專利名稱：具有液體排放系統(tǒng)的超聲流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及超聲流量計。更具體地說，本發(fā)明涉及用于超聲流量計的液體排放系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在從地面取出烴之后，通過管路將流體流(液相或氣相)到處輸送。希望準確地知道流體流中流動的流體的量，且當流體正轉(zhuǎn)手或“保管輸送”時需要特定的精確性。然而，即使在不進行保管輸送的情況下，也期望流體流率測量精度，且在這些情形可以使用超
聲流量計。超聲流量計包括兩個或多個換能器組件，每個固定在流量計的主體中的端口的內(nèi)部。流量計的主體也可被稱為管段。為了在流量計內(nèi)容納所輸送的流體，在管段的每個換能器端口的外端上固定了連接器。因此，管段和端部連接器形成壓力邊界和容納流過流量計的流體的殼體。為了測量穿過流量計的流體流量，沿管段的內(nèi)表面設(shè)置了一對換能器組件，使得在流體流穿過管段的孔洞的相對側(cè)上兩個換能器組件相互面對。每個換能器組件包括壓電元件。當對換能器組件對中的第一換能器組件的壓電元件施加交流電時，壓電元件通過輻射超聲波穿過流過流量計的流體而做出響應(yīng)。當該波入射在該對中的第二換能器組件的壓電元件上時，第二換能器組件通過產(chǎn)生電信號而響應(yīng)。一段時間之后，對第二換能器組件的壓電元件施加交流電，且第二壓電元件通過輻射超聲波穿過流量計中的流體到第一換能器組件而做出響應(yīng)。當該波入射在第一換能器組件的壓電元件上時，該換能器組件通過產(chǎn)生電信號而響應(yīng)。這樣，換能器組件發(fā)送并接收來回跨過流體流的信號。每個換能器組件連接到纜線，纜線穿過端部連接器延伸到管段的外部和遠距離位置，例如通常安裝在管段外側(cè)的電子設(shè)備基底外殼。纜線將由特定換能器組件的壓電元件產(chǎn)生的電信號攜帶到定位在電子設(shè)備基底外殼內(nèi)的采集板，信號在該采集板處能被處理并隨后用于確定穿過流量計的流體流率。在大部分應(yīng)用中，往往在流過流量計的氣體流中有較少量的液體。隨著時間的推移，一些液體能收集或積聚在換能器端口內(nèi)。但是，過量的液體在換能器端口內(nèi)的積聚能不利地影響由布置在端口內(nèi)的換能器組件發(fā)送和/或接收的信號。具體地，所積聚的液體能使來自布置在端口內(nèi)的換能器組件的聲信號在聲學(xué)上縮短。換句話說，由換能器組件產(chǎn)生的聲信號能穿入液體和/或流量計主體而不是只穿過通過流量計主體流到匹配的換能器組件的流體。結(jié)果，聲信號將不到達匹配的換能器組件，從而使流量測量出錯。此外，液體在換能器端口內(nèi)的積聚可能還會引起換能器組件的電線或其他電氣元件的短路或腐蝕，可能導(dǎo)致?lián)Q能器組件出故障。 為了最小化流體在換能器端口內(nèi)的積聚及相關(guān)問題，通常以特定方位安裝超聲流量計，其允許換能器端口內(nèi)所積聚的液體在重力作用下自排放回到流量計主體的主流動孔洞中。例如，利用了穿過流量計的在一對換能器組件之間的流動孔洞的換能器信號路徑的超聲流量計通常被推薦安裝在水平管路(即，與管路的水平部分一致)并定位成使得換能器端口水平定向。只要端口的直徑沿其長度均勻或端口的直徑朝流量計主體的主流動孔洞移動而增加，換能器端口的水平定向允許積聚在端口內(nèi)的液體在重力作用下自排放回到流量計主體的主流動孔洞中。作為另一示例，利用了從流量計的內(nèi)表面彈開的換能器路徑的超聲流量計通常被推薦安裝在水平管路中(即，與管路的水平部分一致)，且換能器端口定位在流量計的上側(cè)，且垂直地定向或以與垂直成小于90°的角度定向。換能器端口在流量計主體的上側(cè)上的垂直或接近垂直的定向允許積聚在端口中的任何液體在重力作用下向下自排放回到流量計主體的主流動孔洞中。在前面提到的方式中，為了減少液體在換能器端口中的積聚，通常以特定的方式定位并定向流量計及相關(guān)的換能器端口。結(jié)果，流量計沿管路的放置可被限制到管路為水平的那些具體位置。但是，在某些應(yīng)用中，按所推薦的來定向流量計可能是不可能的、不方便的或不是成本有效的。因此，需要能以更多種位置和方位安裝且同時最小化液體在一個或多個換能器端口中的積聚的超聲流量計。

發(fā)明內(nèi)容
這些及其他需要在一個實施方式中通過用于測量穿過管路的流體的流量的超聲流量計來解決。在實施方式中，流量計包括管段，該管段包括通孔和換能器端口。換能器端口沿中心軸從通孔處的敞開端延伸到遠離通孔的封閉端。此外，流量計包括布置在換能器端口中的聲換能器。換能器包括壓電元件。而且，流量計包括與換能器端口流體相通的排放端口。排放端口在軸向上布置在換能器端口的敞開端和封閉端之間。另外，流量計包括排放管，該排放管具有耦合到排放端口的入口端和與入口端相對的出口端。排放端口被配置成使來自換能器端口的液體排放到排放管的入口端。這些及其他需要在另一個實施方式中通過用于從超聲流量計的換能器端口排放積聚的液體的方法來解決。在實施方式中，該方法包括(a)使流體流過流量計中的通孔。 換能器端口從通孔延伸且與通孔流體相通。此外，該方法包括(b)使穿過流量計的通孔的聲信號與布置在換能器端口中的換能器通信。而且，方法包括(c)在(a)期間，使液體積聚在換能器端口中。此外，該方法包括(d)在(c)之后，通過與換能器端口流體相通的排放端口排放換能器端口中積聚的液體。