CN115803591A - 用于测量包括液体的流体的流率的转子系统和相关设备 - Google Patents

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CN115803591A CN202180049186.8A CN202180049186A CN115803591A CN 115803591 A CN115803591 A CN 115803591A CN 202180049186 A CN202180049186 A CN 202180049186A CN 115803591 A CN115803591 A CN 115803591A
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Abstract

本发明涉及一种用于测量包括液体的流体的流率的系统(11)，包括：主体(1100)，流体在该主体(1100)中流动；至少一个转子(1101)，该至少一个转子(1101)配置成通过流体而旋转；以及用于测量转子(1101)的转速的装置(111)。测量装置(111)包括光学模块(1111)，该光学模块(1111)配置成将入射光辐射沿基本上垂直于转子(1101)的旋转轴线(A)的方向传输到转子(1101)的叶片(1101b)上，并且接收来自叶片(1101b)的反射光辐射。测量装置(111)还包括转换模块(1113)，该转换模块(1113)配置成根据反射辐射确定转子(1101)的转速并且确定流体的流率。

Description

用于测量包括液体的流体的流率的转子系统和相关设备
技术领域
本发明涉及用于测量包括液体的流体的流率的系统领域。本发明在光学测量用于化学、制药、农业综合企业、石油化工或建筑应用的液体流体或包括液体的流体的流率方面具有特别有利的应用。
背景技术
许多应用要求准确可靠地测量流体的流率。例如，流体流率的测量对于方法的正确操作或对于安全检查会是必要的。可以特别提及化学、制药、农业综合企业、石油化工或建筑领域。
有多种用于测量流率的系统，也称为流量传感器，用于测量流体的流率。某些流量传感器根据流体的压力或其压力的变化来确定流体的流率。压差流量传感器例如配置成限制导管中的流体流动并因此例如通过文丘里效应产生压力下降。然而，这些流量传感器导致负载损失并干扰流体的流动。还可以提到皮托管，如果流体的流速低，则皮托管的精度受到限制。更一般地，基于压力的流量传感器具有对流体压力的不受控变化敏感的缺点。这种变化可以例如发生在气相和气相之间的两相流体中。因此，它们的测量精度受到限制。
其他流量传感器使用磁效应来确定流体的流率。例如，可以提及霍尔效应流量传感器或具有电磁检测的耦合转子流量传感器。然而，这些流量传感器对接近电磁环境敏感，这限制了测量它们的准确性。此外，基于磁效应的检测对流量传感器的构成材料和流体的性质施加应力。
有基于光学测量的流量传感器。特别地，从文献JPH1164113A中已知一种包括转子和用于光学测量转子的转速的装置的系统。为此，测量装置配置成沿平行于转子的旋转轴线的方向在转子叶片上施加光辐射。实际上，已经证明这种类型的流量传感器不能提供令人满意的精度。
US4851666A1、JPS57168114A、GB2083210A和US3217539A1公开了一种用于测量流体速度的系统，该系统包括由流体围绕平行于流体的流动方向的轴线旋转的涡轮机。
FR2222638A1描述了一种流量传感器，其包括水平安装在流量传感器的壳体1中的叶片式转子。
这些流量传感器提供的测量精度仍然可以提高。
需要提高现有技术的解决方案中描述的流量传感器的精度。另一需要包括提出一种在严苛条件环境中例如在流体的压力、温度、性质方面具有令人满意的精度的流量传感器。
为此，本发明的目的因此是一种相对于当前解决方案得到改进的用于测量包括液体的流体的流率的系统。
本发明的其他目的、特征和优点将在探讨以下描述和附图后显现。应该理解，可以包含其他优点。
发明内容
为了实现这一目的，根据一个实施例，提供了一种用于测量包括液体的流体的流率的系统，包括：
-主体，该主体包括至少一个入口、至少一个出口和至少一个用于使流体从入口流到出口的通道；
-至少一个转子，该至少一个转子设置在通道内并且配置成通过流体的流动而围绕轴线旋转；
-用于测量转子的转速的装置，该测量装置包括：
·用于发射入射光辐射的模块；
·光学模块，该光学模块配置成：
o将来自发射模块的入射光辐射传输到转子的叶片上，以及
o接收反射光辐射，该反射光辐射来自入射光辐射在转子的叶片上的反射；
