專利名稱：用于控制并計(jì)量流體流并包括可變節(jié)流孔的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及流體流，更具體地，涉及一種計(jì)量并控制流體流的可變節(jié)流孔。
背景技術(shù)：
在過程控制工業(yè)中，當(dāng)制造過程中需要少量流體時(shí)，通常使用小直徑管道以低流速來運(yùn)送處理流體。該管道差不多總是圓形的截面。管道中用于測量流速的儀器必須與管道中流動(dòng)的流體接觸，同時(shí)最小化對(duì)流體流的干擾。為了最小化對(duì)流體流的干擾，儀器一般為圓形截面以配合管道的截面。對(duì)于測量流過節(jié)流孔的壓力的變化的流量計(jì)而言，其流速由下式定義Q=C*Ao(11-(AoAP)2)12*(2*(Pht-Plo)ρ)12]]>其中Q＝體積流速C＝節(jié)流孔流量系數(shù)Ao＝節(jié)流孔截面積AP＝管道截面積Pht＝上游壓力
Plo＝下游壓力ρ＝流體密度在小管道中用于測量流速的流量計(jì)具有集成在同一個(gè)機(jī)殼中的壓力傳感器和節(jié)流孔。由于流速是節(jié)流孔截面積的函數(shù)，重要的是精確地知道節(jié)流孔的開度。典型地，基于節(jié)流孔的流量計(jì)包含具有固定開度的節(jié)流孔，并且為了得到不同的節(jié)流孔尺寸來適應(yīng)不同的流速，用戶需要更換整個(gè)流量計(jì)。已經(jīng)嘗試制造具有可變節(jié)流孔的流量計(jì)。但是，若節(jié)流孔開度不能隨著節(jié)流孔開度大小的變化而保持恒定形狀，當(dāng)使用上述流動(dòng)方程計(jì)算流速時(shí)就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。例如，若圓形節(jié)流孔壓縮成一個(gè)略微呈橢圓形的而不是嚴(yán)格的圓形，計(jì)算流速時(shí)可能導(dǎo)致誤差，因?yàn)樵摲匠讨械拿娣e值假定該形狀保持為圓形。而且，節(jié)流孔的前緣和后緣形狀直接影響節(jié)流孔的流量系數(shù)及節(jié)流孔的流動(dòng)特性。若節(jié)流孔的前邊緣和后邊緣的形狀隨著開度的大小而變化，節(jié)流孔的流動(dòng)特性將會(huì)連續(xù)變化。若該流量系數(shù)在節(jié)流孔開度大小變化時(shí)不是恒定值，并且若不能精確地知道該值，使用上述流動(dòng)方程將再次出現(xiàn)誤差。
最一般地，計(jì)量并控制流體流是通過使用分離的設(shè)備或至少在單個(gè)設(shè)備中分離的特征而進(jìn)行的。例如，使用節(jié)流孔計(jì)量流體流的設(shè)備可包括一個(gè)分離的閥部件，該閥部件控制通過流動(dòng)管道的流體流的量和壓力，從而控制節(jié)流孔。在其它應(yīng)用中，一個(gè)分離的閥設(shè)備位于流動(dòng)路徑中且位于該計(jì)量設(shè)備的前方或后方。在任意情況下，計(jì)量和控制功能的分離特性導(dǎo)致了用于執(zhí)行計(jì)量和控制流體流的裝置體積較大而且昂貴。而且，因?yàn)樗龅姆蛛x的特征必須連接到一起，需要額外的密封件和墊圈來防止泄漏。
有多個(gè)原因使得已知的可變節(jié)流孔設(shè)備工作效率低。首先，已知的可變節(jié)流孔設(shè)備通常使用圓形或彎曲的部件，該部件相對(duì)于流體流移動(dòng)而改變節(jié)流孔的尺寸。由于這些部件的彎曲特性，節(jié)流孔的形狀隨著節(jié)流孔尺寸的變化而變化，這導(dǎo)致當(dāng)在一節(jié)流孔尺寸范圍內(nèi)計(jì)算流體流時(shí)會(huì)出現(xiàn)顯著的錯(cuò)誤。第二，節(jié)流孔的形狀變化導(dǎo)致至少在一部分流動(dòng)范圍內(nèi)節(jié)流孔的形狀不理想。這導(dǎo)致對(duì)于任意給定的開度當(dāng)流速變化時(shí)不一致的流動(dòng)特性，再次導(dǎo)致了在計(jì)算流體流時(shí)的誤差。
克服已知流動(dòng)控制和計(jì)量設(shè)備的上述和其它缺點(diǎn)的流量設(shè)備是該領(lǐng)域中重要的進(jìn)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于計(jì)量并控制流體流并包含可變節(jié)流孔和壓力傳感器的設(shè)備。在本發(fā)明的一個(gè)方面，該設(shè)備包含一個(gè)流體流管道，其包含至少一個(gè)延伸的平面內(nèi)壁，和一個(gè)具有直邊的元件，該直邊設(shè)置成與該流體流管道的所述至少一個(gè)平面內(nèi)壁相配合。該元件可沿管道軸線的橫向方向在一個(gè)打開位置和一個(gè)關(guān)閉位置之間移動(dòng)，在打開位置時(shí)流體流經(jīng)該管道，在關(guān)閉位置該元件大致切斷管道中的流體流。
