CN101802564A - 双向振荡射流流量计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双向流量计，包括：第一射流振荡器装置，设置用于计量在第一方向的流体的流量；以及第二射流振荡器装置，设置用于计量在与第一方向相反的第二方向的流体的流量；并且其中，两个射流振荡器装置在流量计的入口和出口之间串联连接在一起，将被计量的流体能够在入口和出口之间流动。
Description
技术领域
本发明涉及一种流量测量装置的改进，尤其是用在流量计量的双向流量计。
背景技术
流量计是公知的。一种特定类型的流量计是射流振荡器流量计，尤其适于气体和液体的流量的计量，特别是用于家用煤气和水的目的。这种装置已经被广泛报道。在学术著作和专利中都可以找到这种双向射流振荡器流量计的实例，例如Bauer的美国专利4244230中或者Herzl的美国专利4550614。图1中示意性显示的这种装置通常包括渐缩管部分(1)，用于产生注入到扩散管部分(3)中的流体(2)的射流，该扩散管部分(3)具有第一扩散管壁(4)和第二扩散管壁(5)以及第一反馈通道(6)和第二反馈通道(7)，第一反馈通道(6)和第二反馈通道(7)分别地与第一壁和第二壁相关联，第一反馈通道(6)和第二反馈通道(7)使得射流的部分能够反馈到渐缩管部分的出口。
这种类型的射流振荡器中用于流体计量的机构已经由多位作者描述并且被很好地理解。射流由于柯恩达效应(Coanda effect)而自然地附着到一个壁或另一个壁上。然后来自射流的流体被提供给与流体所附着的扩散管壁相关联的反馈通道，并且反馈流在射流和扩散管壁之间施加分离气泡，并且使得射流远离该壁而朝向另一个扩散管壁。使用分离器(8)或者标板使两壁之间的转换加速。射流然后附着在另一个壁，并且重复上述过程。射流因而从射流振荡器的一侧振荡到另一侧。通过计量射流的振荡频率而计量流量。这通过计量扩散管、反馈通道或者射流振荡器出口中不同点处的压力或者速度的周期性变化来实现。例如，对于传导流体，可能使用电感传感技术来计量速度变化，与Sanderson和Heritage在欧洲专利0381344中所述的一致。这些波动的测试的不同方法对本领域技术人员来说是公知的。
通常，当射流振荡器用于家用煤气和水的流量计量时，振荡器所具有的振荡频率范围为0.25Hz到100Hz。与传感技术相关，电子信号处理电路对信号进行放大和调节以产生数字信号，数字信号的频率与射流振荡器的振荡频率相对应。然后将该数字信号送入数字信号处理电路，该电路功能是将频率转换成流量或者累计流量。信号处理方法和数字处理方法对本领域技术人员是已知的。
振荡的频率与该装置的流量以及低流量性能的线性关系依赖射流振荡器的几何形状，并且上述两者都可以通过在射流振荡器的入口处使用调节元件来进行改善。该调节的实例由Sanderson和Furmidge在其欧洲专利0868652中给出。
现有射流振荡器流量计仅在整个范围准确地计量一个方向的流动。当可能发生逆流的情况时，就不能准确计量了，并且优选的是防止这些流体穿过流量计流动。在家用水计量应用中，这一点通过在流量计下游安装单向阀以使流体不能在反向流动来实现。
发明内容
根据本发明的第一方面，所提供的双向流量计包括：第一射流振荡器装置，设置用于计量在第一方向的流体的流量；以及第二射流振荡器装置，设置用于计量在与第一方向相反的第二方向的流体的流量；并且其中，两个射流振荡器装置在流量计的入口和出口之间串联连接在一起，将被计量的流体能够在流量计的入口和出口之间流动。
两个振荡器装置可以设置在单个主体内。可选择的，可以分别在两个分离的主体内提供，两个分离的主体互相串联在一起。
第一和第二振荡器装置可以是双向的并且由单个主体限定，该单体包括多个流动通道，多个流动通道围绕轴线对称地成镜像，由此，双向射流振荡器在正向和反向两者的性能是相同的。轴线包括中心轴线，中心轴线处于将两个振荡器装置分开的平面中。
当然，在至少一个装置中，设计或者性能不同。所以，本发明能够提供非对称双向流量计，其中，该主体包括非对称结构，在该结构中，正向和反向的射流振荡器装置能够被用于计量，但是对于正向和反向流动具有不同的整体计量性能。
