CN104048706A - 皮托管移动测量组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测量导管内的压力的压力测量系统，该压力测量系统具有延伸到导管中的钝体。钝体具有上游开口和下游开口。上游皮托管可滑动地接合在钝体内并具有定位在上游开口中的开口端。下游皮托管可滑动地接合在钝体内并具有定位在下游开口中的开口端。差压传感器流体地耦合至上游皮托管和下游皮托管以测量上游皮托管和下游皮托管之间的压差。

Description

皮托管移动测量组件

技术领域

本发明涉及测量工业过程中的过程流体流的测量。更具体地，本发明涉及测量流路的横截面。

背景技术

在工业过程中，常见的是测量过程流体流过导管的流量。典型地，所述流量在导管的横截面上变化。因此，为了获得流量的精确测量，必须在导管内的不同横截面位置处进行测量。传统地，这种横截面测量通过使皮托管沿着导管的直径进行移动测量(traverse：或横跨)来进行。在沿横向的多个位置中的每一个处，获取压力读数，该压力读数被用于确定在该位置的流量。

皮托管移动测量有时在将插入平均皮托管以校准平均皮托管的输出的位置处执行。平均皮托管提供所述管的上游部分和所述管的下游部分之间的在导管的横截面上的平均压差。平均皮托管典型地具有与用于执行皮托管移动测量的皮托管不同的轮廓，且因此以不同于用于执行皮托管移动测量的皮托管的方式干扰流动。因此，皮托管移动测量可能在设置了平均皮托管时提供流路的横截面的不精确的测量，且因此可能不能提供精确的校准数据。

上文的论述仅是提供一般的背景信息，且不是要用作帮助确定所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题不限于解决背景技术中所提及的任何或所有不足的实施方式。

发明内容

用于测量导管中的压力的压力测量系统具有延伸到导管中的钝体。所述钝体具有上游开口和下游开口。上游皮托管滑动地接合在钝体内，并具有定位在上游开口中的开口端。下游皮托管滑动地接合在钝体中并具有定位在下游开口中的开口端。差压传感器流体的耦合至上游皮托管和下游皮托管以测量上游皮托管和下游皮托管之间的压差。

皮托管移动测量组件具有第一皮托管、第二皮托管以及具有一长度的钝体，其中第一皮托管和第二皮托管两者都可在钝体内移动，使得第一皮托管的开口端和第二皮托管的开口端能够沿着钝体的长度定位在不同的位置处。

一种方法包括将壳体定位在导管中且使流体通过导管的步骤。上游皮托管和下游皮托管在壳体内移动且上游皮托管和下游皮托管之间的压差在壳体内的多个位置处确定，建立在导管的直径上的压差的分布图。

本发明内容被提供以用简化的形式引入构思的选择，其在下文的详细描述中被进一步描述。该发明内容不是要区别所要求保护的主题的关键特征或实质特征，也不是要用作帮助确定所要求保护的主题的范围。

附图说明

图1是压力测量系统的下游视图；

图2是图1的压力测量系统的上游视图；

图3是图1和2的压力测量系统的侧视图，且为了清楚起见移除了传感器、控制器和导管；

图4是沿着图1的线4-4的皮托管移动测量组件的俯视剖面图；

图5是皮托管移动测量组件的右侧剖面图，且皮托管在钝体内的第一位置；

图6是皮托管移动测量组件的右侧剖面图，且皮托管在钝体内的第二位置；

图7是皮托管移动测量组件的分解左侧剖面图；以及

图8是根据一个实施例的控制器的方块图。

具体实施方式

为了提供导管内的流动的精确的横截面，下文所述的实施例提供了钝体内的两个可滑动皮托管，该钝体具有类似于皮托管平均外壳(诸如由Rosemount公司提供的外壳)的轮廓的轮廓。两个皮托管可以一起在钝体内沿着钝体的长度可滑动地移动至不同的位置。在多个位置中的每一个处，可以感测差压，所述差压可以用于确定在该位置处的流动值。根据一些实施例，在多个位置处的流动值可以之后用于校准由平均皮托管传感器所生成的平均流动值。本发明可以与具有任何期望结构的钝体一起使用，且不限于此处示出的结构。

因为皮托管在具有类似于平均皮托管传感器的外壳的轮廓的钝体内，所以由平均皮托管传感器所造成的流动的变化被包含到横截面流的测量中。因此，最终的横截面流动值是在平均皮托管传感器被插入到所述流动中时将呈现的横截面流的更加精确的反映。此外，因为皮托管定位在钝体内，皮托管由钝体支撑，使得皮托管不会被导管内的高速流偏转。因此，下文所述的实施例的可滑动皮托管可以用于提供高速流中的流路的横截面。