本發(fā)明的另一方面涉及一種用于控制流體流或用于計(jì)量流體流的設(shè)備，所述類型設(shè)備具有可變節(jié)流孔并設(shè)置成使用一個(gè)壓力或差分壓力信號(hào)。該設(shè)備包含一個(gè)帶有第一、第二和第三段的管道，其中第一和第三段為圓形截面，而第二段為非圓形截面且?guī)в兄辽賰蓚€(gè)平面部分并且位于第一和第三段之間。該設(shè)備還包含一個(gè)元件，該元件帶有至少一個(gè)直邊，其設(shè)置成與第二段接合以大致切斷管道中的流體流。
本發(fā)明進(jìn)一步的方面涉及一種測量并控制流體流的設(shè)備，其包含一個(gè)管道，該管道包含內(nèi)部圓形截面的入口部分和內(nèi)部矩形截面的節(jié)流孔部分；一個(gè)壓力傳感器，其設(shè)置成測量管道中的壓力；和一個(gè)可移動(dòng)元件，其適于并設(shè)置成與節(jié)流孔部分的內(nèi)部矩形截面接合而控制流體流。
本發(fā)明的另一方面涉及一種控制并計(jì)量流體流的裝置，該裝置包含機(jī)殼、可移動(dòng)元件和第一及第二壓力傳感器。該機(jī)殼包含沿其長度方向帶有第一、第二和第三部分的流體流管道，第二部分包含至少一個(gè)平面?zhèn)缺?，還包含一個(gè)提供進(jìn)入所述管道的通道的元件孔。該機(jī)殼還包含第一和第二傳感器腔室，所述腔室分別連通該管道的第一和第二部分以及第二和第三部分。該元件包含一個(gè)設(shè)置成與管道第二部分的至少一個(gè)平面?zhèn)缺谙嗯浜系闹边呉耘c其形成密封，該元件還可在元件孔中在一個(gè)打開位置和一個(gè)關(guān)閉位置之間移動(dòng)，在打開位置流體流經(jīng)管道，在關(guān)閉位置該元件頂住所述平面?zhèn)缺诓⒋笾虑袛喙艿乐械牧黧w流。第一和第二壓力傳感器分別安裝在第一和第二傳感器腔室中并設(shè)置成確定流經(jīng)管道的壓力差值。
本發(fā)明的另一方面涉及一種控制流體流經(jīng)一個(gè)設(shè)備的方法，該設(shè)備包含至少一個(gè)壓力傳感器、一個(gè)帶有圓形內(nèi)部截面的第一部分和矩形截面的第二部分的管道、以及一個(gè)帶有至少一個(gè)直邊的可移動(dòng)元件。該方法包含將該可移動(dòng)元件沿管道長度縱向方向的橫向方向移動(dòng)到管道中，并在關(guān)閉位置將該可移動(dòng)元件的直邊接合到管道的至少一個(gè)平面?zhèn)缺?，通過頂住該至少一個(gè)平面?zhèn)缺诙纬擅芊狻?br> 本發(fā)明進(jìn)一步的方面涉及一種計(jì)量并控制流經(jīng)一流量裝置的流體流的方法，該裝置包含一個(gè)機(jī)殼、一個(gè)可移動(dòng)元件、以及第一和第二壓力傳感器。該方法包括形成穿過機(jī)殼的管道，該管道至少包含第一、第二和第三部分。第一和第三部分為圓形內(nèi)部截面，而第二部分包含至少一個(gè)平面?zhèn)缺?。該方法還包括在機(jī)殼中形成第一和第二傳感器腔室，從而分別連通管道的第一和第二部分以及管道的第二和第三部分。該方法進(jìn)一步包括在機(jī)殼中形成沿管道的橫向延伸并提供進(jìn)入該管道的第二部分的通道的元件孔，將所述可移動(dòng)元件在該元件孔中移動(dòng)以控制管道中的流體流，以及在關(guān)閉位置時(shí)將可移動(dòng)元件的直邊接合到管道中的至少一個(gè)平面?zhèn)缺谝耘c該至少一個(gè)平坦的側(cè)壁形成密封。該方法還包含借助每個(gè)第一和第二壓力傳感器提供的壓力信號(hào)來確定第一和第二傳感器腔室之間的壓力差值，以及基于該壓力差值而計(jì)量流體流。可選地，可使用單個(gè)差分壓力傳感器來代替分離的傳感器。本發(fā)明的另一方面可包含借助于來自外部源的壓力信號(hào)而控制并計(jì)量設(shè)備中的流體流，來代替與設(shè)備相關(guān)聯(lián)的來自壓力傳感器的壓力信號(hào)，或同時(shí)使用。
通過下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)闡述，將會(huì)更清楚本發(fā)明的上述以及進(jìn)一步的目的。