第一振荡器装置和第二振荡器装置可以背对背地连接在一起，由此，意味着其中一个的入口侧与另一个的入口侧连接或者其中一个的出口侧与另一个的出口侧连接。入口侧意味着振荡器的一侧，液体必须从该侧进入，用于振荡器在流体在出口侧处离开之前计量流体，例如，所述侧为离减缩管最近的一侧。任何反向流体，例如，在出口侧进入的流体，不会被计量或给出错误的或者不可靠的计量。
在前一种情况下，被穿过振荡器的流体的流量冲击的第二振荡器给出流量的计量，在后一种情况下，被流体的流量冲击的第一振荡器给出读数。
在前一种情况下，被流体的流量冲击的第一振荡器可以作为对于其进入第二振荡器并使其流量被计量之前的流体流量的流动调整器。这明显地对于两个方向的流动都有效。
每个振荡器装置可以包括测量装置，适于提供输出信号，输出信号表示振荡器在“正常”方向操作时，即流体从振荡器的入口流到出口时，在振荡器中流体振荡的振荡频率。这些信号可以传给合适的处理装置，处理装置从两个信号中确定流体的流量和方向。在最简单的形式中，这可以通过使用包含流量和方向的查询表来实现，查询表由两个信号索引，假定对于任意给定速率/方向，都呈现独一无二的一对输出信号值。处理器包括数字信号处理器。
测量装置可以包括电感传感器、超声波或者压力传感器。可以提供交互的输出信号，信号的频率与振荡器的频率相匹配。
为了确定流动的方向，每个振荡器装置应当提供具有幅值和/或相位和/或频率和/或振荡频率的稳定度的输出信号，振荡器在正常方向操作(从入口流到出口)与在反向操作相比，上述值落入不同的范围。
例如，装置可能产生具有能够代表流量的频率输出，当正常操作时该频率落入第一频率范围，并且当反向操作时该频率落入第二频率范围，两个范围不重叠。这允许来自两个装置的信号可以被比较，并且流动方向可以被明确地确定。
对于所有实施例来说，范围不重叠并不是必要地。全部要求的是，对于在正常操作范围内的任何流量，装置产生给定的输出；并且对于在反向的流量，装置产生不同的输出，以使当两个装置的输出可以采用它们的频率、幅值和振荡稳定度的方式进行分析时，可以明确地确定流量和流体流动的方向。
在另一个可替换实施例中，例如，装置可以被设置以使对于在反向模式中操作的装置没有振荡发生。
两个装置可以被设置以使沿着连接轴线的流体的任何反冲使在整个装置上的压降不大于单个射流振荡器上的压降。这可以通过设置其中呈现单一射流的射流振荡器而实现，即设计成，围绕着传统的振荡器入口进行反冲而不是围绕着振荡器的出口进行反冲。因此，上游射流振荡器和下游射流振荡器的射流可以连接在一起，以使在整个装置上的压降不大于在单个射流振荡器上的压降。
每个射流振荡器装置可以包括渐缩管部分，用于产生注入到扩散管部分中的流体射流，扩散管部分具有第一扩散管壁和第二扩散管壁以及第一反馈通道和第二反馈通道，第一反馈通道和第二反馈通道分别地与第一壁和第二壁相关联，这使得该射流流体中的部分能够反馈到渐缩管部分的出口。
因此，本领域技术人员应当理解，本发明的至少一种设置提供双向射流振荡器，可以准确地计量正向流和反向流两者。流量计的这种设计可以在不同射流振荡器几何形状的宽范围情况下操作，并且因此，本发明内所确定的几何形状应当仅仅看作示例性的，本发明并不限定在本说明书所确定的特定几何形状内。
本领域技术人员应当理解，本发明可以在宽范围的处理技术情况下操作，以辨别正向流动和反向流动。在本发明范围内确定的处理技术应当仅仅看作是示例性的，并且本发明并不限于在说明书中确定的具体的辨别计量。
附图说明
现在仅以示例的方式描述本发明的两个实施例，参考附图并且如附图中所示，其中：
图1是表示在计量流体的流量中使用的现有技术的射流振荡器的示意图；
图2是表示根据本发明至少一方面在计量流体的流量中使用的双向射流振荡器的第一实施例的示意图；和
图3是表示根据本发明至少一方面在计量流体的流量中使用的双向射流振荡器的第二实施例的示意图。
具体实施方式
图2表示根据本发明的双向流量计100的优选的实施例的流动部分的示意平面图。流量计包括例如由塑料材料制成的单个整体的主体，包括共同限定两个射流传感器装置9、100的一组流动通道。每个装置9、10包括渐缩管部分，渐缩管部分产生注入到扩散管部分中的流体射流，扩散管部分具有第一扩散管壁和第二扩散管壁以及第一反馈通道和第二反馈通道，第一反馈通道和第二反馈通道分别地与第一壁和第二壁相关联，以使得流体射流中的部分能够反馈到渐缩管部分的出口。每个装置还设置传感器(没有示出)，用于计量振荡的速度并产生合适的输出信号。
