CN108603779A - 用于调制流动通路的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种流量计(5)，其具有连接到计量电子设备(20)的传感器组件(10)，其中传感器组件(10)包括至少一个驱动器(104)和至少一个敏感元件(105)，以及构造成改变其中的流动区域(304)的可变调制导管(300)。

Description

用于调制流动通路的方法及设备
技术领域
本发明涉及流量计(flowmeter)，且更具体而言，涉及一种用于调制流动通路的面积的方法及设备。
背景技术
振动传感器(例如，如，振动密度计和科里奥利流量计)是众所周知的，且用于测量关于流过流量计中的导管的材料的质量流和其它信息。示例性科里奥利流量计在美国专利4,109,524、美国专利4,491,025和Re. 31,450中公开。这些流量计具有直或弯曲构造的一个或多个导管。例如，科里奥利质量流量计中的每个导管构造均具有一组自然振动模式，其可具有简单弯曲、扭转或耦合的类型。每个导管均可被驱动以在优选模式下振荡。
材料从流量计的入口侧上的连接的管线流入流量计中，引导穿过(多个)导管，且经由流量计的出口侧离开流量计。振动系统的自然振动模式部分地由导管和在导管内流动的材料的组合质量限定。
当没有穿过流量计的流动时，施加到(多个)导管的驱动力引起沿(多个)导管的所有点以相同的相位或以小“零点偏移” (其为零流动下测得的时间延迟)振荡。当材料开始流过流量计时，科里奥利力引起沿(多个)导管的每个点具有不同的相位。例如，流量计的入口端处的相位滞后于集中驱动器位置处的相位，而出口端处的相位先于集中驱动器位置处的相位。(多个)导管上的敏感元件(pickoff)产生代表(多个)导管的运动的正弦信号。来自敏感元件的信号输出处理成确定敏感元件之间的时间延迟。两个或多个敏感元件之间的时间延迟与流过(多个)导管的材料的质量流速成正比。
连接到驱动器的计量电子设备生成驱动信号来操作驱动器，且由从敏感元件接收到的信号还确定处理材料的质量流速和/或其它性质。驱动器可包括许多公知的布置中的一者；然而，磁体和相对的驱动线圈在流量计行业中取得了巨大的成功。交变电流穿过驱动线圈用于在期望的导管振幅和频率下振动(多个)导管。本领域中还已知的是将敏感元件提供为很类似于驱动器布置的磁体和线圈布置。然而，尽管驱动器接收引起运动的电流，但敏感元件可使用由驱动器提供的运动来引起电压。由敏感元件测得的时间延迟的量度很小；通常以纳秒计。因此，所需的是具有非常准确的换能器输出(transducer output)。
通常，流量计用于需要极大的下调(turn down)和/或穿过流量计的低压降的应用中。例如，在烃类流体应用中，流速可较宽地变化，但通过流量计的压力损失必须保持较低，以防止较轻的烃改变状态。为了精确测量低流体流并且还在没有重压力损失的情况下处理高流速，通常并联使用多个各种尺寸的流量计，并且在给定工艺条件的情况下通过选择合适的流量计来控制流速。该途径是昂贵且复杂的，因为需要多个流量计，安装复杂，且所需的维护和操作费用增加。在并联计量计方案不实用的一些应用中，如风洞实验操作，重新更换管道和重新调整流量计的尺寸以适应不同的实验条件是非常麻烦的。
因此，本领域需要一种在单个流量计中测量宽范围流量的方法和相关设备。需要一种方法和相关设备来维持最小流体速度，使得可以在单个流量计中针对宽范围的流速获取准确的流量测量。本发明通过提供一种用于具有可变导管横截面的流量计的方法和相关设备而克服了这些和其它问题，因此实现了本领域中的进步。
发明内容
根据一个实施例，提供了一种具有连接到计量电子设备的传感器组件的流量计。传感器组件包括至少一个驱动器和至少一个敏感元件，其包括构造成改变其中的流动区域的可变调制导管。
根据一个实施例，提供了一种调整穿过流量计导管的流动的方法。该方法包括以下步骤：提供传感器组件，以及提供传感器组件中的可变调制导管，其构造成改变其中的流动区域，且可调整来维持其中流动的流体的期望流体速度。
方面
根据一个方面，一种流量计具有连接到计量电子设备的传感器组件。传感器组件包括至少一个驱动器和至少一个敏感元件，其包括构造成改变其中的流动区域的可变调制导管。
优选地，流动区域可调整，以维持其中流动的流体的期望的流体速度。
优选地，流体速度维持在维持期望的Δt的速率下。
优选地，流量计包括用于测量传感器组件中的第一流体压力的第一压力传感器、用于测量传感器组件中的第二流体压力的第二压力传感器，以及其中流动区域可调整来维持第一压力传感器与第二压力传感器之间的期望的压差。
优选地，可变调制导管包括设置在流动区域中的流体致动的囊(fluid-actuatedbladder)，其中流体致动的囊包括可调整的横截面积。
优选地，流量计包括构造成使囊悬置在导管内的至少一个支承物。
优选地，可变调制导管包括设置在流动区域中的多个流体致动的囊，其中多个流体致动的囊构造成调整尺寸以转移流动区域内的流体流。
优选地，多个流体致动的囊沿导管的内径大致等距地设置。
优选地，可变调制导管包括设置在流动区域中的旋管形囊(coiled bladder)，其中旋管形囊包括可调整的横截面积。
优选地，流体致动的囊、多个流体致动的囊或旋管形囊包括构造成扩张和收缩的顺应性材料。
优选地，流体致动的囊、多个流体致动的囊或旋管形囊在其中的空间中接收流体。
优选地，回弹性内膜片设置在旋管形囊的旋管内，且限定流动区域。
优选地，可变调制导管包括滑动地接合彼此来形成可调整的流动区域的多个叶。
优选地，可扩张的膜片设置成邻近多个叶，以提供不透流体的密封。
优选地，多个叶可以以夹持部件致动来调整多个叶的直径。