參照附圖對(duì)示例性的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，其中圖1示出了依據(jù)本發(fā)明原理的流量設(shè)備的頂部視圖；圖2示出了圖1中所示的流量設(shè)備的俯視圖；圖3示出了圖2中所示的流量設(shè)備的一個(gè)示例性的構(gòu)造沿截面指示符3-3的截面視圖；圖4示出了圖3中所示的示例性流量設(shè)備沿截面指示符4-4的截面視圖；圖5示出了圖4中所示設(shè)備的節(jié)流孔和可移動(dòng)元件部分的放大視圖；圖6示出了圖2中所示的示例性流量設(shè)備沿截面指示符6-6的截面視圖；圖7示出了圖2中所示的示例性流量設(shè)備沿截面指示符7-7的截面視圖；圖8示出了圖2中所示的示例性流量設(shè)備沿截面指示符8-8的截面視圖；圖9示出了所述流量設(shè)備的另一示例性構(gòu)造沿該流量設(shè)備長度方向的截面視圖；圖10示出了圖9中所示的示例性流量設(shè)備沿截面指示符10-10的截面視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明總體上涉及計(jì)量并控制流體流，更具體地，涉及一種計(jì)量并控制流體流的可變節(jié)流孔。該可變節(jié)流孔為流量設(shè)備的一部分，該流量設(shè)備將具有圓形截面流動(dòng)區(qū)域的輸入流轉(zhuǎn)變成具有非圓形截面流動(dòng)區(qū)域并包含至少一個(gè)線性、平面?zhèn)让娴挠?jì)量流。計(jì)量流的一個(gè)示例性的截面形狀為具有直線的、平面四邊的矩形。計(jì)量流的其它截面形狀可包括例如，平行四邊形、菱形或其它多邊形，但是可還包含具有平坦和彎曲表面的組合形狀。該可變節(jié)流孔特別適于用于差分壓力流量計(jì)中，這將在這里結(jié)合多幅圖形進(jìn)行描述，盡管上述應(yīng)用僅是可適用本發(fā)明原理的許多應(yīng)用的示例。
圖1-8中示出了一個(gè)示例性的用于控制并計(jì)量流體流的流量設(shè)備10。該設(shè)備包含機(jī)殼12、可移動(dòng)元件14、第一和第二壓力傳感器16和18、以及入口和出口管道連接器22和20。管道30穿過該機(jī)殼而形成并包含第一、第二和第三段50、52和54。該機(jī)殼還包含沿垂直于管道30的方向與管道30相交的第一和第二傳感器孔36和38，以及也沿垂直于管道30的方向與管道30相交的元件孔40。在此例子中，元件孔40和傳感器孔36和38彼此平行地延伸，但是在其它實(shí)施方式中可能排列成彼此垂直，例如圖9和10中所示的流量設(shè)備100。機(jī)殼12還可被分成分開的塊或半部13和15(如圖1)以便于在機(jī)殼內(nèi)精確地形成復(fù)雜的特征。
可移動(dòng)元件14包括基部42和接觸件44，并位于元件孔40中，從而延伸到管道30的第二段52中。接觸件44包含前緣46、逐漸變細(xì)的后緣48和平面接觸表面49(如圖5所示)，該接觸表面49設(shè)置成與第二段52的平面(例如如下所述并在圖5中所示的固定壁90)配合?？梢苿?dòng)元件14沿一直線軸線在一個(gè)打開(縮回)位置和一個(gè)關(guān)閉位置之間的一系列位置上可移動(dòng)地調(diào)整，可移動(dòng)元件14的運(yùn)動(dòng)限于該線性軸線。在打開位置使得最多的流體流經(jīng)管道30。隨著可移動(dòng)元件14朝向關(guān)閉位置移動(dòng)，由于與流體接觸，流經(jīng)管道30的流體減少?？梢苿?dòng)元件14在元件孔40中的調(diào)整可通過使用例如線性致動(dòng)器、步進(jìn)馬達(dá)、液壓或氣壓致動(dòng)器、螺線管、伺服馬達(dá)或手動(dòng)設(shè)備例如帶有指旋鈕的螺紋軸來執(zhí)行。可通過使用例如霍耳效應(yīng)傳感器、磁致伸縮設(shè)備、線性可變差動(dòng)變壓器(LVDT)、光學(xué)編碼器以及其它位置確定技術(shù)來確定可移動(dòng)元件14的位置。將元件14的運(yùn)動(dòng)限制為在元件孔40中的直線運(yùn)動(dòng)可簡化可移動(dòng)元件14的定位。
第二段52包含入口部分60、出口部分62以及位于入口部分60和出口部分62之間的節(jié)流孔部分64。該入口部分60的一端與傳感器腔室32連通，并在鄰接所述節(jié)流孔部分64的第二端包含多個(gè)錐形表面。類似地，出口部分62的一端與傳感器腔室34連通，并在鄰接所述節(jié)流孔部分64的相對(duì)一端包含多個(gè)錐形表面。
該設(shè)備節(jié)流孔段的入口和出口部分優(yōu)選地包含多個(gè)限定非圓形截面的固定側(cè)壁。示例性的第一和第三部分60、62包含4個(gè)大致為方形的固定壁(如圖7中入口部分60的示例性截面所示)。本說明書全文所使用的矩形定義為四壁形狀，而方形定義為四壁長度相等的矩形。矩形的壁大致為平的或直的，并且相交的兩壁約呈90度角。在一些應(yīng)用中，由于加工的限制，矩形的角可逐漸傾斜，具有圓形、倒圓、倒角或其它特征。進(jìn)一步，一個(gè)或多個(gè)壁的一部分可為傾斜或微微倒角的，以產(chǎn)生密封點(diǎn)或滿足其它設(shè)計(jì)目的和/或克服加工的限制。在包含直壁和曲線壁(圖未示)的組合的實(shí)施方式中，這些壁的相交處也可包括例如圓形、倒圓、倒角等特征。最后，一個(gè)或多個(gè)壁的一部分可由墊圈或密封件的露出表面來形成。