这方面是常规的，本领域技术人员已经容易理解。
装置9、10串联在一起以使在主体的一端处进入的流体在穿过第二装置之前穿过第一装置，并且然后最终地流出主体。为了说明的方便，当查看图2时，主体的最左端的进口被称为入口，并且最右端的进口被称为出口。流体可以在任何一条通路流动-从入口到出口或者反之亦然。
图2所示的流量计的几何形状关于穿过主体的中心所画的平面11对称。然而，并不需要是这种情况，装置在设计和几何形状上可以不同。
所以，每个振荡器装置9、10是相同的，并且将提供相同的性能特征，但是它们背靠背地连接在一起。意味着两个振荡器的入口(离渐缩管部分最近的两端)连接。
每个射流振荡器9、10与用于探测振荡的传感装置安装在一起。传感装置可以探测到压力或速度的振荡。通常包括电感、超声或者压力传感器。
整体双向流量计的操作的正常流动模式或者正向流动模式是当从左到右流动时，即，首先穿过射流振荡器10，然后穿过射流振荡器9。当流动是沿着从左到右的这个方向时，流量计的几何形状是使射流振荡器9被设置成在操作的正向模式或者正常模式(参考附图1所述的现有技术装置)，同时，射流振荡器10被设置成反向模式。射流振荡器9将在这种射流振荡器的频率的通常范围内振荡，同时，理想情况下射流振荡器10不会振荡，或者如果它振荡，所产生振荡的频率、振荡幅值或者振荡频率的稳定度会使得射流振荡器10的任何反向模式振荡能够与射流振荡器9的正向模式振荡频率区分开。射流振荡器9内的传感装置会探测到频率的正常范围，同时，射流振荡器10内的传感装置探测到没有振荡或者探测到在可以确定射流振荡器9在正向模式操作并且射流振荡器10在反向模式操作的频率和/或幅值或振荡的频率的稳定度的范围的情况下的振荡。因此，整体的射流振荡器使用射流振荡器9计量流量。这表明为正向流。
在反向流模式中，流动方向为从右向左，即首先穿过射流振荡器9然后穿过射流振荡器10。当流动在从右向左的这个方向时，整个流量计的几何形状使得射流振荡器10被设置成在正向模式或者正常模式操作，同时，振荡器9被设置成在反向模式。射流振荡器10会在对于这种射流振荡器的正常频率范围的情况下振荡，同时，理想情况下射流振荡器9不会振荡，或者如果它振荡，将在频率、振荡幅值或者振荡的频率的稳定度的范围使得射流振荡器9的反向模式振荡能够与射流振荡器10的正向模式振荡频率区分开的情况下振荡。射流振荡器10内的传感装置将探测到频率的正常范围，同时，射流振荡器9内的传感装置检测到不振荡或者探测到在确定射流振荡器10在正向模式操作并且射流振荡器9在反向模式操作的频率范围、幅值或者频率稳定度的范围的情况下振荡。因此整体的射流振荡器会使用射流振荡器10来计量流量。这表明为反向流。
由于射流振荡器如图2所示关于平面11对称，当在正向操作时，射流振荡器10和9的特性是一样的。因此，整体的射流振荡器流量计的正向特性和反向特性相同。从而正向流计量和反向流计量具有相同的性能。
当用于正向方向时，射流振荡器10作为射流振荡器9的流动调整器使用，并且反向时，射流振荡器9作为射流振荡器10的流动调整器使用。这对于无需在整体的射流传感器入口处安装独立流动调整器，具有改善射流振荡器特性的线性的效果。通过在正向使用的射流振荡器的上游呈现反向射流振荡器，低流动性能也得以增强。
由于当在任一方向的操作时整体的射流振荡器仅具有一个渐缩管和一个扩散管，射流振荡器两端的压降与传统的单个射流传感器两端的压降是相对等的。
双向射流振荡器200的可替换实施例如图3所示。在这个实施例中，两个射流振荡器12和13以如下方式设置，即能够在正常流动方向，从左到右，射流振荡器13在其正常模式下操作并且射流振荡器12在其反向模式操作。这些情况下，振荡器13内的传感装置将感应到用于射流振荡器的频率的正常范围，并且，射流振荡器12内的传感装置在理想情况下感应到没有振荡或者感应到其频率、幅值或者振荡的频率的稳定度能够确定射流振荡器13在正向模式操作并且射流振荡器12在反向模式操作的振荡。这表明为正向流。在反向流方向，流体从右到左流动，其中射流振荡器12在正常模式下操作，并且射流振荡器13在反向模式下操作。这些情况下，振荡器12内的传感装置将感应到用于射流振荡器的频率的正常范围，并且射流振荡器13内的传感装置在理想情况下检测到没有振荡或者检测到其频率、幅值或者振荡的频率的稳定度能够确定射流振荡器12在正向模式操作并且射流振荡器13在反向模式操作的振荡。这表明为反向流。
