CN109891201B - 流体计量器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流体计量器，其包括：壳体，所述壳体具有在一个结构中的带有向内拱曲的部分的腔，所述结构使得能够形成流体流的流动；流量计，所述流量计位于计量器的壳体内部并且用于测量所述流体流的流速；过渡装置，所述过渡装置用于适配流量计和计量器的出口的不同直径；流准备装置，所述流准备装置用于将流体流分开并且稳定化；流体的输入通道；流体的输出通道；电子单元；粗滤器；截止阀和流体泄漏识别传感器。

Description

流体计量器

技术领域

本发明涉及一种用于流量测量的流体计量器。

背景技术

存在不同的实现测量流过测量仪器的流体的流量的原理和技术解决方案。

一些由现有技术公知的解决方案是例如由文献DE 20 2014 007 095 U1、EP 1909 076 A1、EP 2 375 224 A1、US 4 715 234 A、US 8 776 613 B2和WO 2012 152 560 A1描述的计量器，所述计量器的功能仅仅基于体积原理。

机械的涡轮计量器和滚动活塞式计量器属于根据所述体积原理工作的计量器。机械的涡轮计量器的优点是其对流过的流体的流动干扰和流动畸变的耐抗性以及其对流动换向的不敏感性。所述计量器的机械测量方法的主要缺点在于运动部件，所述运动部件易受污染物质和部件磨损倾向影响。此外，机械计量器的诊断可能性不能如同电子计量器的情况那样被实现。这使得不能实现对其计量数据或者技术数据进行需要的操作控制。

机械的流量计(涡轮计量器和滚动活塞式计量器)的替换方案可以是超声波计量器，所述超声波计量器的功能基于通过超声波脉冲探测流速。超声波计量器不具有机械的部件和组件。超声波计量器的缺点是其流动畸变倾向。出于这种原因并且为了实现更好的精度而使用整流装置或者长的直的输入管道，然而所述输入管道需要大的测量空间，这始终是不可能的。

近似值误差也视作根据体积原理工作的仪器的通常缺点，所述近似值误差在流体的流量测量中由于压力波动和温度波动产生。这需要使用量评估装置，所述量评估装置用于压力补偿和温度补偿，并且同样相应于压力传感器和温度传感器。

此外，所提及的计量器需要适配器装置，以便提高测量精度，所述适配器装置用于产生平均的气流，并且以便隔离并且保护流速传感器免受涡流(不规则性)影响，所述涡流影响测量精度。所提及的适配器的使用在家用气体计量表的情况中具有很多问题。所述家用气体计量表具有小的截面并且由于使用所提及的适配器而倾向于压力下降。适配器的使用在其使用工业传感器的情况中也导致严重的问题，其中，需要适配器对高流速提高耐用性，以便承受住由待测量的流体流导致的应力和干扰。这种限制主要在高流动能量的情况下出现。公知的解决方案同样对于干扰高度敏感，所述干扰由不规则的变窄部导致。所述变窄部通常在管路的阀中产生，特别是当所述阀直接邻近于传感器、通常直接邻近于计量器的入口时产生。

克服前述的缺点的其他公知的解决方案是例如在文献EP 2 824 432 A2中所述的由壳体构成的计量器，所述计量器具有一个或多个质量流量计。所述计量器中的总流体流被分成多个较小的流体流，所述较小的流体流分别通过相应规格尺寸的质量流量计来测量。该解决方案具有非常复杂的结构。该解决方案由于多个用于确保测量大的气体流量和气体体积所需的流量传感器而是昂贵的。因此，所述解决方案存在对于使用在小型(家用)计量器中的限制。前述的公知的解决方案也存在传感器的差的“内部可定标性”的限制，因为流量传感器必须对于每个流量测量级进行开发和制造。

部分地克服前述的缺点的装置在下述文献中描述：EP 2 146 189 A1、EP 2 824428 A1和DE 10 2015 102 383 A1。在那里描述了下述流量计，在该流量计中，可测量的流体的流动由其主运动方向下降。流体流流过内腔并且从内腔的基部之一倒流。由此变换运动方向，流体流接着流过超声波流量测量变换器。由于所述结构，在流量计中的待测量的流体的流动变得更均匀，并且流量计自身对于管路中的流动干扰不敏感。尽管具有所述优点，该技术解决方案也具有的缺点是：流体流的较小的横截面；由于流动在内腔的基部之一的表面上被反冲导致流动结构的畸变；用于定向和调节流动的更大长度的测量通道；使用仅仅一种用于测量流速的(超声波)方法；使用测量腔的不可分开的结构。