·转换模块，该转换模块配置成：
o根据反射辐射确定转子的转速，以及
o根据转子的转速确定流体的流率。
有利地，光学模块配置成使得入射光辐射沿基本上垂直于转子的旋转轴线的方向入射到转子的叶片上。
优选地，转子还包括多个叶片，至少一个叶片具有例如小于至少一个其他叶片的光辐射反射系数的不同的光辐射反射系数。
因此，入射辐射通过光学模块径向施加在转子上。因此，沿流体的流动方向，光学模块的体积相对于当前的解决方案减小。当流体在转子处的系统中流动时，会引起流线湍流。光学模块不是沿流体的流动方向设置，而是垂直于流体的流动方向设置，这些湍流对光学模块的影响被最小化。因此，流率测量的精度相对于当前解决方案得到提高。
此外，光学模块不是沿着流体的流动设置，该流动不会受流率测量干扰。然而，这种布置使流体流动中的负载损失最小化。因此，测量对流体流动的影响相对于当前解决方案被最小化。因此，测量系统允许准确且可靠地测量流体的流率。
此外，已经证明，所提出的用于测量流率的系统允许对非均匀流体进行准确和可靠的测量，典型地是两相流体(包括液体和气体或液体和固体元素的流体)或三相流体(包括液体、气体和固体元素的流体)。因此，本发明的应用领域特别众多且变化多样。
另一种解决方案可能包括规定在专用部件上径向施加入射光辐射，并带有能够读取的标记。关于该解决方案，本发明提出的系统：
-通过使系统的体积沿流体的流动方向最小化来减少流动的干扰；
-具有更准确和可靠的流率测量；
-具有数量减少的部件。因此，使该系统更简单且更可靠。
此外，转子的叶片的材料具有不同的反射系数，光束具有根据构成叶片的材料或多或少显著的反射。因此，反射光辐射根据其被反射所在的叶片来调制，这有助于并使转子的转数/时间单位的确定可靠。因此，可以进一步提高流率测量的精度。该解决方案明显地从在转子的每个叶片上实施反射表面的解决方案中脱颖而出。
根据一个示例，至少一个叶片的组件由与构成至少一个其他叶片的组件的材料不同的材料制成，该材料具有例如小于构成至少一个其他叶片的材料的不同的光辐射反射系数。根据一个替代示例，至少一个叶片涂覆有与至少一个其他叶片的涂层和/或材料不同的涂层，以便具有例如小于构成至少一个其他叶片的材料的不同的光辐射反射系数。
有利地，测量装置可以还包括用于将光学模块连接到主体的模块。连接模块配置成在光学模块和通道之间建立流体密封接合部。因此，光学模块不与试图测量流量的流体直接接触。因此，该系统在严苛条件环境中例如在流体的压力、温度、性质和/或放射辐射方面提供了令人满意的精度。
有利地，连接模块配置成建立入射光和反射光辐射密封且透明的接合部。
第二方面涉及一种包括配置成容纳包括流动液体的流体的腔室的设备、以及根据第一方面的一种用于测量包括液体的流体的流率的系统。腔室由与测量系统的主体不同的壁界定。
根据一个示例，腔室配置成容纳压力小于200巴和/或温度小于350℃和/或以介于1m3/h和1000m3/h之间、优选介于1m3/h和10m3/h之间的流率流动的包括液体的流体。
根据一个示例，腔室配置成容纳压力小于10巴和/或温度小于120℃和/或以介于1m3/h和1000m3/h之间、优选介于1m3/h和10m3/h之间的流率流动的包括液体的流体。
第三方面涉及一种用于测量流过根据第一方面的测量系统和/或流入根据第二方面的设备的流体的流率的方法，包括：
-通过发射模块发射入射光辐射，然后
-通过光学模块将来自发射模块的入射光辐射传输到转子的叶片上，使得入射光辐射沿基本上垂直于转子的旋转轴线的方向入射到叶片上，然后
-将入射光辐射反射到转子的叶片上，然后
-通过光学模块接收反射辐射，然后
-通过转换模块对反射辐射进行转换，以确定转子的转速，然后根据转子的转速确定流体的流率。
附图说明
本发明的目的、目标以及特征和优点将从对本发明的实施例的详细描述中得到最佳呈现，该实施例由以下附图示处，在附图中：
图1示出了根据本发明的实施例的设备的示意性组装图。
图2示出了根据本发明的实施例的测量系统的功能图。
图3A和图3B以简化的方式示出了根据本发明的不同实施例的用于测量流体流率的方法的步骤。
图4示出了图1所示的测量系统的致动模块的纵向横截面图。
图5示出了图4所示的测量系统的致动模块的横向横截面图。
图6示出了包括布拉格光栅的光纤的工作原理。
附图作为示例给出并且不限制本发明。附图构成旨在促进理解本发明的原理示意图，并且不一定符合实际应用的比例。
具体实施方式
在开始详细探讨本发明的实施例之前，测量系统的可选特征如下所述，这些可选特征可以可选地联合使用或替代使用：
-根据一个示例，转子包括具有例如小于至少一个其他叶片的不同的光辐射反射系数的一单个叶片；