而且，該方法包括(e)在(d)期間使液體從排放端口流入排放管。另外，該方法包括(f)將排放管中的閥偏置到限制液體流過閥的關(guān)閉位置。 該方法還包括(g)在(c)之后將閥轉(zhuǎn)變到打開位置以允許液體流過閥。這些及其他需要在另一個實施方式中通過一種識別超聲流量計中的故障的聲換能器的方法來解決。在實施方式中，該方法包括(a)使流體流過流量計的通孔。此外，該方法包括(b)利用聲換能器發(fā)送穿過流量計的通孔的聲信號，聲換能器布置在從流量計中的通孔延伸的換能器端口中。而且，該方法包括(C)利用聲換能器接收穿過流量計的通孔的聲信號。此外，該方法包括(d)提供與換能器端口流體相通的排放端口。耦合到排放端口的排放管包括閥。而且，該方法包括(e)利用耦合到換能器的電子器件包連續(xù)地監(jiān)測聲信號。另外，該方法包括(f)在(e)期間利用電子器件包確定聲信號的有效性。而且，該方法包括(g)當在(f)中確定了聲信號為有效時，利用電子器件包維持閥處于關(guān)閉位置。 該方法還包括(h)當在(f)中確定了聲信號為無效時，利用電子器件包在(g)使閥轉(zhuǎn)變到打開位置。因此，本文描述的實施方式包括旨在解決與某些現(xiàn)有裝置、系統(tǒng)和方法相關(guān)的各種缺點的特征和優(yōu)勢的組合。本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀以下詳述并通過參考附圖將易于明白上述各種特性以及其他特征。


為了詳細說明本發(fā)明的示例性實施方式，現(xiàn)將參考附圖，在附圖中圖1是沿圖2的線1-1截取的超聲流量計的實施方式的橫截面頂視圖；圖2是圖1流量計的端視圖，示意性地示出由圖1和3的換能器組件產(chǎn)生和接收的聲信號路徑和相應(yīng)的聲信號；圖3是圖1流量計的示意性頂視圖；圖4是沿圖1線4-4截取的圖1流量計的放大的部分橫截面，其包括液體排放系統(tǒng)的實施方式；圖5是示出用于控制圖4液體排放系統(tǒng)的操作的方法的實施方式的流程圖；圖6是圖1超聲流量計的側(cè)視圖，其中圖4的排放系統(tǒng)的液體排放管的出口定位成使積聚的液體排放到流量計的貫穿通路中；圖7是圖1超聲流量計的局部側(cè)視圖，其中圖4的排放系統(tǒng)的液體排放管的出口定位成使積聚的液體排放到儲存容器中；以及圖8是流量計的實施方式的放大的局部橫截面視圖，該流量計包括間接地控制換能器端口排放系統(tǒng)的電子器件包。
具體實施例方式以下論述涉及本發(fā)明的各種實施方式。盡管這些實施方式中的一個或多個可能是目前優(yōu)選的，但是所公開的實施方式不應(yīng)被解釋為或以其他方式使用來限制本公開內(nèi)容 (包括權(quán)利要求)的范圍。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，以下論述具有寬泛的應(yīng)用，且任何實施方式的論述不是僅指該實施方式的示例，且不是要暗示公開內(nèi)容(包括權(quán)利要求) 的范圍限于該實施方式。在以下說明和權(quán)利要求中使用某些術(shù)語來指示特定的特征或部件。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，不同的人可用不同的名稱指代相同的特征或部件。該文獻不是要在以名稱不同但功能相同的部件或特征之間區(qū)分。附圖未必按比例繪制。此處某些特征和部件可能以放大比例或以示意形式顯示，且常規(guī)元件的某些細節(jié)可能為了清楚和簡要而未示出。在以下論述和權(quán)利要求中，使用的術(shù)語“包括”和“包含”為開放式的，因而應(yīng)被解釋為指“包括但不限于...”。而且，術(shù)語“耦合”指的是間接或直接連接。因而，如果第一裝置耦合到第二裝置，該連接可為通過直接連接，或通過經(jīng)其他裝置、部件和連接件的間接連接。此外，如此處使用的，術(shù)語“軸向的”和“軸向地”通常指沿中心軸或平行于中心軸(例如，主體或端口的中心軸)，而術(shù)語“徑向的”和“徑向地”通常指垂直于中心軸。例如，軸向距離指的是沿中心軸或平行于中心軸測量的距離，而徑向距離指的是垂直于中心軸測量的距離?，F(xiàn)參考圖1-3，示出了超聲流量計10的實施方式的示意圖。流量計10包括適合于放置在管路的部分之間的流量計主體或管段11。管段11沿中心軸15在第一或上游端Ila 和與第一端Ila相對的第二或下游端lib之間延伸。如圖1和2最佳顯示的，在該實施方式中，每個端IlaUlb各自分別包括安裝凸緣12、13。此外，管段11具有預(yù)定的尺寸且限定在端IlaUlb之間延伸的中心貫穿通路14，被測流體(例如，氣體和/或液體)流過該中心貫穿通路14。如圖2和3所示，在該實施方式中，流量計10包括布置在沿管段11的長度定位的換能器端口中的四對換能器——分別布置在換能器端口 30a、30b中的第一對換能器20a、 20b,分別布置在換能器端口 30c、30d中的第二對換能器20c、20d，分別布置在換能器端口 30e、30f中的第三對換能器20e、20f，以及分別布置在換能器端口 30g、30h中的第四對換能器 20g、20h。每個換能器(例如，換能器20￡1、2013、20(3、20(1、206、2(^、2(^、2011)為聲收發(fā)器，且
