CN1178045C - 涡流传感器用的成套替换件 - Google Patents

Abstract

这些成套替换件是提供现场安装的体积压强差流量传感器(101，102，103，104，105，106)的，该流量传感器包括用于检测流体压强的孔(111，121)和对流体密封地安装在两根传送被测流体的管子(1，2)之间的标准厚度的孔板(13)。该成套替换件的第一方案包括一环形圆盘(23)，它取代孔板(13)，其厚度等于孔板的厚度，且其孔径等于管子的内径。单个的非流线形体(2311，2312，2313，2314，2317，2318，2319)被安装在环形圆盘的腔内。管子(1)的孔(111)在去掉孔(111)的压强传感器后由一装置(18)不漏流体地封闭。在去掉管子(2)的孔(121)中的传感器之后，一涡流传感元件(19)被不漏流体地插入孔(121)中。按照第二方案，两个孔(111，121)在去掉其传感器之后均可由装置(18，19)密封，而且，涡流传感元件(29，39，40)被装在与环形圆盘邻近的管(2)的壁上或壁内。按照第三方案，涡流传感器(107，108)包括环形圆盘(23)和传感元件(29，39，40)。

Description

涡流传感器用的成套替换件

技术领域

本发明涉及一种用于现场安装的以限流器两端压强差的测量为根据的体积流量传感器的成套替换件。

背景技术

本发明还涉及涡流传感器。它是通过使用该成套替换件进行替换来实现，或由工厂按照此替换原理制造的。

体积流量传感器以测量限流器两端压强差为根据，被广泛用于测量流体的流量。可参看“Chemical Engineering”杂志，1996年5月，94至102页。这种传感器有一个标准厚度的孔板，其上有一个标准直径的孔，且此孔板被密封固定在传送被测量流体的第一根管和第二根管之间。这通常是通过将孔板插入两个法兰之间作到的。一个法兰装在第一根管的末端。另一个法兰装在第二根管的末端，对着所说的前一个法兰。进一步的细节在下面联系图24进行说明。

孔的直径小于管子的内径。一个用于对孔板上游的流体压强进行检测的第一个压强传感元件和第一管中紧靠孔板形成的一个孔有效地连接。一个用于对孔板下游的流体压强进行检测的第二个压强传感元件和第二管中紧靠孔板形成的一个孔有效地连接。

第一管的孔经常是制备在和该管相联接的法兰中，而第二管的孔是制备在和该第二根管相联接的法兰中。

检测压强的孔、压强传感器、以及与外壳相关联的电子测定电路联成一体的小型紧凑的式样，也通常使用。

由于孔的直径小于两管内径，因而在流动通道中形成限制，根据Bernoulli定律，在其上由运动的流体产生一个压强差。从此压强差可以测出体积流动速率，该速率正比于压强差被流体密度除所得商的平方根。

用这种标准孔流量传感器获得的测量精度仅为约2％。只有实际上在测量点处任何时候都有相同的流动截面时才能达到这一精度。这要求在测量点前后有足够长的直管延伸以使流动截面稳定。另外，测量范围被限制约为1∶3。

同时，孔板也易于受到污染。由于这会使板的流动面积变化，因而会产生测量误差。另外，由于孔板内边缘上的材料会被流体搬运的固体粒子带走，以致于流动面积逐渐变大。因而，测量精度的长期稳定性也是不够的。

由于孔板使流动通道变窄，也会引起在其后面紧接着的遮挡区域中形成一种流动结构形状，导致在孔板和第二管的管壁之间形成的夹角范围内有例如固体物质的不希望的沉积。

最后，由于孔板使流动通道变窄，也会引起在流体中的显著的不可恢复的压强损失。

发明内容

为了在保留尽可能多的基于压强差测量原理的现场安装部件和改良部件的同时消除这些缺点和提高测量精度，本发明提供了一种成套替换件，用于用根据涡流测量原理来测量流动的流体的一个流量传感器更换一个现场安装的流量传感器，所述现场安装的流量传感器包括：