发明内容

从现有技术出发，本发明的任务在于在此做出补救措施。

本发明的任务特别是在于提出具有小的外部尺寸的紧凑的计量器，所述计量器对于流体流的干扰和畸变不敏感，并且所述计量器可以相应于测量任务来适配。

该任务通过具有根据本发明的流体计量器来解决。

可以看出，当涉及下述具有壳体的流体计量器时，则本发明不管怎样都可实现，所述壳体具有腔，并且所述壳体以柱体形状构造，该柱体的腔底部之一被均匀地倒圆。经倒圆的底部在此具有向内拱曲的部分并且使得能够形成流体流并且使流体流转向。

此外，流体计量器具有流量计，所述流量计位于所述腔内部并且用于测量所述流体流的流速。

流体计量器具有连接装置，所述连接装置用于适配流量计和计量器的出口的不同直径。

此外，流体计量器具有流准备装置，所述流准备装置用于将流体流分开并且稳定化，

流体计量器具有用于流入到计量器中的流体流的输入通道、用于从计量器流出的流体流的输出通道、电子单元、粗滤器、截止阀和流体泄漏识别传感器。

流量计的入口具有漏斗形状并且与呈钟形状的向内拱曲的部分处于形成流体流的连接中。流量计和连接装置能够适配，并且连接装置能够相应于所使用的流量计适配。

其他有利的并且符合目的的构型由本发明的技术方案公开。

在有利于所述装置的功能的、具有本发明的特征的第一构型中，流量计位于沿着柱体形的腔的轴线的中心。

在有利于所述装置的功能的、具有本发明的特征的第二构型中，所述腔具有连接装置，所述连接装置自身用于适配流量计的直径和计量器的出口的直径并且邻近于该出口，由此计量器能够定标。

在有利于所述装置的功能的、具有本发明的特征的第三构型中，所述腔在其底部中具有格栅状的流准备装置。所述流准备装置将流入的流体流分成多个单独的流体流，所述多个单独的流体流流过所述腔。由此确保形成稳定的、均匀的流动。

在有利于所述装置的安全性的、具有本发明的特征的第四构型中，计量器的壳体具有流体泄漏识别传感器用于确定流体泄漏，由此流体到计量器中的输入被中断。

在有利于高精度测量流速并且减小外部干扰因素影响的、具有本发明的特征的第五构型中，计量器的腔的横截面具有是计量器的输入通道和流量计的入口的横截面的数倍(至少十倍)的横截面。

在有利于适合测量任务的、具有本发明的特征的第六构型中，能够使用任意作用方式的流量计，这实现该流体计量器的广泛应用。

附图说明

下面根据一个实施例参考附图详细地说明本发明。

附图中：

图1-4示出根据本发明的紧凑的流体计量器。

在图1-4示出：

-计量器的示意性的三维外视图，该三维外视图具有计量器的电子单元、计量器的气体泄漏识别传感器、计量器的输入通道和输出通道以及流体流在计量器中的运动方向的视图(图1a)，

-呈截面图的相应于本发明构造的计量器的示意图(图1b)，

-流准备装置(格栅、分开装置)的示意图(俯视图)(图2)，

-呈截面图的连接装置的示意图(图3)，

-计量器的运动部件(壳体、电子单元)的转动方向的示意图(图4)。

具体实施方式

流体计量器包括下述部件(图1a和1b)：

-柱体形的壳体1，所述壳体具有在一个结构中的腔2和带有向内拱曲的部分3的底部，所述结构使得能够形成流体流，

-任意作用方式的流量计4，所述流量计位于计量器的壳体1的中心部分中并且由于测量流体的流速，其中，流量计4具有漏斗状的入口，

-连接装置5，所述连接装置用于适配流量计和计量器出口的不同直径，

-流准备装置6，所述流准备装置用于将流体流分开并且稳定化，

-用于流体流的输入通道7，

-用于从计量器流出的流体流的输出通道8，

-电子单元9，

-在输入通道7中的粗滤器10，

-在输入通道7中的截止阀11和

-流体泄漏识别传感器12。

图1示出作为本发明的一个实例的能固定地装配的流体计量器/流量计，所述流体计量器/流量计用于测量流体流并且根据体积原理工作。本发明涉及下述计量器，所述计量器不仅可以用于家用领域中(例如规格尺寸G4/G6)，而且可以用于可靠地测量高流速、即用于规格尺寸G10、G16、G25、G40等的工业测量计量器(其中，规格尺寸具有关于最大流量/小时的说明)。本发明还涉及计量器的领域，计量器包括电子遥控系统，对于所述电子遥控系统需要使用压力传感器和温度传感器以及附加的量评估装置，以便补偿近似值误差，所述近似值误差由于压力波动和温度波动产生。

