CN101421592A

CN101421592A - 动态混合气体流量计

Info

Publication number: CN101421592A
Application number: CNA2004800298585A
Authority: CN
Inventors: 埃里克·J·威布尔
Original assignee: Fluid Components International LLC
Current assignee: Fluid Components International LLC
Priority date: 2003-08-14
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2009-04-29
Also published as: EP1664685A2; US20050034532A1; CA2535701A1; WO2005017464A2; US7191645B2; WO2005017464A8; WO2005017464A3; EP1664685A4

Abstract

一种带有适于插入管道(65)内流动介质中的探头(10)的补偿流量计。所述探头包括热扩散式传感器(15)和包含在探头的无流动室(75)之中的补偿气体性质传感器(20)。所述热式流量传感器包括有源和参考传感元件(25、30)，它们相应地提供与介质流量相关的输出信号。所述补偿气体性质传感器具有补偿有源和参考传感元件(35、40)，它们相应地提供与介质的热传递相关的输出信号。通常配置合适的处理器(130)，用于调节由热扩散式传感器测得的流量，来补偿由补偿气体性质传感器检测到的热传递的变化。

Description

动态混合气体流量计

技术领域

本发明涉及流量传感器，更具体地涉及一种用于补偿可变混合气体组分的热扩散式流量计。

背景技术

热扩散式流量计是商业和工业计量市场中通用的一种流量计量装置。用于这类计量装置中的一种典型的传感元件是电阻式温度检测器(RTD)，其电阻与元件自身的温度相关。典型的传感器至少采用两个RTD元件。一个RTD元件用作参考元件(基准元件)，通常不被加热。第二个RTD用作被加热的有源元件。在使用时，流量对热的RTD元件的影响提供了对被监测的导管或管道中物质流速的测量。

在热扩散的工业中，通常使用两种不同的方法来确定管道中的流量。一种技术是维持参考RTD和有源RTD间的恒定的温差。这种方法测量维持有源RTD高出参考RTD一恒定温度所需的电压或电流，同时由于流动介质的物理性质而从有源RTD带走热量。另一种方法是测量有源RTD和参考RTD的电压差，同时用恒定电流或恒定功率的热源加热有源RTD。在该测量过程中，与前一方法类似，有源RTD的热量是通过流动介质的物理性质而散失的。

影响传统流量计准确性的一个因素是流动介质的物理组成的一致性。在很多应用中，流动介质保持相同的常规组分，在这种情形下，传统的流量计能提供足够准确的流速(流量)测量。然而，在例如火炬气和其它可变混合气体组分的情形下，介质的物理组分不断变化，使得要获得精确的流速十分困难。

发明内容

本发明的补偿流量计包括适于插入管道内的流动介质中的探头。探头包括热式流量传感器和包括在探头的无流动室之中的补偿气体性质传感器。热式流量传感器可以由有源传感器与参考传感器构成，这些传感器相应地提供与介质流速相关的输出信号。补偿气体性质传感器可以由补偿有源传感器与参考传感器构成，这些传感器相应地提供与介质的热传递相关的输出信号。通常配置以合适的处理器，用于调节由热式流量传感器检测的实测流速，来补偿由补偿气体性质传感器测得的热传递的变化。