与形成在一个第一管中的一个孔相连通的一个第一压力传感元件；

与形成在一个第二管中的一个孔相连通的一个第二压力传感元件；以及

一个孔板，具有小于所述第一和第二管的内径的直径，它被固定在所述第一管和所述第二管之间，且所述成套替换件包括：

带有一个非流线形体的一个环形盘，用于更换所述孔板，所述环形盘具有一个环部分，该环部分的厚度等于所述孔板的厚度，且该环部分的内径等于所述第一管和第二管的内径，所述非流线形体被设置在所述盘的一个开口中并与所述环部分相连接，

闭合装置，用于在分别去掉所述第一和第二压力传感元件之后使所述管中的所述孔保持闭合，以及

一个涡流传感器，用于被安装在所述管之一上。

在本发明的第二方案的第一个最佳实施例中和第三方案的第一个最佳实施例中，涡流传感器被密封安装在第二管的管壁内并包括电容性传感元件。

在本发明的第二方案的第二个最佳实施例中和第三方案的第二个最佳实施例中，涡流传感器包括一个超声测量装置，在其第二管的壁上沿直径方向彼此相对地安装有两个超声振子。

本发明的技术方案所根据的共同思想是，在此领域内将不够精确和不利的孔的压强差测量原理换成精确得多且更加长期稳定的、使用尽可能少的新部件的涡流测量原理。

作到这点仅仅是按照本发明通过用带有相连的单个非流线形体的环形圆盘替换孔板，以及按照本发明用涡流传感元件取代两个压强传感元件，而且将一个或几个压强传感元件不使用的一个或数个孔密封住不漏流体。这是本发明的第一个优点。

另一个优点是在本发明中，测量范围大于1∶3，亦即总是大于1∶10。平均值是在例如气体的情况下为1∶10，在蒸汽的情况为1∶30，在液体的情况为1∶40。

本发明的再一个优点是，测量的是涡流频率而非压强差值，因而不需调零。

最后，始终不希望有的涡凹比在标准孔板情况下发生在更高的流速下。以致于可以允许更高的流速。这一点在有高的蒸汽压强的液体，例如汽油的情况下是特别重要的。

附图说明

现在将参照附图对本发明作更详细的说明。附图中大部分用纵向剖面表示本发明的实施例。其中相同的部分用同样的参考符号标明，而且，如果一个图中已有，则在后面的图中有时便省略，以使说明简单些。其中：

图1表示按照本发明的第一方案设置有成套替换部件的体积流量传感器的第一个实施例；

图2表示按照本发明的第一方案设置有成套替换部件的体积流量传感器的第二个实施例；

图3表示按照本发明的第一方案设置有成套替换部件的体积流量传感器的第三个实施例；

图4表示按照本发明的第一方案设置有成套替换部件的体积流传量感器的第四个实施例；

图5表示按照本发明的第二方案设置有成套替换部件的体积流量传感器的第一个实施例；

图6表示按照本发明的第二方案设置有成套替换部件的体积流量传感器的第二个实施例；

图7表示按照本发明的第三方案的体积流量传感器的第一个实施例；

图8表示按照本发明的第三方案的体积流量传感器的第二个实施例；

图9至图17表示用在本发明中的环形圆盘的9个实施例的垂直剖面，该剖面是平行于各个盘的平面截取的；

图18至图23表示安置在环形圆盘的孔道中的非流线形体实施例的水平剖面的优选的形状，而且

图24表示一种已有技术的压强差体积流量传感器的实例。

具体实施方式

在说明本发明之前，传统的压强差体积流量传感器的那些和本发明有重要关系的部件，将借助于图24的纵剖面进行说明。

在一个测量点处，一个流量传感器被永久性地安装在工作中用来传送被测流体(如液体、气体或蒸汽)的第一管1和第二管2之间。

在图24中，正如焊接点所表示的那样，永久安装是通过焊接达到的。将流量传感器固定到管子上的其他办法也是通常的办法；其中的一些在下面联系实施例进行说明。

流量传感器包括一个被焊接到第一管1上的第一法兰11和一个被焊接到第二管2上的第二法兰12。法兰11和12分别设置有短的整合管部分115和125，后者再分别和管1和管2对焊。

