專利名稱：低溫校準(zhǔn)儀和方法
低溫校準(zhǔn)儀和方法相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考本申請(qǐng)要求2011 年 10 月 14 日提交的題為“Low Temperature Proverand Method(低溫校準(zhǔn)儀和方法)”序列號(hào)為61/547，547的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。關(guān)于聯(lián)邦政府發(fā)起的研究或開發(fā)的聲明無
背景技術(shù)：
在從地下開采出碳?xì)浠衔镏?，?jīng)由管線將流體流(如原油或天然氣)從一個(gè)地方運(yùn)輸?shù)搅硪粋€(gè)地方。期望精確地知道流體流中流動(dòng)的流體的量，尤其需要精確地知道流體何時(shí)轉(zhuǎn)手或“密閉輸送”。在流體財(cái)政輸送測量站或平臺(tái)處進(jìn)行密閉輸送，流體財(cái)政輸送測量站或平臺(tái)可以包括關(guān)鍵輸送部件，如測量裝置或流量計(jì)、校準(zhǔn)裝置、相關(guān)聯(lián)的管道和閥以及電控制器。流過整個(gè)傳送管線系統(tǒng)的流體流的測量開始于流量計(jì)，流量計(jì)可以包括渦輪流量計(jì)、正排流量計(jì)(positive displacement meter)、超聲流量計(jì)、科里奧利流量計(jì)或旋渦流量計(jì)。流體流的流動(dòng)特征可能在產(chǎn)品傳送期間有所變化，這可能影響對(duì)所傳送的產(chǎn)品的精確測量。典型地，通過操作員的介入來確認(rèn)壓力、溫度和流速的變化。這些變化被表示為流動(dòng)特征的改變，并且通常由操作員經(jīng)由這些變化的影響和對(duì)測量裝置的影響來驗(yàn)證。通常，通過用校準(zhǔn)裝置或校準(zhǔn)儀對(duì)流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)來實(shí)施該驗(yàn)證。與平臺(tái)上的測量裝置鄰近的并與測量裝置流體連通的校準(zhǔn)后的校準(zhǔn)儀被采樣，并且采樣后的體積與測量裝置的吞吐體積進(jìn)行比較。如果在所比較的體積之間在統(tǒng)計(jì)上有重大差異，則測量裝置的吞吐體積被調(diào)整以反映校準(zhǔn)儀所識(shí)別的實(shí)際流動(dòng)體積。校準(zhǔn)儀具有精確已知的體積，該體積被校準(zhǔn)為已知的接受的精確標(biāo)準(zhǔn)，如美國石油學(xué)會(huì)(API)或國際性接受的ISO標(biāo)準(zhǔn)所描述的那些精確標(biāo)準(zhǔn)。校準(zhǔn)儀的精確已知體積可以被定義為兩個(gè)檢測器開關(guān)之間的產(chǎn)品體積，該體積被置換器(displacer)的經(jīng)過所置換，置換器如彈性球體或活塞。被校準(zhǔn)儀置換的已知體積與流量計(jì)的吞吐體積相比較。如果該比較產(chǎn)生零的體積差異或可接受的變化，則流量計(jì)被說成在允許容差的限制內(nèi)是精確的。如果體積差異超過所允許的限制，則提供證據(jù)來表明該流量計(jì)可能不精確。然后，流量計(jì)吞吐體積可以被調(diào)整以反映校準(zhǔn)儀所識(shí)別的實(shí)際流動(dòng)體積。可以用流量計(jì)校正因數(shù)來進(jìn)行該調(diào)整。一種類型的流量計(jì)是脈沖輸出式流量計(jì)，其可以包括渦輪流量計(jì)、正排流量計(jì)、超聲流量計(jì)、科里奧利流量計(jì)或旋渦流量計(jì)。通過示例的方式，圖1示出了用于對(duì)流量計(jì)12如渦輪流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)的系統(tǒng)10。渦輪流量計(jì)，基于流體流11內(nèi)的渦輪狀結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)來產(chǎn)生電脈沖15，其中每個(gè)脈沖與一定體積成比例，脈沖的速率與體積流速成比例。流量計(jì)12的體積可以通過使置換器在校準(zhǔn)儀20中流動(dòng)而與校準(zhǔn)儀20的體積相關(guān)。一般而言，首先強(qiáng)制性地使置換器經(jīng)過校準(zhǔn)儀20中的上游檢測器16然后經(jīng)過校準(zhǔn)儀20中的下游檢測器18。檢測器16和18之間的體積是校準(zhǔn)的校準(zhǔn)儀體積。流動(dòng)的置換器首先開動(dòng)或啟動(dòng)檢測器16，使得向處理器或計(jì)算機(jī)26表明開始時(shí)刻t16。然后，處理器26經(jīng)由信號(hào)線14收集來自流量計(jì)12的脈沖15。流動(dòng)的置換器最終啟動(dòng)檢測器18以表明停止時(shí)刻t18，并從而表明針對(duì)置換器的單次經(jīng)過而收集到的脈沖15的系列17。渦輪流量計(jì)12在置換器在雙向上單次經(jīng)過校準(zhǔn)的校準(zhǔn)儀體積期間所產(chǎn)生的脈沖15的數(shù)量17表示流量計(jì)在時(shí)刻t16至?xí)r刻t18期間測量到的體積。需要置換器多次經(jīng)過來達(dá)到校準(zhǔn)儀體積。通過比較校準(zhǔn)儀體積與流量計(jì)測得的體積，可以按照校準(zhǔn)儀的限定來校正流量計(jì)的體積吞吐量。圖2示出了用于利用轉(zhuǎn)接時(shí)間技術(shù)來對(duì)超聲流量計(jì)52進(jìn)行校準(zhǔn)的另一系統(tǒng)50。