优选地，可变调制导管包括可伸展的膜片，其包括螺旋织造的纤维网，其中螺旋织造的纤维网限定流动区域。
优选地，织造的纤维网可致动来调整流动区域的直径。
优选地，流量计包括设置在可变调制导管中的静压导管，其中静压导管包括通向流体的第一端，以及密封至其自身的第二端，其构造成允许其中测量静压和大体上在静压导管与流动区域之间测量压差(ΔP)。
优选地，静压导管包括可在其中压力增大时变形的顺应性材料。
优选地，可变调制导管包括围绕多个铰接接头可枢转的多个导管壁，且其中静压导管构造成接触多个导管壁，且通过使多个导管壁围绕多个铰接接头枢转来调制流动区域。
优选地，静压导管构造成增大尺寸，直到其中的静压和流动区域中的动压达到平衡。
根据一个方面，一种调整穿过流量计导管的流动的方法包括以下步骤：提供传感器组件，以及将可变调制导管设在传感器组件中，其构造成改变其中的流动区域，且可调整来维持其中流动的流体的期望流体速度。
优选地，该方法包括将流体速度维持在维持期望Δt的速率下的步骤。
优选地，该方法包括以下步骤：测量传感器组件中的第一流体压力；测量传感器组件中的第二流体压力；以及调整流动区域来维持第一流体压力与第二流体压力之间的期望的压差。
优选地，该方法包括以下步骤：使设置在流动区域中的至少一个流体致动的囊致动，其中至少一个流体致动的囊包括可调整的横截面积。
优选地，该方法包括以下步骤：使设置在流动区域中的多个叶中的至少一个致动，以滑动地接合彼此，以便限定可调整的横截面积。
优选地，该方法包括以下步骤：提供设置在可变调制导管中的静压导管，其包括通向流体的第一端和密封至其自身的第二端；测量静压导管中的静压；测量流动区域中的动压；以及计算静压导管与流动区域之间的压差(ΔP)。
优选地，静压导管包括可在其中压力增大时变形的顺应性材料。
优选地，该方法包括以下步骤：提供围绕多个铰接接头可枢转的多个导管壁；以及通过使多个导管壁围绕多个铰接接头枢转来调制流动区域。
优选地，该方法包括以下步骤：将多个导管壁置于与静压导管接触；由于其中的静压而调整静压导管的尺寸；以及在达到流动区域中的动压与静压导管中的静压之间的平衡时停止调整静压导管的尺寸。
优选地，该方法包括以下步骤：确定可变调制导管的流动区域；以及确定流过可变调制导管的流体的流速。
附图说明
图1示出了现有技术的振动传感器组件；
图2为根据一个实施例的计量电子设备；
图3A和3B示出了根据一个实施例的具有囊的可变调制导管；
图4A和4B示出了根据另一个实施例的具有囊的可变调制导管；
图5A和5B示出了根据一个实施例的具有滑动叶的可变调制导管；
图6示出了根据一个实施例的具有螺旋织造的纤维网的可变调制导管；
图7示出了根据一个实施例的具有回弹性材料流管的可变调制导管；
图8示出了根据又另一个实施例的具有囊的可变调制导管；
图9A和图9B示出了根据一个实施例的具有铰接部件的可变调制导管；
图10A和10B示出了根据一个实施例的具有铰接部件的流量计；以及
图11示出了根据另一个实施例的具有铰接部件的流量计。
具体实施方式
图1-11和以下描述绘出了特定实例，以教导本领域的技术人员如何制作和使用本发明的最佳模式。为了教导发明的原理的目的，简化或省略了一些常规方面。本领域的技术人员将认识到来自落入本发明的范围内的这些实例的变型。本领域的技术人员将认识到下文所述的特征可以以各种方式组合来形成本发明的多个变型。结果，本发明不限于下文描述的特定实例，而是仅由权利要求和其等同物限制。
图1示出了以包括传感器组件10和一个或多个计量电子设备20的科里奥利流量计的形式的流量计5的实例。一个或多个计量电子设备20连接到传感器组件10，以测量流动材料的特征，例如，如，密度、质量流速(flow rate)、体积流速、总质量流、温度和其它信息。
传感器组件10包括一对凸缘101和101'，以及导管103。本实例的凸缘101和101'附连到间隔物102和102'。本实例的间隔物102和102'附连到导管103的相对端。在本实例中，间隔物102和102'维持凸缘101和101'与导管103之间的间距，以防止导管103中的非期望的振动。导管103从凸缘101,101'向外延伸。当传感器组件10插入传送流动材料的管线系统(未示出)中时，材料经由凸缘101进入传感器组件10，穿入导管103中，在该处，其经由凸缘101'离开传感器组件10。凸缘101,101'可具有安装孔106,106'，其构造成接收紧固件来用于安装到管线系统的目的。在一个实施例中，导管103经由撑杆115,115'附连到壳114。在另一个实施例中，撑杆115,115'独立于导管103，且可用于支承与传感器组件10相关联的结构。
传感器组件10包括驱动器104。驱动器104在驱动器104可在驱动模式中振动导管103的位置中附连到导管103。更具体而言，驱动器104包括附连到导管103的第一驱动器构件(未示出)，以及附连到除导管103外的结构的第二驱动器构件。例如，驱动器104可包括许多公知布置中的一个，如，安装到导管103的磁体，以及安装到安装支架113的相对的线圈。壳114可具有附接到其的端盖116,116'。
本实例中，驱动模式是第一异相(out of phase)弯曲模式，且选择导管103，且将该导管103适当安装到凸缘101和101'，以便提供平衡的系统，该平衡的系统具有相对可预测和/或恒定的质量分布、惯性矩和围绕纵向弯曲轴线的弹性模量。在其中驱动模式是第一异相弯曲模式的本实例中，导管103由驱动器104驱动。以交变电流的形式的驱动信号可由一个或多个计量电子设备20提供，例如，如，经由通道(pathway)110，且穿过驱动器线圈以引起导管103振荡。本领域的普通技术人员将认识到，其它驱动模式可在本实施例的范围内使用。