根据一个实施例，图1提供了压力测量系统100的下游视图，图2提供了压力测量系统100的上游视图，其中所述压力测量系统100安装在导管102上以测量在从图1的页面出来的方向上流过导管102的过程流体的差压值。测量系统100包括控制器104、差压传感器106、脉冲管道108和110、可滑动上游皮托管112、可滑动下游皮托管114、支柱或保持装置116、传感器凸缘118、垫圈120、安装凸缘122、螺栓和螺母组件124和126以及钝体或外壳128。皮托管112和114、支柱116、传感器凸缘118、垫圈120、安装凸缘122、螺栓和螺母组件124和126以及钝体128一起形成皮托管移动测量组件(pitot traverse assembly：或皮托管横跨组件)。图3提供了皮托管移动测量组件的侧视图。

皮托管112具有开口端130，其延伸到如图2所示的钝体128中的上游狭缝132中。皮托管114具有开口端134，其延伸到如图1所示的钝体128中的下游狭缝136中。皮托管112和114的开口端130和134的位置可以沿着钝体128的长度140移动。在沿着长度140的每一位置处，开口端130和134暴露至流体压力，所述流体压力通过皮托管112和114以及通过脉冲管道108和110被传递给差压传感器106。或者说，差压传感器106通过脉冲管道108和110以及皮托管112和114流体耦合至开口端130和134。因此，在沿着长度140的每一位置处，开口端130提供上游压力至差压传感器106，开口端134提供下游压力至差压传感器106。使用上游压力和下游压力，差压传感器106产生压差信号，该压差信号被控制器104使用来确定在沿着长度140的开口端130和134的每一位置处的流动值。根据一个实施例，流动值是流动速度，被确定为其中V是流动速度，ΔP是来自差压传感器106的压差值，ρ是流体的密度。

由于导管内流动的变化，由差压传感器106所测量的压差将典型地针对于沿着长度140的开口端130和134的不同位置是不同的。因此，控制器104将针对于沿着长度140的不同位置产生不同的流动值。最终的流动值的集合被称为通过导管102的流路的横截面。

图4显示沿着图1的线4-4的顶部剖视图，更详细地显示出钝体128以及皮托管112和114。如图4所示，在本实施例中钝体128是T形体，具有上游端402和下游端404。下游端404优选地包括密封的热电偶套管400，其可以容纳用于测量流体和导管的温度的电阻式温度装置。如图4所示，皮托管112定位在隔离腔420内，且具有弯曲底端，该弯曲底端形成了沿上游方向的开口端130。皮托管114具有弯曲底端，其形成在沿下游方向的开口端134。因此，皮托管112是上游皮托管，皮托管114是下游皮托管。隔离腔420防止所述流动从狭缝132穿过钝体128到达狭缝136，由此更好地隔离下游皮托管114与上游皮托管112。

图5显示皮托管移动测量组件的右侧横截面视图，图7显示其分解左侧横截面视图，且皮托管112和114在钝体128内的底部位置500。在图5中示出了开口端130和皮托管112的横截面，在图7中示出了开口端134和皮托管114的横截面。

图6提供了显示在向上位置600的皮托管112和114的右侧横截面视图。皮托管112和114可以通过将向上力施加在皮托管112或114或支柱116中的任一个上来移动，所述支柱116通过如图1所示的定位螺钉160和162连接至皮托管112和114两者。因此，支柱/保持装置116与皮托管112和114一致地移动，且保证了皮托管112和114彼此一致地移动。因此，在开口端130向上移动至新位置时，下游皮托管114的开口端134向上移动相同的量。因此，皮托管112和114的开口端130和134保持处于导管102内的同一横截面位置。开口端130和134在钝体128和导管102内的位置可以使用在皮托管112的外部上的标记170(图1)来确定。虽然标记显示在皮托管112上，但是可替代地或另外地标记可以被显示在皮托管114上。

虽然未在图5、6和7中示出，但是脉冲管道108和110以及差压传感器106也与皮托管112和114一起向上和向下移动，以便保持脉冲管道108和皮托管112之间以及脉冲管道110和皮托管114之间的连接。如本领域技术人员将认知到的，可移动支撑结构可以支撑差压传感器106和脉冲管道108和110以适应这样的移动。根据另外的实施例，控制器104还可以与皮托管112和114一起移动，且可以被包含在与差压传感器106相同的壳体中。