系統(tǒng)50還包括校準(zhǔn)儀20和處理器26。通過超聲意味著在流體流51兩端來回發(fā)送超聲信號(hào)，并且可以基于超聲信號(hào)的各種特征來計(jì)算流體流量。超聲流量計(jì)成批地產(chǎn)生流速數(shù)據(jù)，其中每批包括在流體兩端來回發(fā)送的許多組超聲信號(hào)，并因此每批持續(xù)一段時(shí)間(例如，I秒)。流量計(jì)所確定的流速對(duì)應(yīng)于批次時(shí)段的平均流速，而非特定時(shí)間點(diǎn)的流速。在校準(zhǔn)儀20的特定實(shí)施例中，并且參照?qǐng)D3，示出了活塞或微型校準(zhǔn)儀100?；钊?02被往返活動(dòng)地放置在流量管104中。管道120將流106從主管線傳送到流量管104的入口 122。流體流108強(qiáng)制活塞102通過流量管104，并且流108最終通過出口 124離開流量管104。流量管104和活塞102還可以連接到其他部件，如彈性壓力通風(fēng)系統(tǒng)116，其可以具有用于活塞102的提升閥的偏動(dòng)彈簧。腔118還可以連接到流量管104和具有光學(xué)開關(guān)的活塞102，光學(xué)開關(guān)用于檢測活塞在流量管104中的位置。液壓泵和電機(jī)110還被示出為耦合到流量管線120和壓力通風(fēng)系統(tǒng)116。液壓儲(chǔ)油器112、控制閥114和液壓管線116也被示出為耦合到壓力通風(fēng)系統(tǒng)116。如以下將示出的那樣，可以根據(jù)本文教導(dǎo)的原理來調(diào)節(jié)活塞102。在一些應(yīng)用中，管線(主管線和測量站中的那些管線)中流動(dòng)的流體被維持在低溫。本文所使用的低溫例如通常小于約-50° F，或者小于約-60° F，或者小于約-220° F，或者小于約-250° F。這些低溫還可以被稱作超低溫或冷凍溫度。維持在低溫的流體的例子包括液化天然氣(liquid natualgas, LNG)、液化石油氣(liquefied petroleum gas,LPG)和液氮。所測量的流體的低溫導(dǎo)致各種問題，如校準(zhǔn)儀的感測裝置的不適應(yīng)、部件(如密封圈)的磨損、以及用于低溫流體的流量管的內(nèi)表面的潤滑減小，這往往易于失去潤滑。碳鋼也對(duì)在管線中流動(dòng)的低溫產(chǎn)品有不良反應(yīng)。為了解決這些問題，通過間接校準(zhǔn)方法來校準(zhǔn)在超低溫下工作的流量計(jì)。一般而言，通過利用并非額定用于超低溫業(yè)務(wù)的校準(zhǔn)儀來校準(zhǔn)適合于超低溫業(yè)務(wù)的流量計(jì)來完成間接校準(zhǔn)。首先，流體(通常是水)流過校準(zhǔn)流量計(jì)，并且以正常方式對(duì)校準(zhǔn)流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)以建立用于該校準(zhǔn)流量計(jì)的流量計(jì)因數(shù)。然后對(duì)實(shí)際流動(dòng)的低溫產(chǎn)品使用該校準(zhǔn)流量計(jì)，以獲得測量該低溫產(chǎn)品的流量計(jì)的流量計(jì)因數(shù)。結(jié)果，利用與通過該流量計(jì)傳送的實(shí)際產(chǎn)品不同(至少密度不同)的產(chǎn)品對(duì)該校準(zhǔn)流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，導(dǎo)致要校準(zhǔn)的實(shí)際產(chǎn)品流量計(jì)的結(jié)果不準(zhǔn)確。因此，需要一種適于超低溫的校準(zhǔn)儀，至少需要提高校準(zhǔn)儀的耐用性并提供對(duì)超低溫產(chǎn)品的直接校準(zhǔn)。


將參照附圖來詳細(xì)描述示例性實(shí)施例，在附圖中
圖1是用于對(duì)流量計(jì)如渦輪流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)的系統(tǒng)的示意圖；圖2是用于對(duì)流量計(jì)如超聲流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)的另一系統(tǒng)的示意圖；圖3是雙向活塞型校準(zhǔn)儀的示意圖；圖4是根據(jù)本文的教導(dǎo)的活塞的透視圖；圖5是圖4的活塞的側(cè)視圖；圖6是圖4和圖5的活塞的截面圖；圖7是根據(jù)本文的教導(dǎo)的校準(zhǔn)儀流量管中的活塞的示意圖；圖8是圖7的活塞和校準(zhǔn)儀的替代性實(shí)施例的示意圖；圖9-15是包括根據(jù)本文公開的原理的活塞發(fā)射保持系統(tǒng)的實(shí)施例的替代性雙向活塞型校準(zhǔn)儀的示意圖；以及圖16是包括根據(jù)本文公開的原理的密封圈泄露檢測系統(tǒng)的實(shí)施例的替代性雙向活塞型校準(zhǔn)儀的示意圖。