所示传感器组件10包括附连到导管103的一对敏感元件105,105'。更具体而言，第一敏感元件构件(未示出)位于导管103上，且第二敏感元件构件位于独立于导管103的结构上。在所绘实施例中，敏感元件105,105'可为电磁探测器，例如，敏感元件磁体和敏感元件线圈，其产生代表导管103的速度和位置的敏感元件信号。例如，敏感元件105,105'可将敏感元件信号经由通道111,111'供应至一个或多个计量电子设备20。本领域的普通技术人员将认识到，导管103的运动与流动材料的某些特征、例如流过导管103的材料的质量流速和密度成正比。
应当认识到的是，尽管上文所述的传感器组件10包括单个导管流量计，但恰好在本实施例的范围内的是实施多导管流量计。此外，尽管流动导管103示为包括直流动导管构造，但本实施例可利用包括弯曲/屈曲流动导管构造的流量计实施。还应当认识到的是，敏感元件105,105'可包括应变计、光学传感器、激光传感器或本领域中已知的任何其它传感器类型。因此，上文所述的传感器组件10的特定实施例仅为一个实例，且绝不应当限制本实施例的范围。
在图1中所示的实例中，一个或多个计量电子设备20从敏感元件105,105'接收敏感元件信号。通路26提供输入和输出器件，其允许一个或多个计量电子设备20与操作者对接。一个或多个计量电子设备20测量流动材料的特征，例如，如，相差、频率、时间延迟、密度、质量流速、体积流速、总质量流、温度、计量计验证(meter verification)、以及其它信息。更具体而言，一个或多个计量电子设备20例如从敏感元件105,105'，且在一个实施例中，从一个或多个温度传感器107(如，电阻温度装置(RTD))接收一个或多个信号，且使用该信息来测量流动材料的特征。
振动传感器组件(例如，如，科里奥利流量计或密度计)以其测量流动材料的特征的技术是公知的；因此，为了简化本描述，省略了详细论述。然而，作为简要概述，流过振荡导管的未知流体的密度与管在该处共振的时段的平方成正比。在美国专利号4,491,009中，描述了通过使用两个串联连接的积分器(intergrator)来计算密度的电路。基准电压施加到第一积分器。由于导管的弹簧常数随温度变化且因此改变共振频率，故针对管的温度变化适当地补偿基准电压。两个积分器在等于共振时段的平方的时间段内操作。以此方式，由模拟电路生成的输出信号提供温度依赖的函数和共振时段的值的平方的积。利用基准电压的适当缩放，输出模拟信号提供了流过导管的未知流体的密度测量(以比重单位)的直接读出。应当注意的是，这仅是以振动计进行的现有技术的密度测量的一个实例，且绝非用于限制本实施例的范围。
图2示出了根据一个实施例的计量电子设备20。计量电子设备20可包括接口201和处理系统203。处理系统203可包括储存系统204。储存系统204可包括内部存储器，且/或可包括外部存储器。计量电子设备20可生成驱动信号211，且经由通道110将驱动信号供应至驱动器104。此外，计量电子设备20可从传感器组件10接收传感器信号210，如，敏感元件/速度传感器信号、应变信号、光学信号、温度信号、或本领域中已知的任何其它信号。计量电子设备20可操作为密度计，或可操作为质量流量计，包括操作为科里奥利流量计。应当认识到的是，计量电子设备20还可操作为一些其它类型的振动传感器组件，且提供的特定实例不应当限制本实施例的范围。计量电子设备20可处理传感器信号210，以便获得流过流动导管103的材料的流动特征。在一些实施例中，例如，计量电子设备20可接收来自一个或多个RTD传感器或其它温度传感器107的温度信号212。
接口201可分别经由通道110,111,111'接收来自驱动器104或敏感元件105,105'的传感器信号。接口201可执行任何所需或期望的信号调节，如，任何方式的格式化、放大、缓冲等。备选地，信号调节中的一些或所有可在处理系统203中执行。此外，接口201可允许计量电子设备20与外部装置之间的通信。接口201可能够具有任何方式的电子、光学或无线通信。
接口201在一个实施例中可包括数字转换器202，其中传感器信号包括模拟传感器信号。数字转换器202可采样和数字化模拟传感器信号且产生数字传感器信号。数字转换器202还可执行任何所需的抽样(decimation)，其中对数字传感器信号抽样以便减少所需的信号处理量和减少处理时间。
处理系统203可进行计量电子设备20的操作，且处理来自传感器组件10的流动测量。处理器系统203可执行一个或多个处理程序，例如而不限于，如操作程序213、密度程序214、质量流速程序215、流动通路调制程序216、压差程序217、以及流动区域确定程序218，且因此处理流动测量，以便产生一个或多个流动测量，其最终用于操作流量计5，执行期望功能和任何其它相关计算。
处理系统203可包括通用计算机、微处理系统、逻辑电路，或一些其它通用或定制处理装置。处理系统203可分布在多个处理装置之间。处理系统203可包括任何方式的一体或独立的电子储存介质，如，储存系统204。
处理系统203处理传感器信号210，以便除其它外还生成驱动信号211。驱动信号211供应至驱动器104，以便振动(多个)相关联的导管，如，图1的导管103。
应当理解的是，计量电子设备20可包括本领域众所周知的各种其它构件和功能。这些附加特征出于简洁目的从描述和附图中省略。因此，本实施例不应当限于所示和所论述的特定实施例。
根据一个实施例，计量电子设备20可配置成测量穿过流量计5的流动作为质量流速程序215的一部分。根据一个实施例，计量电子设备20还可测量温度信号212，且基于测得的温度来调整计算的流速。
