CN113390474A - 提供扩展的流动速率测量的旋涡流量计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量流体的流动速率的旋涡流量计。流量计包括流量管、钝体和旋涡感测器。定位于流量管中的钝体在流体流动通过流量管时使流体中的旋涡脱落，并且旋涡感测器检测旋涡并且产生代表所检测到的旋涡的旋涡信号。压力感测器装置被构造成检测钝体的至少一部分的上游的第一位置与钝体的至少一部分的下游的第二位置之间的流体中的压力差，并且产生代表这两个位置之间的压力差的压力差信号。流量计基于压力差确定流体的流动速率。

Description

提供扩展的流动速率测量的旋涡流量计

技术领域

本公开总体上涉及一种用于测量流体的流动速率的旋涡流量计，并且更具体地，本公开涉及一种带有感测器的旋涡流量计，所述感测器被构造成检测钝体的上游位置和下游位置处的压力差。

背景技术

流量计可以测量管道或其它通路中的流体的流动速率。流体可以是例如气体或液体，并且可以是可压缩的或不可压缩的。一种类型的流量计是旋涡流量计，其基于旋涡脱落原理测量流动速率。旋涡脱落指的是这样的自然过程，其中经过钝体(有时被称为脱落器)的流体导致沿着钝体的表面形成缓慢地运动的流体的边界层。在钝体后方形成低压区域并且该低压区域致使边界层上滚，这在钝体的相对侧处连续地产生旋涡。不幸的是，旋涡流量计的操作原理需要基于正被测量的流体的速度、密度和粘度的最小雷诺数。这意味着对于给定的流体，旋涡流量计具有最小速度极限以便测量流动速率。

发明内容

本公开的各方面认识到，旋涡引起可以由压力感测器感测的压力变化，并且在湍流条件下，旋涡脱落压力变化具有与流动速率相关的频率。因此，通过测量压力变化的频率，可以确定流动速率。体现本公开的各方面的旋涡流量计通过使用旋涡流量计的脱落器棒作为压降元件来测量流体流量。于是，即使在比旋涡脱落的常规极限更低的相对较低速度下，针对给定的脱落器几何形状计算的β比(β)也可以与压力差测量结合使用来计算流动速率。

在一个方面中，用于测量流体的流动速率的旋涡流量计包括流量管、钝体和旋涡感测器。定位于流量管中的钝体在流体流动通过流量管时使流体中的旋涡脱落，并且旋涡感测器检测旋涡并且产生代表所检测到的旋涡的旋涡信号。压力感测器装置被构造成检测钝体的至少一部分的上游的第一位置与钝体的至少一部分的下游的第二位置之间的流体中的压力差，并且产生代表所述压力差的压力差信号。

在另一方面中，用于测量流体的流动速率的旋涡流量计包括流量管和定位于流量管中的钝体。流量计还包括一个或多个感测器，该感测器被构造成在流体经过钝体流动通过流量管时产生代表流体的特征的信号。测量处理器在流体具有小于2000的雷诺数时基于来自所述一个或多个感测器的信号而产生代表流体的流动速率的流动速率输出。

在又一方面中，确定批处理工艺中的流体的总量的方法包括：在批处理工艺期间，当流体流动通过钝体时，检测由定位于旋涡流量计的流量管中的钝体所脱落的旋涡；以及在批处理工艺期间，检测钝体上的压力差。所述方法还包括：基于所检测到的压力差确定在批处理工艺的最初部分期间流动经过钝体的第一流体量；基于所检测到的旋涡确定在批处理工艺的中间部分期间流动经过钝体的第二流体量；以及基于所检测到的压力差确定在批处理工艺的最终部分期间流动经过钝体的第三流体量。