具體實(shí)施例方式在以下的附圖和描述中，在說明書和附圖中通常用相同的參考標(biāo)號(hào)來表示相同部件。附圖不一定是按照比例繪制的。本發(fā)明的特定特征可以在比例上被放大地示出或者有些示意性地示出，并且為了清楚和簡明，可能未示出傳統(tǒng)元件的一些細(xì)節(jié)。本公開文件允許實(shí)施例的不同形式。盡管在附圖中示出和詳細(xì)描述了特定實(shí)施例，但是應(yīng)理解到本公開文件應(yīng)被認(rèn)為是所公開的原理的示例，而不旨在將本公開文件限制到本文示出和描述的內(nèi)容。要充分認(rèn)識(shí)到，以下討論的實(shí)施例的不同教導(dǎo)可以被單獨(dú)采用或者以任何適當(dāng)?shù)慕M合被采用以產(chǎn)生期望的結(jié)果。除非另外指明，否則在以下討論和權(quán)利要求書中，以開放式結(jié)尾的方式來使用術(shù)語“包括”和“包含”，因此，應(yīng)當(dāng)被解釋為“包括，但不限于”。術(shù)語“連接”、“接合”、“耦合”、“附接”或任何其他描述元件之間的交互的術(shù)語的任何形式的使用不意味著將這種交互限制為元件之間的直接交互，而還可以包括所描述的元件之間的間接交互。術(shù)語“流體”可以指代液體或氣體，而不僅僅涉及任何特定類型如碳?xì)浠衔锏牧黧w。術(shù)語“管道”、“導(dǎo)管”、“管線”等指代任何流體傳送裝置。在閱讀了實(shí)施例的以下詳細(xì)描述并參照附圖之后，上述的各種特性以及以下更詳細(xì)描述的其他特征和特性對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是很明顯的。本文描述的實(shí)施例包括適合用于低溫流體的校準(zhǔn)儀，如活塞型管道校準(zhǔn)儀。這種校準(zhǔn)儀可以被稱作低溫校準(zhǔn)儀。具體而言，該校準(zhǔn)儀用于小于-50° F的低溫的流體。更具體而言，該校準(zhǔn)儀用于小于-200° F的低溫的流體。本文提出的各種部件組合和原理提供了對(duì)低溫液體的直接校準(zhǔn)的低溫校準(zhǔn)儀或方法。例如，該校準(zhǔn)儀中的感測裝置被改進(jìn)用于低溫，如通過調(diào)整材料成份或替換傳感器來進(jìn)行改進(jìn)。在一些實(shí)施例中，對(duì)流量管的內(nèi)表面的表面拋光進(jìn)行改進(jìn)以潤滑非平滑(non - lubrous) LNG和LPG產(chǎn)品。在其他實(shí)施例中，設(shè)置活塞轉(zhuǎn)子(piston rotator)以防止活塞密封圈的劣化。首先參照?qǐng)D3，校準(zhǔn)儀100可以替代性地包括檢測元件或靶環(huán)(targetring) 130，靶環(huán)130在沿著活塞102的軸長的各個(gè)位置處可任意使用。流量管104包括傳感器128，也在沿著流量管104的軸長的各個(gè)位置處可任意使用，以檢測靶環(huán)130的經(jīng)過。靶環(huán)130是用于進(jìn)入和退出校準(zhǔn)儀100的流量管104的校準(zhǔn)測量部分的啟動(dòng)激勵(lì)器。在超低溫下，傳感器128和靶環(huán)130之間的正確通信受到檢測器128或靶環(huán)130的材料在超低溫下的不適應(yīng)性的不良影響?，F(xiàn)在參照?qǐng)D4，圖4示出了校準(zhǔn)儀202的實(shí)施例?；钊?02可以用于各種校準(zhǔn)儀，如校準(zhǔn)儀100?；钊?02尤其適合于雙向校準(zhǔn)儀?；钊?02包括帶有兩個(gè)端部206、208的主體230。主體230的中間部分包括與其耦合的環(huán)210?；钊黧w230的內(nèi)部部分包括內(nèi)表面212，板214在內(nèi)表面之間延伸，通常垂直于活塞202的縱軸。第一組葉片216從板214起延伸。葉片216 —般垂直于板214延伸，但是與板214呈一個(gè)角度，以使得葉片可以容納作用到板214上的流體并對(duì)施加到板214的力重定向。葉片相對(duì)于板214的角度是可變的。在一些實(shí)施例中，第二組葉片類似地放置在板214的相反側(cè)以按照雙向的方式起相同的作用。簡要地參照?qǐng)D5，所示出的活塞202的側(cè)視圖示出了主體230具有端部206、208和環(huán) 210。在一些實(shí)施例中，環(huán)210是與活塞202相關(guān)聯(lián)的靶環(huán)。在一些實(shí)施例中，環(huán)210包括帶有磁性的材料。在特定實(shí)施例中，環(huán)210包括無碳的材料。在示例性實(shí)施例中，環(huán)210包括高導(dǎo)磁合金(high mu(ii )metal)o在示例性實(shí)施例中，環(huán)210包括HYMU或HYMU 80金屬成份。在示例性示例中，環(huán)210包括鎳、鐵、銅和/或鑰的各種組合。靶環(huán)210到活塞202的附接被設(shè)計(jì)為允許靶環(huán)210的膨脹和收縮，以使得其可以膨脹和收縮而同時(shí)保持不超過萬分之一的重復(fù)性的恒定物理關(guān)系。參照?qǐng)D7，包含活塞202的流量管204可以包括其上安裝的磁性拾波線圈232?；钊?02被可移動(dòng)地且往返活動(dòng)地放置在流量管204的流動(dòng)通道224中，這樣活塞202能夠以雙向的方式經(jīng)過磁性拾波線圈232。在靶環(huán)210經(jīng)過拾波線圈232時(shí)，環(huán)和線圈經(jīng)由磁阻原理進(jìn)行通信。靶環(huán)210提供磁力通量，該磁力通量被拾波線圈232接收。靶環(huán)210以預(yù)定的接近程度(稱作氣隙)經(jīng)過，導(dǎo)致拾波線圈232的現(xiàn)有磁場偏轉(zhuǎn)。所得到的磁路的磁阻的改變產(chǎn)生電壓脈沖，隨后電壓脈沖被傳送給預(yù)放大器。預(yù)放大器使信號(hào)增強(qiáng)，該信號(hào)被用于觸發(fā)校準(zhǔn)儀計(jì)算機(jī)，如本文描述的那些計(jì)算機(jī)，以從正被校準(zhǔn)的流量計(jì)中收集流量計(jì)脈沖。在另一實(shí)施例中，并參照?qǐng)D8，包括一對(duì)超聲收發(fā)器328、330的感測組件被安裝在活塞或微型校準(zhǔn)儀的流量管304上。