如下文将更完整所述，作为流动通路调制程序216的实例，导管103的面积，或导管103内或没有导管103的结构调制成调整传感器组件10内的流体流。简言之，在一个实施例中，计量电子设备20可有助于调解传感器组件10的流动区域的调制。这允许准确地测量低流体流，且仍在没有较大压力损失的情况下处理高流速。连同调制流动通路，流动区域确定程序218储存导管103的确定面积，这可用于计算质量流、密度流和其它流量计5值。
作为压差程序217的实例，如下文将更完整所述，测量传感器组件10中的不同点处的压力。简言之，测量其中流体可流动的导管103的区域中的流体压力(动态)，且测量与其中限制流体流的导管相关联的区域中的流体压力(静态)。这些压力可与彼此比较来计算压差。在经历流体流的流量计5中，势能由静压提供，且运动项(kinetic term)是流体速度的函数，且由动压代表：
由于总能量必须保持恒定，故静压在流体速度增大时减小。
转到图3A和3B，提供了可变调制导管300的一个实施例。该实施例优化了导管103的流动区域。例如，流动通路调制程序216可通过针对较大的Δt来优化流动信号。这通过限制导管103的流动区域来实现，以维持足够的流速来产生期望的Δt。在另一个实施例中，优化穿过计量计的压降。这可直接地使用外部压差测量或通过针对可靠地计算Δt所需的最小流速来直接地完成。图3A示出了具有流体致动的囊302的可变调制导管300的横截面。流体致动的囊302可为气动或液压的，且构造成取决于其中的空间306中的流体压力增大或减小横截面积。因此，囊302由能够扩张和收缩的顺应性材料制成。在该实施例中，相对较大的导管103用于容纳导管103内的流动区域304中的流动。囊302大致设置在流动区域304的中心，且转移流体流，有效扩张以减小流动区域304或收缩来增大流动区域304。例如，在囊302增大尺寸时，流动区域304中的处理流体可具有通过减小流动区域304的面积而增大的流体速度，以便优化Δt。这在图3B中反映。在相关实例中，如图3A中所示，流动区域304中的处理流体可具有通过由减小囊302的尺寸而增大流动区域304的面积所减小的流体速度，以便优化Δt。该途径是有利的，因为处理流体保持容易地联接到导管上。在一个实施例中，至少一个支承物308提供成使囊302悬置在导管103内。示出了三个支承物308，但构想出多于或少于三个的支承物308。支承物由顺应性材料制成，且/或可形成为偏压部件，使得囊302大致维持沿流动区域304的中心线，而不论流体致动的状态。流体可通过泵、缸或本领域中已知的任何流体管理系统来供应至囊302。
转到图4A和4B，提供了可变调制导管400的一个实施例。该实施例优化导管103的流动区域。这通过限制导管103的流动区域来实现，以便维持足够的流体速度来产生期望的Δt。在另一个实施例中，优化穿过计量计的压降。这可直接地使用外部压差测量或通过针对可靠地计算Δt所需的最小流体速度来直接地完成。图4A示出了具有多个流体致动的囊402的可变调制导管400的横截面。多个流体致动的囊402可为气动或液压的，且构造成取决于其中的空间306中的流体压力增大或减小面积。流体可通过泵、缸或本领域中已知的任何流体管理系统来供应至囊402。因此，多个囊402由能够扩张和收缩的顺应性材料制成。在该实施例中，相对较大的导管103用于容纳导管103内的流动区域304中的流动。多个囊402设置成沿导管103的内径408大致等距。多个囊402的尺寸可改变，以转移流动区域304内的流体流，有效扩张以减小流动区域304，或收缩来增大流动区域304。例如，在多个囊402增大尺寸时，流动区域304中的处理流体可具有通过减小流动区域304的面积而增大的流体速度，以便优化Δt。这在图4B中反映。在相关实例中，如图4A中所示，流动区域304中的处理流体可具有通过由减小多个囊402的尺寸而增大流动区域304的面积所减小的流体速度，以便优化Δt。该途径是有利的，因为简化了多个囊402的控制和定位。
在一个实施例中，多个囊402可独立于彼此设置在导管103内。在另一个实施例中，多个囊402中的每个囊可附接到相邻的囊。多个囊402中的一个或多个囊可或可不连接到导管103。此外，多个囊402中的每个囊可独立地致动。备选地，多个囊402中的每个囊可经由流体连接410与彼此流体连通。在提供的附图中，示出了多个囊402中的五个囊，且示出了两个流体连接410。构想出多于或少于五个囊，且构想出多于或少于两个流体连接。
应当注意，在其中流动区域304设置在振动导管103内的实施例中，使用的材料足够硬，以给予科里奥利力至振动导管103的壁的传递，使得可测量Δt。备选地或连同这些实施例，科里奥利振动可在流动区域304和/或相关联的囊上直接地测量。
转到图5A和5B，示出了可变调制导管500的一个机械实施例。在一个实施例中，导管103由沿彼此滑动来改变流动区域304的一系列叶502构成。在一个实施例中，叶502可提供流体密封件。在相关实施例中，第一可扩张膜片506和/或第二可扩张膜片508可用于提供流体密封件。在图5中，第一组箭头(A)指出滑动地接合彼此的叶502的运动，使得使可变调制导管500致动来引起导管103的横截面且因此流动区域304沿第二组箭头(B)的方向减小。叶502可大致平行于彼此，包括弯曲的矩形条。叶502可备选地螺旋地卷绕来包绕且限定导管103的圆周。图示中绘出了八个叶，但还构想出多于或少于八个的叶。