錐面70、72、74、76形成于入口部分60的側(cè)壁上，以減少入口部分鄰接節(jié)流孔部分64所在位置的截面積。錐面70、72、74、76對(duì)齊于一軸線位置，從而使得以單個(gè)臺(tái)階即形成了部分60的截面積的減小(如圖3-5所示)。出口部分62也包括在相對(duì)側(cè)壁帶有錐形表面78、80(如圖4所示)的方形截面，從而減小出口部分62在節(jié)流孔部分64和出口部分62的過渡點(diǎn)處的截面積。
節(jié)流孔部分64包含3個(gè)固定壁90、92、94，固定壁90包含一個(gè)錐形的后緣96和前緣98(如圖5所示)。因而，節(jié)流孔部分64的截面積分兩個(gè)臺(tái)階以錐面組96、48和78、80逐漸變大到所述部分62的更大的截面積。如圖8的截面視圖所示，節(jié)流孔部分64與圖7中所示的入口部分60相比具有相對(duì)較小的橫截面積。
節(jié)流孔部分64中的相應(yīng)的移動(dòng)元件44的前緣46、98和后緣96、48提供了進(jìn)出節(jié)流孔部分64的恒定的流體特性。節(jié)流孔部分64的截面尺寸由可移動(dòng)元件14相對(duì)于節(jié)流孔部分64的固定壁90、92、94的位置而確定。節(jié)流孔部分64沒有傳感器開口和死區(qū)空間，從而避免干擾流體流并避免加工材料潛在的聚集或沉積。
例如前面描述的那些(例如步進(jìn)馬達(dá)、伺服馬達(dá)等的)線性致動(dòng)器(圖未示)可用于驅(qū)動(dòng)所述可移動(dòng)元件14進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。通過沿單根直線軸線移動(dòng)，該可移動(dòng)元件14線性地改變節(jié)流孔部分64的截面尺寸，同時(shí)保持一個(gè)大致一致的形狀，從而在可移動(dòng)元件位置的范圍內(nèi)提供一組相對(duì)恒定的流動(dòng)特性。節(jié)流孔部分64的截面形狀使得可根據(jù)可移動(dòng)元件14在位置范圍中的位置而可重復(fù)地調(diào)節(jié)流體流。在一個(gè)例子中，其中該一致的形狀為矩形，節(jié)流孔部分64的截面面積的高度的大小隨著可移動(dòng)元件14在打開和關(guān)閉位置之間移動(dòng)而減小。保持一個(gè)矩形形狀或者至少一個(gè)帶有至少一個(gè)平的或直的側(cè)壁的形狀，可最小化流體特性的變化(背景技術(shù)的流速方程中的變量“C”)，從而對(duì)于每個(gè)節(jié)流孔尺寸確定流速時(shí)減少了誤差。
在如圖9和10所示的另一示例性的流量設(shè)備100中，該流量設(shè)備包含機(jī)殼112、可移動(dòng)元件114、第一和第二壓力傳感器116、118、入口和出口管道連接器120、122、以及在機(jī)殼內(nèi)形成的管道130。該機(jī)殼還包括第一和第二傳感器腔室132、134、容納第一和第二壓力傳感器116、118的傳感器孔136、138、以及容納可移動(dòng)元件的元件孔140。該管道包含第一、第二和第三段150、152、154，其中第一和第三段150、154為圓形截面，而第二段152為非圓形截面。
第二段152包含入口部分160、出口部分162和節(jié)流孔部分164。節(jié)流孔部分164包含第一、第二和第三固定壁190、192、194、錐形的后緣196、以及錐形的前緣198。
入口和出口部分160、162各包含兩組相對(duì)的側(cè)壁，所述側(cè)壁在鄰接節(jié)流孔部分164的軸向分開的位置處逐漸變細(xì)。入口部分160在第一軸向位置包含錐面170、172。第二段152的截面面積在節(jié)流孔部分164的入口側(cè)由于可移動(dòng)元件114的錐形前緣198和錐形前緣146而進(jìn)一步減小。第二段152的截面面積在節(jié)流孔部分164的出口側(cè)由于可移動(dòng)元件114的錐形后緣196和錐形后緣148而擴(kuò)大。出口部分162包含在第一組相對(duì)側(cè)壁上的錐面178、180，從而進(jìn)一步擴(kuò)大所述段152在節(jié)流孔部分164之后的截面面積。從而，流量設(shè)備100與流量設(shè)備10的不同在于入口部分160的錐面沿管道130軸向分隔設(shè)置，而不像如圖3-5中流量設(shè)備10所示的節(jié)流孔部分的入口側(cè)的四個(gè)側(cè)壁同時(shí)縮小。