收發(fā)器328、330還可以被稱作超聲速收發(fā)器。活塞組件302可在流量管304的流量通道324中雙向活動(dòng)。收發(fā)器328、330經(jīng)由直線聲學(xué)信號(hào)332進(jìn)行通信。當(dāng)活塞302的前沿(不管是端部306還是端部308)與收發(fā)器328、330對(duì)準(zhǔn)時(shí)，信號(hào)332被中斷。信號(hào)332的中斷觸發(fā)校準(zhǔn)儀計(jì)算機(jī)，導(dǎo)致校準(zhǔn)儀和校準(zhǔn)儀計(jì)算機(jī)的其余部分以正常方式進(jìn)行的操作并與本文的教導(dǎo)一致。在其他實(shí)施例中，收發(fā)器328、330包括電感式直線位移傳感器，或適合于發(fā)射其他可中斷的信號(hào)332 (如激光束、LED束、雷達(dá)束)。仍參照?qǐng)D7和8，流量通道224和324分別包括內(nèi)表面226、326。通常，校準(zhǔn)儀流量管或筒包括通過可應(yīng)用的材料規(guī)格限定的管道材料。校準(zhǔn)儀筒的內(nèi)部拋光，如表面226、326的拋光，通常用傳統(tǒng)的噴涂技術(shù)來涂覆浸環(huán)氧樹脂石墨。由于要被校準(zhǔn)的特定碳?xì)浠衔锂a(chǎn)品(如丁烷、丙烷和LPG)的非潤滑性，經(jīng)拋光的內(nèi)表面的涂層有助于置換器活塞平滑地移動(dòng)通過校準(zhǔn)儀筒。這是一致精確地進(jìn)行校準(zhǔn)所需要的。然而，這些涂層不適合于本文限定的低溫。因此，圖7和圖8的實(shí)施例的表面包括精密拋光。表面226、326的精密拋光允許產(chǎn)品的微觀膜被保持在表面226、326，從而使產(chǎn)品固有能夠提供的低程度潤滑最大化。在示例性實(shí)施例中，施加于表面226、326的精密拋光包括通過衝磨、碾磨或研磨獲得的32微英寸到16微英寸。參照?qǐng)D6，示出了沿著校準(zhǔn)儀活塞202的軸長截取的截面?；钊黧w230在其端部206處包括第一環(huán)240、第二環(huán)242和孔244，主要是為了組裝的目的。除了關(guān)于靶環(huán)210描述的位置之外，環(huán)240、242還為放置本文描述的靶環(huán)提供了替換性的位置。端部206和另一端部208包括在活塞主體230的周圍放置的密封圈248、250。第一組葉片216從板214起沿第一方向延伸，第二組葉片246在與第一方向相反的第二方向上延伸以作用于活塞202的雙向移動(dòng)。此外，葉片216、246角度可變以提供以下更全面描述的功能。一般而言，活塞202上的置換器密封圈248、250提供防漏阻擋物以防止產(chǎn)品從活塞202的一側(cè)傳遞到另一側(cè)。密封圈248、250可能基于以下兩個(gè)主要原因而劣化。第一，活塞在正常操作的過程中經(jīng)過校準(zhǔn)儀的摩擦可能隨著時(shí)間使密封圈表面劣化。通過校準(zhǔn)儀的使用頻率來確定劣化的時(shí)長和密封圈失效。導(dǎo)致活塞組件的磨損的第二種因素是活塞的重量導(dǎo)致的密封圈的重力。集中研究第二種因素能夠帶來益處。活塞關(guān)于其軸的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，導(dǎo)致活塞202在它被放置于的流量管204中螺旋式移動(dòng)，將減少磨損因素并延長活塞密封圈的壽命。旋轉(zhuǎn)的葉片216、246提供活塞202的旋轉(zhuǎn)或螺旋移動(dòng)。垂直于活塞端部引入流體將根據(jù)葉片的可變角度A來使活塞旋轉(zhuǎn)。檔塊可以被放置在與活塞對(duì)應(yīng)的、不受葉片阻礙的校準(zhǔn)儀端部。檔塊通過活塞在流量管或校準(zhǔn)儀筒的端部處停止移動(dòng)來防止葉片變形。盡管流體處于當(dāng)前的活塞和微型校準(zhǔn)儀不能管理的超低溫，但是本文的教導(dǎo)包括直接流量計(jì)校準(zhǔn)方法，從而流到流量計(jì)的流體被直接轉(zhuǎn)向校準(zhǔn)儀。流體可以被直接引導(dǎo)通過校準(zhǔn)儀，然后向下游流動(dòng)到管道，該管道將產(chǎn)品重新引入到承載管線中。盡管不常見，但是有時(shí)候校準(zhǔn)儀位于流量計(jì)的上游，以使得流體流被引導(dǎo)到校準(zhǔn)儀，然后流過流量計(jì)。校準(zhǔn)儀的目的是提供已知體積，該已知體積與所指示的流量計(jì)體積進(jìn)行比較。然后，利用用于產(chǎn)品的溫度、壓力和密度參數(shù)的校正因數(shù)來使這兩個(gè)體積標(biāo)準(zhǔn)化，以建立流量計(jì)因數(shù)。經(jīng)過流量計(jì)的流體的體積(由校準(zhǔn)時(shí)的校準(zhǔn)儀體積確定的體積)除以相應(yīng)的流量計(jì)指示的體積來推導(dǎo)出流量計(jì)因數(shù)。校準(zhǔn)儀體積是檢測器開關(guān)之間置換的體積。如美國石油學(xué)會(huì)描述的那樣,通過所謂的抽水(waterdraw)法的方法通過精確地確定檢測器開關(guān)之間的體積(也稱作校準(zhǔn)儀的基本體積)來建立校準(zhǔn)儀體積。雙向活塞型管道校準(zhǔn)儀和整個(gè)測量站的精確度，當(dāng)在小于-50° F的溫度下工作時(shí)，尤其在接近-220° F的溫度下工作時(shí)，顯著地受到部件材料的限制的影響。閥，如4向閥，在超低溫下是不可用的，因此使得其他校準(zhǔn)儀類型在超低溫下不能工作。校準(zhǔn)儀中的檢測器感測環(huán)和檢測器裝置不適合于超低溫業(yè)務(wù)。