本发明的其它目的和特征在本文中将是部分地显而易见的并且被部分地指出。

附图说明

图1是根据一个实施例的旋涡流量计的立体图；

图2是包括流量管和钝体的旋涡流量计的子组件的纵向剖面并且示意性地示出了旋涡流量计的压力差感测器；以及

图3是示例说明使用旋涡流量计来提供流动速率输出的示例工艺的流程图。

在所有附图中，对应的附图标记指示对应的部件。

具体实施方式

现在参考图1和2，用于测量流体的流动速率的旋涡流量计的一个实施例总体上被标示为101。旋涡流量计101包括流体可以流动通过其中的流量管103。流量管103被适当地构造成用于安装在流体流动管线(未示出)中。例如，流量管103在相对的两端处包括处理连接件105，用于将流量管的入口107(图2)和出口109连接至管路中的管道的端部。在一个或多个实施例中，处理连接件105可以适于晶片连接、凸缘连接、螺纹连接、NPT连接或任何其它合适类型的连接。如以下详细地描述的，旋涡流量计101提供旋涡频率数据，所述旋涡频率数据可以与流量校准因子结合使用来确定穿过流量计的流体的速度和体积流动速率。利用输入的流体密度值，也可以计算质量流动速率。这些测量值和其它测量值可以通过通信线(例如，标准的两线4-20毫安(“mA”)传输线)传输至控制室或其它接收器。

如图2中所示，在所示实施例中，流量管103包括由单片材料形成的主管构件103A、以及接合(例如焊接)至主管构件的端部上的第一和第二端部部件103B。流量管103具有轴线A，并且主管构件103A具有沿着流量管的轴线A延伸的长度L。在所示的实施例中，处理连接件105与端部部件103B一体地形成。尽管所示的流量管103呈三件式构造，但是其它流量管可以由任何合适数量或布置的部件构成。

仍然参考图2，钝体121(在工业上有时被称为旋涡脱落器或脱落器棒)定位在流量管103中。钝体121是定位在流体流中的结构，因此钝体121延伸至流量管103中，以在流体流动通过流量管时在流体中产生旋涡。本领域技术人员可认识到，钝体的尺寸和形状可以变化。广义上讲，钝体可以具有任何构造，只要它能够在流动经过钝体的流体流中产生旋涡即可。当流体在湍流条件下流动通过流量管103时，旋涡的频率与流体的速度成比例。假设流量管103的横截面流动面积恒定，则旋涡的频率也与体积流动速率成比例。而且，如果已知或测量了流体的密度，则可以从体积流动速率得出质量流动速率。

如图2中所示，旋涡流量计101包括被定位成检测由钝体121产生的旋涡的旋涡感测器131。如图所示，旋涡感测器131被适当地定位在钝体121的顶部处。在该实施例中，旋涡感测器131与流动通过流量管103的流体直接接触。这容许旋涡感测器131直接地感测旋涡。然而，可以设想的是，旋涡感测器可以被定位成间接地感测旋涡，比如通过检测钝体或其它结构的运动来进行感测，所述钝体或其它结构被设计成响应于与流体中所形成的旋涡相关联的压力波动而屈曲或以其它方式运动。在所示的实施例中，旋涡感测器131是使用压电转换器来感测旋涡的压力差感测器。适当地，旋涡感测器131安装于钝体121中，使得感测器在钝体的两个侧向侧处暴露至流体。这样，感测器可以检测钝体121的相对的侧向侧处的压力的压力差。所以，当在钝体的相对的侧向侧上以交替方式形成旋涡时，感测器131记录钝体的侧向侧之间的压力差的波动并且产生大致正弦旋涡信号。

如本领域中技术人员将理解的，当流动通过流量管103的流体是湍流的(例如，具有大于或等于约2900的雷诺数)或稍微湍流的(例如，具有大于或等于约2300的雷诺数)时，旋涡将以与流动速率成比例的频率交替。因此，如图1中所示，所示的流量计101包括发射器141，所述发射器141包括操作地连接至旋涡感测器131以接收旋涡信号的测量处理器142(示意性地示出)。通常，测量处理器142被构造成确定旋涡信号的频率并且使用所确定的频率来计算流体流动通过流量管103的流动速率(例如，流体的流动速度输出、体积流动速率输出和/或质量流动速率输出)。