根据各实施例，诸如钝体或外壳128的壳体固定在导管102内，并且流体穿过导管。上游皮托管112和下游皮托管114在壳体128内移动，在壳体128内的多个位置处确定上游皮托管112和下游皮托管114之间的压差，使得建立导管102的直径180上的压差分布图。压差分布图用于确定多个位置处的流动值。上游皮托管112和下游皮托管114在壳体128的外面通过支柱或保持装置116连接在一起，使得上游皮托管112和下游皮托管114一致地移动。上游皮托管112和下游皮托管114中的至少一个具有标记170以指示皮托管在壳体中的位置。所述壳体还包括能够容纳电阻式温度装置的热电偶套管，使得可以测量热电偶套管的温度。所述温度可以用于在确定诸如流动速度的流动值时确定流体的密度。壳体包括两个狭缝132和136：上游狭缝132具有定位在其中的上游皮托管112的开口端130，下游狭缝136具有定位在其中的下游皮托管114的开口端134。

在导管102的直径180上的各个位置处所确定的流动值可以用于校准从平均皮托管传感器的压力读数产生的流动值。根据一个实施例，校准过程开始于对于平均皮托管传感器在期望的位置执行上文所述的皮托管移动测量。在完成了皮托管移动测量之后，平均皮托管传感器替代皮托管移动测量组件被插入到所述流动中。

典型地，平均皮托管传感器包括一个或更多个上游开口和下游开口，所述上游开口和下游开口在导管的直径上的多个位置处对于所述流动是敞开的。根据一个实施例，上游开口是沿着导管的直径的至少一部分延伸的狭缝，下游开口是沿着直径的至少一部分间隔开的孔。上游开口在平均皮托管传感器内流体地连接在一起以提供平均上游压力，下游开口在平均皮托管传感器内流体地连接在一起以提供平均下游压力。平均上游压力和平均下游压力被提供至差压传感器，其基于平均上游压力和平均下游压力之间的压差产生压差信号。压差信号被提供至控制器，该控制器使用压差信号来确定诸如平均流动速度的平均流动值，该平均流动值被确定为其中V_avg是平均流动速度，ΔP_avg是平均上游压力和平均下游压力之间的压差，ρ是流体的密度。

由平均皮托管传感器确定的平均流动速度之后与在皮托管移动测量期间所形成的流动速度一起使用，来产生校准值。在一个实施例中，校准值被计算为其中k是校准值，V_i是从第i个移动测量位置确定的流动速度，N是移动测量位置的总数，V_avg是使用平均皮托管传感器确定的平均流动速度。最终的校准值可以用于校准诸如流动速度、体积流量以及质量流量的不同的流动值，所述不同的流动值之后根据由平均皮托管传感器所产生的差压确定。

图8提供根据一个实施例的控制器104中的元件的方块图。控制器104包括电力供给装置800、处理器802、存储器804、传感器接口806、通信接口814、输入接口808、显示控制器810、显示器812、通信总线816以及电力总线818。根据一个实施例，处理器802、存储器804、传感器接口806、输入接口808、显示控制器810以及通信接口814每一个连接至通信总线816。

电力供给装置800给控制器104提供电力，且可以采用电池组、至外部电源的独立连接、或至提供电力和信息两者的环路通信系统的连接的形式。电力供给装置800将电力通过电力总线818分配给控制器104的各个部件，所述电力总线818连接到控制器104的每一个部件。根据一些实施例，在电力供给装置800上所提供的电力量被限制，使得控制器104本质上是安全的且可以用在危险环境且不造成爆炸。

传感器接口806接收来自差压传感器106和电阻式温度传感器的压力和温度信号，将该信号转换成数字值以及提供该数字值给总线816上的处理器802。处理器802可以将传感器至存储在存储器804中以用于随后使用或可以立即使用传感器值计算上文所述的一个或更多个流动值。在计算流动值之后，处理器802可以将流动值存储在存储器804中，将该值通过通信接口814通信至远程处理单元和/或使用显示控制器810在显示器812显示所述值。

显示器812提供一个或更多的用户界面，该用户界面可以显示由处理器802所产生的流动值。另外，显示器812可以与诸如显示器812上触摸屏、键盘或定点装置的输入装置一起使用，以允许用户指示皮托管在导管内的位置。来自输入装置的信号被输入接口808接收，其提供输入值给处理器802。根据一个示例性实施例，显示器812上的用户界面提供可选择的图标，其允许用户使用输入装置指出皮托管的当前位置。用户界面还显示指定的位置的当前压力读数和计算的流动值。用户界面的其他示例包括显示导管上的流动的横截面的图表和显示用于平均皮托管传感器的计算的校准值的场。