-根据一个示例，转子包括具有大于至少一个其他叶片的光辐射反射系数的一单个叶片；
-光学模块包括沿基本上垂直于转子的旋转轴线的方向以距转子的外径小于1cm、甚至5mm、甚至2mm的距离设置的入射光辐射的传输部分。因此，光学模块允许尽可能靠近转子的叶片测量。因此，对于不均匀流体或不透明流体，流速测量的精度得以保持；
-光学模块配置成至少通过流体与转子分离。根据一个示例，沿基本上垂直于转子的旋转轴线的方向以距转子的外径非零的距离设置入射光辐射的传输部分；
-光学模块包括光纤。根据一个示例，光纤在传输部分与发射模块和接收模块中的至少一个之间具有根据目标应用而可适配的例如大于0.5m、甚至1m的长度；
-光学模块包括接近检测光纤；
-流体是液体。替代地，这是包括液体以及气体或固体元素中的至少一种的流体。因此，这可以是液体和固体或液体和气体混合物，或也可以是液体和固体和气体；
-根据一个示例，流体主要是液体。在测量装置中，液体占据流体体积的至少70％且优选至少80％；
-优选地，轴线基本上平行于主方向，流体旨在根据该主方向流入通道；
-优选地，主体在其入口和出口之间主要沿与转子的旋转轴线平行、优选相同的方向延伸；
-光学模块配置成将反射光辐射例如通过接收模块传输到转换模块；
-主体具有外壁，该外壁配置成与流动流体接触。主体可以设置在容纳流动流体的腔室内；
-只有一部分流体可以流入主体的通道。因此，减少了系统可能产生的负载损失；
-转子包括多个叶片，至少一个叶片由具有比构成其他叶片的材料的光辐射反射系数小的光辐射反射系数的材料制成；
-转子包括至少四个叶片，至少两个叶片由塑料材料制成，并且至少两个叶片由金属制成，优选地，所述至少两个金属叶片由不锈钢制成；
-每个叶片仅由一种材料制成。因此，简化了转子的制造并因此简化了系统的制造。叶片之间的反射差发生在叶片的辐射被反射所在的整个表面上，也提高了流率测量的精度；
-转子的叶片替代地具有不同的反射系数。因此，反射光辐射的调制根据光辐射被反射所在的连续叶片而发生；
-发射模块包括激光源。根据该示例，转换模块可以包括激光干涉仪；
-光学模块包括光纤，该光纤包括布拉格光栅。因此，测量装置不仅允许测量流体的流率，而且还允许测量其温度和其压力中的至少一个；
-发射模块配置成发射具有介于600nm和2000nm之间的波长的入射光辐射；
-系统包括：
·至少一个压力传感器，该至少一个压力传感器配置成测量与在主体中流动的流体的压力相关的参数。该参数例如是流体的压力，和/或
·至少一个温度传感器，该至少一个温度传感器配置成测量与在主体中流动的流体的温度相关的参数。该参数例如是流体的温度。
这使得能够收集关于流体的更多数据，同时保持有限的体积并简化测量系统的放置和维护。
应该注意，测量方法可以具有从测量系统的特征实施而产生的任何步骤。
在本专利申请中，当指出两个部分是不同时，这意味着这些部分是分开的。它们可以：
-彼此相距一定距离定位，和/或
-可相对于彼此移动，和/或
-通过插入件固定而彼此紧固，该固定是可拆卸的或不可拆卸的。
因此，一个整体式单件不能由两个不同部分组成。
在下面的详细描述中，可以使用诸如“纵向”、“横向”、“上部”、“下部”、“顶部”、“底部”、“前部”、“后部”、“内部”、“外部”之类的术语。这些术语必须相对于设备和/或测量系统的正常位置来解释。例如，“纵向”方向对应于测量系统的致动模块的主延伸方向。
此外，将使用标记，其纵向或前/后方向对应于轴线x，横向或右/左方向对应于轴线y，并且底部/顶部方向对应于轴线z。
“内部”是指从设备和/或测量系统向内旋转的元件或表面，并且“外部”是指从设备和/或测量系统向外旋转的元件或表面。
参数“基本上等于/大于/小于”给定值，这是指该参数等于/大于/小于给定值的该值的正或负10％、甚至正或负5％。
在本专利申请中，可以认为，当流体至少部分、甚至全部处于液态时，流体是液体。因此，不排除流体部分处于气态，也不排除流体包括固体部分。
现在参照图1详细说明设备1。该设备包括腔室10。腔室10配置成容纳包括流动液体的流体。腔室10至少部分地、甚至全部地从壁100界定。
腔室例如是罐或导管。
流动流体可以形成严苛条件环境，例如在流体的压力、温度、性质方面。根据一个示例，流体还可以是腐蚀性的。根据一个示例，流体经受压力和温度条件，使得流体至少部分地、甚至全部地处于液体状态。设备1以及特别是腔室10可以配置成容纳加压和/或高温流体。设备1可以配置成使得流体处于基本上介于在腔室10的压力条件下流体的熔点与350℃之间、甚至介于在腔室10的压力条件下流体的熔点与120℃之间的温度。设备1可以配置成使得流体处于足够压力以保持流体至少部分为液体。流体的压力还可以基本上小于200巴，甚至小于155巴。根据一个示例，流体的压力还可以基本上小于10巴。设备1可以配置成使得流体以介于1m3/h和1000m3/h之间、优选介于0.1m3/h和5m3/h之间的流率流动。