在一个实施例中，发射器141(其可以是模拟的或数字的)被构造成使用例如但不限于4-20mA输出、HART、Foundation Fieldbus和Modbus的协议将所确定的流动速率传送或输出至分布式控制系统(未示出)。测量处理器142可以包括处理器可读介质，其存储代表使处理器执行处理的指令的代码。测量处理器142可以是例如市场上可买到的微处理器、专用集成电路(ASIC)、或ASIC的组合，其被设计成实现一种或多种特定功能(例如，基于一个或多个感测器信号确定流动速率)、或启用一个或多个特定装置(例如，发射器141)或应用。在又一实施例中，测量处理器142可以是模拟电路或数字电路、或多个电路的组合。测量处理器142还可以包括一个或多个存储器构件(未示出)，用于以可由处理器检索的形式存储数据。例如，存储器可以存储处理器可执行的软件，由处理器142执行所述软件以执行流动速率测量处理。

在一个或多个实施例中，测量处理器142被构造成执行在旋涡信号的频率小于阈值低流量截止频率时激活低流量截止的流动速率测量处理。当流动通过流量管103的流体是非湍流的时，旋涡信号的频率将不会以可预测的方式与流体的流动速率有关，因此低流量截止频率被选择为下界，在所述下界下，流量计101将基于旋涡信号输出流动速率测量值。例如，在一个或多个实施例中，低流量截止频率被选择成大体上对应于通过流量管103的流体的以下流动速率，在所述流动速率下流体具有大约在2000与3000之间的雷诺数。当旋涡信号的频率大于低流量截止频率时，测量处理器142基于旋涡信号输出流动速率信号。但是当旋涡信号的频率小于低流量截止频率时，测量处理器142不基于旋涡信号输出流动速率信号。

发明人已经认识到，旋涡流量计的低流量截止可能导致流量测量的不准确性。在基本水平下，流量计将无法登记以足够低而触发低流量截止的速率发生的任何流量。无法登记低流动速率在使用流量计来提供批处理工艺(其以零流量开始和结束并且在批处理的有限期间必须斜升至超过低流量截止的流动速率以及从所述流动速率斜降)中流体的总流量的指示的流体批处理工艺中可能特别地严重。在批处理工艺中，旋涡流量计完全无法解决斜升和斜降间隔期间的流量，这在短的低流动速率批处理期间会导致总流动速率测量的显著不准确性。

仍然参考图2，所示的流量计101还包括压力感测器装置201(示意性地示出)，所述压力感测器装置201被构造成检测钝体的一部分的上游的第一位置L1与钝体的至少一部分的下游的第二位置L2之间的流体中的压力差。发明人已经认识到，即使在流动通过流量管103的流体完全是层流的(具有将触发低流量截止的流动速率)时，钝体上的该压力差也可以与流动速率具有可预测的关系。因此，在一个或多个实施例中，压力感测器装置201被构造成产生代表上游的第一位置L1与下游的第二位置L2之间的压力差的压力差信号并且将压力差信号提供至测量处理器142。如将在下面进一步详细地解释说明的，测量处理器142被构造成在旋涡信号的频率小于低流量截止频率时使用压力差信号来输出基于压力差信号的流动速率测量值和/或被构造成验证旋涡感测器131正提供对流动速率的准确表示。

在所示的实施例中，压力感测器装置201包括被构造成直接测量上游位置L1与下游位置L2之间的压力差的单个压力差感测器单元203。压力差感测器单元203包括具有第一侧和相对的第二侧的感测膜片205。第一通道207被构造成将压力从上游位置L1输送至感测膜片205的第一侧，第二通道209被构造成将压力从下游位置L2输送至感测膜片的第二侧。上游位置L1与下游位置L2之间的压力差因此在感测膜片205的相对两侧上施加不平衡的力。感测膜片被构造成响应于该不平衡的力而变形，并且感测元件(例如压电应变仪；未示出)被构造成检测感测膜片的变形并且因此产生与压力差成比例的信号。

在所示的实施例中，将压力从上游位置L1传送至感测膜片205的第一侧的第一通道207包括在上游位置L1处形成于钝体121中的孔，以形成压力接头。钝体121和流量管103中的附加孔以及其它管一起限定从上游位置L1处的压力接头延伸至位于压力差感测器单元203的第一侧上的隔离膜片211的开放式流体通道。第一通道207进一步包括将隔离膜片211流体地连接至感测膜片205的第一侧的隔离通道213。流量管103中的处理流体可以通过上游位置L1处的压力接头流动至开放式流体通道中，这将上游位置L1处的压力输送至隔离膜片211。隔离膜片被构造成响应于由处理流体施加于其上的压力而变形。隔离通道213填充有响应于隔离膜片211的变形将压力输送至感测膜片205的第一侧的油或其它压力输送流体。