附图说明

通过以下结合附图对优选的实施方式的描述，本发明的上述和其它方面、特征、以及优点将变得更加显而易见，附图中：

图1是根据本发明的包括流量和气体性质传感器的流量计探头的侧视图。

图2示出了置于管道中的图1的流量计探头的示范性实施方式。

图3是装配的放大剖面图，其示出根据本发明一个实施例包括在图1的流量计探头的中间腔室部分内的各个元件的更为详细的视图。

图4是剖面图，其示出图1的流量计探头中热式流量传感器部分的更为详细的视图。

图5是简化的示范性方块图，其示出可连接至流体和气体性质传感器的基本的电路元件。

图6为示出ΔR与流体和气体性质传感器各自的输出之间的关系的特定实例的曲线图。

图7为示出了相对于基线气体混合物的变化组分的气体混合物的典型流量的曲线图。

图8和图9为示出了相对于基线气体混合物的不同组分的气体混合物可能的流量误差率的曲线图。

图10是根据本发明可选实施例的具校准和压力传感能力的流量计探头的侧视图。

图11是根据本发明一替换实施例的具有压力传感能力的流量计探头的侧视图。

具体实施方式

在以下说明中，将参照构成本说明书一部分的附图并以举例说明的方式示出了本发明的具体实施方式。本领于技术人员应该理解，可采用其它的具体实施方式，并且可以进行结构、电路以及程序上的变化而均不背离本发明的范围。

现在参照图1，示出了根据本发明一个实施例的探头10的侧视图。探头10通常包括热式流量传感器15和气体性质传感器20。流量传感器可配置有一对诸如电阻式温度检测器(RTD)的热装置。如图所示，流量传感器包括一个被加热并且是有源传感元件25的RTD，而另外一个RTD是相对或基本上不被加热的参考传感元件30。

在运行中，气体混合物流过管道中传感器15的有源和无源元件，导致热从有源传感器耗散，与参考传感元件的热耗散相比。通常的流速在约0.5至约300标准英尺每秒(SFPS)之间的任何区域变化。温差(ΔT)的变化反映为电阻差(ΔR)的变化。ΔT和ΔR值可与管道中气体混合物的瞬间流速相关联。使用ΔR是计算流速的多种可能的技术中的一种。这里将对其它技术作更详细地描述。

与流量传感器15类似，气体性质传感器20(虚线所示)可包括有源RTD传感元件35和参考RTD传感元件40。如图所示，这些元件包含在中间腔室45之内，并安置于近端探头元件50和远端探头元件55之间。在运行中，气体混合物流入中间腔室的无流动室内，并与暴露的有源传感元件35和无源传感元件40接触。电阻差反映出中间腔室内气体混合物的热传递。电阻差(ΔR)的变化可与气体混合物热传递的变化相关联，因而与气体混合物的气体组成的变化相关联。

以上典型的说明通常假定有源传感元件和参考传感元件是基于热差的，首选的例子是RTD。然而，可以使用其它的基于热的传感器，除了别的之外还，包括热电耦、热电堆、热敏电阻、晶体管、以及二极管。

图2示出了设置在管道65的壁60上的探头10的典型实例。在使用时，气体性质传感器20利用具有不同组成的气体呈现出不同热传递水平的原理。考虑例如气体混合物以恒速流过管道的情况。如果气体混合物的组分发生变化，则气体混合物的热传递也发生变化。热传递的变化影响了流量传感器中有源传感器的散热速率，因而影响了流速。这意味着实际流量可以是恒定的，但气体组分的变化将反映为流速的变化。可以将实际的和测得的流速间的偏差称作流量误差。

对于任何流量误差，即使气体混合物的实际流速维持恒定，测得的流速也可能变化(更高或更低)。例如，当气体混合物的热传递升高时，测得的(不是实际的)流速将会增加。相反地，当气体混合物的热传递下降时，测量的流速将会减小。

可通过补偿气体混合物的热传递来实现因气体混合物物理性质的变化而引起的流量误差的校正。也就是说，如果可以确定气体混合物的热传递，就可获得更准确的气体混合物的流速。流量误差的校正在可变混合气体组分的测量应用中可能是非常重要的。

根据本发明，气体性质传感器20被设计成静止的腔室(stillwell)来检测管道中流动的气体介质的热传递，并和流量传感器15联合使用。在运行中，流量传感器将测量管道65中气体混合物的流速，同时气体性质传感器测量气体的热传递。这里将作更详细描述，必要时调节被测量的流量，以补偿气体混合物热传递的任何变化。

