CN102209884B - 双向射流振荡器流量计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于双向流量计的流管，包括：第一装置(例如第一流动腔形式)，用于产生其频率根据沿第一方向通过流量计的流体的流量变化的周期性压力波动；和第二装置(例如第一流动腔形式)，用于产生其频率根据沿与第一方向相反的第二方向通过流量计的流体的流量变化的周期性压力波动；其中所述第一产生装置和第二产生装置串联连接在进口端和出口端之间。

Description

双向射流振荡器流量计

技术领域

本发明涉及流体流量计，且特别地涉及双向射流振荡器流量计(bidirectional fluidic oscillator flow meter)，如市政供水流量计。然而，不限于这种应用。 

 背景技术

射流振荡器已经被提议作为流体，特别是液体流量计的基础。射流振荡器的优势在于，它们不具有移动部件，因此与机械流量计相比，潜在地具有较长的工作寿命。 

射流振荡器的相关特性是流过振荡器的流体的振荡频率与流体流量率相关。流量计通过测量这种频率而工作。 

上述方法不允许精确地测量通过该流量计的逆流。 

本发明的优选实施方式中的至少一个的目标是克服或改进现有技术的不足中的至少一个，或者至少提供对现有技术的合适的替换物。 

 发明内容

双向流量计 

根据本发明，提供了一种用于双向流量计的流管，包括： 

第一装置(例如第一流动腔形式)，用于产生其频率根据沿第一方向通过流量计的流体的流量变化的周期性压力波动；和 

第二装置(例如第二流动腔形式)，用于产生其频率根据沿与第一方向相反的第二方向通过流量计的流体的流量变化的周期性压力波动； 

其中所述第一产生装置和第二产生装置串联连接在进口端和出口端之间。 

通过设置串联的两个产生装置(优选地使得流体通过所述装置的一个流入进口，随后通过所述装置中的另一个，并最终流出出口)，双向流量计可以精确地测量逆流，并且可以处理流量计的不合适的安装。 

优选地，所述第一产生装置和所述第二产生装置是基本相同的。通过设置相同的产生装置(优选地为背对背配置)，可以消除对沿特定方位安装流量计的要求。 

优选地，两个所述产生装置被设置为使得在流体分别沿第一方向和第二方向流动时所限定的第一产生装置和第二产生装置的进口连接在一起。通过将进口连接在一起，流量计可以更有效地操作。 

优选地，该流管还包括定位在第一产生装置和第二产生装置之间的喉管。 

优选地，第一产生装置适于在流体沿第二方向流动时调节通过喉管进入第二产生装置的流动，且反之亦然。通过设置第一装置调节第二装置的流动，引起性能的改进。 

优选地，出口端的最小横截面面积大于喉管的横截面面积。 

优选地，出口端的最小横截面面积比喉管的横截面面积大两倍。 

优选地，每个产生装置包括： 

扩散管； 

分流柱；和 

两个反馈通道。 

如在此使用的那样，术语″扩散管″，″分流柱″和″反馈通道″优选地为流体沿正向方向流动时的相关产生装置(因此第一方向用于第一产生装置，且第二方向用于第二产生装置)。 

优选地，扩散管吸入口宽度大于喉管的宽度。这可以优化流动条件，而不管流体正在流动所沿的方向。优选地，扩散管吸入口宽度在喉管的宽度的1.4倍和1.8倍之间，优选地在1.5倍和1.7倍之间，更优选地约为1.64倍。优选地，吸入口宽度和喉管宽度之间的差异在2.0mm和2.5mm之间，优选地约为2.3mm。 

优选地，扩散管包括两个优选细长体，并且两个这种细长体之间的角度适于大致最小化进入反馈通道出口的流动。 

优选地，扩散管包括两个本体，并且两个这种本体之间的角度在25°或28°和35°或38°之间，优选地在30°和34°之间，更优选地约为32°。这可 以改善性能。 

优选地，其中从分流柱到产生装置的进口之间的最短距离为喉管的宽度的6.0-7.0倍，优选地为6.25-6.75倍，更优选地约为6.4倍。优选地，分流柱和产生装置的进口之间的最短距离在22mm和24mm之间，优选地约为23mm。 

优选地，分流柱至少部分地定位在扩散管的排出口内。优选地，分流柱和所述本体中的一个之间的最短距离为所述本体之间的最短距离的0.9-1.1倍，且优选地基本等于所述本体之间的最短距离。这可以降低压力降。 

优选地，该流管还包括从分流柱延伸到流量计的进口/出口的颈部的细长本体。这种在别处称为″桨叶″的细长本体可以降低该流管的两个交替流径之间的干扰。 

优选地，所述细长体延伸喉管的宽度的1.5-3.5倍，优选地为2-3倍，更优选地约为2.5倍。优选地，所述细长体延伸5mm-15mm，优选地延伸9mm。 

优选地，所述细长体为喉管的宽度的0.20-0.40倍，优选地为0.25-0.35倍，更优选地约为0.28倍。 

优选地，所述细长体厚度为0.5mm-2mm，优选地约为1mm。 

优选地，流量计的进口/出口包括基本平直部。所述基本平直部优选比喉管的宽度长。它可以改善例如朝向喉管的流动的调节，并且例如通过确保限制流动进入第一腔的反馈通道的′出口′端，引起可能的振荡性能问题。 