用于非平滑產(chǎn)品如LPG的自潤滑涂層不可用于低溫業(yè)務(wù)。本文描述的實(shí)施例解決了這些問題和其他問題。用于低溫流體的流量計(jì)校準(zhǔn)儀的示例性實(shí)施例包括被配置為直接耦合到承載低溫流體的管線的入口，被配置為直接耦合到承載低溫流體的管線的出口，在入口和出口之間耦合的流量管，以及可在流量管的流量通道中移動(dòng)的置換器。其中，流量管和置換器被配置為接收低溫流體。在一個(gè)實(shí)施例中，校準(zhǔn)儀還包括耦合到流量管的磁性拾波線圈以及耦合到置換器的磁元件，該磁元件經(jīng)由磁阻與磁性拾波線圈通信。置換器可以是活塞，磁元件可以是纏繞在活塞上的靶環(huán)。在另一實(shí)施例中，校準(zhǔn)儀包括耦合到流量管的磁性拾波線圈和耦合到置換器的無碳靶元件，無碳靶元件與磁性拾波線圈通信。在另一實(shí)施例中，校準(zhǔn)儀包括一對(duì)超聲收發(fā)器，該對(duì)超聲收發(fā)器耦合到流量管，并在流量管的流量通道兩端傳送信號(hào)，其中，置換器可在流量通道中移動(dòng)以使信號(hào)中斷。在一些實(shí)施例中，校準(zhǔn)儀的流量通道包括具有精密拋光的內(nèi)表面。精密拋光在流量通道內(nèi)表面和置換器之間保持低溫流體的微觀膜以用于潤滑。精密拋光可以在32微英寸到16微英寸的范圍內(nèi)。通過對(duì)內(nèi)表面進(jìn)行珩磨、碾磨和研磨中的一種來獲得精密拋光。在其他實(shí)施例中，置換器包括相對(duì)于低溫流體的流動(dòng)方向呈一定角度設(shè)置的葉片。置換器可以是這樣的活塞，該活塞包括一組內(nèi)部葉片，內(nèi)部葉片沿著活塞的縱軸延伸并相對(duì)于縱軸呈一定角度。葉片響應(yīng)于低溫流體的流動(dòng)而使置換器旋轉(zhuǎn)。參照?qǐng)D9，雙向活塞型校準(zhǔn)儀400被示出并被配置為用于低溫流體并被配置有“活塞發(fā)射保持”設(shè)施。雙向校準(zhǔn)儀400 —般包括多支管(，manifold)414、管道部分405和407、校準(zhǔn)儀筒412、旁路部分420和421以及u形彎曲部分424和426，校準(zhǔn)儀筒412具有第一端部412a和第二端部412b。多支管414包括入口 402和出口 403，其中入口 402和出口 403被配置為直接與承載流體(如低溫流體或超低溫流體)的管線耦合。多支管414包括一對(duì)入口閥404和406、以及一對(duì)出口閥416和418。多支管414通過使用四個(gè)獨(dú)立的閥(入口閥404和406以及出口閥416和418)被配置為允許處理低溫流體。然而，在其他實(shí)施例中，例如在不需要校準(zhǔn)儀直接校準(zhǔn)低溫流體的情況下，雙向校準(zhǔn)儀400可以包括四向閥而非多支管 414。兩個(gè)管道部分405和407直接耦合到多支管414，這兩個(gè)管道部分被配置為在多支管414和u形彎曲部分424、426和旁路部分420、421之間提供流體連通。u形彎曲部分424耦合在管道部分405和校準(zhǔn)儀筒412的第一端部412a之間，而u形彎曲部分426耦合在管道部分407和第二端部412b之間。旁路部分420和421各包括旁路閥422和423，并耦合到筒412。在校準(zhǔn)儀400的實(shí)施例中，旁路部分420在距第一端部412a有距離420a處耦合到筒412，而旁路部分421在距第二端部412b有距離421a處耦合到筒412。因此，盡管u形彎曲部分424、426提供了管道部分405、407和校準(zhǔn)儀412的端部412a、412b之間的流體連通，旁路部分420、421各在管道部分405、407和校準(zhǔn)儀筒412中的距端部412a、412b有一定距離的位置(即，在距端部412a、412b有距離420a、421a處放置的位置)之間提供選擇性流體連通。校準(zhǔn)儀筒412包括放置在其中的活塞型置換器410，活塞型置換器410具有第一端部410a和第二端部410b。校準(zhǔn)儀筒412還包括兩個(gè)檢測器428，這兩個(gè)檢測器彼此相距已知距離412c放置。距離412c和筒412的內(nèi)徑影響校準(zhǔn)儀400的校準(zhǔn)體積。因此，校準(zhǔn)儀400可以通過使置換器410沿著檢測器428之間的距離412c經(jīng)過來生成流量計(jì)因數(shù)，其中，在置換器410經(jīng)過筒412時(shí)置換器410的前側(cè)(例如，當(dāng)置換器410向第二端412b位移時(shí)的第二側(cè)410b)啟動(dòng)檢測器428。如之前所描述的那樣，在校準(zhǔn)儀400的實(shí)施例中，置換器410包括無碳靶元件，并且兩個(gè)檢測器428都包括磁性拾波線圈。然而，在其他實(shí)施例中，置換器410不需要包括無碳靶元件，并且檢測器428可能包括其他形式的檢測器，如超聲傳感器。為了使校準(zhǔn)儀精確地測量其校準(zhǔn)的體積，來自經(jīng)過與多支管414耦合的管線的流體流的整個(gè)流體體積必須進(jìn)入校準(zhǔn)儀400的入口 402而無需繞過校準(zhǔn)儀筒412，例如通過替代性的流體路徑泄露。例如，進(jìn)入入口 402的流體可以通過出口閥416、418而泄露。由于在閥(例如，閥404、406、416和418)從閉合轉(zhuǎn)變到開放或從開放轉(zhuǎn)變到閉合需要一段時(shí)間(稱作循環(huán)時(shí)間)，因而需要預(yù)試長度408來允許出口閥416在置換器410經(jīng)過檢測器428之前有時(shí)間完全密封。