在图5B中，致动器510与夹持部件512机械连通。致动器510可限制夹持部件512，以便夹持部件512的圆周减小，继而又引起叶502如上文所述滑动地接合彼此，这导致减小的流动区域304。当致动器510减小导管上的夹持部件512的压力时，流动区域增大，从而夹持部件512的圆周增大，继而又引起叶502移离彼此，这导致增大的流动区域304。计量电子设备20与致动器510连通，且控制致动状态，以便控制流速和Δt分离。多个致动器和夹持部件可沿导管103的长度使用，以提供均匀的致动力。
应注意，可变调制导管500的机械实施例可位于导管103内，替代限定如上文所述的导管。在此情况下，可变调制导管500的机械实施例将有效地替换图3A和3B中所述的囊302，其大致设置在流动区域304(又参看图3A和3B)的中心，以转移流体流，有效地扩张来减小流动区域304，或收缩来增大流动区域304。例如，在囊302增大尺寸时，流动区域304中的处理流体可具有通过减小流动区域304的面积而增大的流体速度，以便优化Δt。在一种相关实施例中，致动器510可设置在可变调制导管500的内侧上。在此情况下，在小直径构造中受偏压的叶502，以及致动器510用于抵抗该偏压，且通过扩大夹持部件512的直径来扩大可变调制导管500的圆周。
转到图6，示出了可变调制导管600的一个机械实施例。在该实施例中，可伸展的膜片602包含流体流，且螺旋地织造的纤维网604维持导管103的期望形状。当纤维604水平地拉离导管103的端部(沿箭头(C)的方向)时，纤维604的变直引起导管直径减小，如由箭头(D)指出的。
在一个实施例中，机械地拉动非弹性纤维以缩短包绕可伸展膜片602的螺旋织造的纤维网604的有效长度，且因此减小导管103的直径。在一个实施例中，可使用电活性纤维。在此情况下，取决于使用的类型，纤维可缩短或试图变直。例如而不限于，可应用在加热时可转变形状和/尺寸的形状记忆合金(SMA)的使用。
SMA是大体上针对在转变温度以上的其物理转变而已知的金属。通过组合适合的合金，可确定和调整SMA元件的转变温度。转变温度大体上理解为在该处SMA材料开始从马氏体晶体结构转变成奥氏体晶体结构的温度。当SMA元件低于转变温度时，金属保持在马氏体晶体结构中。在马氏体晶体结构中，金属可物理地变形成第一尺寸和/或形状。金属在低于转变温度的同时可保持在该形状中。在将SMA螺旋织造的纤维网604加热到高于转变温度时，纤维604转变成奥氏体晶体结构，其中合金回到其“记忆的”变形前的尺寸和/或形状，其可为收缩的(较小直径形式)的纤维网604。SMA材料的该独特性质可用于选择性地增长或收缩纤维网604，且因此可变调制导管600。根据一个实施例，在SMA元件低于转变温度时的SMA元件的变形(伸展)可经由由可伸展膜片602提供的力来实现。在另一个实施例中，内部或外部偏压部件(未示出)可提供力。
SMA致动的可变调制导管600提供优于机械致动的可变调制导管600的优点，因为减小或消除了对致动器和复杂安装方案的需要。此外，SMA通常可制造成较小，且大体上消耗较少功率。然而，接近或高于转变温度的温度下的流体可提供对于SMA实施例的挑战，因为来自流体的热可能不允许SMA元件冷却到低于转变温度。
应注意，可变调制导管600的机械实施例可位于导管103内，替代限定如上文所述的导管。在此情况下，可伸展的膜片602将不会位于螺旋织造的纤维网604的内径上，而是将包封其。在该实施例中，可变调制导管600将有效地替换图3A和3B中所述的囊302，其大致设置在流动区域304(又参看图3A和3B)的中心，以转移流体流，有效地扩张来减小流动区域304，或收缩来增大流动区域304。例如，在螺旋织造的纤维网604增大直径时，流动区域304中的处理流体可具有通过减小流动区域304的面积而增大的流体速度，以便优化Δt。当螺旋织造的纤维网604减小直径时，流体速度可通过增大流动区域304的面积来增大，以便优化Δt。
图7示出了可变调制导管700的又另一个机械实施例。在该实施例中，导管103由回弹性材料制成。材料可包括橡胶、塑料、聚合物、金属、它们的组合、以及本领域中已知的任何其它材料。导管103的面积经由使其形状变形来调制。因此，不需要传感器组件10的内部移动部分或单独部分来容纳流体流。在一个实施例中，多个致动器702可改变位置来使导管103变形。在一个实施例中，具有每个致动器702的轴704可朝导管103压制垫706来引起其中的变形。当致动器702朝导管103移动轴704和垫706时，导管103以这样一种方式变形，使得流动区域304尺寸减小。这将引起流动区域304中的处理流体增大速度。同样，通过移动轴704和垫706远离导管103，流动区域304中的处理流体将减小速度，因为流动区域304将增大。
在一些实施例中，垫706可能不是必需的。在一些实施例中，致动器702可直接地附接到导管103，使得推力和拉力两者直接地传递至导管103，因此避免了对于在释放压力时回弹性地弹回特定形状的材料的需要。
应注意，可变调制导管700的机械实施例可位于导管103内，替代限定如上文所述的导管103。在此情况下，致动器702将不会位于导管103的外侧上，而是将设置在如图8中指定为流动区域304的区域内。该管状结构将置于导管103内。在该实施例中，可变调制导管700将有效地替换图3A和3B中所述的囊302，其大致设置在流动区域304(又参看图3A和3B)的中心，以转移流体流，有效地扩张来减小流动区域304，或收缩来增大流动区域304。例如，在致动器702引起该管状结构的直径增大时，流动区域304中的处理流体可具有通过减小流动区域304的面积而增大的流体速度。