图3是装配的放大的剖面图，示出了根据本发明一个实施例的包含在流量计探头的中间腔室之内的各个元件的更为详细的视图。如图所示，中间腔室45具有端板85和87，以密封其内部而与探头的其它部分隔开。为确保流量不是传感器35和40的影响因素，下游的孔80允许气体进入无流动室75。这些气孔允许足量的气体进入无流动室，并连接至挡板90，与有源传感器35和无源传感器40相接触。通常中间腔室设置有一个或多个孔，但其它设计也是可行的。管95具有另外的功能，将在随后的图中描述。

为优化由气体性质传感器20进行的热传递测量，期望使得无流动室内的气体流量最小化。如图所示的中间腔室的构造的本质是允许有源和参考传感器能在静止的或“无流动”的环境中进行流动气体的采样。通常使用挡板90以进一步减小该室内的气体流量。在中间腔室45内产生的无流动环境的特殊设计，并不是关键的或必需的，允许通过传感器20进行足够准确的热传递测量的其它任何合适的设计都可以使用。

图4是剖面图，示出了热式流量传感器15的更为详细的视图。可以使用合适的装置(例如基板105)将有源传感器25和参考传感器30连接至该远端元件。如图所示，远端元件55具有空腔110，可用于布置连接传感器和电路所需的配线。

图5是简化的方块图的实例，示出了可连接至流体传感器15和气体性质传感器20的基本电路元件。将参考图1和图2所示的探头元件描述该图。应当理解，该图中所示的元件是代表性的，许多其它的构件也是可行的。可以将这些元件安置于外壳115中，该外壳通常靠近管道65的外侧。作为变化形式，如图5所示的部分或全部的非传感元件可位于中央、较远的位置。

如图所示，电源120向流量计提供必需的电能，同时信号调节器125产生流量计中各元件所需的功率水平和信号格式。在使用中，将由流量传感器15和气体性质传感器20产生的信号输出发送至信号调节器，最终到达信号处理器130。利用许多已知技术中的任何一种，信号处理器基于流量传感器的输出确定流速，并基于气体性质传感器的输出确定流动气体的热传递。根据本发明，信号处理器进一步提供补偿的流速，其说明了流动气体混合物的热传递的任何变化。将参照图6-9更详细地描述这一特征。

电源能向流量计提供由信号调节器确定的任何适当的功率水平和格式。通常地，电源将向功率和热传感器15和20提供20-42伏特的可变直流电压(VDC)，并向数字逻辑电路提供调制的5伏特直流电压(VDC)。5伏特直流电压是现行标准，但是可根据需求和期望调整提供给流量计元件的功率。电源自身可以由具有115伏特或230伏特的交流电压(VAC)、或24伏特直流电压(VDC)的输入电源供电。

可以使用许多不同技术中任何一种来控制流量传感器15以确定流速，以及控制气体性质传感器20来确定流动气体的热传递。例如，一种技术是，设置信号调节器125以将20-42伏特直流电(VDC)转换为0.5mA的恒定电流供电给参考传感器30和40，以及转换为20mA的恒定电流，以加热有源传感器25和35。

在运行中，对于流量传感器，信号调节器感应通过传感器25和30的电压，以确定电压差(ΔV)。电压差ΔV产生自在恒定电流下的电阻变化(ΔR)，其与温度差ΔT成比例，为计算根据现有技术所涉及的介质的流量提供了依据。信号调节器以类似的方式感应通过传感器35和40的电压，以测定该特定传感器的ΔR，从而为计算气体的热传递提供了依据。20mA的加热电流仅仅是示例，可以采用能产生期望结果的任何激励。

另一技术可以是，其中信号调节器125对于有源传感器25和参考传感器30作为恒定电源工作，流向这些传感器的电流和跨过它们的电压降可变化。在这种构造中，信号调节器通常包括乘法电路，该电路为这些传感器中的每一个监测功率(V×I)，并维持该功率恒定。流向有源传感器的电流或跨过它的电压降的变化，与电阻变化(ΔR)相关(并因此与温度变化(ΔT)相关)，并由此用于计算介质的流速。可以用类似的方法控制有源传感器35和参考传感器40，以使得流向有源传感器35的电流或跨过它的电压降的变化与ΔR和ΔT相关，其可用于测定热传递。