优选地，进口孔向所述基本平直部逐渐变细。 

优选地，所述基本平直部的长度为喉管的宽度的2.0-2.5倍，优选地为2.1-2.4倍，更优选地约为2.22倍。优选地，所述平直部的长度为6mm-10mm，优选地约为8mm。 

优选地，锥形部和平直部之间的过渡是内圆角形的。 

优选地，出口端的最小横截面面积减去分流柱的(优选最大)横截面面积之后比喉管的横截面面积大两倍。优选地，出口端的最小横截面面积减去分流柱的(优选最大)横截面面积之后比喉管的横截面面积大2.01倍，优选地大2.05倍。 

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于流量计的流管，包括： 

用于产生其频率根据通过流量计的流体的流量变化的周期性压力波动的装置，其中所述装置包括：扩散管；分流柱；和两个反馈通道；定位在扩散管上游的喉管；和细长体，定位在分流柱的下游，设置为降低分流柱下游端附近的回流。 

优选地，所述细长体从分流柱延伸到流量计的进口/出口的颈部。 

优选地，所述细长体延伸喉管的宽度的1.5-3.5倍，优选地为2-3倍，更优选地约为2.5倍。 

优选地，所述细长体延伸5mm-15mm，优选地延伸9mm。 

优选地，所述细长体为喉管的宽度的0.20-0.40倍，优选地为0.25-0.35倍，更优选地约为0.28倍。 

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于流量计的流管，包括：用于产生其频率根据通过流量计的流体的流量变化的周期性压力波动的装置，其中所述装置包括：扩散管；分流柱；和两个反馈通道；和喉管；其中出口端的最小横截面面积大于喉管的横截面面积。 

优选地，出口端的最小横截面面积减去分流柱的横截面面积之后比喉管的横截面面积大两倍。优选地，出口端的最小横截面面积减去分流柱的横截面面积之后比喉管的横截面面积大2.01倍，优选地大2.05倍。 

修正方法 

根据本发明的另一个方面，提供了一种确定通过脉冲输出流量计的流量的方法，包括下述步骤： 

确定每个输出脉冲是否有效；以及 

根据每个有效的输出脉冲确定流量。 

优选地，该方法还包括下述步骤： 

根据每个无效的输出脉冲确定流量；以及 

将根据有效的输出脉冲和无效的输出脉冲确定的流量组合。 

所述组合可以是为有效和无效脉冲确定的流量简单的加和，或者例如可以是为有效和无效脉冲确定的流量的加权和，有效脉冲所起的作用优选大于无效脉冲。 

优选地，该方法还包括下述步骤： 

根据多个输出脉冲确定统计参数(例如平均数)；以及 

采用统计参数，根据每个无效的输出脉冲确定流量。 

这可以在更大范围内产生更加精确的流量计输出。 

根据本发明的另一个方面，提供了一种确定通过脉冲输出流量计的流量的方法，包括下述步骤： 

确定每个输出脉冲是否有效； 

根据每个有效的输出脉冲确定流量； 

根据多个输出脉冲确定统计参数(例如平均数)； 

利用统计参数，根据每个无效的输出脉冲确定流量；以及 

将根据有效的输出脉冲和无效的输出脉冲确定的流量组合，以确定总流量。 

优选地，所述流量是根据脉冲间隔周期确定的。这可以是实际的脉冲间隔周期和/或统计导出的这种周期。可以经由查找表格确定所述流量，在这种情况中，优选利用查找表格中的两个最近的点之间的插值来获得流量。 

优选地，通过利用查找表格中的统计参数来确定流量、并且利用由统计参数归一化的当前脉冲间隔周期来修正在查找表格中找到的流量，以确定基于无效脉冲的流量。 

统计参数可以为所述多个输出脉冲的脉冲间隔周期中值。可替换地，它可以为多个脉冲间隔周期中值的平均值。再一次，它可以为所述多个输出脉冲的平均脉冲间隔周期。仍然再一次，它可以为所述多个输出脉冲的脉冲间隔周期众数。 