流量設(shè)備10和100之間的另一個(gè)區(qū)別在于進(jìn)入節(jié)流孔部分64、164的入口。在流量設(shè)備10中，錐面70、72、74、76不直接使進(jìn)入節(jié)流孔部分64的流體變細(xì)。如圖5最佳所示，可移動(dòng)元件14的前緣46和節(jié)流孔部分64的前緣98提供一個(gè)大致平坦的壁狀表面，從而在節(jié)流孔部分64的入口處產(chǎn)生一個(gè)高壓。取決于沿著方向A的可移動(dòng)元件14的位置，節(jié)流孔部分64入口處的壓力可以有稍微的變化，當(dāng)增加或者減少節(jié)流孔部分64的尺寸時(shí)該情況是預(yù)期的。節(jié)流孔部分64入口處的壓力也可以由前緣46、98所限定的壁狀結(jié)構(gòu)的尺寸所影響。
相反，由于可移動(dòng)元件114的錐形后緣148和更顯著的錐面170、172，通向節(jié)流孔部分164和流量設(shè)備100的入口更直接地使通向節(jié)流孔部分64的入口部分60變細(xì)。
在使用時(shí)，流體首先流經(jīng)管道30的第一段50進(jìn)入流量設(shè)備10(該例子將用于描述本發(fā)明不同方面的剩余部分)。流經(jīng)第一段50的流動(dòng)具有與第一段50的圓形截面相匹配的流動(dòng)特性。接著，流體流進(jìn)入第二段52的非圓形入口部分60之前，該流動(dòng)進(jìn)入設(shè)置有過渡容積的打開的傳感器腔室32。然后，流動(dòng)的截面積由形成在節(jié)流孔部分64之前的入口部分60上的多個(gè)錐面而減小。如上所述，由于節(jié)流孔部分64非常小的截面面積以及由前緣46和98產(chǎn)生的壁狀結(jié)構(gòu)使得在節(jié)流孔部分64的入口處產(chǎn)生了更高的壓力。節(jié)流孔部分64的截面面積取決于可移動(dòng)元件沿方向A的位置。沿方向A的每一位置對(duì)應(yīng)于節(jié)流孔部分64的不同截面面積，其用于確定流經(jīng)流量設(shè)備10的體積流量。
當(dāng)流體流出節(jié)流孔部分64、流入所述部分62時(shí)，由于可移動(dòng)元件14和節(jié)流孔部分64的后緣48和96以及錐面78和80，流體流的截面面積增大。出口部分62的截面面積優(yōu)選地和入口部分60具有相同的尺寸和形狀(如圖10，在示例性的流量設(shè)備10中其為方形截面)。流出出口部分62的流體流進(jìn)入傳感器腔室34，在這里在流體流進(jìn)入第三段54之前設(shè)置了另一個(gè)過渡容積，且具有第三段54的圓形截面的流型。
第一和第二壓力傳感器16、18位于節(jié)流孔部分64的相對(duì)兩側(cè)，使得可以確定管道30第二段52的入口和出口側(cè)的壓力差。第一和第二壓力傳感器16、18可安裝成最接近要處理的流體以使流體死區(qū)的量最小，并減少第一和第二壓力傳感器16、18之間的結(jié)晶化和顆粒聚集以及管道30中的流體。在本發(fā)明的另一方面中，可使用單個(gè)差分壓力傳感器來連通第一和第二傳感器腔室32、34以確定壓力差。進(jìn)一步地，在第一和第二傳感器腔室32、34的其中一個(gè)具有固定壓力的應(yīng)用場合只需要單個(gè)壓力傳感器。例如，若第二傳感器腔室34位于節(jié)流孔的下游并且排空到一個(gè)大氣壓力的開口罐，下游壓力就不需測量，而從第一傳感器16測量的壓力就可直接用來與大氣壓力一起確定壓力差。同樣地，若當(dāng)?shù)谝粋鞲衅髑皇?2位于節(jié)流孔部分64的上游，并且從壓力被嚴(yán)格控制為固定值的密封罐中接受流體，上游壓力就不需測量，而從第二傳感器18測量的壓力就可直接用來與該固定的上游壓力值一起確定壓力差。
另一個(gè)示例性的實(shí)施方式可使用單個(gè)差分壓力傳感器來從所述設(shè)備節(jié)流孔部分的入口和出口側(cè)取得壓力讀數(shù)，并且確定該節(jié)流孔部分的壓差。這種和其他種類的傳感器并不必須安裝在傳感器孔中，也不必要使用具有比管道截面積大的截面積的傳感器孔。例如，傳感器可設(shè)置成使用小型探針來獲得壓力讀數(shù)，該探針需要相對(duì)于管道尺寸而言一個(gè)非常小的、通向該管道的開口，并且傳感器可以安裝在所述設(shè)備機(jī)殼內(nèi)部或鄰接該設(shè)備機(jī)殼的不同位置。
然而另外的實(shí)施方式可不包含任何直接與該設(shè)備相關(guān)的傳感器，但可設(shè)置成使用外部源提供的壓力信號(hào)。上述從外部源得到的壓力讀數(shù)可包含，例如從位于所述設(shè)備上游或下游的壓力傳感器得到的讀數(shù)，或者代表了該設(shè)備上游或下游的系統(tǒng)的已知靜態(tài)壓力狀況的壓力信號(hào)。這樣，盡管該設(shè)備不需要壓力傳感器，基于計(jì)量并控制流經(jīng)該設(shè)備的流體的目的，該設(shè)備優(yōu)選地設(shè)置成使用壓力信號(hào)。