例如，设备1的腔室10是用于石化应用的通道，例如石化流体循环通道。根据另一示例，腔室10是一种由溶剂、试剂或产品在化学、制药或农业综合企业设备1中循环的导管。根据一个示例，腔室10是建筑物的导管，例如供水导管或流出物排放导管。
该设备还包括系统11，该系统11配置成至少测量流动流体的流率。为此，如功能图2所示，系统11包括致动模块110，该致动模块110配置成由图1中的箭头F表示的流体流动驱动。致动模块110包括主体1100，流体例如沿纵向方向x在该主体1100中流动。致动模块110还包括设置在主体1100内的至少一个转子1101。转子1101配置成围绕轴线A旋转。旋转轴线A基本上平行于主体1100中的流动方向x。
系统11还包括用于测量转子1101的转速的装置111。测量装置111配置成光学确定转子1101的转速。为此，如功能图2所示，测量装置111可以包括用于发射光辐射的模块1110、光学模块1111、用于接收光辐射的模块1112以及转换模块1113。
现在参照图1、图3A和图3B描述用于测量流体流率的系统11和方法2的工作动力学。在图3A和图3B中，可选步骤用虚线表示，随后进行描述。发射模块1110发射20所谓的入射光辐射。光学模块1111配置成将来自发射模块1110的入射光辐射传输21到致动模块110，更具体地，传输21到通过流体旋转的转子1101。
在转子1101处，入射光辐射被反射22到转子1101的叶片1101b上。光学模块1111配置成接收反射光辐射。然后，光学模块1111可以将反射光辐射传输25到转换模块1113。该传输25可以通过接收模块1112来进行，该接收模块1112配置成将反射光辐射转换成相应的物理信号，例如电信号。转换模块1113可以包括接收模块1112。
反射光辐射根据叶片1101b围绕轴线A的旋转来调制。例如，反射光辐射的强度通过叶片1101b的旋转来调制。转换模块1113配置成将反射辐射或相应的物理信号转换成转子1101每时间单位的转数，该转数对应于转子1101的转速。根据转子1101的转速，转换模块1113配置成确定流体的流率。因此，转换模块1113使得能够将反射辐射转换24成流体流率。
光学模块1111配置成使得入射光辐射沿基本上垂直于转子1101的旋转轴线a的方向z入射到转子1101的叶片1101b上。光学模块1111可以包括入射光辐射的传输部分1111c，该传输部分1111c配置成将光学模块1111的入射光辐射传输到致动模块110。
传输部分1111c可以允许使入射辐射和反射辐射通到光学模块1111。传输部分1111c可以沿基本上垂直于转子1101的旋转轴线A的方向z延伸。光学模块1111的体积沿方向x被最小化。因此，流体流动中的负载损失被最小化。因此，测量系统允许准确且可靠地测量流体的流率，特别是精度小于待测量值的1％。
现在描述系统11的不同模块的相对布置。致动模块110的主体1100可以设置在腔室10的壁100的连续中，甚至形成腔室10的壁100的整体部分。为此，主体1100的每个端部可以包括用于连接到腔室10的壁100的部分，该部分配置成将流体从腔室10疏导到由主体1100限定的通道中和/或形成在腔室10的壁100和由主体1100限定的通道之间流体密封的接合部。
优选地，主体1100与腔室10的壁100不同。主体1100可以具有外壁1100d，该外壁1100d配置成与流动流体接触。因此，致动模块110以及因此主体1100以及转子1101浸没、优选地完全浸没在容纳于腔室10中的流体内。如图1所示，致动模块110可以设置在容纳流动流体的腔室10内。因此，该系统适合于测量当前设备1中流体的流率。根据一个示例，主体1100在与主体1100沿方向x的长度相等的长度上限定的体积小于由腔室的内壁限定的体积的1/3、甚至1/5、甚至1/10。当主体1100与腔室10的壁100不同时，主体1100的端部可以不具有用于连接到腔室10的壁100的部分，这些连接部分配置成将流体从腔室10疏导到由主体1100限定的通道中和/或形成在腔室10的壁100和由主体1100限定的通道之间流体密封的接合部。