还有一种获得必需的测量的可行的方法，即保持有源RTD和参考RTD的温差ΔT恒定。根据这个方案，功率作为流速或热传递的函数而变化。就是说，当流速增加(或热传递增加)时，必须向加热的RTD传感器施加额外的功率，以保持温度恒定。

在本技术中，信号调节器维持恒定的ΔT。由于对于RTD来说，电阻和温度的关系是固定的，所以ΔR也是恒定的。为维持ΔT或ΔR恒定，可以检测ΔV和ΔI二者或Δ功率，以便为计算流速提供依据，或者对气体性质传感器的情况为计算热传递提供依据。通过将任何特定的工艺温度用作维持恒定温差所需的功率的函数，可以得到这些计算。。

还有一种可供选择的方法，可维持电压恒定，这与上述恒定电流的方案相反。当维持ΔV恒定时，电流随着温度的改变而改变。ΔI为测定流速(传感器15)或热传递(传感器20)提供了依据。

上述用于测定流动气体流速以及测量流动气体的无流动样品的热传递的方法，对于那些热传感器技术领域中的技术人员所熟知的。不管传感器25、30、35、和40是以恒定电流、恒定功率、恒定温差或恒定电压下工作，都可以调换传感器的作用，而向曾经的参考传感器提供加热激励，向曾经的有源传感器提供较低的非加热激励。通常将同样的测量技术用于流量传感器和气体性质传感器，但这并不是必要的，如果需要也可使用不同的测量技术。

如上所述，流量传感器和气体性质传感器通常各自配置有两个截然不同的传感器：有源传感器和参考传感器。然而，其它配置也是可行的。例如，单个元件传感器可按分时方式工作，其中，在预定的一个较短的时间段内，其用作(被加)热传感器。然后，使传感器降温(通常为20-40秒)而用作基本上不热的参考传感器。之后可获得参考测量值，并且可以根据需要或希望在连续的或周期性的基础上重复该加热-冷却循环。

信号处理器130可以是微处理器、硬件连接状态机(hard wiredstate machine)、数字信号处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、嵌入式处理器、或任何其它合适的控制或处理装置。信号处理器通常配置有适当的存储器135，用于处理、记录和存储与流量计的操作相关的数据。可使用任何类型(或组合)的合适的易失或非易失存储器或储存装置实现存储单元，包括随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、可编程只读存储器(PROM)、只读存储器(ROM)、磁存储器、闪速存储器、磁盘或光盘、或其它类似的存储器或数据存储装置。

信号处理器的主要功能是计算由流量传感器15输出的气体介质的初始、未校正的流速，以及计算由气体性质传感器20输出的气体的无流动样品的热传递。信号处理器基于未校正的流速进一步提供气体介质经校正的流速，用于补偿气体热传递的任何变化。

此外，初始的、未校正的流速和热传递可以基于ΔR、ΔT、ΔI、ΔV、或者任何其它合适的测量技术而测得。可通过合适的输入装置(例如小键盘140)向信号处理器提供流量计操作指令。从流量计的本地输出可在显示器145上显示，该显示器可以是CRT、LCD、LED显示屏、或打印机、或其它显示装置。可由并行接口或串行接口150提供另外的输出，该接口能够驱动外部操作，如为计量计或为了调整监控程序的控制。可采用输出驱动器155来驱动外部指示器，例如附加显示器、打印机、或者可视或听见的警报器。

流量计的操作可进行如下。首先，附图5所示的流量计向有源RTD传感器25供能，提供恒定的电流，以将其加热至预定的温度，以及施加小得多的恒定电流来激励或启动参考RTD传感器30，但不会使其温度明显升高。于此同时，以同样方法激励气体性质传感器20的有源传感器35和参考RTD传感器40。