将压力从下游位置L2传送至感测膜片205的第二侧的第二通道209包括在下游位置L2处形成于流量管103中的孔，以形成压力接头。该孔和另外的管一起限定从下游位置L2处的压力接头延伸至压力差感测器单元203的第二侧上的隔离膜片215的开放式流体通道。第二通道209进一步包括将隔离膜片215流体地连接至感测膜片205的第二侧的隔离通道217。流量管103中的处理流体可以通过下游位置L2处的压力接头流动至开放式流体通道中，这将下游位置处的压力输送至隔离膜片215。隔离膜片被构造成响应于由处理流体施加于其上的压力而变形。隔离通道217填充有响应于隔离膜片215的变形将压力输送至感测膜片205的第二侧的油或其它压力输送流体。

尽管所示的实施例使用穿过钝体121和流量管103形成的开放式流体通道来在压力接头位置L1、L2与外部隔离膜片211、215之间提供流体连通，但是可以设想的是，压力差感测器单元可以具有其它构造。例如，在一个或多个实施例中，流量计包括紧邻上游和下游压力接头位置L1、L2的隔离膜片，并且将压力从上游和下游压力接头位置输送至感测膜片的通道基本上完全地填充有与处理流体隔离的压力输送流体。

将理解的是，在一个或多个实施例中可以使用除单个压力差感测器单元之外的其它压力感测器装置。例如，可以明确地设想，压力感测器装置可以包括被构造成检测上游压力接头位置处的第一管线压力的第一管线压力感测器；被构造成检测下游压力接头位置处的第二管线压力的第二管线压力感测器；以及被构造成确定第一管线压力与第二管线压力之间的差的测量回路。

可以看出的是，用于检测钝体121上的压力差的压力感测器装置201已经经由与流量计一体地形成的压力接头而被直接地集成至旋涡流量计101中。在一个或多个实施例中，压力接头各自沿着流量管103的同一整体式部件103A的长度L位于相应的位置L1、L2处。进一步，在所示实施例中，压力感测器装置201在集成式壳体221中永久地安装于流量管103上。在未使集成式压力接头暴露而与外部环境进行直接流体连通的情况(这实际上使流量计101是不可操作的)下，不能从所示的流量计101移除压力感测器装置201。

而且，包括旋涡感测器131和压力感测器装置201的所示流量计101形成可以安装于管道中并且以整体方式连接至分布式控制系统的集成式流动速率测量仪器。例如，仅仅必须将流量管103的端部处的两个处理连接件105固定至管道，以同时将旋涡感测器131和压力感测器装置201两者操作地连接至管道。同样，在一个或多个实施例中，仅仅将发射器141的一组硬线接触件连接至分布式控制网络(或者在发射器141与分布式控制网络之间进行单点无线连接)，以使得能够基于旋涡感测器131和压力感测器装置201进行输出。

在所示实施例中，上游压力接头位置L1位于钝体121的上游端面121A上，下游压力接头位置L2沿下游方向沿着流量管103的纵向轴线A与钝体的上游端面间隔开距离DD。还应当理解的是，代替钝体121的上游端面121A上的上游压力接头位置L1的是，可以使用与钝体的上游端面间隔开距离UD的上游压力接头位置L1'。形成于流量管壁中(例如，在位置L1'、L2处)的压力接头可以位于流量管壁的与钝体成一直线的圆周区域处或者位于流量管壁的在周向上偏离钝体与流量管壁之间的接触区域的圆周区域处。如以下示例中所证实的，已经发现在任一圆周位置处都检测到了由流动引起的压力差。