代表流經(jīng)節(jié)流孔的壓力差的壓力信號(hào)可與該節(jié)流孔的截面積、節(jié)流孔之前或之后的入口和出口的截面積、以及流體密度一起被用來確定該體積流速(在上面的背景技術(shù)部分里面有描述)。
這里討論的傳感器腔室的尺寸和容積取決于容納在傳感器孔中的傳感器的尺寸。大的傳感器孔(如圖3所示的孔36)可有利地提供大的傳感器腔室，其能在所述設(shè)備管道的圓形和非圓形段之間有效地過渡流動(dòng)和壓力。在另一個(gè)不包含傳感器腔室或包含一個(gè)相對(duì)于管道尺寸非常小的傳感器腔室的實(shí)施方式中，該設(shè)備可包含另外的適于在上述構(gòu)造中使用的過渡特征。
不同材料可很好地適用于依據(jù)本發(fā)明原理的流量設(shè)備中。在另一例子中，可移動(dòng)元件由剛性材料形成，例如金屬、諸如不銹鋼的金屬合金、諸如特氟隆的聚合材料、以及其它剛性塑料、陶瓷、或工業(yè)用寶石。相同地，示例性的流量設(shè)備的機(jī)殼和其它特征可由相似的金屬、聚合體、陶瓷或其它種類的腐蝕或非腐蝕材料制成。
流量設(shè)備10繞管道30沿機(jī)殼12的長度方向是對(duì)稱的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以得知，依據(jù)本發(fā)明的原理的流量設(shè)備可以從各個(gè)方面來看是不對(duì)稱的，這不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或范圍。
流量設(shè)備10包含幾個(gè)組合特征來產(chǎn)生協(xié)作效果。上述特征可單獨(dú)使用或與依據(jù)本發(fā)明教示的其它特征組合。例如，依據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，可移動(dòng)元件14可用于控制流體流而不計(jì)量該流體。同樣地，節(jié)流孔部分64可不用可移動(dòng)元件14而與所述設(shè)備的其它特征結(jié)合，例如第一和第二傳感器腔室30、32和第一和第二壓力傳感器16、18，來計(jì)量流體而不控制流體。若期望有固定的壓力信號(hào)(ΔP)，該特征是有用的，這時(shí)所述設(shè)備可只用于計(jì)量。
本發(fā)明另一優(yōu)點(diǎn)在于，壓力信號(hào)(ΔP)可通過改變節(jié)流孔尺寸而對(duì)于每個(gè)流速而最優(yōu)化。例如，對(duì)于給定流速，壓力信號(hào)可通過改變節(jié)流孔尺寸而設(shè)定為最小值。進(jìn)一步地，針對(duì)每個(gè)期望的流速和可用的入口壓力，該壓力信號(hào)可通過改變節(jié)流孔尺寸得到最優(yōu)化。
進(jìn)一步，盡管第二段52的入口、出口和節(jié)流孔部分60、62、64示出為矩形截面，需要理解的是所述截面可以是不同形狀的截面，例如但不限制于矩形、等腰三角形等。進(jìn)一步地，第二段52的不同部分可具有不同的截面形狀和尺寸，且沿第二段52的各個(gè)部分的長度方向可具有變化的形狀或尺寸。此外，盡管節(jié)流孔部分64為矩形截面，由可移動(dòng)元件14的前緣44和后緣46和固定壁90、92、94的前緣98和后緣96限定的節(jié)流孔部分64的前部和后部部分可具有與圖中示出不同的尺寸、形狀和方向。
上述說明書、例子和數(shù)據(jù)為本發(fā)明的組成的制造和使用提供了完整的描述。由于本發(fā)明的許多實(shí)施方式無需偏離本發(fā)明的精神和范圍即可得到，本發(fā)明由所附帶的權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種用于控制流體流的設(shè)備，其帶有可變節(jié)流孔并設(shè)置成使用壓力信號(hào)，所述設(shè)備包含一個(gè)流體流管道，其包含至少一個(gè)沿所述管道的縱向延伸的平面內(nèi)壁；和一個(gè)帶有直邊的元件，該直邊設(shè)置成與所述流體流管道的至少一個(gè)平面內(nèi)壁相配合而與其形成密封，該元件沿橫向于該縱向方向在一個(gè)打開位置和一個(gè)關(guān)閉位置之間是可移動(dòng)的，在該打開位置流體流經(jīng)該管道，在該關(guān)閉位置該元件基本上切斷該管道中的流體流。
2.如權(quán)利要求1所述的可變節(jié)流孔，其中所述管道為矩形截面，所述元件基本上是矩形形狀。