当气体混合物流经流量传感器15的有源传感器25和参考传感器30时，热量将从有源传感器25散失，且温差将减小。温差(ΔT)的变化反映为电阻差的变化(ΔR)。在任何时候信号处理器130都将ΔR转译为管道65中流动的气体介质的具体流速，并且流量计提供适当的输出。当ΔR降低时，流量计显示流速增加，因为与相对不热的参考传感器相比，热量更易于通过气体介质从热的有源传感器散去。附图6中曲线215，220和225描述了与ΔR值相关的流速的实例。

计算的流速通常相当准确。然而，当气体混合物组成发生变化时，计算的流速可能含有明显程度的误差。产生这种误差的一个原因在于流经流量传感器15的气体混合物的热传导率或热传递发生了变化。火炬气流(flare gas stream)就是一个实例，其中就存在气体组成的可变混合物。例如，通常的火炬气流可能含有挥发性碳氢化合物气体的混合物，其中除了别的，包括甲烷、丁烷、乙烷、以及戊烷。也可能存在诸如氧气、氮气、二氧化碳、硫化氢、氢气、和丙烯的气体。

气体性质传感器20的输出用于补偿初始测量的流速的任何不准确性。例如，当可检测量的流动气体混合物进入中间腔室75中的无流动室时，气体性质传感器20的有源传感器35和无源传感器40就暴露于该气体混合物中。与流量传感器类似，热量将从有源传感器35上散失，与气体混合物热传递相关的温差将下降。此外，温差(ΔT)的变化反映为电阻差(ΔR)的变化。

由于气体性质传感器位于无流动的环境中，因此ΔR数据与气体混合物热传递相关，与流速无关。在气体混合物热传递增加的情形下，ΔR出现相应的减小。相反地，当气体混合物的热传递降低时，检测到ΔR相应的增加。如果需要，本发明的流量计可以配置有压力传感器315、或标定校验气源310、或两者皆有。在随后的附图中将更为详细地描述这些可选的特征。

附图6为示出了ΔR与流量传感器15和气体性质传感器20各自输出之间的关系的具体实例的曲线图。在该曲线图靠近顶端的部分有三条较直曲线，其与气体性质传感器产生的输出相关联。线200表示从100％丙烷的气体混合物中获得的读数，该气体混合物在本实例中作为基线气体。线205和210表示分别从95％丙烷和5％氢气、以及85％丙烷和15％氢气的气体混合物中获得的读数。如本图所示，每种特定气体混合物的ΔR保持基本上不受流速的影响。这是因为气体性质传感器是在无流动环境中获得的这些测量值。

线205和210中的ΔR值低于线200中的ΔR值，这是因为当通过增加氢气的含量来代替100％丙烷的基线混合物时，其具有相对较高水平的热传导率和热传递(能力)，ΔR值自然将会降低。描述这种关系的一个方法是使得特定气体组成与和基线气体混合物(例如丙烷)相关的ΔR值相关联。

流量曲线215表示从流动的100％丙烷气体混合物的流量传感器15中获得的读数，而流量曲线220和225是分别从95％丙烷和5％氢气、以及85％丙烷和15％氢气的气体混合物中获得的读数。该图中曲线和直线可如下地相关联：直线200和曲线215；直线205和曲线220；以及直线210和曲线225。如前所述，ΔR值的减小可与流速的增加相关联。

各种流量曲线明显地示出：当气体混合物的组成发生变化时，ΔR值也发生变化，因而这些气体的流量读数也发生变化。传统的传感器不能容易地补偿气体组成的变化，因而易出现流量计算的误差。克服可变混合气体组分的流量测量误差的一种方法是利用一种具有代表性的气体混合物来校准流量传感器。然而，如图7所示，这并不总是可行的解决方案，这是由于当被测量的气体混合物偏离基线混合物时，在计算的流速中误差的可能性。

图7为示出了相对于基线气体混合物，可变组成的气体混合物的流速的曲线图。在该图中，X-轴表示在给定流速下的100％丙烷基线混合物，Y-轴表示基线气体和两种单独的气体混合物之间相对偏差。