转到图8，提供了可变调制导管800的一个实施例。该实施例优化导管103的流动区域304。例如，流动通路调制程序216可通过针对较大的Δt来优化流动信号。这通过限制导管103的流动区域304来实现，以维持足够的流体速度来产生期望的Δt。在另一个实施例中，优化穿过计量计的压降。这可直接地使用外部压差测量或通过针对可靠地计算Δt所需的最小流体速度来直接地完成。图8示出了具有旋管形囊802的可变调制导管800的断面视图。旋管形囊802可为气动或液压的，且构造成取决于其中的空间804中的流体压力增大或减小横截面积。因此，旋管形囊802由能够扩张和收缩的顺应性材料制成。在该实施例中，相对较大的导管103用于容纳旋管形囊802。回弹性内膜片806设置在旋管形囊802的旋管内，且限定流动区域304。当旋管形囊802中的压力变化时，旋管形囊802增大或减小尺寸，因此引起回弹性内膜片806转移位置。当旋管形囊802中的压力增大时，旋管形囊802的尺寸增大，这减小了由旋管限定的核心区域808，这继而又引起回弹性内膜片806具有较小横截面，因此减小了流动区域304的尺寸。当旋管形囊802中的压力减小时，旋管形囊802的尺寸减小，这增大了由旋管限定的核心区域808，这继而又引起回弹性内膜片806具有较大横截面，因此减小了流动区域304的尺寸。因此，在旋管形囊802增大尺寸时，流动区域304中的处理流体可具有通过减小流动区域304的面积而增大的流体速度，以便优化Δt。在相关实例中，流动区域304中的处理流体可通过由减小旋管形囊802的尺寸来增大流动区域304的面积而使流体速度减小，以便优化Δt。此途径的一个优点在于旋管形囊802中的压力变化引起导管103的刚度发生很小变化或不变化。
转到图9A和9B，示出了具有可变横截面积的导管103的另一个实施例。在该实施例中，完全封闭的流体的流动通路(流动区域304)的横截面积可通过利用移动和静态的处理流体的动压和静压来被动地调制。在此上下文中，被动方法限定为使用流体流固有的能量的方法，且允许导管103的横截面匹配没有附加能量的操作条件。为了允许流动区域304随质量流速增大，静压必须与流动压力分离。流动区域304不必响应总压力，但仍对由流动产生的压差敏感。否则，流动区域304将随总压而不是流速变化。
为了分离静压和动压，提供了可变调制导管900，其具有包括流动区域和非流动区域两者的横截面。例如，在图9A和9B中，流动区域304在入口端和出口端两者处通向处理流体。然而，提供静压导管902，其仅具有单端，其通向处理流体，邻近入口，但在出口附近密封至其自身。这使静压导管902中的流体停滞，这允许了静压与动压分开。第一压力传感器904可安装在静压导管902中，而第二压力传感器906可安装成测量流动区域304中的流体的压力。将清楚，第一压力传感器904测量处理流体的静压，且第二传感器906测量处理流体的动压。当存在流动时，压差(ΔP)大体上在静压导管902与流动区域304之间发生。
静压导管902固定到导管103。导管103具有多个铰接接头908，其允许改变导管103的形状。静压导管902由顺应性材料制成，该顺应性材料可在其中压力增大时变形/伸展，因此静压导管902的横截面积在静压增大时增大。由于静压导管902固定到导管103，故在静压导管902增大尺寸时，使静压导管920变形所需的力被给予至导管103，且引起导管103改变形状。导管103的形状变化是导管壁910围绕铰接接头908枢转的结果。例如，图9A示出了静压导管902中的相对较低的静压，而图9B示出了静压导管902中的相对较大的静压，使得导管壁910转移，以便增大流动区域304。总体上，ΔP用于机械地增大流动区域，直到达到平衡。应当注意，尽管示出了仅一个几何形状，但许多可能的几何形状都可实现此目标，不限于更多或更少的铰链接头908、更多或更少的导管壁910、不同的导管壁910形状、不同的静压导管形状等。此外，静压导管902的材料的回弹性和阻力可基于预期流速和/或期望的下调来优化。在实施例中，可提供支柱912来指示沿期望方向的静压导管902的变形。
图10A和10B示出了具有可变横截面积的导管103的一个相关实施例，其可利用移动和静态的处理流体的动压和静压。图10A具有为了清楚起见除去的导管壁910。为了分离静压和动压，提供了可变调制导管1000，其具有包括流动区域和非流动区域两者的横截面。例如，在图10A和10B中，流动区域304在入口端和出口端两者处通向处理流体。然而，提供静压导管902，其仅具有单端902A，其通向处理流体，邻近入口，但在邻近出口的封闭端902b上密封至其自身。这使静压导管902中的流体停滞，这允许了静压与动压分开。压力传感器可如图9A和9B和所附描述中所述那样安装。在存在流动时，压差(ΔP)大体上在静压导管902与流动区域304之间发生。
静压导管902固定到间隔物管1001和导管103。导管103具有多个铰接接头908，其允许改变导管103的形状。在一个实施例中，铰接接头908中的一些可锚定到端盖116,116'(即，歧管)上的点1002。静压导管902由顺应性材料制成，该顺应性材料可在其中压力增大时变形/伸展，因此静压导管902的横截面积在静压增大时增大。在静止时，静压导管902维持下覆间隔物管1001的形状。由于静压导管902固定到导管103，故在静压导管902尺寸增大时，使静压导管920变形所需的力被给予至导管103，且引起导管103改变形状。导管103的形状变化是导管壁910围绕铰接接头908枢转的结果。例如，图10A示出了静压导管902中的相对较低的静压。总体上，ΔP用于被动地机械地增大流动区域，直到达到平衡。应当注意，尽管示出了仅一个几何形状，但许多可能的几何形状都可实现此目标，不限于更多或更少的铰链接头908、更多或更少的导管壁910、不同的导管壁910形状、不同的静压导管902形状等。此外，静压导管902的材料的回弹性和阻力可基于预期流速和/或期望的下调来优化。