3.如權(quán)利要求1所述的可變節(jié)流孔，其中所述管道包含至少一個(gè)成型的側(cè)壁，并且所述元件包含至少一個(gè)邊，其曲率大致匹配所述管道的成型側(cè)壁的截面形狀。
4.如權(quán)利要求1所述的可變節(jié)流孔，其中所述壓力信號(hào)由安裝在機(jī)殼內(nèi)的壓力傳感器提供。
5.如權(quán)利要求1所述的可變節(jié)流孔，其中所述壓力信號(hào)由安裝在所述設(shè)備上游或下游的、位于機(jī)殼外部的壓力設(shè)備提供。
6.一種用于計(jì)量流體流的設(shè)備，其帶有可變節(jié)流孔并設(shè)置成使用壓力信號(hào)，所述設(shè)備包含一個(gè)流體流管道，其包含至少一個(gè)沿所述管道縱向延伸的平面內(nèi)壁；和一個(gè)帶有直邊的元件，該直邊設(shè)置成與所述流體流管道的至少一個(gè)平面內(nèi)壁相配合而與其形成密封，該元件沿橫向于該管道縱向的方向在一個(gè)打開位置和一個(gè)關(guān)閉位置之間是可移動(dòng)的，在打開位置流體流經(jīng)該管道，在關(guān)閉位置該元件基本上切斷該管道中的流體流。
7.如權(quán)利要求6所述的可變節(jié)流孔，其中所述管道為矩形截面，所述元件基本上是矩形形狀。
8.如權(quán)利要求6所述的可變節(jié)流孔，其中所述管道包含至少一個(gè)成型的側(cè)壁，并且所述元件包含至少一個(gè)邊，其曲率大致匹配所述管道的成型側(cè)壁的截面形狀。
9.如權(quán)利要求6所述的可變節(jié)流孔，其中所述壓力信號(hào)由安裝在機(jī)殼內(nèi)的壓力傳感器提供。
10.如權(quán)利要求6所述的可變節(jié)流孔，其中所述壓力信號(hào)由安裝在所述設(shè)備上游或下游的、位于機(jī)殼外部的壓力設(shè)備提供。
11.一種用于控制流體流的設(shè)備，其帶有可變節(jié)流孔和壓力傳感器，所述設(shè)備包含一個(gè)具有第一、第二和第三段的管道，其中第一和第三段為圓形截面，而第二段為帶有至少兩個(gè)平面部分的非圓形截面，并且位于第一和第三段之間；和一個(gè)帶有至少一個(gè)直邊的元件，其設(shè)置成與所述第二段接合而基本上切斷管道中的流體流。
12.一種測量并控制流體流的設(shè)備，包含一個(gè)管道，該管道包含帶有內(nèi)部圓形截面的入口部分和帶有內(nèi)部矩形截面的節(jié)流孔部分；一個(gè)壓力傳感器，其配置為測量所述管道中的壓力；和一個(gè)可移動(dòng)元件，其適于并配置成與所述節(jié)流孔部分的內(nèi)部矩形截面接合而控制流體流。
13.一種控制并計(jì)量流體流的裝置，該裝置包含一個(gè)機(jī)殼，該機(jī)殼包含一流體流管道，其沿管道長度方向包含第一、第二和第三部分，第一和第三部分具有圓形截面，而第二部分包含至少一個(gè)平面?zhèn)缺诓⑶椅挥诘谝缓偷谌糠种g；一個(gè)元件孔，該元件孔沿所述管道的橫向延伸，并提供了進(jìn)入所述第二部分的通道；和第一和第二傳感器腔室，所述腔室各包含一入口和一出口，第一傳感器腔室的入口和出口分別連通該管道的第一和第二部分，第二傳感器腔室的入口和出口分別連通該管道的第二和第三部分；一個(gè)元件，該元件包含一個(gè)配置成與所述至少一個(gè)平面?zhèn)缺谙嗯浜系闹边叾c其形成密封，該元件在元件孔中的一個(gè)打開位置和一個(gè)關(guān)閉位置之間是可移動(dòng)的，在打開位置流體流經(jīng)管道，在關(guān)閉位置該元件基本上切斷管道中的流體流；和第一和第二壓力傳感器，分別安裝在第一和第二傳感器腔室中，并配置成確定所述機(jī)殼內(nèi)的壓力差值。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述管道的第一和第三部分為圓形截面，而所述管道的第二部分為矩形截面。
15.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述管道的第二部分包含一個(gè)流動(dòng)控制段，該段與所述第二部分的其余段的較大截面積相比具有較小的截面積。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述流動(dòng)控制段包含一入口和一出口，所述入口和出口各包含至少一個(gè)從該較小截面積過渡到所述第二部分其余段的較大截面積的錐面。
17.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述元件包含一表面，該表面帶有面向流體流上游的前緣和面向流體流下游的后緣，該表面基本上是平面并且所述后緣包含一錐面。
18.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述機(jī)殼沿穿過所述管道中央的平面分成至少第一和第二部分。
