CN1293754A

CN1293754A - 气量表灰尘过滤器

Info

Publication number: CN1293754A
Application number: CN99804004A
Authority: CN
Inventors: 埃里克·拉夫鲁特
Original assignee: Schlumberger SA
Current assignee: Itron Soluciones de Medida Espana SA; Schlumberger SA
Priority date: 1998-03-19
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2001-05-02
Also published as: AR018785A1; BR9908742A; HUP0102221A2; CA2324216A1; EP1064522A1; HUP0102221A3; KR20010034606A; FR2776379B1; WO1999047896A1; FR2776379A1; AU2840399A

Abstract

本发明涉及气量表,它包括具有纵向轴、且具有使气流通过的内部分的超声波测量导管,和至少两个沿该纵向轴隔开的超声波传感器。本发明的特征在于,所述气量表包括位于各传感器与测量导管内部分之间的大于所述传感器活性表面尺寸的加宽部分,所述气量表至少还包括一个元件,该元件至少设置在一个所述的加宽部分、并伸展覆盖该增大部分的整个内宽度而相对被气体携带的灰尘形成过滤网,由传感器发射的超声波所横向穿过的所述元件的至少一宽度大于所述传感器活性表面的尺寸的部分。

Description

气量表灰尘过滤器

本发明涉及具有超声波测量导管的气量表，气体沿超声波测量导管内部的纵向轴流动、并且至少有两个超声波传感器沿该纵向轴隔开。

已知打算测量其流量的气体携带有大量各种灰尘颗粒。

经过一段时间后，灰尘最终沉积在气量表各部分内侧，但这些部分不能容纳所述的灰尘颗粒。

所以，沉积在超声波传感器上的灰尘颗粒干扰该传感器的情况频繁发生，因而影响超声波测量的线性。

为了减小气流携带的灰尘量，在这类气量表的超声波测量导管的上游设置除尘器。

不过，这些除尘器并不总是有效，因为它们尽管能除尘但却允许较轻的灰尘颗粒通过，较轻的灰尘颗粒随后沉积在一个或两个传感器上。

于是有必要找到一种解决灰尘问题的有效方法。

因此，本发明涉及具有超声波测量导管的气量表，气体沿超声波测量导管内部的纵向轴流动、并且至少有两个超声波传感器沿该纵向轴隔开，其中所述的气量表包括一个位于各传感器与所述测量导管内部之间的、比所述传感器的活性表面加宽的部分，所述的气量表还包括至少一个位于至少一个所述的加宽部分、且沿后者的整个内部宽度伸展的元件，以便相对由气体所携带的灰尘形成过滤网，由传感器发射的超声波穿过所述元件的至少其宽度大于所述传感器活性表面的尺寸的那一部分。

将形成过滤灰尘网的元件设置在一个或两个传感器的前面，过滤元件具有与向其发射超声波的气体流接触的表面，它的宽度大于传感器活性表面的尺寸，如果过滤元件具有与传感器活性表面相同的尺寸、则灰尘量分布在宽阔的表面积上。经过一段时间后，这种过滤元件很少堵塞。