更具體地說為超聲收發(fā)器，意味著每個換能器產(chǎn)生并接收具有超過約20千赫的頻率的聲能?？梢酝ㄟ^每個換能器中的壓電元件產(chǎn)生并接收聲能。為了產(chǎn)生聲信號，通過正弦信號電激勵壓電元件，且其通過振動來響應(yīng)。壓電元件的振動產(chǎn)生穿過被測流體行進到換能器對的相應(yīng)的換能器的聲信號。類似地，在被聲能(即，聲信號和其他噪聲信號)沖擊時，接收的壓電元件振動并產(chǎn)生正弦電信號，該正弦電信號由與流量計相關(guān)的電子設(shè)備檢測、數(shù)字化并分析。每對換能器的換能器跨過貫穿通路14彼此相對地布置且彼此之間將聲信號來回地通信。具體地，換能器20a、20b跨過貫穿通路14彼此相對地布置并彼此之間將聲信號來回地通信；換能器20c、20d跨過貫穿通路14彼此相對地布置并彼此之間將聲信號來回地通信；換能器20e、20f跨過貫穿通路14彼此相對地布置并彼此之間將聲信號來回地通信；以及換能器20g、20h跨過貫穿通路14彼此相對地布置并彼此之間將聲信號來回地通信。在每對相對的換能器20a、20b ；20c、20d ；20e、20f ；和20g、20h之間分別存在聲信號路徑22、 23、24、25 (有時被稱為“弦”或“弦路徑”)。每對換能器及相關(guān)的換能器端口對應(yīng)于單個弦路徑。在頂視圖中，每個弦路徑22、 23、24、25相對于不同的弦路徑22,23,24,25寬松地形成“X”的形狀。如圖2最佳顯示的， 每對換能器及其相應(yīng)的弦路徑22、23、M、25布置在管段11的不同“水平”。結(jié)合圖2和3， 換能器對被布置成使得分別對應(yīng)于弦22和23的下面的兩對換能器20a、20b和20c、20d在頂視圖中形成“X”的形狀，而分別對應(yīng)于弦對、25的上面的兩對換能器20e、20f和20g、20h 也形成“X”的形狀?，F(xiàn)參考圖1，將對第一對換能器20a、20b進行更詳細的說明，應(yīng)理解，流量計10的每對換能器被類似地布置和設(shè)置。弦22在頂視圖中相對于中心線15成銳角Θ。弦22的長度為對應(yīng)的一對換能器20a、20b的面之間的距離。如圖1中示例性的一對換能器20a、 20b示出的，點沈、27限定分別由換能器20a、20b產(chǎn)生的聲信號進入和離開流過管段11的通路14的流體的位置(即，在管段11的通路14和端口 30a、30b的交叉處)。換能器20a、 20b的位置能由角度θ、由在換能器20a、20b之間測量的第一長度L、與點26、27之間的軸向距離對應(yīng)的第二長度X以及與管段11的內(nèi)徑對應(yīng)的第三長度“d”限定。在大多數(shù)情形， 距離d、X和L在流量計(例如，流量計10)的制造期間被精確地確定。而且，該對換能器 20a、20b通常分別布置在距點沈、27特定的距離處，而與流量計尺寸(S卩，管段尺寸)無關(guān)。 諸如天然氣這樣的流體以速度分布3沿方向2流動。速度矢量4-9示出穿過管段11的氣體速度朝中心線15增加。在許多情形，流過通路14的流體將包括少量液體。仍參考圖1所示的示例性的換能器對20a、20b，最初，下游換能器20a產(chǎn)生聲信號， 該聲信號穿過管段11中的流體傳播并隨后入射到上游換能器20b并由上游換能器20b檢測。短時間之后(例如，在幾毫秒內(nèi))，上游換能器20b產(chǎn)生返回聲信號，該返回聲信號穿過管段11中的流體往回傳播并隨后入射到下游換能器20a并由下游換能器20a檢測。因此，換能器20a、20b沿弦路徑22 “發(fā)和收”聲信號22a。在操作過程中，該順序可每分鐘進行成千上萬次。聲信號2 在換能器20a、20b之間的傳送時間部分地取決于聲信號2 相對于流體流是向上游行進還是向下游行進。聲信號向下游行進(即，以與流體流相同的方向)的傳送時間少于它向上游行進(即，逆著流體流)時的傳送時間。向上游和向下游的傳送時間能用于計算沿著信號路徑的平均速度和被測流體中的聲速。通常，超聲流量計能具有一個或多個聲信號路徑。例如，如圖2和3最佳顯示的， 在該實施方式中，超聲流量計10實際上包括分別在管段11內(nèi)的不同水平的四個弦路徑22、 23、24、25和相關(guān)的聲信號22a、23a、Ma、25a。每個弦路徑22、23、M、25對應(yīng)于交替地作為發(fā)射器和接收器的換能器對，類似于上述的第一換能器對20a、20b。而且，圖2示出了電子設(shè)備控制包或外殼80，其控制聲信號生成，并且獲得并處理來自四個弦路徑22、23、M、25 的數(shù)據(jù)。能在每個弦22、23、M、25處確定流體的流速以獲得弦流速，并且弦流速被組合以確定在整個管路內(nèi)的平均流速。從平均流速，能確定在管段中流動的流體的量以及由此確定管路內(nèi)流動的流體的量。如前所述，在許多應(yīng)用中，流過超聲流量計(例如，流量計10)的流體將包括少量液體。大多數(shù)常規(guī)超聲流量計安裝在特定的位置和方位以最小化液體積聚。具體地，大多數(shù)常規(guī)超聲流量計安裝成使得在每個換能器端口內(nèi)積聚的任何液體將在重力作用下自動地排放回到流量計中的貫穿通路內(nèi)。這一般需要定向流量計使得流量計的每個換能器端口為水平的、當其從管段的外部延伸到流量計的貫穿通路時向下傾斜、和/或定位在流量計的上半部上。結(jié)果，流量計可能沿著安裝的管路大大地受限制。然而，如下面更詳細說明的，此處描述的實施方式在易受到液體積聚和相關(guān)問題的一個或多個換能器端口上包括了排放端口。現(xiàn)參考圖4，示出了穿過換能器端口 30a和相關(guān)換能器20a沿圖1線4_4取得的管段11的示意性橫截面視圖。