在一起，以形成在能量交换过程两端的热电偶感测温差。

[0035] 温差计算电路708计算温差并提供温差估计值714。温差估计值714是热电偶电压和数据输入624与626的函数。

[0036] 热流计算电路710产生表示能量交换过程中的热流的热流测量输出712。一方面，热流测量输出712包括热流量，例如，在英国热量单位中每小时的热流量。另一方面，热流测量输出712是累加输出，并表示交换的热量，例如自从重置累加量之后所交换的英国热量单位的总数。漩涡流量计因此可以用作计量仪以说明或列表被能量交换过程所使用的加热或冷却的量。

[0037] 热流计算电路710产生作为温差估计值714的热流测量输出712和表示流体流动的涡流传感器输出614的函数的热流测量输出712。根据一方面，热流测量输出还可以作为压力数据634的函数被计算。根据从手持式通信装置636接收的存储的计算算法计算热流计算。在一个示例中，热流由质量流乘以焓的变化给出，其中，质量流为体积流乘以密度，而密度和焓是温度的函数。

[0038] 可以通过使用执行计算和产生输出的处理器来实现漩涡流量计602、702。还可以通过可以编程以执行漩涡流量计602(其可以是体积流或质量流)的功能或漩涡流量计702的功能的处理器实现可编程漩涡流量计。单个漩涡流量计产品可以通过使用手持式装置636在现场编程，以提供体积流流动输出、质量流输出或热流输出。

[0039] 图8-9示出包括热电偶套管法兰804的示例性热电偶套管802，所述热电偶套管法兰804可以用螺栓固定到管路上的管道法兰(未示出)。图10-11示出包括带有螺纹的凸缘814的示例性热电偶套管812，所述凸缘814可以螺纹连接到管路上的螺纹孔(未示出)中。图12-13示出包括颈状部824的热电偶套管822，所述颈状部824可以焊接到管路中的孔(未示出)。

[0040] 图14示出在将热电偶套管中的热接点连接到漩涡流量计上的端子中所使用的电缆1402的示例。在图14中，电缆的一部分被剖开，以显示电缆的内部结构。电缆1402包括螺旋地缠绕电缆的周边的外护层1404。外护层1404防止内层由于电缆上的磨损或拉动而被机械损伤。呈编织状金属保护件1406设置在外护层1404内。呈编织状金属保护件1406提供静电屏蔽以减少被热接点布线拾取的EMI。一对导体1408、1410设置在呈编织状金属保护件1406内。导体1408、1410是绝缘导体，并且被电绝缘体1412、1414包围。一方面，导体1408、1410由用于形成热接点的金属形成。

[0041] 虽然已经参照优选的实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将认识到在不背离本发明的精神和保护范围的情况下，可以在形式和细节上做改动。