此二法兰11和12有和两个管子1和2相同的内径。于是这两个管子1和2和两个法兰11和12构成了一个有着恒定内径的流动通道3。

两个法兰11和12通过螺钉16、17使用密封环14、15和插在两个法兰之间的孔板13对流体密封地连接在一起。孔板13因此固定在对流体密封的状态。孔板有一个中心孔道131，其直径小于管子1、2的内径。

第一个法兰11包含两个径向孔111、112，它们位于同一直径处，其末端在流动通道3中。同样，第二个法兰12包含径向孔121、122，其末端也在流动通道3中。

因此法兰11、12中的四个径向孔111、112、121、122的位置都紧靠着孔板13中的孔道131，因而都适合于对孔板13上游和下游流体中存在的压强进行检测。

第一个压强传感元件和第二个压强传感元件分别和径向孔111和112中的至少一个以及径向孔121和122中的至少一个有效地连接。由于这些连接可以用各种常规方式做到，所以这两个压强传感元件未画出。不使用的径向孔必需对流体密封，图中也未画出。

图1至图4表示根据本发明的第一方案设置有成套替换部件的一种体积流量传感器的四个实施例的纵向剖面。图5和图6表示根据本发明的第二方案设置有成套替换部件的一种体积流量传感器的两个实施例的纵向剖面。最后，图7和图8表示根据本发明的第三方案设置有成套替换部件的一种体积流量传感器的两个实施例的纵向剖面。因而图1到图8表示了8个实施例，其中和图24的径向孔112、122对应的径向孔均被略去。

虽然图24的孔式流量传感器是流动方向不变的，然而本发明的8个实施例中流动方向4如箭头所示是预先规定的。如果希望有和流动方向4相反的方向，便要将元件18和19相互调换，它们将在下面说明。

在图1中表示的第一方案的第一个实施例中，流量传感器101被用带螺纹的法兰11′和12′分别安装到管子1和2上，同时在它们之间提供不漏出流体的密封。

按照本发明的主要特征，图24的孔板13由一和孔板13同样厚度的环形圆盘23代替。环形圆盘23的内径等于管子1、2的内径，这样流动通道3的内周边便不会因环形圆盘23而变窄。

在环形圆盘23的孔道中设置有一个单一的非流线形体231，它在流动方向的厚度不大于环形圆盘23。非流线形体231的一些优选的和有利的垂直剖面形状表示在图9至图17中，而有利的横向剖面形状表示在图18和19中。它们将在下面说明。

在图1中，按照本发明的再一个主要特征，图24中和径向孔111有效连接的压强传感元件被去掉，它被一个装置18，例如一个螺旋拧紧装置所代替，以使径向孔111能密封不漏。和径向孔112有效连接的压强传感元件也被去掉，它被一个密封安装在径向孔112中的涡流传感元件19所代替。

在图2中表示的第一方案的第二个实施例中，流量传感器102以和图24实际上相同的方式永久安装好，即分别通过整合管部分115和125将法兰11和12对焊到管1和管2上。图2的进一步细节和图1的一样。

在图3中表示的第一方案的第三个实施例中，流量传感器103以和图1相同的方式永久安装在管子1和2之间，即将管子焊接到法兰11和12上。

为了改善对从非流线形体发生的涡流引起的压强起伏的检测，法兰12有一个环形槽123，在此实施例中，其端部在盲孔121′中，后者对应于图1的孔道121。另外，法兰12面向环形圆盘23的表面从其孔腔开始到环形槽123为止设置有一个凹进部分124。这样一来，紧接着在环形圆盘23下游发生的压强起伏便可以到达涡流传感元件19。