通常，以低流动速率流过钝体121的处理流体所引起的压力差相对较小。因此，可能期望将上游和下游压力接头定位在压力差最显著的位置处，以使得可以使用较不敏感的并且因此较便宜的压力感测装置201更容易且可靠地检测可归因于流动速率变化的压力差变化。有人认为，钝体121的上游端面121A上的上游位置L1与钝体的和上游端面间隔开特定距离的下游位置L2之间的压力差最大，所述特定距离将根据例如管路尺寸、流量管103的内径ID、处理流体的类型、以及钝体的尺寸和形状的因素而随着应用变化。然而，在一个或多个示例性实施例中，钝体121的上游端面121A与下游压力接头位置L2之间的距离DD的包含范围是流量管的内径ID的约0.333倍至所述内径的约5.0倍(例如，对于直径为约0.75英寸至约5.0英寸的流量管)。

尽管在钝体121的上游端面121A上的位置L1处形成上游压力接头被认为使得能够检测到最大压力差，但是在某些情况下可能仍然期望使用替代的上游压力接头位置L1'。例如，在处理流体包含石蜡或脂质时，这样的材料在它位于上游端面121A上的位置L1处时可能堵塞上游压力接头。因此，在一个或多个实施例中，选择与上游端面121A间隔开距离UD的上游压力接头位置L1'。在一个或多个实施例中，距离UD的包含范围是流量管的内径ID的约0.0倍至所述内径的约4.75倍(例如，对于直径为约0.75英寸至约5.0英寸的流量管)。

现在参考图3，以301示意性地示出了示例性的控制逻辑，可以由测量处理器142执行该控制逻辑以基于来自旋涡感测器131的旋涡信号和来自压力差感测装置201的压力差信号来提供流动速率输出。如以上所解释说明的，在使用期间，测量处理器142操作地连接至旋涡感测器131以接收旋涡信号并且操作地连接至压力差感测装置201以接收压力差信号。在初始步骤303处，测量处理142确定旋涡信号的频率，以在步骤305处将所确定的频率与阈值低流量截止频率进行比较。如果确定旋涡信号频率小于低流量截止频率，则在步骤307处，测量处理器142基于来自压力差感测器203的压力差信号确定流动速率。本领域技术人员理解如何根据经验推导用于基于流过流动障碍物的流体的压力差来计算流动速率的数学方程式。测量处理器142在步骤307中可以使用将所检测到的压力差与流动速率相关联的任何合适的数学方程式。在在步骤307处基于压力差信号确定流动速率之后，测量处理器142在步骤309处输出基于压力差信号的流动速率信号。

尽管所示实施例在步骤305处评估旋涡信号频率以确定何时使用压力差信号来产生流量计101的流动速率输出，但是其它实施例可以使用旋涡信号或压力差信号的其它特征来进行同样的确定。例如，在一个实施例(未示出)中，当压力差信号具有的值小于阈值(其与处理流体是层流的或接近层流的时的流动速率相对应)时，测量处理器确定使用压力差信号来产生流动速率输出。

仍然参考图3，当在步骤305处确定旋涡信号频率大于低流量截止频率时，测量处理器142在步骤311处基于旋涡信号确定流动速率。使用旋涡信号的频率计算流动速率(例如，流动速度、体积流动速率或质量流动速率)的原理是本领域技术人员众所周知的。

在所示实施例中，在在步骤313处输出基于旋涡信号的流动速率测量值之前，测量处理器142被构造成执行验证子程序321。首先，在323处，测量处理器142确定感测器203所检测到的压力差是否大于感测器的最大压力阈值。如果所检测到的压力小于感测器的最大压力阈值，则测量处理器142在325处基于压力差信号确定流体的流动速率。在使用旋涡信号(在311处)和压力差信号(在325处)两者确定流动速率之后，测量处理器142在步骤327处比较两个流动速率测量值。如果在328处两个流动速率测量值相差小于阈值量，则处理器142在步骤313处接着输出基于旋涡信号的流动速率测量值。然而，如果两个流动速率测量值相差大于阈值量，则流量计在329处确定存在错误状态并且输出警报。应当理解的是，测量处理器142可以被构造成周期性地(例如，每当在311处确定基于旋涡信号的流动速率测量值n次时；在经过预定的时间间隔之后)或每当确定基于旋涡信号的流动速率测量值时执行验证子程序321。