盡管圖4僅示出一個換能器端口(即，換能器端口 30a)和其相應(yīng)的換能器(例如，換能器20a)，但是其余的換能器端口 30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h 中的一個或多個可相同配置，取決于應(yīng)用和每個端口 30b、30C、30d、30e、30f、30g、30h內(nèi)預(yù)期的液體積聚。具體地，基于流量計10的安裝和換能器端口的定向，易受到液體積聚的每個端口優(yōu)選地被配置成與下面描述的端口 30a相同。如圖4所示，端口 30a與通路14流體相通并沿中心軸3 從通路14處的第一或敞開端30a-l和遠離通路14的第二或封閉端30a-2延伸。在該實施方式中，端口 30a由換能器殼體40a限定，而該換能器殼體40a沿中心軸4 從管段11在靠近通路14的第一端 40a-l和遠離通路14的第二端40a_2之間延伸。在該實施方式中，殼體40a的第一端40a_l 與管段11為整體。端口 30a限定穿過換能器殼體40a在端40a_l、40a_2之間同軸地(相對于軸25a、35a)延伸的中心孔洞或通路。換句話說，端口 30a的軸35a與端口 40a的軸4 一致。端蓋41a耦合到端40a_2并封閉端口 30a的第二端30a_2。仍參考圖4，換能器20a同軸地布置在換能器端口 30a和換能器殼體40a內(nèi)，且可移除地耦合到殼體40a。具體地，換能器20a沿中心軸2 在靠近管段11的通路14的第一端20a-l和遠離通路14的第二端20a-2之間延伸。上述的產(chǎn)生并接收沿弦22的聲信號 22a的壓電元件被布置在換能器20a內(nèi)，靠近第一端20a_l。纜線21a延伸穿過端蓋41a并在第二端20a_2處電耦合到換能器20a。纜線21a如上所述在換能器20a和電子器件包80 之間傳遞電信號和數(shù)據(jù)，而電子器件包80耦合到管段11外側(cè)。在該實施方式中，換能器20a利用匹配螺紋可釋放地固定到端口 30a內(nèi)的殼體 40a，換能器20a包括與殼體40a的內(nèi)螺紋40a_3相嚙合的外螺紋20a_3。換能器20a和殼體40a之間的螺紋嚙合使得換能器20a能在相對于軸25a、35a、4fe的期望的軸向位置定位在端口 30a內(nèi)，在相對于軸25a、35a、4fe的期望的軸向位置維持在端口 30a內(nèi)，以及根據(jù)期望為了維修和/或維護而從端口 30a內(nèi)移除。盡管在該實施方式中采用了匹配螺紋20a_3、 40a-3來將換能器20a可釋放地耦合到殼體40a，但是在其他實施方式中，換能器(例如，換能器20a)能通過任何合適的方式定位在殼體(例如，殼體40a)內(nèi)，上述方式包括但不限于，干涉配合、壓配合、螺栓、焊接連接或其組合。在流量計10的操作期間，流過通路14的流體(在圖1中用箭頭2表示)可包括少量液體。隨著時間推移，一部分液體可能積聚在端口 30a內(nèi)。如果端口 30a和軸3 為水平的，則隨著孔洞30a中的液體深度增加，液體將趨向于在重力作用下朝敞開端30a_l流動并進入流量計通路14內(nèi)。同樣，如果封閉端30a-2定位在敞開端30a-l上方或處在比敞開端30a_l高的高度(例如，軸35a向上傾斜從端30a_l移動到30a_2)，則積聚在孔洞31a 內(nèi)的任何液體將在重力作用下流動到敞開端30a-l并進入流量計通路14內(nèi)。但是，如果封閉端30a_2定位在敞開端30a_l下方或處在比敞開端30a_l低的高度(例如軸35a向下傾斜從端30a_l移動到30a_2)，則積聚在孔洞31a中的液體將不會在重力作用下流動到敞開端30a-l并進入通路14內(nèi)。如果在孔洞31a內(nèi)的液體積聚充分，則可能會不期望地干擾聲信號沿弦22在圖1所示的換能器20a、20b之間的傳遞。但是，在該實施方式中，設(shè)置了與換能器端口 30a流體相通的液體排放系統(tǒng)50以從其排放積聚的液體，從而減少了在孔洞30a 內(nèi)積聚的液體的量并降低了聲短路的可能性。仍參考圖4，在該實施方式中，液體排放系統(tǒng)50包括與換能器端口 30a流體相通的排放孔或端口 51以及從排放端口 51延伸的排放管52。排放端口 51為徑向地(相對于軸 25a.35a.45a)穿過換能器殼體40a延伸到換能器端口 30a的通孔。在換能器端口(例如端口 30a)延伸穿過管段(例如，管段11)并由管段限定的其他實施方式中，排放端口(例如，排放端口 51)可延伸穿過管段的一部分。排放端口 51優(yōu)選地定位并定向成使得換能器端口 30a內(nèi)的液體將在重力作用下自動地從換能器端口 30a排放到排放端口 51。換句話說，排放端口 51優(yōu)選地定位在液體在換能器端口 30a內(nèi)積聚的位置。這樣的位置將最終取決于流量計10和換能器端口 30a的位置和方位，但是通常處在換能器端口的相對靠下的部分(即，換能器端口的處于比換能器端口的敞開端低的高度的那些部分)。仍參考圖4，排放管52具有耦合到殼體40a并與排放端口 51流體相通的第一或入口端52a，以及與入口端5 相對的第二或出口端52b。端口 30a內(nèi)積聚的液體從換能器端口 30a穿過排放端口 51和入口端5 排放到管52內(nèi)，且穿過出口端52b離開管52。在該實施方式中，沿管52在端52a、52b之間定位了閥53。閥53控制穿過管52排放的液體的流動。具體地，當閥53處于打開位置時，排放的液體穿過排放端口 51、入口端52a、管52和閥 53自由地流到出口端52b。