图3的法兰11设置有一个以和法兰12中的盲孔121′相同的方式制成的盲孔111′、一个对应的环形槽113、以及一个对应的凹进部分114。但它们的效应在安装密封装置18后没有得到利用。图3的进一步细节和图1的相同。

在图4中表示的第一方案的第四个实施例中，流量传感器104通过在法兰11”和12”之间插入一第一中间环21和一第二中间环22、并用螺钉16和17使部件紧固而被安装在管1和管2之间。径向孔111和112分别位于中间环21和22中，因而也可以在其中分别装入密封装置18和涡流传感元件19。

在图4的实施例中，法兰11”和12”以其前侧和后侧分别焊接到管子1和2上，使得只在每个法兰的前面形成一个平整的封接表面。这些封接表面分别靠紧在中间环21、22上。

在表示于图5的本发明第二个方案的第一个实施例中，流量传感器105安装得和图1中的一样，即将法兰11′用螺纹拧到管1上而将法兰12′用螺纹拧到管2上，从而分别提供对流体密封的封口。和到目前为止叙述过的实施例中一样，也设置有环形圆盘23和密封装置18。

在图5中，和图1至图4表示的四个实施例不同，径向孔121也被封闭，即在原来安装在此径向孔中的压强传感元件去掉后在其中装上一个流体密封装置28。

在图5中，一个涡流传感器29被安装在管2中靠近环形圆盘23处。涡流传感器29的结构和以前1997年10月17日提出的US临时申请序列号60/030,465和相应的1996年11月11日提出的US正式申请序列号08/953,229中叙述的涡流传感器的基本相同，这两个US申请的公开通过参考被包括在此以免重复。

涡流传感器29被密封安装在管2的管壁中制作的直径足够大的孔道中。这是借助于环291实现的，后者一方面和管壁中的孔相配合，另一方面又留在管壁外，其边缘在292处焊接到管壁上。在环291离管远的一侧设置有一凹口293，其被焊接到涡流传感器29上。

涡流传感器29包含有一个薄叶片294，它伸进运动的流体中并被环形圆盘23中的非流线形体产生的涡流在垂直于纸平面的方向来回移动。涡流传感器29的后面部分包含一个传感元件295，例如是一个电容性传感元件，它可以把叶片294的运动转换成电信号。

在表示于图6的第二个方案的第二个实施例中，流量传感器106被永久安装好，和图2、图3中的一样，即通过和相应的法兰整体加工成对应的管子部分，将法兰11对焊到管1上而将法兰12对焊到管2上。和图5中一样，都设置有环形圆盘23和分别用于密封径向孔111和121的装置18和19。

涡流传感器是一种超声振子装置，它包括一个第一超声振子39和一个第二超声振子40。超声振子39安装在管2的外表面上紧靠着环形圆盘23处。超声振子40和超声振子39处于同一直径方向而位置相对，被安装在管2的外表面上。一种夹持式超声振子组件特别适合于这种用途。

两个超声振子39、40中的一个被计算和控制电路(未画出)激励产生超声振动，并起超声发射器的作用，而两个超声振子39、40中的另一个则起超声接收器的作用。作为超声发射器/超声接收器的这种分配可以是随时间恒定的或随时间而变的。在后一情况下，两个超声振子39、40是交替作为发射器和接收器工作的。

超声振子装置在流动通道3上安装的地方不一定要像图6中为了说明的方便而表示的那样在管2上，而是也可以在管段125上尽量靠近法兰12处。

在表示于图7的本发明第三个方案的第一个实施例中，流量传感器107并不取代孔式流量传感器，其被用法兰11^*、12^*安装在流动通道3上。法兰11^*和12^*分别用螺纹拧到管1和管2上，如图1和图5中一样，但它们没有和径向孔111、121对应的径向孔。环形圆盘23安装在用螺钉连接在一起的法兰11^*、12^*之间。涡流传感器29如图5中一样安装在管2的壁内。