图11是诸如图10A-B中所示的一个实施例，但示为科里奥利流量计。顶部导管壁910为了清楚起见除去。为了清楚起见，未示出与图1和所附描述共同的许多元件。该实施例构造成测量流动材料的特征，例如，如，密度、质量流速、体积流速、总质量流、温度和其它信息。
传感器组件10包括一对凸缘101和101'，以及导管103。导管103从凸缘101,101'向外延伸。导管由多个导管壁910组成。当传感器组件10插入到传送流动材料的管线系统(未示出)中时，材料经由凸缘101进入传感器组件10，穿入到间隔物管1001中，且进入导管103和静压导管902中。穿过导管103，流体经由凸缘101'流出传感器组件10。
传感器组件10包括驱动器104。驱动器104在其中驱动器104可在驱动模式中振动导管103的位置中附连到导管103。本实例中，驱动模式是第一异相弯曲模式，且选择导管103，且将该导管103适当安装到凸缘101和101'，以便提供平衡系统，该平衡系统具有相对可预测和/或恒定的质量分布、惯性矩和围绕纵向弯曲轴线的弹性模量。在本实例中，其中驱动模式是第一异相弯曲模式，导管103由驱动器104驱动。本领域的普通技术人员将认识到，其它驱动模式可用于本实施例的范围内。
与相关实施例类似，静压导管902固定到间隔物管1001和导管103。导管103具有多个铰接接头908，其允许改变导管103的形状。在一个实施例中，铰接接头908中的一些可锚定到端盖116,116'(即，歧管)上的点1002。静压导管902由顺应性材料制成，该顺应性材料可在其中压力增大时变形/伸展，因此静压导管902的横截面积在静压增大时增大。在静止时，静压导管902维持下覆间隔物管1001的形状。由于静压导管902固定到导管103，故在静压导管902尺寸增大时，使静压导管920变形所需的力被给予至导管103，且引起导管103改变形状。导管103的形状变化是导管壁910围绕铰接接头908枢转的结果。例如，图10A示出了静压导管902中的相对较低的静压。总体上，ΔP用于被动地机械地增大流动区域，直到达到平衡。应当注意，尽管示出了仅一个几何形状，但许多可能的几何形状都可实现此目标，不限于更多或更少的铰链接头908、更多或更少的导管壁910、不同的导管壁910形状、不同的静压导管902形状等。此外，静压导管902的材料的回弹性和阻力可基于预期流速和/或期望的下调来优化。
所示传感器组件10包括附连到导管103的一对敏感元件105,105'。在所绘实施例中，敏感元件105,105'可附接到柱1101。敏感元件105,105'可为电磁探测器，例如，敏感元件磁体和敏感元件线圈产生代表导管103的速度和位置的敏感元件信号。本领域的普通技术人员将认识到，导管103的运动与流动材料的某些特征成正比，例如，流过导管103的材料的质量流速和密度。
如上文所述的本发明提供了关于可变调制流动导管的各种系统和方法。尽管上文所述的各种实施例针对流量计，特别是科里奥利流量计，但应当认识到的是，本发明不应当限于科里奥利流量计，而是本文所述的方法可结合其它类型的流量计或没有科里奥利流量计的测量能力中的一些的其它振动传感器使用。
以上实施例的详细描述不是由发明人构想的在本发明的范围内的所有实施例的详尽描述。实际上，本领域的技术人员将认识到，上述实施例的某些元件可不同地组合或消除以产生其它实施例，且此类其它实施例落入本发明的范围和教导内容内。本领域的普通技术人员还将认识到的是，上述实施例可总体或部分地组合来产生本发明的范围和教导内容内的附加实施例。
因此，尽管本文出于说明性目的描述了本发明的特定实施例和实例，但如本相关领域的技术人员将认识到那样，各种等同的改型在本发明的范围内是可能的。本文提供的教导内容可应用于其它振动传感器，且不仅是上文所述和附图中所示的实施例。因此，本发明的范围应当由以下权利要求确定。

Claims (31)

1.一种具有连接到计量电子设备(20)的传感器组件(10)的流量计(5)，其中所述传感器组件(10)包括至少一个驱动器(104)和至少一个敏感元件(105)，包括：
构造成改变其中的流动区域(304)的可变调制导管(300)。
2.根据权利要求1所述的流量计(5)，其特征在于，所述流动区域(304)可调整来维持其中流动的流体的期望流体速度。
3.根据权利要求2所述的流量计(5)，其特征在于，所述流体速度维持在维持期望的Δt的速率下。
4.根据权利要求1至3所述的流量计(5)，其特征在于，所述流量计(5)包括：
用于测量所述传感器组件(10)中的第一流体压力的第一压力传感器；
用于测量所述传感器组件(10)中的第二流体压力的第二压力传感器；以及
其中所述流动区域(304)可调整来维持所述第一压力传感器与所述第二压力传感器之间的期望压差。
5.根据权利要求1至4所述的流量计(5)，其特征在于，所述可变调制导管(300)包括设置在所述流动区域(304)中的流体致动的囊(302)，其中所述流体致动的囊(302)包括可调整的横截面积。
6.根据权利要求5所述的流量计(5)，其特征在于，所述流量计(5)包括构造成将所述囊(302)悬置在所述导管(103)内的至少一个支承物(308)。
7.根据权利要求1至4所述的流量计(5)，其特征在于，所述可变调制导管(300)包括设置在所述流动区域(304)中的多个流体致动的囊(402)，其中所述多个流体致动的囊(402)构造成调整尺寸来转移所述流动区域(304)内的流体流。
8.根据权利要求7所述的流量计(5)，其特征在于，所述多个流体致动的囊(402)沿所述导管(103)的内径(408)大致等距地设置。