但是，當閥處于關(guān)閉位置時，排放的液體被限制和/或防止穿過閥53從入口端5 流動到出口端52b。在流量計10的正常操作期間，閥53優(yōu)選地維持在關(guān)閉位置。具體地，根據(jù)流量計 (例如，流量計10)的設(shè)計和/或排放目的地(例如，出口端52b的位置)，穿過排放管(例如，管52)的液體和/或氣體流可影響向及從相應(yīng)的換能器(例如，換能器20a)移動的聲信號，特別是如果流過流量計主體的一部分氣體流入換能器端口(例如，端口 30a)并穿過排放端口(例如，排放端口 51)，可能會導(dǎo)致流量測量誤差。但是，當電子器件包80檢測到換能器20a出故障時，閥53被轉(zhuǎn)換到打開位置以排放在換能器端口 30a內(nèi)積聚的可能引起換能器失效的任何液體。在換能器端口 30a排放之后，閥53被轉(zhuǎn)換回到關(guān)閉位置以允許精確的流量測量。如果在換能器端口 30a排放和閥53關(guān)閉之后沒有恢復(fù)精確的流量測量，則可能是換能器端口 30a內(nèi)的液體積聚沒有引起換能器故障。這樣，閥53可用作對出故障的換能器20a進行故障檢測的工具。通常，閥53可以是任何合適類型的閥，包括但不限于，手動閥、球閥、電子控制閥或其組合。在該實施方式中，致動器M使閥53在打開位置和關(guān)閉位置之間轉(zhuǎn)換。具體地， 致動器討為電子控制的螺線管，且因此，也可以被稱為螺線管討。閥53由螺線管討偏置到關(guān)閉位置，且當螺線管M接收電信號(例如，足夠的電流)時將閥53轉(zhuǎn)變到打開位置。 因而，當螺線管M不接收電信號時，或所接收的電信號不足以操作螺線管M時，閥53保持在關(guān)閉位置，限制和/或防止流體流在端52a、52b之間穿過管52。仍參考圖4，在該實施方式中，螺線管54，以及因此閥53，由電子器件包80進行電子控制，該電子器件包80經(jīng)電線55直接與螺線管M通信。具體地，電子器件包80的輸出 (例如，電壓和/或電流)直接致動螺線管54，從而使閥53在打開位置和關(guān)閉位置之間轉(zhuǎn)換。但是，如下面更詳細地描述的，在其他實施方式中，電子器件包(例如，電子器件包80) 可通過一個或多個額外的部件而間接控制螺線管(例如，螺線管M)。適合于控制螺線管 54的電子器件包的一個示例是可購于Daniel Measurement and Control的Mark III 超聲電子器件包。MarkIIITM超聲電子器件包具有多個數(shù)字輸出，能傳輸相對高的電壓( 5 伏特)或相對低的電壓( 0伏特)以控制螺線管M。用于超聲流量計的多個常規(guī)的電子器件包包括在流量計的操作期間經(jīng)合適的硬件和軟件連續(xù)地監(jiān)控換能器弦路徑和換能器信號有效性的能力。利用該能力，電子器件包80連續(xù)地監(jiān)控由換能器20a產(chǎn)生和接收的換能器信號22a，并基于換能器信號22a的有效性經(jīng)螺線管M使閥53在關(guān)閉位置和打開位置之間轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)參考圖5，示意性示出了基于換能器信號22a的有效性控制上述排放系統(tǒng)50的閥53的方法200的實施方式。在流量計10測量穿過通路14的流體的流率的操作期間，在塊210中，電子器件包80連續(xù)地檢測和分析換能器信號22a。此外，在塊212中，電子器件包80評估換能器信號22a的有效性。如果在塊215中電子器件包80認為信號22a的有效性令人滿意，則根據(jù)塊217，電子器件包80至螺線管M的輸出維持在零或相對較低的電壓 ( 0伏特)，從而使閥53維持在關(guān)閉位置。但是，當可能由于換能器端口 30a中的液體積聚而使得在塊215中電子器件包80不滿意信號22a的有效性時，則根據(jù)塊218，電子器件包80至螺線管M的輸出被切換到相對較高的電壓( 5伏特)，該電壓足以經(jīng)螺線管M 使閥53從關(guān)閉位置轉(zhuǎn)換到打開位置。當閥53在塊218中被打開之后，或在塊217中關(guān)閉或維持在關(guān)閉位置之后，過程重復(fù)。因而，只要由電子器件包80監(jiān)測的信號22a的有效性不令人滿意，則電子器件包80的輸出維持在相對較高的電壓，以便維持閥53處于打開位置并允許從端口 30a連續(xù)排放液體。但是，一旦由電子器件包80監(jiān)測的信號22a的有效性恢復(fù)到令人滿意，則電子器件包80至螺線管M的輸出被切換回到相對較低的電壓( 0伏特)，從而根據(jù)塊217使閥53返回到關(guān)閉位置。如前所述，管52的出口端52b可被定位在適合于從端口 30a排放排出的液體的任何位置。例如，在圖6中，每個排放管52的出口端52b耦合到管段11并在其相應(yīng)的換能器端口 30a、30d下游與流量計通路14流體相通。在圖5所示的實施方式中，出口端52b被定位成平衡由穿過通路14的流體流引起的文丘里效應(yīng)，從而相對于入口端5 在出口端52b 處產(chǎn)生較低的壓力，該較低的壓力將排出的液體拉過管52到達出口端52b和通路14?？蛇x地，如圖7所示，出口端52b可被耦合到合適的液體儲存罐或容器60并與其流體相通。儲存容器60內(nèi)的內(nèi)部壓力優(yōu)選地等于或低于換能器端口 30a中的壓力。如果容器60的內(nèi)部壓力小于換能器端口 30a中的壓力，則壓力差將排出的液體從換能器端口 30a拉過排放管 52到達容器60。