根据本发明的一个实施例，至少所述的构成过滤网的元件抵靠在传感器上。

根据气量表的结构、特别是根据测量导管的结构、加宽部分的结构、和传感器的结构，至少所述元件可以设置在上游传感器之前和／或下游传感器之前。

优选地，气量表至少可以包括一个位于测量导管内纵向位置的障碍物，从而至少形成一个用于气流的环形通道。

测量导管最好包括用于气流的进口和出口，这些元件分别安装在一个加宽部分与所述测量导管之间。

在气流分别穿入和穿出测量导管的位置，气体排出口和进入口均具有用于气体的通道部分，其法线相对纵向轴以不同于90°或可能是90°的角度倾斜。

气体进入口和排出口的运一方向能比已有技术更好地引导气流和由该气流传送的灰尘颗粒。

于是，与已有技术相比，灰尘颗粒不易进入传感器。

当安装有这一方向的进口和出口的气量表还包括诸如上述的障碍物时，气流被更多地引导，灰尘也随被引导的气流与传感器保持一定距离，因而减小了传感器受污染的危险。

构成过滤网的元件由合成或金属纤维组成的材料制成。

这种材料可以是一种纤维筛或是一种在一定体积中交织和分散的纤维。

测量导管可以具有例如旋转椭球体、管子或甚至矩形截面的形状。

在结合附图阅读了由实例所给出的唯一说明后，本发明的其它特征和优点将更加清楚，其中：

图1是本发明的超声波气量表的纵向示意图；

图2是图1所示的第一实施例的测量导管和超声波传感器的放大的纵向视图；

图3是图1所示的第二实施例的测量导管和超声波传感器的放大的纵向视图；

图4是图1所示的第三实施例的测量导管和超声波传感器的放大的纵向视图；

图5是图4所示的增大部分50的局部放大视图；

图6表示图4的增大部分50的变形实施例；

图7是图1-4所示测量导管的变形实施例的纵向视图；

图8是根据图7所示的变形实施例而设置的构成过滤网的元件的增大部分的放大视图；

图9是图1-7所示测量导管的第二个变形实施例的纵向视图；

图10是图1-9所示测量导管的第三个变形实施例的纵向视图；

图11是图10所示测量导管的截面图；

图12是图1-9所示测量导管的第四个变形实施例的纵向视图。

如图1所示，由标号10表示的超声波气量表包括一个与用于气流的进口14和一个出口16连接的壳体12。

超声波测量块18位于壳体12内、并包括一个具有纵向轴XX＇的测量导管20，在例如管形的测量导管20的两个末端设置两个沿所述纵向轴的超声波传感器22、24。

气流(图中箭头所示)经开口14进入壳体12内、在位于所述开口对面的超声波测量块18的壁上分开、并分布到所述壳体与所述超声波测量块之间的内部体积中。

气流被导向壳体的下部、并由壳体中形成在测量块上的开口26收集。

气流下降而后转弯返回向上进入开口26的运动可使所述气流基本上除去它所携带的大量灰尘颗粒。

之后，气流通过圆形开口的进口27进入测量导管20内，并在测量导管内进行气流的超声波测量，气流从也是圆形开口的出口28排出。

如图1和2的例子所示，进出圆形开口的法线相对纵向轴以约等于零的角度倾斜。

气流再向上经与所述测量块垂直且与气量表出口16连接的气道29排出测量块18。

如图1所示、以及图2-4详细示出的，气量表具有位于超声波传感器22、24与其中流过气体的测量导管20的内部之间的部分30、32，部分30、32形成壳体并支承所述的相应传感器。

圆形进口27和圆形出口28位于所述增大部分与测量导管20之间。

每个部分30、32的横向尺寸大于传感器活性表面的横向尺寸。

每个部分例如具有外圆柱形状，外圆柱包含也是圆柱形的内槽34、36，在内槽中安装相应的传感器。

每个部分包括延伸成大体圆筒形的圆周凸缘38、40，凸缘在每个传感器前面提供圆筒形自由空间42、44，空间42、44的横向尺寸大于传感器活性表面的尺寸。

基于将灰尘导向传感器24的活性表面的测量导管的结构和测量导管内部的气流方向，应至少在下游传感器24前面的自由空间44中设置一个元件46(图2)。

元件46抵靠传感器并覆盖整个元件横向尺寸或所述自由空间的宽度，以便在所述传感器前面形成防止气体所携带灰尘到达传感器的过滤网。

利用胶粘将过滤元件固定到位于自由空间底部的部分32的环形部分32a、并包围传感器24。

过滤元件由金属或合成纤维材料制成。

每个纤维构成阻挡轨迹跨越该纤维的灰尘颗粒的障碍。

所以为了确保有效过滤，必需提供足够数量的纤维。

过滤器可以是滤网型的，即灰尘颗粒覆盖几乎所述过滤器的平面。

该材料可以是例如不锈钢布，其金属纤维直径是25μm、间隙是16μm。

但是，如果希望本发明更加有效，则应该提供可构成过滤器的材料，灰尘颗粒分布在过滤器的体积内。

于是，使用纤维交织的材料的过滤器比起滤网型的过滤器能够在堵塞之前积存大量的灰尘。

这种材料可以是棉布或软的厚法兰绒。

具体地，这种材料可以是由3M公司以商标“FILTRETE50g”生产销售的材料。

该材料中的纤维密度可在10与500g／m²之间，大约为50g／m²，厚度等于2mm。

如果材料中的纤维密度小于10g／m²，则纤维必需很厚以便得到足够的过滤。另一方面，如果材料中的纤维密度大于500g／m²，则传感器的声音信号被极大地衰减而无法接收。

纤维尺寸也是重要参数，对于给定的纤维间的间隔、纤维最好很细，这样纤维孔隙较大。

传感器24发射的超声波圆锥体由图2中标号47所示的虚线包含。

过滤元件46表面的横向尺寸大于传感器的活性表面的横向尺寸，过滤元件首先由透过超声波的材料制作、其次将过滤元件设置在传感器24发射的超声波的区域，于是，大于传感器活性表面的横向尺寸的过滤元件横向尺寸的一部分被超声波穿过。

其结果，当规定的灰尘颗粒量沉积在过滤元件上、并部分地堵塞过滤元件时，过滤元件仍给超声波提供自由通道以使它们足以不过多衰减地通过。

然而，当过滤元件抵靠传感器而设置(图2)、且过滤元件的材料类型使灰尘分布在其体积内时，则在减小其密度的同时可增加材料的厚度或长度尺寸，以便在灰尘量特别大时不过分地衰减超声波。