计量器的工作原理如下：

-流体进入到输入通道7中，流过粗滤器10、流准备装置6并且被分成多个流体流，

-流体流分布在所述腔2的整个空间上，沿着所述腔的中心轴线从一个底部向另一个底部流过该空间，该空间由壳体1的壁的内表面和流量计4的外表面构成，所述流体流环绕流过向内拱曲的部分3，所述流体流在所述向内拱曲的部分中随着其形状流动并且在流量计4的漏斗状的入口上形成统一的、稳定的、平均的流体流，这确保用于准确测量所述流体流的流速的有利条件，

-然后流体流从在流量计4的漏斗状的入口汇聚，由此也增大了所述流体流的流速并且减小在流量计4中的测量的易受干扰性，

-流体流接着流过流量计4的内腔并且经过连接装置5流过计量器的出口8，其中，连接装置5实现对流过的流体无干扰地适配流量计出口的直径和计量器的出口的直径，由此避免朝向流量计4的方向反作用地干扰测量，

-其中，流量计4在流体流过其内腔时产生与流速成比例的信号，并且

-计量器的电子单元9接收该信号，该信号被处理并且产生与流体的体积流量成比例的信号。

流体流在计量器中的运动方向在图1a和1b中示出。

在图2中示出流准备装置的示意图(俯视图)。流准备装置6是格栅，所述格栅这样位于腔2的下部的柱体形部分中，以使得流体通过输入通道7、通过流准备装置6并且流入到计量器的壳体1的腔2中。流准备装置的格栅是叶片组件，所述叶片组件具有至少21个叶片并且具有下述尺寸，以使得所述叶片不阻挡腔2的横截面的总面积的23％以上。流准备装置6实现了分开流体流，确保形成稳定的、均匀的流动条件。所述流准备装置由此显著地减小下述效应，所述效应通过在流量计4的入口上的涡流的高能量导致。功能基于体积原理的计量器倾向于下述误差，所述误差由于通过不同的不稳定的因素：旋塞、阀、转换开关、弯管、管变窄部和加宽部、直径梯度、温度计和压力计的外壳等(局部阻力)导致管路中的气流畸变而产生。流准备装置6结合腔2的所述结构的使用实现了将所述流体流稳定化以及补偿所述流体流的流速特性曲线并且由此排除使用外部装置(适配器)的必要性，所述外部装置用于在流体流在计量器的入口处的任意干扰和畸变的情况下形成不受干扰的气流。

流量计4是任意用于测量体积流量或流速的功能方式的测量仪器(传感器、流量测量管)。传感器位于计量器的壳体1的柱体形的腔2的中心。作为流量计4可以使用根据体积或质量工作原理的流量或流速的任意公知的测量仪器(涡轮计量器、滚动活塞式计量器、超声波计量器、气流计等)，所述测量仪器具有下述尺寸，该尺寸相应于计量器的壳体1的腔2的尺寸。出于这种原因取消对所述流量计4的进一步说明的必要性。不管怎样流量计4测量直接或间接地表示流过管道和计量器的流体的体积的值。所述值由流量计4传输到计量器的电子单元9中用于进一步处理和存储。

计量器的主要特征是自身存在用于适配流量计4和计量器的出口的直径的、在壳体1内部的下部部分中(在流量计的出口之后)的连接装置5。所述连接装置实现根据待测量的流量的需要的范围将不同直径的流量计使用在计量器中。连接装置的示意图在图3中以截面图示出。

流体流的输入通道7是将计量器的壳体1的腔2中的流体流定向的管道、通道。

输出通道8用于将流体流排出，所述流体从计量器的壳体1的腔2中流出。

电子单元9用于确定、处理和存储由流量计4传输的值或者得出处理所述值的结果并且用于电子控制。电子单元9的类型可以根据实现方案的需要改变并且不对本发明产生大的影响。电子单元9与流量计4通过物理数据线路(概念“物理数据线路”在此是指一个或多个实体连接装置、例如插接件、接线的线路)或者无线连接线路(无线电、蓝牙等)连接。在图1中示出本发明的一个实施方式，其中，电子单元9位于计量器的壳体1的外侧上。

粗滤器10位于计量器的输入通道7中并且用于从流体清洁出异物，所述异物可能污染或损坏流量计4或流准备装置6。

截止阀11同样位于输入通道7中并且确保基于来自电子单元9的信号断开(阻断)流体流。

流体泄漏识别传感器12用于可靠地确定从计量器中的流体泄露以及用于触发截止阀11并且由此中断到计量器中的流体输入。该传感器对于去报可燃介质的运行安全性是非常重要的，所述可燃介质的泄露会导致具有严重后果的事故。