但是，如果容器60的內(nèi)部壓力與換能器端口 30a內(nèi)的壓力相同或接近，則容器60優(yōu)選地定位在比換能器端口 30a低的高度，使得排出的液體將僅在重力作用下從換能器端口 30穿過管52流動到儲存容器60內(nèi)?，F(xiàn)參考圖8，示出了從流量計10的換能器端口 30a排出積聚的液體的液體排放系統(tǒng)150的實施方式。液體排放系統(tǒng)150與上面描述的液體排放系統(tǒng)50類似。S卩，系統(tǒng)150 包括排放端口 51、管52、閥53和閥控制螺線管M，每一個都如上所述。管52的出口端52b 可在端口 30a的下游耦合到管段11 (如圖6所示)或耦合到儲存容器(例如，容器60)(如圖7所示)。但是，在該實施方式中，螺線管M，且因此閥53間接地由電子器件包80控制。 具體地，在該實施方式中，在電子器件包80和螺線管M之間定位了繼電器開關(guān)56，且外部電源57耦合到繼電器開關(guān)56。具體地，第一電線5 將電子器件包80電耦合到繼電器開關(guān)56，第二電線5 將電源57電耦合到繼電器開關(guān)56，而第三電線55c將繼電器開關(guān)56電耦合到螺線管M。也就是說，電子器件包80與繼電器開關(guān)56的一個輸入端通信，電源57 對繼電器開關(guān)56的第二輸入端提供電功率，而繼電器開關(guān)56具有與螺線管M通信的輸出端。電子器件包80控制繼電器開關(guān)56是打開還是關(guān)閉。當繼電器開關(guān)56關(guān)閉時，來自電源57的電功率穿過繼電器開關(guān)56到達螺線管54，且當繼電器開關(guān)56打開時，阻止來自電CN 102235895 A
源57的電功率穿過繼電器開關(guān)56到達螺線管M。電子器件包80控制繼電器開關(guān)56，當電子器件包80對繼電器開關(guān)56輸出相對較低的電壓時，繼電器開關(guān)56保持打開且阻止由電源57提供的電信號穿過繼電器開關(guān)56到達螺線管55。然而，當電子器件包80對繼電器開關(guān)56輸出相對較高的電壓時，繼電器開關(guān) 56關(guān)閉且允許由電源57提供的電信號穿過繼電器開關(guān)56到達螺線管55，從而致動螺線管 54并使閥53從關(guān)閉位置轉(zhuǎn)變到打開位置。排放系統(tǒng)150以類似于前面描述的排放系統(tǒng)50的方式操作。具體地，電子器件包 80連續(xù)地監(jiān)測并分析換能器信號22a。此外，電子器件包80評估信號22a的有效性。當信號22a的有效性令人滿意時，電子器件包80對繼電器開關(guān)56輸出相對較低的電壓，從而維持繼電器開關(guān)56處于打開位置并將閥53維持在關(guān)閉位置。然而，當信號22a的有效性不能令人滿意時，電子器件包80對繼電器開關(guān)56輸出相對較高的電壓，從而關(guān)閉繼電器開關(guān) 56，允許來自電源57的電信號流到螺線管M，且使閥53轉(zhuǎn)換到打開位置。一旦信號2 的有效性恢復(fù)到令人滿意，則電子器件包80恢復(fù)到相對較低的電壓輸出，從而使繼電器開關(guān) 56轉(zhuǎn)變回到打開位置并阻止來自電源57的電信號流到螺線管54，并使閥53轉(zhuǎn)變回到關(guān)閉位置。當螺線管需要的電壓或電流超過超聲流量計電子器件包(例如，電子器件包80)能提供的電壓或電流時，此處公開的包括外部電源(例如，外部電源57)以致動閥螺線管(例如，螺線管的實施方式是特別優(yōu)選的?，F(xiàn)參考圖4和8，從換能器端口 30a排放液體所需的時間量優(yōu)選地保持盡可能短， 使得閥53不過長時間地處于打開位置。為了方便閥53維持在打開位置的期望的時間間隔， 圖4的電子器件包80的輸出優(yōu)選地由螺線管閥計時器來調(diào)節(jié)，且圖8的繼電器開關(guān)56的輸出優(yōu)選地由螺線管閥計時器調(diào)節(jié)。螺線管閥計時器可與螺線管M為整體或者是定位在圖4的電子器件包80和螺線管M之間以及定位在圖8的繼電器開關(guān)56和螺線管M之間的獨立的部件。螺線管閥計時器包括在預(yù)設(shè)或預(yù)定的時間段(例如，60s)之后自動地觸發(fā)螺旋管M來關(guān)閉閥53的脈沖特征。具體地，螺線管閥計時器(a)當螺線管M由相對較高的電壓輸出(來自圖4的電子器件包80或圖8的繼電器開關(guān)56)激勵時，允許螺線管M 將閥53轉(zhuǎn)變到打開位置；(b)維持螺線管閥53處于打開位置預(yù)定的時間段；以及(c)在預(yù)定的時間段之后自動地觸發(fā)螺線管M以使閥53轉(zhuǎn)變回到關(guān)閉位置，而與電子器件包80的輸出無關(guān)。螺線管閥計時器優(yōu)選地不允許螺線管M使閥53轉(zhuǎn)變回到打開位置，直到其被復(fù)位(即，圖4的電子器件包80的輸出或圖8的繼電器開關(guān)56的輸出恢復(fù)到相對較低的電壓)，且隨后由相對較高的電壓再激勵。合適的螺線管閥計時器的一個示例是可購于康涅狄格州斯坦福德市Omega Engineering, Inc.的SVT-1078A計時器。以上述方式，此處描述的液體排放系統(tǒng)的實施方式(例如系統(tǒng)50、系統(tǒng)150等)可被配置成由電子器件包80自動控制，其中(a)電子器件包80直接控制螺線管M，且因此控制閥53，如圖4所示，或者(b)經(jīng)繼電器開關(guān)56間接控制螺線管M和閥53，如圖8所示。 