流量曲线240A反映出从95％丙烷和5％氢气的气体混合物中获得的误差量，而流量曲线245A为从85％丙烷和15％氢气的气体混合物中获得的误差量。该图表明，只要气体组成从100％丙烷基线组成发生变化时，就会产生计算流量的显著误差。

根据本发明，气体性质传感器20适于检测与基线气体相关的热传递的变化。再次，流动气体热传递的变化影响测量的流速的准确性。因此，如果检测到热传递的变化，测得的流速被调节以补偿这种变化。

图7中还示出了校正过的流量的实例。具体来说，流量曲线240B表示95％丙烷和5％氢气的气体混合物的流量计算的校正，曲线245B表示85％丙烷和15％氢气的气体混合物的流量计算的校正。图7示出一个实例，其说明补偿气体混合物热传递的变化是如何显著提高计算流速的准确性。

在这里已经使用了100％丙烷作为基线气体，作为可能用于校准流量计的可能气体中的一个具体实例，但是也可以使用任何其它合适的气体或气体混合物组成。通常选择基线气体混合物作为具体应用中要遇到的气体组成的代表，但并不要求单一的气体组成。

图8和图9示出不同组成的气体混合物相对于基准气体混合物的可能的流速误差。例如，图8示出了使用流量传感器15从不同气体混合物中获得的原始的、未经校正的流量数据，图9示出了在补偿气体混合物的热传递变化(由气体性质传感器20检测)之后的校正的流量数据。

在这些图中，曲线250表示从70％N₂、10％C₄H₁₀、6％CH₄、以及14％CO₂的基线气体混合物中获得的流量读数。曲线255描述了从50％CH₄和50％N₂的气体混合物中获得的读数，曲线260表示从50％CO₂和50％N₂的气体混合物中获得的读数。图8表明，只要被测量的气体混合物偏离基线组成，由流量传感器15输出产生的初始流速就会出现很大的误差。图9示出了初始流量值相对于基线混合物的校正量的实例，该校正可通过补偿气体混合物热传递的变化而实现。在这个具体实例中，原来的流量误差率大约为10-20％(图8)，后来被校正至平均只有百分之几级别的误差率(附图9)。

本发明的流量计提供了可变混合气体混合物的高度准确的流量测量。如果需要，流量计可以根据需要或希望配置有与许多不同的零件。通过举例，现在来描述本发明的可选的具有标定校验、或检验功能(verification capablities)、以及压力传感装置的实施例。

图10为探头300的侧视图，示出了设置有标定校验功能的流量计的典型实施例。探头300在很多方面与图1和图2所述的探头10相似。主要区别在于，探头300设置有组合式校准/压力管95。所示的这个管连接至标定校验气源310以及压力传感器315。

校准功能使用户能够校验流量传感器15的功能。探头300可这样检验该校准，即以预定的速率将标定校验气体320引入管95中，以冲击有源传感器25和无源传感器30的侧面。标定校验气源能放出空气或任何适宜的气体(如干燥的氮气)。

随后将有源传感器和无源传感器的输出与存储的校正数据进行比较来确定传感器的准确性。可以将标定校验气源设置为在多个不同流速下工作，每个流速与某一特定传感器输出相关联。可通过用标定校验气体在两种或更多种不同流速下激励有源传感元件，然后比较各种传感器输出，来完成校准确认。

一种特定标定校验过程可按如下方式进行。首先，例如，可以由用户激活标定校验气源310来提供适合的5PSI的校验气体320，可测量流量传感器15的输出来得到例如ΔR。如果测量的ΔR值属于预期的ΔR值的某些预定范围中，则认为传感器操作适当。该校准程序可在适合于具体应用的气压范围内(例如，10PSI，50PSI，100PSI，以及其它期望值)重复。本发明的流量计的标定校验功能使用方便并且非常准确。另外的好处是不需要为测试的目的而往流量计上临时连接另外的元件，也不需要拆卸任何元件，这二者都是现有技术装置中的常见的情况。