根据一个示例，致动模块110手动地或通过工具可移除地安装在腔室10上。致动模块110可以安装在腔室10的壁100上或安装在设置于腔室10中的设备1的任何部分上。因此，可以在需要时将致动模块110引入腔室10和从腔室10移除。一旦例如为了维护而移除模块110，腔室10可以保持其完整性。只有一部分流体可以进一步在主体1100中流动。因此，进一步减少了系统11可能产生的负载损失。测量对流体流动的影响进一步被最小化。
根据一个示例，光学模块1111包括波导，更具体地，光纤1111a。如图1所示，光纤1111a可以在传输部分1111c和发射模块1110之间延伸。光纤1111a可以在传输部分1111c与接收模块1112和转换模块1113中的至少一个之间延伸。光纤1111a使得能够使进行测量所在的转子1101的发射模块1110和转换模块1113偏移。因此，系统11适合于在具有有限几何形状的环境中测量流体的流率。系统11还适合于通过避免发射模块1110、接收模块1112和转换模块1113的可能损坏来测量在严苛条件环境中的流体的流率。传输部分1111c优选地设置在光纤1111a的远端部处。光纤1111a可以根据传输部分与发射模块1110和/或接收模块1112和/或转换模块1113之间的目标应用具有例如大于0.5m、或甚至1m的可适配的长度。
如图4所示，光纤1111a可以设置在护套1111b内，护套1111b也称为中空电缆，护套111b将致动模块110连接到发射模块1110和/或接收模块1112和/或转换模块1113，甚至连接到由这三个模块形成的组件。优选地，护套1111b配置成避免光纤1111a的局部折叠。如图1所示，当致动模块110设置在腔室10内时，护套1111b可以垂直于流体的流动方向设置在腔室的壁100和致动模块100之间。护套1111b可以选择成可特别是根据流体的温度和压力在流动流体中稍微变形。优选地，护套1111b是流体密封的。例如，护套1111b包括至少一个金属层或由金属制成，优选地由不锈钢制成。
测量装置111可以还包括连接模块112，该连接模块112配置成确保在流体和光学模块1111之间的密封接合部1120。密封接合部1120使得能够避免流体渗透到光学模块1111中。如图4所示，密封接合部1120可以包括第一部分1120a，该第一部分1120a设置在光学模块1111和在致动模块110的主体1100中流动的流体之间。该第一部分1120a可以特别设置在光学模块1111的传输部分1111c和转子1101之间在光辐射的光路上。因此，该第一部分1120a对于所使用的光辐射是透明的。第一部分1120a的材料可以根据流体的温度而改变。例如，对于基本上小于100℃的传热流体的温度，密封接合部1120的第一部分1120a可以是基于玻璃的或由玻璃制成。根据另一示例，对于基本上介于100℃和500℃之间的传热流体的温度，密封接合部1120的第一部分1120a可以是基于蓝宝石的或由蓝宝石制成。第一部分1120a的厚度可以根据在主体1100内流动的流体与光学模块1111之间的压力差来适配。密封接合部1120的第一部分1120a可以更具体地配置成适配于高达基本上600巴的流体压力。密封接合部1120可以包括第二部分1120b。该第二部分1120可以设置在主体1100和护套1111b之间，使得在主体1100外循环的流体不会渗透到光学模块111中。例如，第二部分由不锈钢制成。
现在参照图4和图5更详细地描述致动模块110及其与光学模块1111的协作。主体1100具有至少一个入口1100a和至少一个出口1100b。主体1100还具有至少一个用于使流体从入口1100a流到出口1100b的通道1100c。主体1100可以设置成使得通道1100c基本上平行于腔室10中的流体的流动方向x，使得测量流率是尽可能可靠的。
主体1100还具有光学模块1111的通道开口。光学模块1111的传输部分1111c和/或密封接合部1120的第一部分1120a可以设置在该开口中，以便与主体1100的内表面1100e齐平。因此，光学模块1111设置成尽可能靠近转子1101，而不会穿透到流体的通道1100c中。避免了传输部分1111c相对于转子1101的可能偏移或可能变形。因此，光辐射的光路不会受到流体流动的影响。此外，因此不会修改主体1100的内部液压直径。主体1100中的流动轮廓不会受到光学模块1111的干扰。