電子器件包80優(yōu)選地配置成僅當檢測到問題(例如，無效的聲信號22a，等)時將螺線管 53轉(zhuǎn)變到打開位置。液體排放系統(tǒng)的這樣的自動控制不需要手動操作閥53。盡管圖4所示的液體排放系統(tǒng)50和圖5所示的排放系統(tǒng)150各自被示出為耦合到示例性的換能器端口 30a，但是任一或多個換能器端口(例如，端口 30a、30b、30c、30d等) 可具有其自身的排放系統(tǒng)或與常用的排放系統(tǒng)結(jié)合成整體。但是，至少，對每個換能器端口優(yōu)選地設(shè)置了用于排放積聚的液體的液體排放系統(tǒng)(例如，系統(tǒng)50或系統(tǒng)150)，其不會在重力作用下自動地排放回到管段的貫穿通路(例如，管段11的通路14)內(nèi)。因而，水平的或向下朝管段的貫穿通路移動傾斜的換能器端口不需要包括用于排放積聚的液體的系統(tǒng)。 對于應(yīng)包括用于排放積聚的液體的系統(tǒng)的那些換能器端口的識別將取決于流量計的位置和方位，且可根據(jù)應(yīng)用而改變。在具有兩個或多個需要周期性排放積聚的液體的換能器端口的流量計中，每個待排放的換能器端口優(yōu)選地與排放端口(例如，排放端口 51)和從排放端口延伸的液體排放管(例如，排放管52)流體相通。從換能器端口延伸的排放管可延伸到共同的目的地或不同的目的地。而且，各個排放管可并入單個下游出口線路或在至目的地的路線上保持分離。 此外，能對每個排放端口設(shè)置單個閥(例如，閥5 ，或可選地，能對多個排放端口設(shè)置單個閥。在對每個排放端口設(shè)置閥的實施方式中，每個閥優(yōu)選地由電子器件包(例如，電子器件包80)直接控制(如圖4所示)或由電子器件包間接控制(如圖5所示)。如果多個閥由電子器件包間接地控制，則每個閥優(yōu)選地包括其自身專用的閥計時器和繼電器開關(guān)(例如，繼電器開關(guān)56)。另一方面，在為多于一個排放系統(tǒng)設(shè)置單個閥(例如，閥53)的實施方式中，每個排放管優(yōu)選地并入包括閥的單個管中。如果這樣的單個閥由電子器件包間接控制，則只需要設(shè)置一個閥計時器和一個繼電器開關(guān)。在包括多于一個具有排放端口的換能器端口的實施方式中，換能器端口的排放優(yōu)選地被獨立地控制。例如，電子器件包(例如，電子器件包80)可被配置成(a)分別連續(xù)地監(jiān)測、分析和評估每個弦路徑(例如，每個路徑22、23、對、2幻和每個相關(guān)的聲信號(例如， 每個信號22a、23a、Ma、25a)，以及(b)識別信號失效(例如，信號有效性問題)及相關(guān)的換能器端口，以及(c)獨立地控制這樣的換能器端口的排放。一旦檢測到換能器信號失效，電子器件包就開始排放僅與失效的換能器相關(guān)的那些換能器端口。為了這樣獨立監(jiān)測和排放多個換能器端口，電子器件包優(yōu)選地包括多個輸出(每個排放端口一個)，且對每個排放端口優(yōu)選地設(shè)置一個閥。此外，為了獨立和間接控制閥，對每個閥優(yōu)選地提供一個閥計時器和繼電器開關(guān)。盡管示出并說明了某些實施方式，但是在不偏離本文的范圍或教導(dǎo)下本領(lǐng)域技術(shù)人員可對本文做出修改。此處說明的實施方式僅是示例性的，且不是限制性的。本文描述的系統(tǒng)、裝置和過程的許多改變和修改是可能的且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，各種部件的相關(guān)尺寸、制造各種部件的材料及其他參數(shù)能被改變。因此，保護范圍不由本文描述的實施方式限制，而是僅由所附權(quán)利要求限制，其范圍包括權(quán)利要求主題的所有等價形式。
權(quán)利要求
1.一種用于測量穿過管路的流體的流量的超聲流量計，包括管段，其包括通孔和換能器端口，其中所述換能器端口沿中心軸從所述通孔處的敞開端延伸到遠離所述通孔的封閉端；聲換能器，其布置在所述換能器端口內(nèi)，其中所述換能器包括壓電元件；排放端口，其與所述換能器端口流體相通，其中所述排放端口在軸向上設(shè)置在所述換能器端口的所述敞開端和所述封閉端之間；以及排放管，其具有耦合到所述排放端口的入口端和與所述入口端相對的出口端；其中所述排放端口將來自所述換能器端口的液體排放到所述排放管的所述入口端。
2.如權(quán)利要求1所述的流量計，其中所述排放管包括閥，其中所述閥具有允許液體流過所述閥和所述排放管的打開位置以及限制液體穿過所述閥和所述排放管的關(guān)閉位置。
3.如權(quán)利要求2所述的流量計，還包括致動器，所述致動器在所述打開位置和所述關(guān)閉位置之間致動所述閥。
4.如權(quán)利要求3所述的流量計，其中所述致動器為螺線管。
5.如權(quán)利要求3所述的流量計，還包括耦合到所述致動器的電子器件包，其中所述電子器件包控制所述致動器以使所述閥在所述打開位置和所述關(guān)閉位置之間轉(zhuǎn)變。
6.如權(quán)利要求3所述的流量計，其中所述致動器使所述閥朝所述關(guān)閉位置偏置。