实际上，对于规定的灰尘量，在传播超声波并且灰尘存放增加、且纤维也比原先更加分开的材料体积中将产生灰尘的“稀释”作用，并能使超声波比减小厚度的材料中更自由地传播。

过滤效果基本保持不变。

注意，如果在保持相同密度的同时增加材料的厚度，则可提高过滤效果，但将更多地衰减超声波。

在测量导管和／或增大部分和／或过滤元件的结构不存在灰尘、且超声波只穿过过滤元件的横向尺寸等于传感器活性表面的横向尺寸的一部分的情况下，对于与上文所述相等的规定的灰尘量，过滤元件通过超声波的部分将严重地堵塞，这会明显地影响超声波的传导和流速的测量。

有利的是设置在传感器24前面的过滤元件46可以消除存在于气流中的湍流，这种湍流如果产生在所述传感器前面、则将影响测量的线性。

如图3所示的另一个实施例，与元件46类似的过滤元件48设置在增大部分30、32的自由空间42中，也用于防止灰尘侵入传感器22。

当流量表必需进行严重的灰尘堵塞实验或当已经预知使用流量表测量充满特定灰尘的气体时，这种预防措施被证明是有用的。

根据图4所示的第三个优选实施例，每个增大的常规筒形部分50、52包括延伸成所述常规筒形的周边凸缘54、56，且具有一个位于每个传感器前面的筒形自由空间58、60。

凸缘54、56和自由空间58、60的纵向尺寸分别大于图2中凸缘38、40和自由空间42、44的纵向尺寸。

这样，相对于增大部分50、52该内自由空间的伸长可以使每个过滤元件62、64以一定距离离开相应的传感器22、24，所以在过滤元件与其相应传感器之间保留了自由空间区其中气体是静止的。

可以使自由空间58和／或60中具有几个沿纵向偏移的滤网型过滤元件，并使它们的纤维和间隙在两个连续的过滤元件之间横向偏移，因而可比这类的单个过滤器捕获更多的灰尘。

在这种结构中，其优点是将两种类型的过滤元件组合、即离开传感器而设置“体积”型过滤器(在这种过滤器中，灰尘颗粒分布在体积内部)、同时将滤网型过滤器设置在传感器之间，从而改善过滤可靠性。确实，在这种结构中，没有被“体积”过滤器阻止的灰尘颗粒被滤网过滤器确切地阻止。

也可以在传感器前面的自由空间设置单个的厚的过滤元件。

图5是图4所示部分50的局部放大视图，它表示这部分的一部分，其另一部分处在纵向轴XX＇的对称侧。

在图5中，过滤元件62夹在凸缘54的一个末端与垫圈57之间，凸缘54的一个末端构成台肩55，垫圈57经例如超声波焊接而与所述的凸缘末端连接在一起。

图6表示图4的增大部分50的变形实施例，其中凸缘66伸展增大部分68的筒形部分、从而在所述增大部分中沿与传感器相反的方向提供逐渐张开的盆形的自由空间70。

在这个逐渐张开的空间中，所设置的过滤元件62与传感器隔开一段距离。

图7表示图1-4所示测量导管的变形实施例，该实施例如法国专利2683 046所述的具有旋转的椭球体72。

图7的椭球体与法国专利2 683 046的椭球体不同：液体流动穿过导管72壁上的开口而不围绕传感器。

两个用于容纳超声波传感器78、80的增大部分74、76均具有逐渐张开的自由空间82、84，自由空间82、84中设置过滤元件86、88，所述元件与参考图4-6所述的元件相似。

两个环形开口90、92分别用作测量导管72中流动气体的进出开口，开口90、92设置在各放大部分74、76与所述测量导管之间。

这些开口的位置分别用于气流进入和流出测量导管72，开口用于气体的通道区的法线沿不同于90°的α角相对纵向轴XX＇倾斜。

例如倾斜角α等于45°。

另外，具有例如普通鼻锥形的长障碍物94位于纵向轴XX＇上。

这个障碍物与测量导管的内壁一起限定环形通道96。

借助通道96的环形特征和使气体进入和流出测量导管72的通道区的法线方向，被引导的气流可使所携带灰尘的轨迹离开传感器78、80。

使用这种结构时，设置在上游传感器78前面的过滤元件86很少被灰尘覆盖，而设置在下游传感器80前面的过滤元件88上、即在图7所示的过滤元件88周围可看到灰尘98的分布。