优选地，利用多于3或6个且优选地少于12或15个脉冲，更优选地利用9个脉冲确定统计参数。 

优选地，确定每个输出脉冲是否有效的步骤包括： 

确定多个输出脉冲的平均脉冲间隔周期；以及 

确定当前脉冲间隔周期是否在平均脉冲周期附近的预定范围内； 

其中如果脉冲在所述预定范围内，则确定所述脉冲是有效的。 

优选地，利用多于3或6个且优选地少于12或15个脉冲，更优选地利用 9个脉冲确定所述平均值。 

优选地，所述范围为平均脉冲周期的-20％-+20％之间，-15％-+15％之间，或-12.5％-12.5％之间。 

流动方向检测 

根据本发明的另一个方面，提供了一种在脉冲输出双向流量计中确定流动方向的方法，包括下述步骤： 

分析第一感测装置的多个输出脉冲； 

分析第二感测装置的多个输出脉冲；以及 

根据所述两个分析确定流动方向。 

因此，可以很快确定流动方向。 

优选地，所述方法还包括确定每个传感器装置的输出脉冲是否有效的步骤。 

优选地，确定每个传感器装置的输出脉冲是否有效的所述步骤包括下述步骤： 

确定多个输出脉冲的平均脉冲间隔周期(例如平均值)；以及 

确定当前脉冲间隔周期是否在平均脉冲周期附近的预定范围内； 

其中如果脉冲在所述预定范围内，则确定所述脉冲是有效的。 

优选地，所述方法还包括下述步骤： 

如果来自第一传感器装置的脉冲是有效的，则使与第一流动方向相关联的第一寄存器递增，并且使与第二流动方向相关联的第二寄存器递减；以及 

如果来自第二传感器装置的脉冲是有效的，则使第二寄存器递增，并且使第一寄存器递减； 

其中由具有较大的计数的寄存器确定流动方向。 

优选地，每个寄存器仅在达到阈值之前递增。这可以允许快速地确定沿流动方向的变化。优选地，所述阈值优选大于3或6且优选小于12或15，更优选地为9。 

优选地，所述递减与所述递增成比例。优选地，所述递减比所述递增大，优选大两倍，或四倍或十倍。 

优选地，所述方法还包括在一定时间周期内检测不到输出时清空两个寄存器。优选地，所述时间周期取决于检测不到输出之前的脉冲间隔周期。优选地，所述时间周期是检测不到输出之前的脉冲间隔周期的倍数，所述倍数优选大于1或3，优选小于7或9，更优选地为5。 

本发明扩展至一种计算机程序产品，包括软件代码，当在数据处理设备上执行时，所述软件代码进行如前所述的步骤。 

本发明扩展至： 

-一种大体上如在此参照附图描述的流管。 

-一种大体上如在此参照附图描述的确定通过脉冲输出流量计的流量的方法。 

-一种大体上如在此参照附图描述的在脉冲输出流量计中确定流动方向的方法。 

本发明还扩展至结合有如前所述的流管的双向流量计。 

优选地，该流量计还包括用于感测所述流体压力波动的至少一个传感器。 

优选地，所述感测装置是压电装置。 

优选地，所述感测装置电连接至电计数器，该电计数器构造为体现来自所述感测装置的与周期性压力波动相关的输出。 

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于确定通过脉冲输出流量计的流量的设备，包括： 

用于确定每个脉冲输出是否有效的装置(例如处理器或其它形式以及相关联的存储器)；和 

用于根据每个有效的脉冲输出确定流量的装置(例如处理器或其它形式以及相关联的存储器)。 

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于确定通过脉冲输出流量计的流量的设备，包括： 

用于确定每个输出脉冲是否有效的装置(例如处理器或其它形式以及相关联的存储器)； 

用于根据每个有效的输出脉冲确定流量的装置(例如处理器或其它形式以及相关联的存储器)； 

用于根据多个输出脉冲确定统计参数(例如平均数)的装置(例如处理器或其它形式以及相关联的存储器)； 

用于利用统计参数，根据每个无效的输出脉冲确定流量的装置(例如处理器或其它形式以及相关联的存储器)；以及 

用于将根据有效的输出脉冲和无效的输出脉冲确定的流量组合以确定总流量的装置(例如处理器或其它形式以及相关联的存储器)。 

优选地，所述流量是根据脉冲间隔周期确定的。更优选地，经由查找表格确定所述流量。更优选地，通过利用查找表格中的统计参数来确定流量，并且利用由统计参数归一化的当前脉冲间隔周期来修正在查找表格中找到的流量，确定基于无效脉冲的流量。 

优选地，统计参数为所述多个输出脉冲的脉冲间隔周期中值。 

优选地，统计参数为多个脉冲间隔周期中值的平均值。 

优选地，统计参数为所述多个输出脉冲的平均脉冲间隔周期。 

优选地，统计参数为所述多个输出脉冲的脉冲间隔周期众数。 

优选地，利用多于3或6个且优选地少于12或15个脉冲，更优选地利用9个脉冲确定统计参数。 

优选地，用于确定每个输出脉冲是否有效的装置： 

确定多个输出脉冲的平均脉冲间隔周期；以及 

确定当前脉冲间隔周期是否在平均脉冲周期附近的预定范围内； 

其中如果脉冲在所述预定范围内，则确定所述脉冲是有效的。 

优选地，利用多于3或6个且优选地少于12或15个脉冲，更优选地利用9个脉冲确定所述平均值。更优选地，所述范围为平均脉冲周期的-20％-+20％之间，-15％-+15％之间，或-12.5％-12.5％之间。 