9.根据权利要求1至4所述的流量计(5)，其特征在于，所述可变调制导管(300)包括设置在所述流动区域(304)中的旋管形囊(802)，其中所述旋管形囊(802)包括可调整的横截面积。
10.根据权利要求1、5、7或9所述的流量计(5)，其特征在于，所述流体致动的囊(302)、所述多个流体致动的囊(402)或所述旋管形囊(802)包括构造成扩张和收缩的顺应性材料。
11.根据权利要求1、5、7或9所述的流量计(5)，其特征在于，所述流体致动的囊(302)、所述多个流体致动的囊(402)或所述旋管形囊(802)在其中的空间(306)中接收流体。
12.根据权利要求9所述的流量计(5)，其特征在于，所述流量计(5)包括设置在所述旋管形囊(802)的旋管内且限定所述流动区域(304)的回弹性内膜片(806)。
13.根据权利要求1至4所述的流量计(5)，其特征在于，所述可变调制导管(300)包括滑动地接合彼此来形成可调整的流动区域(304)的多个叶(502)。
14.根据权利要求13所述的流量计(5)，其特征在于，可扩张的膜片(506,508)设置成邻近所述多个叶(502)来提供不透流体的密封件。
15.根据权利要求13所述的流量计(5)，其特征在于，所述多个叶(502)以夹持部件(512)致动来调整所述多个叶(502)的直径。
16.根据权利要求1至4所述的流量计(5)，其特征在于，所述可变调制导管(300)包括：
包括螺旋织造的纤维网(604)的可伸展的膜片(602)，其中所述螺旋织造的纤维网(604)限定所述流动区域(304)。
17.根据权利要求16所述的流量计(5)，其特征在于，所述织造的纤维网(604)可致动来调整所述流动区域(304)的直径。
18.根据权利要求4所述的流量计(5)，其特征在于，所述流量计(5)包括设置在所述可变调制导管(300)中的静压导管(902)，其中所述静压导管(902)包括通向所述流体的第一端，以及密封至其自身的第二端，构造成允许测量其中的静压，并且大体上在所述静压导管(902)与所述流动区域(304)之间测量压差(ΔP)。
19.根据权利要求18所述的流量计(5)，其特征在于，所述静压导管(902)包括顺应性材料，所述顺应性材料可在其中的压力增大时变形。
20.根据权利要求18所述的流量计(5)，其特征在于，所述可变调制导管(300)包括围绕多个铰接接头(908)可枢转的多个导管壁(910)，以及其中所述静压导管(902)构造成接触所述多个导管壁(910)，且通过使所述多个导管壁(910)围绕所述多个铰接接头(908)枢转来调制所述流动区域(304)。
21.根据权利要求18所述的流量计(5)，其特征在于，所述静压导管(902)构造成增大尺寸，直到其中的静压和所述流动区域(304)中的动压达到平衡。
22. 一种通过流量计导管调整流动的方法，包括以下步骤：
提供传感器组件；以及
将可变调制导管设在所述传感器组件中，其构造成
改变其中的流动区域，且可调整来维持其中流动的流体的期望的流体速度。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法包括将流体速度维持在维持期望的Δt的速率下的步骤。
24.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
测量所述传感器组件中的第一流体压力；
测量所述传感器组件中的第二流体压力；以及
调整流动区域来维持所述第一流体压力与所述第二流体压力之间的期望的压差。
25.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法包括使设置在所述流动区域中的至少一个流体致动的囊致动的步骤，其中所述至少一个流体致动的囊包括可调整的横截面积。
26.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法包括使设置在所述流动区域中的多个叶中的至少一个致动来滑动地接合上彼此，以便限定可调整的横截面积的步骤。
27.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
提供设置在所述可变调制导管中的静压导管，其包括通向所述流体的第一端和密封至其自身的第二端；
测量所述静压导管中的静压；
测量所述流动区域中的动压；以及
计算所述静压导管与所述流动区域之间的压差(ΔP)。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述静压导管包括顺应性材料，所述顺应性材料可在其中的压力增大时变形。
29. 根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
提供围绕多个铰接接头可枢转的多个导管壁；以及
通过使所述多个导管壁围绕所述多个铰接接头枢转来调制所述流动区域。
30.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将所述多个导管壁置于与所述静压导管接触；
由于其中的静压而调整所述静压导管的尺寸；以及
在达到所述流动区域中的动压与所述静压导管中的静压之间的平衡时停止调整所述静压导管的尺寸。
31. 根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
确定所述可变调制导管的流动区域；以及
确定流过所述可变调制导管的流体的流速。
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