致动模块110包括至少一个转子1101，并且优选地包括一单个转子1101，优选为一件式。因此，转子1101沿流体的流动方向x的体积被最小化，这进一步使流体中的负载损失最小化。转子1101包括毂1101a，该毂1101a沿着旋转轴线a基本上平行于流体的流动方向x延伸。毂1101a可以安装在轴1101c上。轴1101c可以安装在支撑件1102上，该支撑件1102至少从主体1100的内表面1100e的一点延伸到另一点。在支撑件1102的切割平面(y，z)中，支撑件1102优选地占据通道1100c的面积的小于50％、甚至小于70％、甚至小于85％的部分。因此，支撑件使流体在其在致动模块110中的通过期间的负载损失最小化。
转子1101包括多个叶片1101b、1101b′，该多个叶片1101b、1101b′径向于旋转轴线a延伸。传输部分1111c和/或密封接合部1120的第一部分1120a沿垂直于转子1101的旋转轴线A的方向z在距转子1101的外径小于1cm、甚至5mm、甚至1mm、优选为非零的距离处设置。当流体不均匀时，固体颗粒在传输部分1111c和叶片1101b、1001b′的端部1101ba之间的通过因此受到限制，例如如图5所示。固体颗粒干扰光辐射的通过的风险受到限制。此外，当流体不透明时，该距离确保光辐射在传输部分1111c和该端部1101ba之间的通过。因此，即使对于不透明流体，测量流率的精度也得以保持。可以认为，当入射辐射的光功率的大于70％由厚度为5mm的流体吸收时，流体在给定波长下是不透明的。
根据一个示例，由叶片1101b、1101b′的远端部1101ba的旋转限定的转子1101的外径D1101可以通过以下关系来确定：
D1101＝D1100-d，其中D1100为主体1100的内径，d为距离，优选为非零，小于1cm，优选小于5mm，也更优选为2mm。
应该注意，转子1101的特征可以进一步根据待测量流体的流率范围来选择。这些特征可以例如是转子1101的纵向尺寸和/或叶片1101b、1101b′的数量。
根据一个示例，转子1101包括叶片1101b、1101b′，至少一个叶片1101b由与一个或其他叶片1101b′不同的材料制成或覆盖有与一个或其他叶片1101b′的涂层或材料不同的涂层。根据一个示例，至少一个叶片由与构成其他叶片的材料不同的材料制成，并且具有例如小于构成其他叶片的材料的不同的光辐射反射系数。
根据一个示例，至少一个叶片1101b的组件由与构成至少一个其他叶片的组件的材料不同的材料制成，该材料具有例如小于构成至少一个其他叶片的材料的不同的光辐射反射系数。根据一个替代示例，至少一个叶片涂覆有与至少一个其他叶片的涂层和/或材料不同的涂层，以便具有例如小于构成至少一个其他叶片的材料的不同的光辐射反射系数。
更具体地，每个叶片只能由一种材料制成。因此，简化了转子的制造并因此简化了系统的制造。根据一个示例，至少一个叶片可以具有小于或大于至少一个其他叶片的光辐射反射系数的不同的光辐射反射系数。根据一个示例，至少一个叶片可以由具有小于构成其他叶片的材料的光辐射反射系数的光辐射反射系数的材料制成。反射系数可以由反射光辐射的强度与入射光辐射的强度之比来限定。因此，光束根据叶片、例如根据构成叶片的材料具有或多或少显著的反射。因此，反射光辐射根据其被反射所在的叶片来调制，这有助于确定转子的转数/时间单位。因此，可以进一步提高测量流率的精度。当每个叶片1101b、1101b′仅由一种材料制成或由涂层完全覆盖时，叶片1101b之间的反射差发生在辐射被反射所在的叶片的整个表面上。甚至更有助于确定转子1101的转数/时间单位，进一步提高了测量流率的精度。不同的反射系数的材料可以是磁性或非磁性的金属、优选为不锈钢和塑料。
根据一个示例，转子1101的叶片1101b、1101b′具有替代地不同的反射系数，例如它们替代地由具有不同的反射系数的材料制成。同样，对于具有反射系数的叶片1101b，直接相邻的叶片1101b'具有不同的反射系数。反射光辐射的调制根据光辐射被反射所在的相继叶片1101b、1101b'发生，这进一步有助于确定转子的转数/时间单位。例如，对于包括四个叶片的转子，相对于转子的旋转轴线的两个相对的叶片1101b'可以例如通过由第一材料制成而具有第一反射系数，并且相对于转子的旋转轴线的两个其他相对的叶片1101b可以例如通过由第二材料制成而具有第二反射系数，第一和第二材料具有不同的反射系数。
根据一个示例，转子1101包括至少两个由塑料材料制成的叶片1101b'和至少两个由磁性或非磁性的金属制成、并且优选由不锈钢制成的叶片1101b。因此，光束在金属叶片上具有最大反射，而在塑料材料叶片上具有较小反射。因此，反射光辐射根据其被反射所在的叶片来调制，这有助于确定转子的转数/时间单位。