根据本发明的另一个方面，提供了一种在脉冲输出双向流量计中确定流动方向的设备，包括： 

用于分析第一感测装置的多个输出脉冲的装置(例如处理器或其它形式以及相关联的存储器)； 

用于分析第二感测装置的多个输出脉冲的装置(例如处理器或其它形式以及相关联的存储器)；以及 

用于根据所述两个分析确定流动方向的装置(例如处理器或其它形式 以及相关联的存储器)。 

优选地，该设备还包括用于确定每个传感器装置的输出脉冲是否有效的装置。 

优选地，确定每个传感器装置的输出脉冲是否有效的所述装置包括： 

用于确定多个输出脉冲的平均脉冲间隔周期的装置；以及 

用于确定当前脉冲间隔周期是否在平均脉冲周期附近的预定范围内的装置； 

其中如果脉冲在所述预定范围内，则确定所述脉冲是有效的。 

优选地，该设备还包括：如果来自第一传感器装置的脉冲是有效的，用于使与第一流动方向相关联的第一寄存器递增，并且使与第二流动方向相关联的第二寄存器递减的装置；以及如果来自第二传感器装置的脉冲是有效的，使第二寄存器递增，并且使第一寄存器递减的装置；其中由具有较大的计数的寄存器确定流动方向。 

优选地，每个寄存器仅在达到阈值之前递增。更优选地，所述阈值优选大于3或6且优选小于12或15，更优选地为9。 

优选地，所述递减与所述递增成比例。更优选地，所述递减比所述递增大，优选大两倍，或四倍或十倍。 

优选地，该设备还包括在一定时间周期内检测不到输出时用于清空两个寄存器的装置。更优选地，所述时间周期取决于检测不到输出之前的脉冲间隔周期。 

优选地，所述时间周期是检测不到输出之前的脉冲间隔周期的倍数，所述倍数优选大于1或3，优选小于7或9，更优选地为5。 

本发明还提供了一种计算机程序产品，包括软件代码，当在数据处理设备上执行时，所述软件代码进行在此描述的方法中的任一种，包括它们的分步骤中的任何一个或全部。 

本发明还提供了具有存储在其上的如前所述的计算机程序的计算机可读介质。 

本发明扩展至大致如在此参照附图描述的方法和/或设备。 

根据本发明的另一个方面，提供了一种结合有用于在脉冲输出双向流量计中检测流动方向的设备的双向流量计，其还包括用于测量流量的装 置，所述装置适于根据所确定的流动方向和沿这种确定的方向的流量的测量值测量流量。 

本发明的一个方面中的任何特征可以以任何合适的组合应用于本发明的其它方面中。特别地，方法方面可以应用设备方面，且反之亦然。 

而且，在硬件中执行的特征可以在软件中执行，且反之亦然。对本文中的软件和硬件特征的任何参考都应当被相应地解释。 

附图说明

现在将参照附图，仅以举例的方式描述本发明的优选实施方式，在附图中： 

图1为双向射流振荡器流管的剖面图； 

图2a为双向射流振荡器流管一侧的剖面图，指示进口中的流径； 

图2b为双向射流振荡器流管一侧的剖面图，进一步指示进口中的流径； 

图3为双向射流振荡器流管一侧的剖面图，指示出口中的流径； 

图4示出了根据本发明实施方式的结合射流振荡器的流量计的示意图；以及 

图5示出了双向射流振荡器流管的实施方式的可替换形式的侧面剖视图。 

具体实施方式

图1示出了双向射流振荡器流管的剖面图。流管包括经由喉管104连接在一起的两个射流振荡器100和102，进口106以及出口108。该流管被密封在壳体(未示出)中。 

两个射流振荡器100和102串联连接至进口。每个射流振荡器包括具有扩散管的流动腔，扩散管由两个壁110a和110b，分流柱112以及两个反馈通道114a和114b构成。分流柱包括具有两个末端的主体部，一个末端形状形成为子弹头，另一个末端形状形成为鱼尾。此外，分流柱包括连接至分流器的子弹头形末端的桨叶116。桨叶为细长体形式并延伸到流量计的进口/出口部中。进口106和出口108每一个都包括通向平直部120的锥形部118。 进口106和出口108孔的横截面为具有内圆角的大致矩形。 

双向流量计的从进口端面到出口端面的总宽度约为110mm；然而，应当理解，可以根据具体要求，如流量计在使用中将遇到的流量/体积范围，按比例放大或缩小流量计。现在将描述流量计的一种形式的具体元件，基于110mm宽的流量计尺寸和15mm孔连接器提供了优选的尺寸-如表1.0中所示。 

喉管宽度T为3.6mm，喉管的高度为19mm；在此描述的流量计可以参照喉管宽度T按比例缩放。进口106和出口108孔的横截面为13.2mm×19mm的大致矩形，具有半径为6mm的内圆角。 

扩散管具有吸入口122和排出口124。扩散管壁110a和110b分别将主通道126a和126b与反馈通道114a和114b隔开。 

扩散管壁从喉管外缘偏移距离A。距离A可以在1.0mm和1.25mm之间，优选的偏移距离A为1.15mm。因此，假设喉管宽度T为3.6mm且扩散管的吸入口宽度在5.6mm和6.1mm之间，则优选的吸入口宽度为5.9mm。当根据喉管的宽度T确定时，扩散管吸入口的宽度在1.4和1.8之间，优选地约为喉管宽度的1.64倍。扩散管124的排出口的宽度设置为使得越过分流柱的横截面面积约等于吸入口的横截面面积。 