7.如權(quán)利要求3所述的流量計，還包括繼電器開關(guān)和電源；其中所述繼電器開關(guān)具有耦合到所述電子器件包的第一輸入端、耦合到所述電源的第二輸入端和耦合到所述致動器的輸出端；其中所述繼電器開關(guān)具有允許來自所述電源的電功率穿過所述繼電器開關(guān)到達所述致動器的關(guān)閉位置以及防止來自所述電源的電功率穿過所述繼電器開關(guān)到達所述致動器的打開位置；其中所述電子器件包使所述繼電器開關(guān)在所述打開位置和所述關(guān)閉位置之間轉(zhuǎn)變。
8.如權(quán)利要求2所述的流量計，其中所述排放管的所述出口端耦合到所述管段并與所述管段的所述通孔流體相通。
9.如權(quán)利要求2所述的流量計，還包括耦合到所述排放管的所述出口端的液體儲存容器，其中所述排放管使來自所述換能器端口的液體穿過所述排放端口流到所述液體儲存容
10.一種從超聲流量計的換能器端口排放積聚的液體的方法，所述方法包括(a)使流體流過流量計的通孔，其中所述換能器端口從所述通孔延伸并與所述通孔流體相通；(b)使穿過所述流量計的通孔的聲信號與布置在所述換能器端口中的換能器通信；(c)在(a)期間，使液體積聚在所述換能器端口中；(d)在(c)之后，通過與所述換能器端口流體相通的排放端口排放所述換能器端口中積聚的液體；(e)在(d)期間使液體從所述排放端口流入排放管；(f)將所述排放管中的閥偏置到限制液體流過所述閥的關(guān)閉位置；以及(g)在(c)之后將所述閥轉(zhuǎn)變到打開位置以允許液體流過所述閥。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括(h)在(g)之后，使所述閥轉(zhuǎn)變回到所述關(guān)閉位置。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中耦合到所述閥的致動器在(f)中將所述閥偏置到所述關(guān)閉位置且在(g)和(h)中使所述閥在所述打開位置和所述關(guān)閉位置之間轉(zhuǎn)變。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括 利用電子器件包監(jiān)測聲信號；利用所述電子器件包確定聲信號的有效性；當聲信號被確定為有效時，利用所述電子器件包維持所述閥處于所述關(guān)閉位置； 當聲信號被確定為無效時，利用所述電子器件包在(g)中使所述閥轉(zhuǎn)變到所述打開位置。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括當聲信號被確定為有效時，利用所述電子器件包在(h)中使所述閥轉(zhuǎn)變回到所述關(guān)閉位置。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括利用所述電子器件包關(guān)閉繼電器開關(guān)以在(g)中將所述閥轉(zhuǎn)變到所述打開位置； 利用所述電子器件包打開所述繼電器開關(guān)以在(h)中將所述閥轉(zhuǎn)變到所述關(guān)閉位置。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括在預(yù)定的時間段之后，在(h)中將所述閥轉(zhuǎn)變到所述關(guān)閉位置。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括使液體穿過所述排放管流到所述流量計的所述通孔內(nèi)，或者使液體穿過所述排放管流到液體儲存容器中。
18.一種識別超聲流量計中出故障的聲換能器的方法，所述方法包括(a)使流體流過所述流量計的通孔；(b)利用聲換能器發(fā)送聲信號穿過所述流量計的通孔，所述聲換能器布置在從所述流量計的通孔延伸的換能器端口中；(c)利用所述聲換能器接收穿過所述流量計的所述通孔的聲信號；(d)提供與所述換能器端口流體相通的排放端口，其中耦合到所述排放端口的排放管包括閥；(e)利用耦合到所述換能器的電子器件包連續(xù)地監(jiān)測聲信號；(f)在(e)期間利用所述電子器件包確定聲信號的有效性；(g)當在(f)中確定聲信號為有效時，利用所述電子器件包維持所述閥處于關(guān)閉位置；以及(h)當在(f)中確定聲信號為無效時，利用所述電子器件包在(g)使所述閥轉(zhuǎn)變到打開位置。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括(i)在(h)之后使所述閥轉(zhuǎn)變回到關(guān)閉位置；(j)在(i)之后利用所述電子器件包確定聲信號的有效性。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中(i)包括在預(yù)定的時間段之后使所述閥轉(zhuǎn)變回到關(guān)閉位置。
全文摘要
具有液體排放系統(tǒng)的超聲流量計，用于測量穿過管路的流體的流量，該超聲流量計包括管段，該管段包括通孔和換能器端口。換能器端口沿中心軸從通孔處的敞開端延伸到遠離通孔的封閉端。此外，流量計包括布置在換能器端口中的聲換能器。換能器包括壓電元件。而且，流量計包括與換能器端口流體相通的排放端口。排放端口在軸向上布置在換能器端口的敞開端和封閉端之間。另外，流量計包括排放管，其具有耦合到排放端口的入口端和與入口端相對的出口端。排放端口被配置成使來自換能器端口的液體排放到排放管的入口端。
文檔編號G01F1/66GK102235895SQ20111008014
公開日2011年11月9日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者查爾斯·R·艾倫 申請人:丹尼爾度量和控制公司