图8表示另一个可能变形的增大部分100，该增大部分100可用于图7的测量导管72，其中在过滤元件86抵靠传感器78的底部，自由空间102构成筒形空间。

图9表示超声波气量表110的另一结构，其中只画出测量块112(装在外壳内)，该表在EP 0 682 773中公开。

这个测量块包括设置有开口116、出口118的管状测量导管114，处在分别使气流流入和流出的通道区的开口116、出口118的法线与纵向轴XX＇形成90°的角。

关于这个结构的改进可包括使开口116和118以小于90°的角相对纵向轴XX＇倾斜，以使气流及灰尘颗粒远离设置传感器的区域。

长的障碍物120沿纵向轴位于测量导管114内侧，以形成气流通过的环形通道122。

两个增大部分124、126与纵向轴XX＇构成90°的角，使超声波传感器128、130设置在这些被偏置的部分内。

这些传感器发射的超声波被环形通道122中的壁132、134反射。

按照前述附图所作说明制成的两个过滤元件136、138安装在障碍物120的两末端。

也可以将这些过滤元件以与图9所示位置相差90°的位置设置在装有传感器的增大部分124、126中。

图10的纵向局部视图所示的气量表140包括一个具有纵向轴XX＇的测量导管142，其在图11中所示的横截面是矩形。

相对超声波传感器148、150的尺寸而增大的两个部分144、146相对纵向轴XX＇而倾斜地安装在测量导管的一个壁142a上。

传感器148、150安装在容纳它们的增大部分144、146的底部，与参照图4所述的过滤元件相同的过滤元件152、154与相应筒形自由空间156、158中的所述传感器隔开一定的距离。

由传感器之一发射的超声波沿V或W形的轨迹传导。

这种超声波具有例如W形轨迹的气量表的功能在EP 0 521 855中被说明。

应指出，两个传感器也可以设置在测量导管的对侧壁142b上或一个传感器可保持在壁142a上、另一个传感器设置在对侧壁142b上，以使两个传感器被垂直于它们的活性表面的虚线YY＇连接、且虚线YY＇沿小于90°的倾斜角切割纵向轴(图12)。

也可以将这种矩形横截面导管结构用于包含超声波传感器的增大部分，超声波传感器设置在所述导管的相对端。

Claims

1．一个包括具有纵向轴(XX＇)的超声波测量导管(20；72；114；142)的气量表，包括其中可流动气流的内部分，至少两个超声波传感器(22，24；78，80；128，130；148，150)沿所述纵向轴隔开，其中所述气量表包括位于各传感器与测量导管的所述内部分之间的相对所述传感器活性表面的尺寸的增大部分(30，32；50，52；68；74，76)，所述气量表还包括至少一个元件(46，48；62，64；86，88；136，138；152，154)，该元件至少设置在一个所述的增大部分、并伸展覆盖该增大部分的整个内宽度而相对被气体携带的灰尘形成过滤网，由传感器发射的超声波横向穿过所述元件的至少一宽度大于所述传感器活性表面的尺寸的部分。

2．如权利要求1的气量表，其特征在于，至少一个构成过滤网的元件(46，48)抵靠传感器而设置。

3．如权利要求1的气量表，其特征在于，至少一个构成过滤网的元件(62，64；86，88；136，138；152，154)离开传感器一定距离而设置。

4．如权利要求1-3的气量表，其特征在于，至少一个构成过滤网的元件(48；62；86；136；152)设置在上游传感器的前面。

5．如权利要求1-3的气量表，其特征在于，至少一个构成过滤网的元件(46；64；88；138；154)设置在下游传感器的前面。

6．如权利要求1-5的气量表，其特征在于，至少包括一个沿纵向定位在测量导管的内部分中的障碍物(94，120)，以形成至少一个用于气体流、并用于以离开超声波传感器一定距离而引导灰尘流的环形通道。

7．如权利要求1-6的气量表，其特征在于，测量导管包括用于气流的进口(27；90；116)和出口(28；92；118)，所述的进口和出口分别设置在一个增大部分与所述测量导管之间。

8．如权利要求7的气量表，其特征在于，气流的进口和出口分别具有使气流进入和流出测量导管的通道区，该通道区的法线以不等于90°角相对纵向轴倾斜。

9．如权利要求7的气量表，其特征在于，气流的进口和出口分别具有使气流进入和流出测量导管的通道区，该通道区的法线以等于90°角相对纵向轴倾斜。

10．如权利要求1-9的气量表，其特征在于，至少一个形成过滤网的元件由金属或合成纤维构成的材料制成。

11．如权利要求10的气量表，其特征在于，所述材料是形成筛网的纤维。

12．如权利要求10的气量表，其特征在于，所述材料是交织并分布在一体积中的纤维。

13．如权利要求1-12的气量表，其特征在于，所述测量导管是旋转椭球体(72)。

14．如权利要求1-12的气量表，其特征在于，所述测量导管是管形体(20；114)。

15．如权利要求1-12的气量表，其特征在于，所述测量导管(142)具有矩形截面。