在图5和图7的实施例中也有可能使用压电式或电感式传感元件代替电容式传感元件。

在表示于图8的本发明第三个方案的第二个实施例中，流量传感器108并不取代孔式流量传感器，其经由法兰11^*、12^*分别被对焊到管1和管2上，如上面借助于图2、图3和图6所说明的那样。和图7中一样，法兰11^*、12^*没有分别和径向孔111和121对应的径向孔。

和图7中一样，环形圆盘23安装在用螺钉连接在一起的法兰11^*、12^*之间。涡流传感器是一种相应于图6的超声装置，即一种包括超声振子39′和40′的超声装置。它们被安排并可以被控制如借助图6所说明的那样。

和图6或图8的分别包括两个超声振子39、40或39′、40′的超声振子结构不同，可以使用一种复合的超声发射器/接收器结构，它必须分别安装在超声振子39或39′的位置处。

图9至图17表示和本发明中可以使用的不同形状的环形圆盘的平面平行的垂直剖面。在图9至17的每个图中，相应的环形圆盘包括一相应的非流线形体、一相应的环形部件和一相应的伸长部件233。后者用于在将环形圆盘放到法兰11和12之间时简化对它的处置和调节等。

环形圆盘的第一个实施例表示于图9中，并且具有参考编号2301。非流线形体2311在其整个长度上是圆柱形的，并沿盘的一个直径对称布置。在和环形部件2321的连接处，非流线形体2311尽可能和环形部件2321的弯曲度相配合。

环形圆盘的第二个实施例表示于图10中，并且具有参考编号2302。非流线形体2312包括一圆柱形部件2342，后者为沿盘的直径对称布置的。

在和环形部件2322连接之前不久，圆柱部件2342设置有罩形部分2352。后者比圆柱部件宽约二、三倍并与其成直角。在和环部件2322连接处，罩形部分2352和环部件2322的曲率尽可能好地相配合。

环形圆盘的第三个实施例表示于图11中，并且具有参考编号2303。非流线形体2313包含一个圆柱形部件2343，后者为沿盘的直径对称布置的。在和环形部件2323连接之前不久，圆柱部件2343设置有罩形部分2353，后者比圆柱部件宽约二、三倍。

在圆柱部件2343和罩形部分2353的连接处，后者为圆形的。罩形部分2353在和环形部件2323的连接处与环形部件2323的曲率尽可能好地相配合。

环形圆盘的第四个实施例表示于图12中，并且具有参考编号2304。非流线形体2314在其整个长度上是圆柱形的，并如图9所示沿盘的直径对称布置。

除了用上述连接件连到环形部件2324以外，非流线形体2314由两个支持元件2364和环形部件2324相连接。支持元件2364围绕一个和属于非流线形体2314的圆盘直径相垂直的圆盘直径对称设置。

环形圆盘的第五个实施例表示于图13中，并且具有参考号2305。也设置了支持元件2365。环形圆盘的第六个实施例表示于图14中，并且具有参考号2306。也提供有支持元件2365，2366，除此之外，图13、图14大体上分别和图10、图11是一样的。

环形圆盘的第七个实施例表示于图15中，并且具有参考号2307。非流线形体2317包含一个圆柱部件2347，后者带有两个在两旁制作了相应台阶的较细的过渡部分2377。另外，再次设置了支持元件2367。

环形圆盘的第八个实施例表示于图16中，并且具有参考号2308。非流线形体2318包含一个圆柱部件2348，后者带有两个比圆柱部件2348更细、并且在和后者的连接区中为圆形的过渡部分2378。另外，再次设置了支持元件2368。

环形圆盘的第九个实施例表示于图17中，并且具有参考号2309。非流线形体2319为被两个支持元件2369和两个支持元件2399支承在环形圆盘2309的孔腔中的一个环形体。