可以看出，所示流量计101通过提供用于感测压力差(其可以用来在脱落频率小于低流量截止频率时确定处理流体的流动速率)的集成式压力差感测装置201而扩展了常规旋涡流量计的测量范围。因此，广义上讲，旋涡流量计101包括：一个或多个感测器131、203，每个感测器131、203被构造成在流体经过钝体121流动通过流量管103时产生代表流体特征的信号；以及测量处理器142，其被构造成使用该信号来在各种流动状态下提供准确的流动速率测量值输出。例如，在一个或多个实施例中，旋涡流量计被构造成完全地基于来自所述一个或多个感测器131、203的信号来产生代表流体的流动速率的流动速率输出，其中在流体具有小于或等于约2,000的雷诺数(例如，雷诺数为约1,000、雷诺数为约500、和/或雷诺数为约250)时产生流动速率输出并且所述流动速率输出是相当准确的(例如，具有小于10％、或小于5％、或小于3％、或小于2％的误差百分比)。

在一个示例性实施方式中，旋涡流量计101被用于流体批处理工艺中。流体批处理工艺涉及对从源连续地流动至目的地的流体的离散的批处理。在示例性的批处理工艺中，流量计101被用来确定在每个批处理中流动的流体的总量。在整个流体批处理工艺中，旋涡感测器131检测随着处理流体流过钝体121而脱落的旋涡，并且压力感测器装置201检测上游与下游压力接头位置L1、L2之间的压力差。

当每个批处理开始时，流量计101使用来自压力感测器装置201的压力差信号来在批处理的最初斜升部分期间确定处理流体的流动速率。使用基于压力差信号的流动速率来计算处理工艺的最初斜升部分期间的处理流体流的总量。当旋涡信号的频率超过低流量截止频率时，批处理的最初斜升部分结束。在最初斜升部分之后，在批处理的中间部分期间，流量计101使用来自旋涡感测器131的旋涡信号来确定处理流体的流动速率。使用基于旋涡信号的流动速率来计算批处理的中间部分期间的处理流体流的总量。在一个实施例中，当旋涡信号的频率下降至小于低流量截止频率时，批处理的中间部分结束。在中间部分完成之后，在批处理的最终斜降部分期间，流量计101使用来自压力感测器装置201的压力差信号来确定处理流体的流动速率。使用基于压力差信号的流动速率来计算处理工艺的最终斜降部分期间的处理流体流的总量。尽管上面仅仅提到了流动速率测量的三个阶段，但是应当理解的是，在某些实施例中，批处理的中间部分可能被低的处理流体流的一个或多个额外的阶段拆分，在所述额外的阶段期间使用基于压力差信号的流动速率来确定处理流体流的量。

在上述批处理工艺的一个实施例中，测量处理器142分别基于所确定的基于压力差信号的流动速率和基于旋涡信号的流动速率来局部地确定最初斜升部分、中间部分和最终斜降部分中的每一个部分期间的流体流的量。在另一实施例中，局部测量处理器142在批处理的各个部分期间将基于压力差信号的流动速率和基于旋涡信号的流动速率输出至远程处理器，并且远程处理器确定批处理的每个部分期间的流体流的量。在任一情况下，可以使用分别基于所述基于压力差信号的流动速率和基于旋涡信号的流动速率针对最初斜升部分、中间部分以及最终斜降部分中的每一个部分所确定的流体流的量来确定批处理期间的处理流体流的总量。

示例1

为了测试使用钝体上的压力差来提供流动速率测量值的构思，分别在两个上游位置L1、L1'和若干下游位置L2处在直径为2英寸和4英寸的流量管103中形成压力接头。在一组测试(其结果在下面的表1中进行描述)期间，压力差感测器在与钝体121的上游端面121A间隔开约0.59英寸的距离UD的上游压力接头位置L1'处以及与钝体121的上游端面121A间隔开约1.24英寸的距离DD的下游压力接头位置L2处操作地连接至直径为2英寸的流量管103。表1中所描述的测试中的上游接头位置L1'和下游接头位置L2位于流量管壁的大约垂直于钝体的径向轴线的圆周区域处。