由于在校準(zhǔn)低溫流體時(shí)在使用閥多支管(例如，多支管414)而非四向閥時(shí)用于入口流體和出口流體的閥的數(shù)量增加，因此在啟動(dòng)各個(gè)出口(例如閥416或418，依賴于置換器410的行進(jìn)方向)的閉合與到達(dá)完全閉合密封的狀態(tài)之間的時(shí)間段增大，需要更長的預(yù)試長度。更長的預(yù)試長度導(dǎo)致更長的校準(zhǔn)儀筒，由于筒的構(gòu)造材料昂貴并且為了提供適當(dāng)?shù)臐櫥砻鎾伖膺€要對(duì)筒的內(nèi)表面進(jìn)行珩磨和其他機(jī)械加工，可能顯著增加校準(zhǔn)儀的整體成本。為了使低溫校準(zhǔn)儀中的預(yù)試長度(例如，長度408)最小化，校準(zhǔn)儀400被配備有活塞發(fā)射保持設(shè)施。圖9、10、11、12、13和14示出了包括活塞發(fā)射保持設(shè)施的校準(zhǔn)儀400的操作。圖11、12示出了校準(zhǔn)儀400的“出”校準(zhǔn)過程和“回”校準(zhǔn)過程。首先參照?qǐng)D9，在啟動(dòng)了第一校準(zhǔn)過程或出校準(zhǔn)過程之前，所有閥(即，入口 404、406、出口 416、418和旁路422、423)處于開放位置，并且置換器410的第一端部410a被放置為鄰近于校準(zhǔn)儀筒412的第一端部412a。在校準(zhǔn)過程開始時(shí)，入口閥406和出口閥416開始閉合，將流體流從入口 402引導(dǎo)通過開放的旁路閥422并沿著流體流路徑430。隨著沿著流路徑430流動(dòng)的流體流過旁路閥420并進(jìn)入校準(zhǔn)儀筒412，來自流路徑430中的流體的壓力開始?jí)浩戎脫Q器410的第二端410b。來自沿著流路徑430的流體流的壓力所產(chǎn)生的力量起作用以將置換器410“保持”在鄰近于校準(zhǔn)儀筒412的第一端412a的位置處。接下來參照?qǐng)D10，一旦入口閥406和出口閥416已完全閉合，因此防止任何流體逃出，旁路閥422開關(guān)閉合。隨著旁路閥422開始閉合，流體流開始沿著流體流路徑432轉(zhuǎn)向通過左側(cè)管道U形彎曲424。沿著流路徑432通過U形彎曲424的流體流壓迫置換器410的第一端部410a (上游端)。在旁路閥422從開放狀態(tài)轉(zhuǎn)變到閉合狀態(tài)的同時(shí)，在流路徑432中的流體的一部分持續(xù)流過旁路閥422 (由箭頭示出)，導(dǎo)致來流路徑432中的流體的各個(gè)部分的流體壓力作用在置換器410的各個(gè)端部410a、410b上。參照?qǐng)D11，一旦 旁路閥422已經(jīng)完成其循環(huán)時(shí)間并且被完全閉合，從而防止流體流過旁路420，則進(jìn)入入口 402的整個(gè)流體流沿著流體流路徑434流過左側(cè)的U形彎曲424。從而，流體流434以高加速度發(fā)射置換器410，直到匹配耦合到入口 402的管線內(nèi)的流體的體積流速，現(xiàn)在整個(gè)流體流都作用于活塞410的第一端410a上。在校準(zhǔn)儀400的實(shí)施例中，在置換器410的第二端部410b經(jīng)過檢測器428并進(jìn)入距離412c的點(diǎn)之前，沿著流路徑434流動(dòng)的流體的體積流速已經(jīng)與經(jīng)過耦合到入口 402的管線的流體的體積流速匹配。參照?qǐng)D12，在置換器410已經(jīng)過校準(zhǔn)儀筒412的校準(zhǔn)部分412c并且第二端部410b已經(jīng)沿著筒412的第二端部412b停止之后，閥406、416和422被開放，結(jié)束第一校準(zhǔn)過程或出校準(zhǔn)過程。一旦置換器410已經(jīng)在筒412的第二端部412b處停止，則已經(jīng)進(jìn)入入口 402的流體可以沿著流體流路徑436、438經(jīng)由旁路421離開校準(zhǔn)儀400。參照?qǐng)D13，一旦所有的閥(S卩，閥406、416和422)都已完全開放，則通過閉合入口閥404和出口閥418來開始第二個(gè)回校準(zhǔn)過程。隨著入口閥404和出口閥418開始閉合，從管線進(jìn)入入口 402的流體開始沿著流體流路徑440流過旁路部分421和閥423，壓迫置換器410的第二端部410b。
參照?qǐng)D14，一旦入口閥404和出口閥418完成閉合，則旁路部分421的旁路閥423開始閉合，則將進(jìn)入入口 402的流體流的一部分沿著流體流路徑442轉(zhuǎn)向通過右側(cè)U形彎曲部分426。最后參照?qǐng)D15，一旦部分421的旁路閥423完全閉合，則進(jìn)入入口 402的整個(gè)流體流沿著流體流路徑444流動(dòng)，強(qiáng)制作用在置換器410的第二端410b上，使置換器410回到校準(zhǔn)儀筒412的第一端412a，并完成雙向校準(zhǔn)儀400的第二個(gè)校準(zhǔn)過程或回校準(zhǔn)過程。回頭簡單參照?qǐng)D6，由于需要高度精確地計(jì)算在給定校準(zhǔn)過程中置換的流體的體積，活塞202的密封圈248、250保持充分的密封完整性很重要。在流量管內(nèi)在給定校準(zhǔn)過程中被使得通過密封圈泄露從活塞的一側(cè)轉(zhuǎn)移到另一側(cè)的任何流體將不被包括在活塞置換的液體的體積內(nèi)，并且因此在計(jì)算經(jīng)過流量計(jì)的流體體積(校準(zhǔn)儀體積)時(shí)導(dǎo)致誤差。該誤差接著將對(duì)校準(zhǔn)儀的精確性有不良影響，這是因?yàn)榱髁坑?jì)的流量計(jì)因數(shù)是通過校準(zhǔn)儀體積除以相應(yīng)的流量計(jì)指示的體積計(jì)算得到的。