在流量计中心线和扩散管壁的内缘之间测量的扩散管壁角B可以在14.0°和17.5°之间，优选的角度为16°。扩散管壁角设置为最小化流量计上的压力降。 

分流柱112定位在扩散管124的排出口内，离喉管边缘的距离C在22mm和24之间，优选的距离约为23mm。当按照喉管宽度确定时，分流柱定位在为喉管宽度的6.0倍和7.0倍之间的距离处，优选定位在约为喉管宽度的6.4倍的距离处。 

连接至分流柱112的子弹头形末端的桨叶116长度在5mm和15mm之间，优选地约为9mm。桨叶116的宽度在0.5mm和2.0mm之间，优选地约为1.0mm。再一次地，当按照喉管宽度确定时，桨叶长度为喉管宽度的1.5-3.5倍，优选地约为2.5倍，桨叶宽度为喉管宽度的0.20-0.40倍，优选地约为0.28倍。 

所述壳体、流管优选地为由合适的橡胶、塑料或树脂材料制成。 

特征	代表性尺寸
		喉管至扩散管壁的前缘(a)	偏移(1.15mm)
扩散管壁角(b)	15°
		喉管至分流柱的距离-前缘(c)	23mm
喉管	3.6×19.0
		进口端几何尺寸	从孔径向上延伸8mm的长矩形轮廓
桨叶特征	长薄轮廓(L＝9；W＝1)
		分流柱轮廓	具有鱼尾的子弹头
进口/出口横截面面积	13.2×19(具有R6.0)NB.可制造且可用

表1.0 

在使用中，从进口106至出口108的流动如下进行。流动首先沿与将产生射流振荡的方向相反的方向流过射流振荡器102。射流振荡器102起作用，以将所述流动调节到射流振荡器100中。射流振荡器102的扩散管壁110a和110b将所述流动引向喉管104。此外，扩散管壁110a和110b设置为使得越过所述壁进入反馈通道114a和114b的出口的流动被最小化，并且防止来自反馈通道的流动干扰喉管处的主喷嘴。这还最小化了非测量射流振荡器中的低频调制。图2a示出了从进口到用作流量调节器的扩散管中的流径。实线箭头表示优选的流径，框线箭头表示进入反馈通道的出口中的流动是不希望的。增加扩散管壁角降低了拽入反馈通道的流动量。然而，流量计上的压力降将随着扩散管壁角的增加而增加，因此为通过流量计的压力降和流体流量优化扩散管壁角。 

图2b示出了进口中的源于锥形部118、进入平直部120且随后朝向扩散管的流径。进口的平直部优选地被设置为调节所述流动，并且进一步降低进入反馈通道114a和114b的出口中的流动的量。 

被调节的流动流出扩散管吸入口122并进入喉管104，在喉管处所述流动中的大部分将穿过两个主通道126a和126b中的一个并穿过出口108。两个反馈通道114a和114b分别与两个主通道126a和126b相关联。 

然而，由于附壁效应(Coanda effect)，流过射流振荡器100的一些流体 将具有沿着主通道壁110a流动的趋势。随后它将趋向于在所述壁附近流动并在回流接触进口流体流(喉管104处)之前进入相关联的反馈通道114a。这种接触推动进口流体流穿过另一个主通道124b，在那里，再次由于附壁效应，一些流体随后将沿着通道壁110b流动，并进入反馈通道114b。随后所述流体回流以接触进口流体流并推动它流过首先提及的主通道126a，等等。正是两个主通道126a和126b与反馈通道114a和114b之间的这种振荡驱动射流振荡器100。当流动反向时，在射流振荡器102中出现等同的流动图案，当射流振荡器100和102相同时，射流振荡器100用作流量调节器。 

分流柱优选地被设置为使得分流柱和每个扩散管壁之间的横截面面积基板上等于或大于扩散管吸入口的横截面面积，和/或喉管104的横截面面积。因此，当所述流动中的大部分由于附壁效应流过一个主通道时，流量计上的压力降被最小化。 

如图3所示，优选包括桨叶部件，以降低在分流柱附近再循环的流体流出流并在测量流量计中引入其它的振荡。因此，桨叶部件增加了流量计的精确度。桨叶延伸到流量计的出口孔中，并通过降低分流柱附近的流动不稳定性的量而允许流量计保持小的尺寸。 

在可替换实施方式中，代替如描述的该对射流振荡器，可以利用一对涡旋脱落流量计，如Karman涡旋流量计。在该实施方式中，该流量计包括腔，该腔其具有向内渐缩流体进口和流体出口。两个流体流动通道限定在该腔中，从隔板任一侧的进口到出口。隔板包括压电传感器形式的传感器或类似物。非流线形体设置在隔板的上游。 

当经由进口进入所述腔的流体流动经过非流线形体时，旋涡在非流线形体的两侧形成，并向下流过每个通道。所形成的涡流熟知为Karman旋涡，并且与流过流量计的流体流的速度成比例地从非流线形体的每个对应的一侧上交替脱落。由于旋涡的交替脱落，越过两个通道的流体中产生压力差。该压力差由传感器感测，并用来计算旋涡产生速率，因此用来确定流过流量计的流体的速率。 