在另一组测试(其结果在下面的表2中进行描述)期间，压力差感测器在钝体121的上游端面121A上的上游压力接头位置L1处以及与钝体121的上游端面121A间隔开约1.24英寸的距离DD的下游压力接头位置L2处操作地连接至直径为2英寸的流量管103。表2中所描述的测试中的下游接头位置L2位于流量管壁的大约垂直于钝体的径向轴线的圆周区域处。

在下面的表3中描述了另一组测试的结果，其中压力差感测器在与钝体121的上游端面121A间隔开约0.60英寸的距离UD的上游压力接头位置L1'处以及与钝体121的上游端面121A间隔开约1.88英寸的距离DD的下游压力接头位置L2处操作地连接至直径为4英寸的流量管103。表3中所描述的测试中的上游接头位置L1'和下游接头位置L2位于流量管壁的大约垂直于钝体的径向轴线的圆周区域处。

在另一组测试(其结果在下面的表4中进行描述)期间，压力差感测器在钝体121的上游端面121A上的上游压力接头位置L1处以及与钝体121的上游端面121A间隔开约1.88英寸的距离DD的下游压力接头位置L2处操作地连接至直径为4英寸的流量管103。表4中所描述的测试中的下游接头位置L2位于流量管壁的与钝体成一直线的圆周区域处。

下面的表5描述了另一组测试的结果，其中压力差感测器在与钝体121的上游端面121A间隔开约0.60英寸的距离UD的上游压力接头位置L1'处以及与钝体121的上游端面121A间隔开约1.88英寸的距离DD的下游压力接头位置L2处操作地连接至直径为4英寸的流量管。表5中所描述的测试中的上游接头位置L1'和下游接头位置L2位于流量管壁的与钝体成一直线的圆周区域处。

在每个测试期间，将一定量的水通过流量计引导至校准槽。监测校准槽被填充的速率以提供对流动速率的精确控制测量。对于每个测试，下面的表显示了通过流量计提供的水的重量、通过流量计递送水的持续时间、由旋涡感测器产生的旋涡信号的中值频率、上游压力接头位置处的所检测到的管线压力、所测量到的管线温度、使用控制槽所确定的控制流动速率测量值(体积流动速率和流动速度)、两个压力接头位置之间的所检测到的压力差、以及基于下面的方程式1和2针对K和排放系数计算出的值。

表1：2英寸的流量管；L1'、L2处的垂直的压力接头

表2：2英寸的流量管；L1、垂直的L2处的压力接头

续表2

测试	9	10	11	12	13
						总流动重量(lb)	201.306	155.31	151.178	151.102	132.864
总流动时间(sec)	139.78	132.236	180.331	318.36	517.667
						旋涡频率(Hz)	13.3	10.9	7.8	4.5	2.5
上游管线压力(psig)	25.477	25.56	25.65	25.707	25.723
						管线温度(F)	69.1	69.4	69.6	69.9	70
控制体积流动速率(GPM)	22.9	18.7	13.3	7.6	4.1
						控制流动速度(ft/sec)	2.5	2.0	1.5	0.82	0.44
DP(psi)	0.15	0.10	0.052	0.017	0.005
						K	6.45	6.43	6.36	6.34	6.25
CoD	0.650	0.648	0.641	0.639	0.630

表3：4英寸的流量管；L1'、L2处的垂直的压力接头

续表3

表4：4英寸的流量管；L1处的、成一条线的L2处的压力接头

表5：4英寸的流量管；L1'、L2处的成一条线的压力接头

续表5

方程式1：

其中：

V＝使用控制槽测量的流动速度；

DP＝压力接头之间的所测量到的压力差

方程式2：

其中：

A1＝管的横截面面积；

A2＝喉部的横截面面积；

gc＝引力常数；ρ＝流体的密度

当介绍本发明或其优选实施例(一个或多个)的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在意味着存在一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包含性的并且意味着除所列元件之外可以存在另外的元件。

鉴于以上内容，将可以看出，实现了本发明的几个目的并且获得了其它有利的结果。

由于可以在不脱离本发明的范围的情况下对上述产品和方法进行各种改变，因此旨在的是以上描述中包含的所有内容都应当被解释为示例性的而不是限制性的。

Claims (15)