只要需要流动气体介质的压力读数，都可以采用压力传感器315。通常的压力读数范围大约为1-500psi。如图所示，压力传感器与终止于探头末端、靠近传感器15处的管95耦合。在运行中，当气体混合物流经管道时，气体混合物的压力也存在于气体传感器测量该压力的管中。可将表示管道中流动气体压力的信号输出传送至信号处理器130(图5)。当然，校准和压力传感器功能是独立运行的，并可通过位于管95远端的适当的阀将其分开。也可以使用合适的阀机构来防止流动气体混合物进入校准气源310。

由于气体性质传感器20位于无流动室中，因此它对压力敏感。因而，当压力偏离校准压力时，气体性质传感器的准确性会降低。为补偿这种与压力相关的不准确性，可以基于由压力传感器产生的压力读数来校正由气体性质传感器产生的信号。

虽然标定校验气源和压力传感器共享同一根管，但这不是必要的，如果需要，这些装置中的每一种都可以独立地配置有单独的管。如图所示，探头300既具有校正功能也具有压力传感器，但当只有这些功能中的一种被安装时，才存在其它可能性。图11描述了配置有压力传感器的探头的实例。在该图中，所示探头350具有压力传感器315，但是不执行探头300的校正功能。另一个区别在于管95终止于中间腔室45的无流动室之内，靠近气体性质传感器20中的有源传感器和参考传感器。流动气体介质的压力读数可从进入中间腔室的无流动室内的气体获得。

如图所示，流量和气体性质传感器与外壳115内的流量计控制器和电子设备相对临近。然而，任何或所有流量计元件同样可能位于离管道和传感器或与流动介质有密切关系的其它信号产生元件较远的位置。由各种传感元件产生的信号可通过电线连接或这些元件可无线合。

图中未示出常规的信号和电源线，它们从外壳115穿过探头到达传感元件。在探头(附图3，10，11)内具有管的实施例中，可以将这些电线放置在这个管中。

尽管已结合所披露的实施例对本发明作了详细描述，在本发明范围内的许多修改对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。应该明了，对于一个实施例所描述的典型的特征还可以用于其它实施例。因此，本发明应该由权利要求来合理解释。

Claims

1.一种用于管道(65)中的流动介质的补偿流量计，所述流量计包括：

探头(10)，适合于插入所述管道中的所述介质中；

热扩散式传感器(15)，安装在所述探头之上，适用于提供与所述介质的流速相关的输出信号；

补偿气体性质传感器(20)，安装于所述探头的无流动室(75)之内，适用于提供与所述介质的热传递相关的输出信号；以及

处理器(130)，用于调节由所述热扩散式传感器检测到的所述流速，以补偿由所述补偿气体性质传感器检测到的热传递变化。

2.根据权利要求1所述的流量计，其中，所述介质包括混合气体组分。

3.根据权利要求1所述的流量计，其中，所述介质包括可变的混合气体组分。

4.根据权利要求1所述的流量计，其中，所述介质包括具有变化热传递范围的可变混合气体组分。

5.根据权利要求1所述的流量计，其中，所述无流动室形成于所述探头的中间腔室部分(45)内；所述中间腔室部分包括至少一个孔(80)，允许所述介质进入所述无流动室、并与所述补偿气体性质传感器接触。

6.根据权利要求5所述的流量计，其中，所述中间腔室部分包括挡板(90)，用来进一步限制所述介质在所述无流动室中的流动。

7.根据权利要求1所述的流量计，进一步包括：

标定校验气源(310)，与所述探头连通；以及

导气管(95)，与所述标定校验气源连接，并且具有相对于所述热扩散式传感器定位的开口端，并且其中，所述标定校验气源适于以预定流速将标定校验气体(320)引入所述导气管，以使所述标定校验气从所述开口端流出，并冲击所述热扩散式传感器。

8.根据权利要求7所述的流量计，进一步包括：

压力传感器(315)，与所述探头通信，并与所述导气管连接，并且其中所述导气管与所述流动介质连通，所述流动介质的压力通过所述压力传感器测定。

9.根据权利要求1所述的流量计，进一步包括：

压力传感器(315)，与所述探头通信；以及

导气管(95)，与所述压力传感器连接，所述导气管具有相对于所述热扩散式传感器定位的开口端，并且其中所述导气管与所述流动介质连通，由所述压力传感器测定所述流动介质的压力。