现在详细描述测量装置111的实施例。根据一个示例，发射模块1110、光学模块1111和接收模块1112可以配置成通过接近来检测转子1101的旋转。在通过接近进行的检测中，发射模块1110和接收模块1112是相邻的。光辐射由反射器反射。当转子1101的叶片1101b、1101b'切割光束时，叶片上反射的辐射使得能够检测叶片1101b、1001b'的转速。为此，光纤1111a可以是接近光纤。光辐射可以具有属于红外范围的波长。因此，流体中的光辐射范围为数mm。
发射模块1110可以配置成发射具有介于600nm和2000nm之间的波长的入射光辐射。相对于其他波长范围，红色或近红外光源是廉价的，同时提供了用于测量流率的足够精度。
根据一个示例，发射模块1110包括激光源。根据该示例，转换模块1113包括激光干涉仪。激光源发射时间相干辐射，该时间相干辐射允许通过干涉测量检测转子1101的旋转。以本领域中已知的方式，干涉测量是一种利用波的干涉现象进行的测量。由此产生的干涉条纹给出了关于行进光路的长度的信息。该技术具有精确、同时限制测量系统11的成本的优点。
根据一个替代示例，光纤1111a可以包括布拉格光栅。因此，测量装置111不仅允许测量流体的流率，而且还允许测量其温度和/或其压力。布拉格光栅光纤的操作以图6为例进行描述。来自转子1101的叶片1101b的反射辐射3可以通过传输部分1111c穿透到光纤1111a中。根据光纤1111a中的布拉格光栅的参数，至少一个被称为布拉格波长30的波长由光栅反射并且通过传输部分1111c从光纤出射。因此，从布拉格光栅射出的光信号31由已减去至少一个布拉格波长的反射辐射3构成。流体的温度和压力可以例如通过膨胀或变形来改变布拉格光栅的参数并因此改变所获得的光信号31。布拉格光栅的膨胀或变形在这种情况下可以理解为流体的温度和压力对布拉格光栅的影响，而不是理解为由转子的旋转引起的机械变形。特别是当光学模块1111配置成至少通过流体与转子1101分离时，情况就是这样。如图2中的虚线所示，转换模块1113可以包括用于转换流率的器件1111a以及用于转换温度的器件1113b和用于转换压力的器件1113c。如图3B所示，用于测量流体流率的方法可以还包括将反射辐射转换成流体的温度和/或压力。
对于包括布拉格光栅的光纤，光辐射的光谱宽度可以基本上介于数nm和数千nm之间。
应该注意，可以规定的是，测量装置111例如除了光学模块1111之外，还包括压力和/或温度传感器。如图3A所示，用于测量流体流率的方法可以还包括测量流体的温度和/或压力。
用于测量流体流率的方法可以还包括在其使用之前对测量系统进行校准。例如，该校准可以具体地在设备1中的测量系统11的使用条件下进行。
鉴于以上描述，显然，本发明提出了一种用于测量包括液体的流体的流率的系统，该系统相对于当前的解决方案得到改进，特别是，测量流率的精度和可靠性相对于当前的解决方案得到提高。
附图标记列表
1 设备
10 腔室
100 腔室的壁
11 用于测量流率的系统
110 致动模块
1100 主体
1100a 入口
1100b 出口
1100c 通道
1100d 外壁
1100e 内壁
1101 转子
1101a 毂
1101b 叶片
1101ba 远端部
1101b' 叶片
1101c 轴
1102 支撑件
111 测量装置
1110 发射模块
1111 光学模块
1111a 光纤
1111b 护套
1111c 传输部分
1112 接收模块
1113 转换模块
1113a 用于转换流率的子模块
1113b 用于转换温度的子模块
1113c 用于转换压力的子模块
112 连接模块
1120 密封接合部
1120a 第一部分
1120b 第二部分
2 测量方法
20 发射入射光辐射
21 传输入射光辐射
22 反射光辐射
23 接收反射光辐射
24 转换成流体流率
25 传输反射光辐射
26 测量压力和温度
26' 转换成温度
26” 转换成压力
3 反射辐射
30 布拉格辐射
31 从布拉格光栅射出的光信号

Claims (15)

1.一种用于测量包括液体的流体的流率的系统(11)，包括：
-主体(1100)，所述主体(1100)包括至少一个入口(1100a)、至少一个出口(1100b)和至少一个用于使所述流体从所述入口(1100a)流到所述出口(1100b)的通道(1100c)；
-至少一个转子(1101)，所述至少一个转子(1101)设置在所述通道(1100c)内并且配置成在所述流体的流动下围绕与所述流体要流入所述通道(1100c)的主方向基本上平行的轴线(A)旋转；
-用于测量所述转子(1101)的转速的装置(111)，所述测量装置(111)包括：
·用于发射入射光辐射的模块(1110)；