上述流管在用在流量计中时在每个射流振荡器中具有用于检测振荡的传感器。典型的传感器电磁场EMF传感器，其检测由通过磁场的振荡流动产生的EMF。然而，也可以利用其它传感器，如压电传感器。流管振荡 频率依赖于通过流量计的流量，因此可以通过测量振荡频率确定流量。上述流量计可以测量的典型流量在10升/时和3125升/时之间。 

修正方法 

射流振荡器流量计和感测系统的特性是指在某种条件下，如机械振动，或在某种流量下，对来自振荡器的信号的理论振荡图案将具有干扰。为了防止这些问题，已经开发了多种方法，其使得能够修正非常明显的干扰。接下来将详细描述这些方法。 

验证 

验证是用来检测输出脉冲是实际流量而不仅仅是由噪声引起的一些随机脉冲的技术。通过比较连续脉冲间隔周期实现验证；由实际流量引起的输出脉冲由高度重复的脉冲表示。有效脉冲是与正在发生的典型脉冲匹配的脉冲，无效脉冲是非典型的脉冲。验证通过获取表示平均脉冲间隔周期的值并且设置测试每个新的脉冲所依赖的通常25％的窗口而工作。一旦已经识别多个匹配脉冲，则确定流动是有效的。例如，在确定当前的平均脉冲间隔周期中可以利用滚动的9个脉冲(a rolling 9 pulses)。这允许解决任何流量变化。 

流量计算 

采用脉冲间隔周期测量值，确定脉冲的周期，确定查找表格上的上、下点，采用线性内插法，当每个脉冲被处理时，计算每个脉冲的比体积(specific volume)。这通过流量计与流量直接相关联。 

基准脉冲叠加 

′基准脉冲叠加′是计算脉冲和叠加每个脉冲的体积并由此计算流量的原始方法；这是用于已知的脉冲输出细节的常用方法。然而，发生的任何不规则的脉冲，如漏脉冲和双脉冲将在如下叠加的体积中产生误差，如： 

叠加体积＝N×每脉冲的体积 

部分脉冲包含(Fractional Pulse Inclusion) 

上述验证过程用来确定有效和无效的脉冲。采用′基准脉冲叠加′方法确定由有效脉冲引起的流量。然而，以下述方式确定由无效脉冲引起的流量。根据所有有效输出脉冲的脉冲间隔周期确定统计参数，如中值、平均值或众数。优选的是利用用于之前的9个输出脉冲的脉冲间隔周期中值。利用中值有效地滤出最不希望的脉冲，即，与理论脉冲重复频率相比，具有非常长或非常短的脉冲间隔周期的脉冲。脉冲间隔周期中值随后用来采用查找表格计算该周期的比体积。为了对漏脉冲和双脉冲进行修正，采用平均数，如中值、平均值或众数脉冲间隔周期对无效脉冲的当前脉冲间隔周期进行归一化，如下所示： 

NB每脉冲的体积是该流量下的中值脉冲的体积 

因此，根据有效脉冲和无效脉冲确定的流量结合以确定整体流量。这明显地减少了由漏脉冲和双脉冲引起的误差。此外，中值脉冲的移动平均数可以用在上述公式中。这进一步减少了误差。 

流动方向检测 

当脉冲输出流量计(例如射流振荡器)沿反向方向运行时，用于感测振荡的振荡器或系统通常将产生不属于与流量计沿正向方向运行时相同的频率或重复性的脉冲。 

在单向流量计中，这会被误解为错误幅度的正向流动。在双向流量计中，这会在流动方向中产生不确定性，特别是在流动的启动和停止时以及在感测系统经受高的噪声水平时(例如在振动期间)。 

对于由两个″背对背″的单个流量计(如上所述)构成的双向流量计，为每个射流振荡器分配寄存器。该寄存器根据来自相关联的流量计的有效脉冲逐渐递增。沿正向方向的射流振荡器具有比沿反向方向的射流振荡器高的频率，因此具有较高值的寄存器指示流动方向。(有效脉冲如上确定。) 

希望防止正向和反向方向寄存器继续无限增加，因为如果/当流动方向 改变时，将寄存器的值调整至新的流动方向将花费相当多的时间。 

因此，当有效脉冲使沿一个方向的寄存器递增时，沿相反方向的另一个寄存器同时递减(这会被加权，使得它作为增量的函数，如以流量的2倍，流量的5倍等等递减)。这产生了使用较小的寄存器和确保从不存在两个寄存器都满的情况的能力。 

当流量计正测量沿正向方向的流动时，有效脉冲使正向方向寄存器递增至典型15个计数的最大值。有效的反向脉冲使正向寄存器递减，使反向寄存器以一个单位递增至典型15个计数的最大值。(因此所要求的寄存器容量是已知的。) 

寄存器越小，流量计将越快地响应于流动方向的变化，但它将越不能消除噪声。如上所述，优选的寄存器尺寸是能够处理15个计数。寄存器的尺寸和使它们递减的功能被调整以满足具体流量计和应用的严格要求。当在一定量的时间内沿两个方向都未检测到活动时，清空两个寄存器。 