还可以设想出双向射流振荡器的其它实施例，其几何结构关于中心轴线不是对称的，并且两个射流振荡器的几何形状不同。这样的配置例如能够使射流振荡器10或13具有比射流振荡器9或12的流量更低的性能。这使得比正向流更低的反向流能够被计量，并且因此不需要家用水表安装回流阀。可替换的，几何形状可以不同以能够更好地区分正向流和反向流。
Claims (14)
1.一种双向流量计，包括：第一射流振荡器装置，设置用于计量在第一方向的流体的流量；以及第二射流振荡器装置，设置用于计量在与第一方向相反的第二方向的流体的流量；并且其中，两个所述射流振荡器装置在所述流量计的入口和出口之间串联地连接在一起，将被计量的流体能够在所述流量计的入口和出口之间流动。
2.根据权利要求1所述的双向流量计，其中：两个所述振荡器装置设置在单个主体内。
3.根据权利要求1或2所述的双向流量计，其中：所述第一振荡器装置和第二振荡器装置是相同的，并且包括多个流动通道，所述流动通道关于轴线对称地成镜像，由此，所述振荡器在正向和反向两个方向的性能相同。
4.根据权利要求1或2所述的双向流量计，其中：两个所述振荡器装置限定非对称结构，其中，射流振荡器装置能够被用于在正向和反向计量，但是对于正向流和反向流具有不同的整体计量性能。
5.根据上述任意一个权利要求所述的双向流量计，其中：所述第一振荡器装置和第二振荡器装置背对背地连接，以使其中一个的入口侧与另一个的入口侧相连。
6.根据权利要求1到4中任意一个权利要求所述的双向流量计，其中：所述第一振荡器装置和第二振荡器装置连接，以使其中一个的出口侧与另一个的入口侧连接。
7.根据权利要求5所述的双向流量计，其中：流体通过所述流量计时流体流首先遇到的所述振荡器作为所述流体流在进入另一个振荡器之前的流动调整器。
8.根据前述任意一个权利要求所述的双向流量计，其中：每个振荡器装置包括测量装置，所述测量装置适于至少当振荡器装置在“正常”方向操作时，即流体从振荡器装置的入口流向振荡器装置的出口时提供输出信号，该输出信号表示流过所述振荡器的流体的振荡的速度。
9.根据权利要求8所述的双向流量计，其中：所述测量装置包括电感传感器、超声波传感器或压力传感器。
10.根据权利要求8或9所述的双向流量计，其中：每个振荡器装置提供输出信号，该输出信号具有振荡的幅值和/或频率和/或振荡的频率的稳定度，与振荡器装置在反向操作时相比，当振荡器装置在振荡器装置的正常方向(从入口流向出口)操作时，所述振荡的幅值和/或频率和/或振荡的频率的稳定度落入不同的范围内。
11.根据权利要求8，9或10任意一个所述的双向流量计，其中：每个装置产生输出信号，所述输出信号具有表示流量的振荡的频率的稳定度，对于非零流量的正常操作所述振荡落入频率、幅值或频率的稳定度的第一范围内，并且对于反向操作所述振荡落入振荡的频率、幅值或振荡的频率的稳定度的第二范围内，两个所述范围不重叠，从而来自两个装置的信号能够被比较并且流动方向能够被明确地确定。
12.根据权利要求11所述的双向流量计，其中：所述装置被设置以使在反向模式下操作的装置没有振荡。
13.根据上述任意一个权利要求所述的双向流量计，其中：所述两个装置被设置以使流体沿着连接轴线反冲为使整个装置上的压降不大于单个射流振荡器上的压降。
14.根据上述任意一个权利要求所述的双向流量计，其中：每个射流振荡器装置包括：渐缩管部分，所述渐缩管部分用于产生供给到扩散管部分中的流体射流，该扩散管部分具有第一扩散管壁和第二扩散管壁，和第一反馈通道和第二反馈通道，所述第一反馈通道和第二反馈通道分别地与所述第一扩散管壁和第二扩散管壁相关联，使得射流的部分能够被反馈到所述渐缩管部分的出口。
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