壳体1由两个部分构成(图4)：

-固定部分(底部)，输入通道7、输出通道8、流准备装置6、粗滤器10、截止阀11、连接装置5和流量计4位于所述固定部分中，

-呈柱体形状的运动部分，其具有在底部之一中的倒圆，所述运动部分可以沿着其中心轴线转动。电子单元9安装在壳体1的外表运动部分上，所述电子单元的端面也可以绕着其中心轴线转动。

图4中以箭头示出壳体的运动部分和电子单元的运动部分的转动方向。

本发明具有以下优点：

-向内拱曲的部分3在于流体计量器的腔2的底部之一的中心的存在基于确定的几何形状(钟形)而确保了在腔2的中心区域中在流量计4的入口处形成流体流并且使所述流体流变窄以及增大流体流的运动速度，

-连接装置5的存在实现了使用具有任意作用方式和不同连接尺寸的任意工业产品的体积流量传感器或测速计作为流量计4，

-根据不同测量方法(作用方式)工作的流量计4的使用实现了这样选择流量计4的结构尺寸，以使得确保腔2的大的横截面，

-腔2的大的横截面确保计量器中不重要的介质压力损失，

-因为计量器的腔2的横截面是计量器的输入通道7和流量计4的入口的横截面的数倍(至少10倍)，所以在待测量的介质通过入口到达腔2中之后，待测量的介质的流动显著减小了其运动速度。结果，所述流动是更加均匀的和更加平缓的。所述流体流流过流量计，所述流量计的直径是所述腔的直径的数倍并且增大了所述流体流的运动速度。这实现了用于高度准确地测量流速的更有利的条件并且附加地减小外部干扰因素的影响。

所提及的技术解决方案的使用显著扩大了能使用在计量器中的流量计的选择。确保了流体流在测量路径中更高的稳定性和均匀性。也实用地实现计量器对于管路中的流动干扰的完全不敏感性，所述流动干扰由于局部阻力、例如传动装置、滑阀等而产生。也就是说，由此实现了流量计的流动情况与在计量器的入口处的流动情况很大程度上无关。结果提高了计量器的介质流量测量精度并且确保了抗干扰能力以及使用测量管路的短的直的路径的可能性。

附图标记列表

1 壳体

2 腔

3 向内拱曲的部分

4 流量计

5 连接装置

6 流准备装置

7 输入通道

8 输出通道

9 电子单元

10 粗滤器

11 截止阀

12 流体泄漏识别传感器。

Claims (7)

1.一种流体计量器，其具有：

壳体(1)，所述壳体具有腔(2)，所述壳体以柱体形状构造，该柱体的腔底部之一被均匀倒圆，其中，经倒圆的底部具有向内拱曲的部分(3)，其中，所述倒圆的底部和所述拱曲的部分(3)使得能够形成流体流并且使流体流转向，

流量计(4)，所述流量计位于所述腔(2)内部并且用于测量所述流体流的流速，

过渡装置(5)，所述过渡装置用于适配所述流量计(4)和所述计量器的出口的不同直径，

流准备装置(6)，所述流准备装置用于将所述流体流分开并且稳定化，

用于流入到所述计量器中的流体流的输入通道(7)，

用于从所述计量器流出的流体流的输出通道(8)，

电子单元(9)，

粗滤器(10)，

截止阀(11)，和

流体泄漏识别传感器(12)，

其特征在于，

所述流量计(4)的入口具有漏斗形状并且与呈钟形状的向内拱曲的部分(3)处于形成流体流的连接中，

所述流量计(4)和所述过渡装置(5)能够适配，并且

所述过渡装置(5)能够相应于所使用的流量计(4)适配。

2.根据权利要求1所述的流体计量器，其特征在于，沿着柱体形的腔(2)的轴线的中心具有所述流量计(4)。

3.根据权利要求1或2所述的流体计量器，其特征在于，与具有倒圆部和向内拱曲的部分(3)的底部对置的腔底部的中心具有所述过渡装置(5)。

4.根据权利要求1或2所述的流体计量器，其特征在于，与具有倒圆部和向内拱曲的部分(3)的底部对置的腔底部具有格栅状的流准备装置(6)。

5.根据权利要求1或2所述的流体计量器，其特征在于，所述计量器的壳体(1)具有流体泄漏识别传感器(12)，所述流体泄漏识别传感器与所述电子单元(9)和/或所述截止阀(11)电连接。

6.根据权利要求1或2所述的流体计量器，其特征在于，所述腔(2)的横截面是所述流体计量器的输入通道(7)和所述流量计(4)的入口的横截面的至少十倍。

7.根据权利要求1或2所述的流体计量器，其特征在于，能够使用任意作用方式的流量计(4)。

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