此外，通過來自正常操作的摩擦，密封圈可能磨損并失去形成優(yōu)良密封的能力。而且，在需要更大更重的活塞的應(yīng)用中，由于高體積流速或涉及非潤滑流體(如，LNG)的應(yīng)用而導(dǎo)致增大摩擦。為了防止受到密封失效的損害，必須周期性地從校準(zhǔn)儀拆卸活塞并檢查活塞。為了減輕該過程所花費(fèi)的費(fèi)用和時(shí)間，在校準(zhǔn)儀實(shí)施例中可以包括“密封圈泄露檢測”裝置。參照?qǐng)D16，包括密封圈泄露檢測特征的校準(zhǔn)儀500所包括的部件與圖3所示的校準(zhǔn)儀的部件類似，并因此類似地標(biāo)示。此外，校準(zhǔn)儀500還包括端口 501、流體管線502、泵503和壓力指示器504。端口 501耦合到校準(zhǔn)儀500的流量管104并在流量管104和流體管線502之間提供流體連通。泵503還耦合到管線502并與管線502流體連通，因此，在啟動(dòng)時(shí)，泵503可以經(jīng)由流體管線502泵浦或置換來自流量管104的流體。壓力指示器504還耦合到流體管線502并與流量管104流體連通，并因此指示流量管104內(nèi)的實(shí)際流體壓力。

仍參照?qǐng)D16，在校準(zhǔn)儀500的活塞102靜止位于流量管104內(nèi)時(shí)，通過產(chǎn)生活塞102的密封圈506和508所包圍的容積510之間的壓力差(S卩，流量管104的內(nèi)徑和活塞102的外徑之間的環(huán)形間隙)以及流量管104的其余部件中的容積，可以測試活塞102和活塞密封圈506和508的整體而不用拆卸校準(zhǔn)儀500 (例如，通過將流量管102開放到空氣中，從流量管104中拉出活塞102，等等)。在不拆卸校準(zhǔn)儀500的情況下，通過啟動(dòng)泵503以嘗試產(chǎn)生被兩個(gè)活塞密封圈506和508所包圍的容積510內(nèi)的真空，通過經(jīng)由流體管線502將流體從容積510中泵浦出來并泵浦到周圍的空氣中，可以檢查活塞密封圈506、508的整體。在泵503被啟動(dòng)時(shí)，可以使用壓力指示器504來確定泵的抽吸是否已導(dǎo)致容積510內(nèi)基本真空，意思是密封圈506和508將流量管104內(nèi)的其余流體密封在外部。如果通過泵503從容積510中泵浦流體的動(dòng)作不能產(chǎn)生基本真空，則校準(zhǔn)儀的操作員將認(rèn)定密封圈506和508失效，并可以拆卸活塞102以進(jìn)行所需的修理。上述討論是為了示出本公開文件的原理和各種實(shí)施例。盡管已經(jīng)示出和描述了特定實(shí)施例，但是在不背離本公開文件的精神和教導(dǎo)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行修改。本文描述的實(shí)施例僅是示例性的，而不是限制性的。因此，保護(hù)范圍不受上述描述的限制，而僅受所附權(quán)利要求的限制，并且保護(hù)范圍包括權(quán)利要求的主題內(nèi)容的全部等同物。
權(quán)利要求
1.一種流量計(jì)校準(zhǔn)儀，包括 被配置為接收流體流的入口； 被配置為輸出流體流的出口； 具有第一端部和第二端部的流量管，其中 所述流量管與所述入口流體連通并位于所述入口的下游；以及 所述流量管與所述出口流體連通并位于所述出口的上游； 放置于所述流量管內(nèi)的置換器；以及 與所述入口流體連通并位于所述入口的下游的旁路閥，其中，所述旁路閥具有開放位置和閉合位置，所述開放位置被配置為在所述入口和所述置換器的下游側(cè)之間產(chǎn)生流體連通，而所述閉合位置被配置為將所述置換器從所述流量管的所述第一端部移動(dòng)到所述流量管的所述第二端部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量計(jì)校準(zhǔn)儀，還包括 與所述入口和所述流量管流體連通的入口閥；以及 與所述出口和所述流量管流體連通的出口閥； 其中，所述入口閥和所述出口閥能被開動(dòng)以啟動(dòng)校準(zhǔn)過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量計(jì)校準(zhǔn)儀，還包括與所述入口和所述出口流體連通的四向閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量計(jì)校準(zhǔn)儀，還包括與所述入口流體連通并位于所述入口的下游的第二旁路閥，其中所述第二旁路閥具有開放位置和閉合位置，所述開放位置被配置為在所述入口和所述置換器的下游側(cè)之間產(chǎn)生流體連通，而所述閉合位置被配置為將所述置換器從所述流量管的所述第二端部移動(dòng)到所述流量管的所述第一端部。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流量計(jì)校準(zhǔn)儀，其中，所述旁路閥被配置為在所述入口閥和所述出口閥的循環(huán)時(shí)間期間將所述流體流引導(dǎo)到所述置換器的下游。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的流量計(jì)校準(zhǔn)儀，其中，所述旁路閥被配置為當(dāng)已經(jīng)過了所述A口閥和所述出口閥的循環(huán)時(shí)間時(shí)將所述流體流從所述入口引導(dǎo)至所述置換器。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流量計(jì)校準(zhǔn)儀，還包括 與所述入口和所述流量管流體連通的第一入口閥和第二入口閥；以及 與所述出口和所述流量管流體連通的第一出口閥和第二出口閥； 其中，所述第一入口閥、所述第二入口閥、所述第一出口閥和所述第二出口閥能被開動(dòng)以啟動(dòng)校準(zhǔn)過程。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流量計(jì)校準(zhǔn)儀，還包括與所述入口和所述出口流體連通的四向閥。