1.一种用于测量流体的流动速率的旋涡流量计，所述旋涡流量计包括：

流量管；

定位于流量管中的钝体，用于在流体流动通过流量管时使流体中的旋涡脱落；

旋涡感测器，其被构造成检测旋涡并且产生代表所检测到的旋涡的旋涡信号；以及

压力感测器装置，其被构造成检测钝体的至少一部分的上游的第一位置与钝体的所述至少一部分的下游的第二位置之间的流体中的压力差并且产生代表所述压力差的压力差信号。

2.根据权利要求1所述的旋涡流量计，还包括测量处理器，所述测量处理器连接至旋涡感测器和所述一个或多个压力感测器以分别接收旋涡信号和压力差信号，并且其中测量处理器被构造成使用旋涡信号和压力差信号中的至少一者产生代表流体的流动速率的流动速率信号。

3.根据权利要求2所述的旋涡流量计，其中，测量处理器被构造成将旋涡信号和压力差信号中的至少一者的特征与阈值进行比较，并且选择性地在所确定的特征大于阈值时使用旋涡信号来产生流动速率信号并且在所确定的特征小于阈值时使用压力差信号来产生流动速率信号。

4.根据权利要求3所述的旋涡流量计，其中，所确定的特征是旋涡信号的频率，并且所述阈值是旋涡流量计的低流量截止频率。

5.根据权利要求4所述的旋涡流量计，其中，测量处理器被构造成使用旋涡信号来确定对流动速率的基于旋涡信号的测量以及使用压力差信号来确定对流动速率的基于压力信号的测量。

6.根据权利要求1所述的旋涡流量计，其中，钝体具有上游端面并且流量管具有纵向轴线和内径，并且其中第一位置是以下位置中的至少一个：

在上游端面上的位置，以及

沿着纵向轴线从上游端面向上游间隔开一定距离的位置，所述距离的包含范围是所述内径的约0.0倍至所述内径的约4.75倍。

7.根据权利要求6所述的旋涡流量计，其中，第二位置沿着纵向轴线从上游端面向下游间隔开一定的距离，所述距离的包含范围是所述内径的约0.333倍至所述内径的约5.0倍。

8.根据权利要求1所述的旋涡流量计，其中，压力感测器装置包括压力差感测器单元，所述压力差感测器单元包含具有第一侧和相对的第二侧的感测膜片。

9.根据权利要求8所述的旋涡流量计，还包括：第一通道，其被构造成将压力从第一位置输送至感测膜片的第一侧；以及第二通道，其被构造成将压力从第二位置输送至感测膜片的第二侧。

10.根据权利要求9所述的旋涡流量计，其中，第一通道包括形成于流量管和钝体中的至少一个中的孔，并且第二通道包括形成于流量管中的孔。

11.根据权利要求1所述的旋涡流量计，其中，流量管包括具有一定长度的单片材料，第一位置和第二位置中的每一个沿着所述长度定位。

12.根据权利要求1所述的旋涡流量计，还包括测量处理器，所述测量处理器被构造成在流体具有小于2000的雷诺数时使用旋涡信号和压力差信号中的至少一者来产生代表流体的流动速率的流动速率输出。

13.一种确定批处理工艺中的流体的总量的方法，所述方法包括：

在批处理工艺期间，当流体流过钝体时，检测由定位于旋涡流量计的流量管中的钝体所脱落的旋涡；

在批处理工艺期间，检测钝体之上的压力差；

基于所检测到的压力差确定在批处理工艺的最初部分期间流动经过钝体的第一流体量；

基于所检测到的旋涡确定在批处理工艺的中间部分期间流动经过钝体的第二流体量；以及

基于所检测到的压力差确定在批处理工艺的最终部分期间流动经过钝体的第三流体量。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，检测压力差包括检测钝体的至少一部分的上游的第一位置与钝体的所述至少一部分的下游的第二位置之间的流体中的压力差。

15.根据权利要求13所述的方法，还包括将批处理工艺的最初部分定义为在流体具有小于2000的雷诺数时发生。

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