·光学模块(1111)，所述光学模块(1111)配置成：
o将来自所述发射模块(1110)的所述入射光辐射传输到所述转子(1101)的叶片(1101b)上，以及
o接收反射光辐射，所述反射光辐射来自所述入射光辐射在所述转子(1101)的所述叶片(1101b)上的反射；
·转换模块(1113)，所述转换模块(1113)配置成：
o根据反射辐射确定所述转子(1101)的转速，以及
o根据所述转子(1101)的转速确定所述流体的流率，并且
其中所述光学模块(1111)配置成使得所述入射光辐射沿基本上垂直于所述转子(1101)的旋转轴线(A)的方向入射到所述转子(1101)的所述叶片(1101b)上，并且所述测量装置(111)还包括用于将所述光学模块(1111)连接到所述主体(1100)的模块(112)，所述连接模块(112)配置成在所述光学模块(1111)和所述通道(1100c)之间建立流体密封接合部，以及
其特征在于，所述转子(1101)包括多个叶片(1101b，1101b')，至少一个叶片(1101b')具有与至少一个其他叶片(1101b)的光辐射反射系数不同的光辐射反射系数。
2.根据前一权利要求所述的系统(11)，其中，所述光学模块(1111)包括沿基本上垂直于所述转子(1101)的所述旋转轴线(A)的方向以距所述转子(1101)的外径小于1cm、优选5mm、优选2mm的距离传输所设置的入射光辐射的传输部分(1111c)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的系统(11)，其中，所述光学模块(1111)包括光纤(1111a)。
4.根据前一权利要求所述的系统(11)，其中，所述光学模块(1111)包括近感探测光纤(1111a)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统(11)，其中，所述光学模块(1111)配置成将所述反射光辐射传输到所述转换模块(1113)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统(11)，其中，所述主体(1100)具有外壁(1100d)，所述外壁(1100d)配置成与所述流动流体接触。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统(11)，其中，至少一个叶片(1101b')由具有比构成其他叶片(1101b)的材料的光辐射反射系数小的光辐射反射系数的材料制成。
8.根据前一权利要求所述的系统(11)，其中，所述转子(1101)包括至少四个叶片(1101b，1101b')，至少两个叶片(1101b')由塑料材料制成，并且至少两个叶片(1101b)由金属制成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统(11)，其中，所述发射模块(1110)包括激光源，并且所述转换模块(1113)包括激光干涉仪。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的系统(11)，其中，所述光学模块(1111)包括光纤(1111a)，所述光纤(1111a)包括布拉格光栅。
11.根据前述权利要求中任一项所述的系统(11)，其中，所述发射模块(1110)配置成发射具有介于600nm和2000nm之间的波长的入射光辐射。
12.根据前述权利要求中任一项所述的系统(11)，包括以下中的至少一个：
-至少一个压力传感器，所述至少一个压力传感器配置成测量与在所述主体(1100)中流动的所述流体的压力相关的参数；
-至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器配置成测量与在所述主体(1100)中流动的所述流体的温度相关的参数。
13.一种设备(1)，包括：配置成容纳包括流动液体的流体的腔室(10)，和根据前述权利要求中任一项所述的用于测量流体流率的系统(11)，所述腔室(1)由与所述测量系统(11)的所述主体(1100)分立的壁(100)界定。
14.根据前一权利要求所述的设备(1)，其中，所述腔室(10)配置成容纳压力小于200巴、温度小于350℃并以介于1m3/h和1000m3/h之间的流率流动的包括液体的流体。
15.根据前一权利要求所述的设备(1)，其中，所述腔室配置成容纳压力小于10巴且温度小于120℃的包括液体的流体。
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