此两个支持元件2369和两个支持元件2399沿相互垂直的圆盘的直径对称设置。环形体2319因而“浮动”在环形圆盘的腔中。

图18至23表示设置在环形圆盘23的腔中的非流线形体最佳实施例的水平剖面。非流线形体有垂直于纸面的直线形母线。在图18至23中所谓上游为左方。

图18的非流线形体2311有大体上为矩形的剖面，但窄边稍微凹陷，例如所表示出的曲率半径大于非流线形体2311的厚度。

图19的非流线形体2312的横向剖面为梯形，例如如所表示的等边梯形的形状。将此梯形的各边向上游的一边压扁以产生分离边缘2312’和2312”。窄边和上游边的夹角可根据非流线形体2312的厚度选定，例如为20°。

图20的非流线形体2313的横向剖面为透镜形状，在上游一侧为平的而在下游一侧为凸出，且有薄而窄的平边用作分离边缘2313’和2313”。

图21的非流线形体2314有大体上为矩形的横向剖面，但窄边凸出成半径等于非流线形体2314厚度之半的半圆形状。

图22的非流线形体2315的横向剖面为透镜形状，在上游一侧凸出而下游一侧凹进，且其窄边为平的并彼此平行。横向剖面的上游线和下游线为同心的圆弧。

图23的非流线形体2316的横向剖面为透镜形状，在上游一侧凸出而在下游一侧凹进。横向剖面的上游线为圆弧而下游线也为圆弧，但后者的半径大于上游圆弧的半径。此二圆弧相交于非流线形体2316的窄边处。

Claims (11)

1.一种成套替换件，用于用根据涡流测量原理来测量流动的流体的一个流量传感器更换一个现场安装的流量传感器，所述现场安装的流量传感器包括：

与形成在一个第一管中的一个孔相连通的一个第一压力传感元件；

与形成在一个第二管中的一个孔相连通的一个第二压力传感元件；以及

一个孔板，具有小于所述第一和第二管的内径的直径，它被固定在所述第一管和所述第二管之间，且所述成套替换件包括：

带有一个非流线形体的一个环形盘，用于更换所述孔板，所述环形盘具有一个环部分，该环部分的厚度等于所述孔板的厚度，且该环部分的内径等于所述第一管和第二管的内径，所述非流线形体被设置在所述盘的一个开口中并与所述环部分相连接，

闭合装置，用于在分别去掉所述第一和第二压力传感元件之后使所述管中的所述孔保持闭合，以及

一个涡流传感器，用于被安装在所述管之一上。

2.根据权利要求1的成套替换件，其中所述涡流传感器包括用于延伸到所述流动流体中的一个薄的叶片。

3.根据权利要求1的成套替换件，其中所述涡流传感器包括一个超声传感器。

4.根据权利要求1至3中的任何一项的成套替换件，其中所述涡流传感器被安装在所述管之一的一个壁上。

5.根据权利要求1至3中的任何一项的成套替换件，其中所述闭合装置包括：

一个第一装置，用于在去掉所述第一压力传感元件之后插入到所述第一管的所述孔中。

6.根据权利要求5的成套替换件，其中所述闭合装置包括：

一个第二装置，用于在去掉所述第二压力传感元件之后插入到所述第二管的所述孔中。

7.根据权利要求6的成套替换件，其中所述第二装置包括所述涡流传感器。

8.根据权利要求4的成套替换件，其中所述闭合装置包括：

一个第一装置，用于在去掉所述第一压力传感元件之后插入到所述第一管的所述孔中。

9.根据权利要求8的成套替换件，其中所述闭合装置包括：

一个第二装置，用于在去掉所述第二压力传感元件之后插入到所述第二管的所述孔中。

10.根据权利要求9的成套替换件，其中所述第二装置包括所述涡流传感器。

11.根据权利要求1的成套替换件，其中单个非流线形体在流动方向不比环形盘厚。

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