19.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述第一和第二傳感器腔室可通過各自的沿所述管道的橫向延伸的第一和第二傳感器孔而進(jìn)入。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述第一和第二傳感器孔沿與所述元件孔方向垂直的方向延伸。
21.一種控制流體流經(jīng)一個(gè)設(shè)備的方法，該設(shè)備包含一個(gè)壓力傳感器、一個(gè)帶有圓形內(nèi)部截面的第一部分和矩形內(nèi)部截面的第二部分的管道和一個(gè)具有至少一個(gè)直邊的可移動(dòng)元件，該方法包含以下步驟在該管道中沿橫向于該管道長度的方向移動(dòng)該可移動(dòng)元件；和在關(guān)閉位置將該可移動(dòng)元件的直邊與該管道的至少一個(gè)平面?zhèn)缺诮雍弦耘c該至少一個(gè)平面?zhèn)缺谛纬擅芊狻?br> 22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述設(shè)備進(jìn)一步包含一機(jī)殼，并且所述管道穿過該機(jī)殼而延伸，該機(jī)殼包含位于該管道的第一和第二部分之間并將二者連通的傳感器腔室；和一元件孔，該元件孔沿管道的橫向方向延伸并且提供了進(jìn)入管道第二部分的通路，并且所述可移動(dòng)元件延伸穿過所述元件孔。
23.一種計(jì)量流體流經(jīng)一個(gè)設(shè)備的方法，該設(shè)備包含一個(gè)帶有圓形內(nèi)部截面的第一部分和矩形內(nèi)部截面的第二部分的管道和一個(gè)具有至少一個(gè)直邊的可移動(dòng)元件，并配置為使用一個(gè)壓力信號(hào)，該方法包含以下步驟在該管道中沿橫向于一縱向方向的方向移動(dòng)該可移動(dòng)元件，該縱向方向是沿該管道長度的方向；和在關(guān)閉位置將該可移動(dòng)元件的直邊與該管道的至少一個(gè)平面?zhèn)缺诮雍弦耘c該至少一個(gè)平面?zhèn)缺谛纬擅芊狻?br> 24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述設(shè)備進(jìn)一步包含一機(jī)殼，并且所述管道穿過該機(jī)殼而延伸，該機(jī)殼包含位于該管道的第一和第二部分之間并將二者連通的傳感器腔室；和一元件孔，該元件孔沿管道的橫向方向延伸并且提供了進(jìn)入管道第二部分的通路，并且所述可移動(dòng)元件延伸穿過所述元件孔。
25.一種計(jì)量并控制流經(jīng)一流量裝置的流體流的方法，該裝置包含一個(gè)機(jī)殼、一個(gè)可移動(dòng)元件、以及第一和第二壓力傳感器，該方法包含如下步驟形成穿過機(jī)殼的管道，該管道至少包含第一、第二和第三部分，第一和第三部分具有圓形內(nèi)部截面，而第二部分包含至少一個(gè)平面?zhèn)缺?；在所述機(jī)殼中形成第一和第二傳感器腔室，使其分別連通管道的第一和第二部分以及管道的第二和第三部分；在機(jī)殼中形成一元件孔，該元件孔沿管道的橫向延伸并提供進(jìn)入該管道的第二部分的通道；將所述可移動(dòng)元件在該元件孔中移動(dòng)以控制管道中的流體流；在關(guān)閉位置時(shí)將可移動(dòng)元件的直邊與該管道的至少一個(gè)面?zhèn)缺诮雍弦耘c該至少一個(gè)平面?zhèn)缺谛纬擅芊猓唤柚總€(gè)第一和第二壓力傳感器提供的壓力信號(hào)來確定第一和第二傳感器腔室之間的壓力差值；和基于該壓力差值而計(jì)量流體流。
全文摘要
一種用于計(jì)量并控制流體流的設(shè)備，該設(shè)備包含可變節(jié)流孔且設(shè)置成使用壓力傳感器。該設(shè)備包含一個(gè)流體流管道，其包含至少一個(gè)沿流體流管道長度方向的一部分延伸的平面內(nèi)壁；和一個(gè)帶有一直邊的元件，該直邊設(shè)置成與該流體流管道的所述至少一個(gè)平面內(nèi)壁相配合。該元件可沿管道軸線的橫向方向在一個(gè)打開位置和一個(gè)關(guān)閉位置之間移動(dòng)，在打開位置流體流經(jīng)該管道，在關(guān)閉位置該元件基本上切斷管道中的流體流。
文檔編號(hào)G01F1/42GK1846117SQ200480025563
公開日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2004年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月4日
發(fā)明者代爾·艾倫·紐金特, 約翰·艾倫·基爾布, 馬克·丹尼爾·利特基 申請(qǐng)人:瑞瓦泰克公司