9.一種流量計(jì)校準(zhǔn)儀,包括 被配置為引入流體流的入口閥； 被配置為輸出流體流的出口閥； 具有第一端部和第二端部的流量管，其中 所述流量管與所述入口閥流體連通并位于所述入口閥的下游；以及 所述流量管與所述出口閥流體連通并位于所述出口閥的上游； 放置在所述流量管內(nèi)的置換器；與所述入口閥、旁路流量通道和出口閥流體連通的旁路閥； 其中，所述旁路閥被配置為在所述入口閥和所述出口閥的循環(huán)時(shí)間期間將來自所述入口閥的流體流弓I導(dǎo)通過所述置換器并引導(dǎo)到所述出口閥。
10. 一種流量計(jì)校準(zhǔn)方法，包括 使流體流過校準(zhǔn)儀的流體入口； 將所述流體引導(dǎo)通過開放的旁路閥并引導(dǎo)到放置在流量管內(nèi)的置換器的下游，并引導(dǎo)通過流體出口； 閉合所述旁路閥以將所述流體流重新引導(dǎo)到所述置換器；以及 響應(yīng)于所述旁路閥的閉合而在所述流量管中移動(dòng)所述置換器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，在所述入口閥和所述出口閥的循環(huán)時(shí)間期間將所述流體流弓I導(dǎo)通過所述開放的旁路閥。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括 在使所述流體流過所述校準(zhǔn)儀的所述流體入口之后，閉合第一入口閥和第一出口閥；以及 在閉合所述第一入口閥和所述第一出口閥之后閉合所述旁路閥。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，在所述置換器已經(jīng)移動(dòng)通過所述流量管之后，還包括 啟動(dòng)第二校準(zhǔn)過程； 開放第一入口閥、第一出口閥和旁路閥； 閉合第二入口閥和第二出口閥；以及 在閉合所述第二入口閥和所述第二出口閥的同時(shí)，引導(dǎo)流體流通過開放的旁路閥和所述流量管內(nèi)的所述置換器的下游，并引導(dǎo)通過所述第一出口閥。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括 在已經(jīng)閉合所述第二入口閥和所述第二出口閥之后，閉合所述第二旁路閥以將所述流體流重新定向到所述置換器；以及 響應(yīng)于所述第二旁路閥的閉合使所述置換器移動(dòng)通過所述流量管。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，當(dāng)已經(jīng)過了所述入口閥和所述出口閥的循環(huán)時(shí)間時(shí)閉合所述旁路閥。
16.一種流量計(jì)校準(zhǔn)儀，包括 流量管； 放置在所述流量管內(nèi)的具有多個(gè)密封圈的置換器； 與所述流量管流體連通的流體管線； 與所述流體管線流體連通的泵機(jī)構(gòu)，用于在圍繞所述置換器的所述流量管的容積與所述置換器的所述密封圈所封閉的容積之間產(chǎn)生壓力差；以及 與所述流體管線流體連通的壓力指示器，用于指示所述置換器的所述密封圈所封閉的容積內(nèi)所包含的流體的壓力。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的流量計(jì)校準(zhǔn)儀，其中，所述流體管線和所述置換器軸向?qū)?zhǔn)，以使得所述流量管與所述置換器的密封圈所封閉的流體的容積流體連通。
18.一種流量計(jì)校準(zhǔn)方法，包括啟動(dòng)耦合到流量管線的泵機(jī)構(gòu)；以及 響應(yīng)于所述泵機(jī)構(gòu)的動(dòng)作來檢測置換器的密封圈所封閉的容積與圍繞所述置換器的流量管的容積之間的壓力差。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括如果所述壓力差不是基本上真空，則表明密封圈失效。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括更換所述置換器的所述密封圈。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括在啟動(dòng)所述泵機(jī)構(gòu)之前，對(duì)準(zhǔn)置換器，以使得連接到所述流量管的所述流量管線在所述置換器的所述密封圈之間對(duì)準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及低溫校準(zhǔn)儀和方法。流量計(jì)校準(zhǔn)儀包括被配置為接收流體流的入口；被配置為輸出流體流的出口；具有第一端部和第二端部的流量管；放置于流量管內(nèi)的置換器；以及與入口流體連通并位于入口的下游的旁路閥，其中，旁路閥具有開放位置和閉合位置，開放位置被配置為在入口和置換器的下游側(cè)之間產(chǎn)生流體連通，而閉合位置被配置為將置換器從流量管的第一端部移動(dòng)到流量管的第二端部。流量管與入口流體連通并位于入口的下游；以及流量管與出口流體連通并位于出口的上游。
文檔編號(hào)G01F25/00GK103048030SQ20121039175
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者唐納德·M·戴, 德魯·S·韋弗 申請(qǐng)人:丹尼爾測量和控制公司