虽然元件被显示或描述为上文的独立的实施例，但是每个实施例的多个部分可以与上文所述的其他实施例的全部或一部分组合。

虽然已经用特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是将理解在随附的权利要求中所定义的主题不必限制到上文所述的特定的特征或动作。相反，上文所述的特定特征和动作被公开作为实现权利要求的示例形式。在一个示例结构中，皮托管可以被移除且压力端口可以耦合至平均皮托管传感器。在一些情形中，可能期望获得在流动分布图上的平均差压，而不是分离的测量值。进一步地，在一种结构中，在安装之前执行校准，例如在装置的制造期间执行校准。

Claims (20)

1.一种用于测量导管内的压力的压力测量系统，包括：

钝体，所述钝体延伸到导管中并具有上游开口和下游开口；

上游皮托管，所述上游皮托管能够滑动地接合在所述钝体内并具有定位在上游开口中的开口端；

下游皮托管，所述下游皮托管能够滑动地接合在所述钝体内并具有定位在下游开口中的开口端；

差压传感器，所述差压传感器流体地耦合至上游皮托管和下游皮托管以测量上游皮托管和下游皮托管之间的压差。

2.根据权利要求1所述的压力测量系统，其中，所述差压传感器在上游皮托管和下游皮托管处于钝体内的第一位置上时测量第一压差，且其中所述差压传感器在上游皮托管和下游皮托管处于第二位置时测量第二压差。

3.根据权利要求1所述的压力测量系统，其中，所述上游开口和所述下游开口两者都是狭缝。

4.根据权利要求1所述的压力测量系统，其中，所述上游皮托管和所述下游皮托管中的至少一个还包括外部标记，所述外部标记指示上游皮托管和下游皮托管中的至少一个在钝体内的位置。

5.根据权利要求1所述的压力测量系统，其中，所述上游皮托管和所述下游皮托管在导管外部通过保持装置连接，使得上游皮托管和下游皮托管在钝体内一致地移动。

6.根据权利要求1所述的压力测量系统，其中，所述钝体包括T形体。

7.根据权利要求6所述的压力测量系统，其中，所述钝体还包括热电偶套管。

8.一种皮托管移动测量组件，包括：

第一皮托管；

第二皮托管；和

钝体，所述钝体具有一长度，其中所述第一皮托管和所述第二皮托管两者都能够在钝体内移动，使得第一皮托管的开口端和第二皮托管的开口端能够沿着钝体的长度定位在不同的位置处。

9.根据权利要求8所述的皮托管移动测量组件，还包括隔离腔，所述隔离腔防止流体流通过钝体，其中第一皮托管定位在隔离腔内。

10.根据权利要求8所述的皮托管移动测量组件，其中，第一皮托管的开口端定位在钝体的第一狭缝内，其中第二皮托管的开口端定位在钝体的第二狭缝内。

11.根据权利要求10所述的皮托管组件，其中，所述第一狭缝在钝体上定位在上游位置，所述第二狭缝在钝体上定位在下游位置。

12.根据权利要求8所述的皮托管移动测量组件，其中，所述钝体还包括密封热电偶套管。

13.根据权利要求8所述的皮托管移动测量组件，还包括支柱，所述支柱连接至第一皮托管和第二皮托管且与第一皮托管和第二皮托管一致地移动。

14.根据权利要求8所述的皮托管移动测量组件，其中，所述第一皮托管和所述第二皮托管中的至少一个包括外部标记，所述外部标记指示第一皮托管和第二皮托管中的至少一个在钝体内的位置。

15.一种方法，包括：

将壳体固定在导管内；

使流体通过导管；

使上游皮托管和下游皮托管在所述壳体内移动，并且在壳体内的多个位置处确定上游皮托管和下游皮托管之间的压差，建立在导管的直径上的压差分布图。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，上游皮托管和下游皮托管在壳体的外部连接在一起，使得上游皮托管和下游皮托管一致地移动。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述上游皮托管和所述下游皮托管中的至少一个包括标记，所述标记指示所述上游皮托管和下游皮托管中的至少一个的位置。

18.根据权利要求15所述的方法，还包括以下步骤：

使用压差分布图来确定用于平均皮托管传感器的校准值。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述壳体包括第一狭缝，所述上游皮托管的端部定位在所述第一狭缝内。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述壳体包括第二狭缝，所述下游皮托管的端部定位在所述第二狭缝内。