如上所述，对每个脉冲应用验证算法，仅有效脉冲使寄存器递增。由于逆流将可能产生随机的、无节奏的脉冲，验证过程增加了检测正确流动方向的精确性。 

上述修正和流动方向检测方法采用流量计处理器执行，如图4所示。流动方向检测方法在测量流体流量之前执行。这使得处理器能够确定合适的传感器组，以在确定流量时使用，如采用射流振荡器的具有后向流动的传感器组将产生误差。 

端口轮廓 

在某些情况中，通过流量计的流管的流体的流动沿着流管的长度会产生明显的且不可接受的压力降或压头损失。在通常工程实践中，避免流体系统上的压头损失的一种方式是确保流体流的不同部分上的横截面面积近似相同。然而，在所描述的流量计在其中运行的高度湍流情况中，已经发现，通过规定出口端108(其包括平直部120)的最小横截面面积具有比喉管104大的横截面面积，改善了压头损失。令人惊奇的是，要求增加横截面面积，以最小化与截面相关的压头损失。特别地，平直部120中的分流柱的每一侧的横截面面积理想地等于或大于喉管104的横截面面积(因为流 动中的大部分在任一时间将位于分流柱的一侧或另一侧上)。优选地，该部件与上述桨叶部件116联合使用。 

更具体地，并参照图1，使围绕分流柱112和桨叶部件116每一侧的流管的基本平直部120的横截面面积大于喉管104的横截面面积。流管的平直部120的横截面面积的相对增加不需要大；仅足以降低在出口108处经历的压头损失，使得它不再是系统中的主要的压头损失源。由于双向流量计本质上是对称的，出口端横截面面积的增加意味着进口端横截面面积也增加。 

图5示出了双向射流振荡器流管的两种形式的实施方式的沿着图1中示出的X-X′线截取的侧面剖视图或轮廓图：图5a)示出了具有未修改的横截面的初始形式；图5b)示出了具有上述较大的出口端108的修改形式。如从图5b)中可以看出的那样，流动区域502的横截面基板上为矩形，具有约15.2mm的宽度和19mm的高度。 

在该实施方式中，定位在扩散管壁中的多个磁铁402由定位在分流柱112内的单个磁铁500代替。 

表2示出了如在2500升/时(Q3)的测试流量下为初始和修改轮廓几何尺寸测量的近似压力降或压头损失的测量结果，包括进口106和出口108处的过滤器。在两种情况中，喉管横截面面积约为69mm²(3.62×19.0mm)；给出的比例表示出口沿着图1中的X-X′线的最小横截面面积除以横喉管104的截面面积(正如所给出的那样)。 

	出口面积/喉管面积	压力降(巴)
			初始	0.82	0.7
修改	1.03	0.5

表2 

如从表2中可以看出的那样，增加出口端108的横截面面积(或更具体地，平直部120的横截面面积)减少了流量计中的压头损失。特别地，如示出的那样增加出口的横截面面积与喉管的横截面面积之比将压头损失从0.7巴减少至0.5巴。以上提供的细节是15mm流量计的具体实施例；还可以提供其它不同尺寸的流量计，以及，不同尺寸的流量计上的压力降将不同。 然而，在每种情况中，增加横截面面积都将导致压力降的下降。 

流量计 

图4示出了结合有上述双向射流振荡器流管的流量计。传感器400连接至流量计硬件。磁铁402定位在扩散管壁内并用来产生采用传感器400测量的电磁场。传感器400的输出由流量计硬件处理，并提供流量/流动体积的输出。如上文所述的那样，寄存器用于确定流动方向。如上文所述的那样，处理器用来执行修正方法和流动方向检测。相关联的存储器例如用来存储用于确定流量的查找表格。 

虽然已经参照其优选实施方式描述了本发明，将会理解，已经使用的用词是描述性用词，而不是限制性用词，并且在不偏离本发明的由随附的权利要求限定的保护范围的条件下可以对本发明进行改变。 

在说明书和(合适的地方)权利要求书以及附图中公开的每个特征可以被单独地或以任何适合的组合提供。 

Claims (50)

1.一种用于双向流量计的流管，包括：

第一装置，用于产生其频率根据沿第一方向通过流量计的流体的流量变化的周期性压力波动；

第二装置，用于产生其频率根据沿与第一方向相反的第二方向通过流量计的流体的流量变化的周期性压力波动，每个产生装置包括扩散管、分流柱和两个反馈通道，该扩散管包括两个本体；和

