[發明專利]用于流量計的流動單元

有效

• 申請號: 201210409616.5
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN103063263B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: B.E.麥唐納;M.巴蘇爾科夫
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: G01F15/00
• 分類號: G01F15/00;G01F1/66
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 肖日松,譚祐祥

技術領域

本文所公開的主題涉及一種用于流量計的流動單元。

背景技術

包括超聲波流量計的流量計用于確定在不同尺寸和形狀的管中流動的流體(例如，液體、氣體等)的特性(例如，流速、壓力、溫度等)。對流體的這些特性的了解可使得能夠確定流體的其它物理性質或特質。例如，在一些密閉輸送應用中，流速可用于確定從賣方經由管輸送至買方的流體(例如，油或氣體)的體積，以確定交易的費用，其中該體積等于流速乘以管的截面面積。

在采用通過時間流動計量的一種類型的超聲波流量計中，一對或多對超聲波換能器可安裝在流動單元中或在流動單元上，其中各對均可包含置于彼此的上游和下游的換能器，從而在它們之間在穿過管的特定弦位置處形成超聲波路徑。圖1示出了現有的流動單元，其具有總共四個超聲波路徑，超聲波路徑由四對上游換能器組件和下游換能器組件(即，總共八個換能器組件，每個超聲波路徑對應兩個)形成。各個換能器在被激勵時，將超聲波信號(例如，聲波)沿超聲波路徑傳遞通過流動的流體，該信號通過另一個換能器接收和檢測。在特定弦位置處的沿超聲波路徑的平均的流體路徑速度可根據如下項之間的差異來確定：(i)超聲波信號沿超聲波路徑逆向于流體流動方向從下游換能器向上游行進至上游換能器的通過時間與(ii)超聲波信號沿超聲波路徑隨流體流動方向從上游換能器向下游行進至下游換能器的通過時間。

在如圖1中所示的現有的流動單元構造中，將管口(nozzle)焊接到流動單元的管上，從而形成用于安裝換能器組件的端口。如果對應的成對換能器組件未適當地對準，或者如果由對應的成對換能器組件形成的超聲波路徑未精確地置于所期望的弦位置處，則可具有顯著機械公差的該焊接過程可導致不準確的流速測量。為了對使用焊接管口的流動單元提供換能器組件和弦位置更精確的對準，可通過加工鍛造的材料塊來制成其它流動單元，以形成流動單元和用于換能器組件的傳感器端口。盡管該加工過程可改善準確度，但該過程可為耗時且昂貴的。

另外，如可在圖1中所看到的那樣，在現有的流動單元構造中，換能器組件可延伸成遠超過流動單元的凸緣的直徑和流動單元的凸緣到凸緣的距離，且通過流動單元外部的線纜連接到流量計上。定位在外部的換能器組件和相關線纜的存在例如增加了尺寸、成本、復雜性、維護、檢驗和用于流動單元安裝所需的時間、需要附加的配件、導管和流動單元外部的接線盒。該構造還限制了換能器組件的數目和可安裝在流動單元上的一個位置處的用于換能器的傳感器端口的數目。例如，如圖1中所示，為了提供四個超聲波路徑(其需要在四個弦位置處的對應的四對換能器組件)，由于四個換能器組件不可安裝在流動單元上的一個位置處(即，將不會以垂直疊層配合)，故用于第一組的兩對換能器組件的傳感器端口定位成在第一平面中彼此相對，而用于第二組兩對換能器組件的傳感器端口定位成在與第一平面相交的第二平面中彼此相對。該互相交叉的構型導致了在流動單元的相同側上具有在第二組的兩對換能器組件中的兩個換能器組件的下游傳感器端口的上游的第一組的兩對換能器組件中的換能器組件的上游傳感器端口(反之亦然)。這些上游傳感器端口和換能器組件的存在可導致端口效應，端口效應可影響通過下游換能器組件測量的流速的準確度。

此外，由于流動單元通常安裝在危險地點(例如，精煉廠、化工廠，等)，故外部排布的線纜、接線盒、配件、蓋等需要針對在危險地點使用而進行評價，其中零件和最終的裝置遵守此類危險地點的當地要求。由于危險地點的要求在全世界是有差異的(例如，一些管轄地區允許鎧裝電纜，一些需要剛性導管，一些允許柔性導管，等)，故一些流動單元和流量計可需要若干不同的構型和不同的零件，這取決于設備安裝的地點，以遵守安裝在危險地點中的當地要求。例如，對于具有加工的傳感器端口的由鍛造材料塊加工成的流動單元，單個蓋可用于密封鄰近的傳感器端口。由于蓋的尺寸將取決于傳感器端口的數目和流動單元的直徑而有差異(例如，用于10英寸(25.4cm)直徑的流動單元的用于鄰近傳感器端口的蓋將小于用于36英寸(91.44cm)直徑的流動單元的鄰近傳感器端口的蓋)，故需要若干不同的蓋來用于各種尺寸的流動單元，且必須檢驗各個蓋以用于在危險地點使用。

上文的論述是僅為了一般背景信息而提供，且并非旨在用作有助于確定要求保護的主題的范圍。

發明內容