10.根据权利要求1所述的流量计，其中所述热扩散式传感器包括以分时模式运行的一体式有源/参考传感元件(25、30)，以致所述一体式有源/参考传感元件在一预定时间段内为加热的有源传感器，在被降温之后，所述一体式有源/参考传感元件作为基本上不加热的参考传感器。

11.根据权利要求1所述的流量计，其中，所述热扩散式传感器包括有源传感元件(25)和参考传感元件(30)。

12.根据权利要求1所述的流量计，其中，所述补偿气体性质传感器包括以分时模式运行的一体式的有源/参考传感元件(35、40)，以致所述一体式有源/参考传感元件在一预定时间段内为被加热的有源传感器，在被降温之后，所述一体式有源/参考传感元件又作为基本上不加热的参考传感器。

13.根据权利要求1所述的流量计，其中，所述补偿气体性质传感器包括补偿有源传感元件(35)和补偿参考传感元件(40)。

14.根据权利要求1所述的流量计，其中：

所述热扩散式传感器包括有源传感元件(25)和参考传感元件(30)，以及

所述补偿气体性质传感器包括补偿有源传感元件(35)和补偿参考传感元件(40)。

15.根据权利要求14所述的流量计，其中，所述热扩散式传感器的所述有源传感元件和所述参考传感元件，以及所述补偿气体性质传感器的所述补偿有源传感元件和所述补偿参考传感元件都包括电阻式温度检测器(RTD)。

16.根据权利要求14所述的流量计，其中，所述热扩散式传感器中的所述有源传感器和参考传感器，以及所述补偿气体性质传感器中的所述补偿有源传感器和所述补偿参考传感器包括选自于由热电耦、热电堆、热敏电阻、晶体管和二极管组成的组中的传感元件。

17.一种用于测定管道(65)中流动介质的补偿流量的方法，所述方法包括：

在适于监测所述管道中所述介质的流量的探头(10)上安装热扩散式传感器(15)，其中，所述热扩散式传感器相应地提供与所述介质的流速相关的输出信号；

在所述探头的无流动室(75)内安装补偿气体性质传感器(20)，其中，所述补偿气体性质传感器相应地提供与所述介质的热传递相关的输出信号；以及

调节由所述热式流量传感器检测的所述流速，以补偿由所述补偿气体性质传感器检测的热传递的变化。

18.根据权利要求17所述的方法，所述方法进一步包括：

使用与所述探头通信且与导气管(95)相连接的压力传感器(315)测量所述流动介质的压力，其中，所述导气管允许所述流动介质流入所述导气管的开口端，所述压力传感器在所述开口端处接收并测量所述流动介质。

19.一种用于管道(65)中流动介质的补偿流量计，所述流量计包括：

探头(10)，适于插入所述管道中的所述介质中；

热式流量传感器(15)，安装于所述探头上，并与装置(130)相连接，以测定所述介质的流速；

补偿气体性质传感器(20)，安装于所述探头的无流动室(75)之内，并与装置(130)相连接，以测定所述介质的热传递；以及

装置(130)，用于调节所述流速以补偿所述热传递的变化。

20.一种用于测定管道(65)中流动介质的补偿流量的方法，所述方法包括：

使用安装于所述探头之上的热式流量传感器(15)来测定所述介质的初始流速；

使用安装于所述探头的无流动室(75)之内的补偿气体性质传感器(20)来测定所述介质的热传递；以及

根据所述初始流速计算所述介质的调节流速，补偿所述热传递的任何变化。

21.一种用于测定管道(65)中动态变化的混合气体流动介质的补偿流量的方法，所述方法包括：

通过热传感装置(15)测量所述流动介质的流速；

通过热传感装置(20)测量所述流动介质的热传递；以及

补偿所述流速用于所述流动介质的热传递。