连接装置，该连接装置用于将所述第一产生装置和第二产生装置串联连接在进口端和出口端之间；和

细长体，定位在分流柱的下游，设置为降低分流柱下游端附近的回流。

2.根据权利要求1所述的流管，其中所述第一产生装置和所述第二产生装置是基本相同的。

3.根据权利要求1或2所述的流管，其中两个所述产生装置被设置为使得在流体分别沿第一方向和第二方向流动时所限定的第一产生装置和第二产生装置的进口连接在一起。

4.根据权利要求1所述的流管，其中所述连接装置包括定位在第一产生装置和第二产生装置之间的喉管。

5.根据权利要求4所述的流管，其中第一产生装置适于在流体沿第二方向流动时调节通过喉管进入第二产生装置的流动，且反之亦然。

6.根据权利要求4所述的流管，其中出口端的最小横截面面积大于喉管的横截面面积。

7.根据权利要求4所述的流管，其中出口端的最小横截面面积比喉管的横截面面积大两倍。

8.根据权利要求4所述的流管，其中扩散管吸入口宽度大于喉管的宽度。

9.根据权利要求8所述的流管，其中扩散管吸入口宽度在喉管的宽度的1.4倍和1.8倍之间。

10.根据权利要求9所述的流管，其中扩散管吸入口宽度在喉管的宽度的1.5倍和1.7倍之间。

11.根据权利要求10所述的流管，其中扩散管吸入口宽度在喉管的宽度的1.64倍。

12.根据权利要求8所述的流管，其中吸入口宽度和喉管宽度之间的差异在2.0mm和2.5mm之间。

13.根据权利要求12所述的流管，其中吸入口宽度和喉管宽度之间的差异为2.3mm。

14.根据权利要求8所述的流管，其中扩散管包括两个本体，并且两个这种本体之间的角度适于大致最小化进入反馈通道出口的流动。

15.根据权利要求14所述的流管，其中所述两个本体是细长的。

16.根据权利要求4所述的流管，其中从分流柱到产生装置的进口之间的最短距离为喉管的宽度的6.0-7.0倍。

17.根据权利要求16所述的流管，其中从分流柱到产生装置的进口之间的最短距离为喉管的宽度的6.25-6.75倍。

18.根据权利要求17所述的流管，其中从分流柱到产生装置的进口之间的最短距离为喉管的宽度的6.4倍。

19.根据权利要求1所述的流管，其中分流柱和产生装置的进口之间的最短距离在22mm和24mm之间。

20.根据权利要求19所述的流管，其中分流柱和产生装置的进口之间的最短距离为23mm。

21.根据权利要求1所述的流管，其中分流柱至少部分地定位在扩散管的排出口内。

22.根据权利要求1所述的流管，其中分流柱和所述本体中的一个之间的最短距离为所述本体之间的最短距离的0.9-1.1倍。

23.根据权利要求22所述的流管，其中分流柱和所述本体中的一个之间的最短距离等于所述本体之间的最短距离。

24.根据权利要求1所述的流管，其中所述细长体从分流柱延伸到流量计的进口/出口的颈部。

25.根据权利要求4所述的流管，其中所述细长体延伸喉管的宽度的1.5-3.5倍。

26.根据权利要求25所述的流管，其中所述细长体延伸喉管的宽度的2-3倍。

27.根据权利要求26所述的流管，其中所述细长体延伸喉管的宽度的2.5倍。

28.根据权利要求24所述的流管，其中所述细长体延伸5mm-15mm。

29.根据权利要求28所述的流管，其中所述细长体延伸9mm。

30.根据权利要求4所述的流管，其中所述细长体为喉管的宽度的0.20-0.40倍。

31.根据权利要求30所述的流管，其中所述细长体为喉管的宽度的0.25-0.35倍。

32.根据权利要求31所述的流管，其中所述细长体为喉管的宽度的0.28倍。

33.根据权利要求24所述的流管，其中所述细长体厚度为0.5mm-2mm。

34.根据权利要求33所述的流管，其中所述细长体厚度为1mm。

35.根据权利要求1所述的流管，其中流量计的进口/出口包括基本平直部。

36.根据权利要求35所述的流管，其中进口孔向所述基本平直部逐渐变细。

37.根据权利要求4所述的流管，其中所述流量计的进口/出口包括基本平直部，并且所述基本平直部的长度为喉管的宽度的2.0-2.5倍。

38.根据权利要求37所述的流管，其中所述基本平直部的长度为喉管的宽度的2.1-2.4倍。

39.根据权利要求38所述的流管，其中所述基本平直部的长度为喉管的宽度的2.22倍。

40.根据权利要求35所述的流管，其中所述平直部的长度为6mm-10mm。

41.根据权利要求40所述的流管，其中所述平直部的长度为8mm。

42.根据权利要求36所述的流管，其中锥形部和平直部之间的过渡是内圆角形的。

43.根据权利要求4所述的流管，其中出口端的最小横截面面积减去分流柱的横截面面积之后比喉管的横截面面积大两倍。

44.根据权利要求43所述的流管，其中出口端的最小横截面面积减去分流柱的横截面面积之后比喉管的横截面面积大2.01倍。

45.根据权利要求43所述的流管，其中出口端的最小横截面面积减去分流柱的横截面面积之后比喉管的横截面面积大2.05倍。

46.根据权利要求1所述的流管，其中所述两个扩散管本体之间的角度在25°和38°之间。

47.根据权利要求46所述的流管，其中所述两个扩散管本体之间的角度在28°和35°之间。

48.根据权利要求47所述的流管，其中所述两个扩散管本体之间的角度在30°和34°之间。

49.根据权利要求48所述的流管，其中所述两个扩散管本体之间的角度为32°。

50.一种双向流量计，所述双向流量计结合有根据权利要求1或2所述的流管。

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