流量计现场校准检验系统技术方案

一种校准系统，包括：管或其他导管、气体源、以及计算装置。管具有相对流量传感器设置的端部，并与气体源相通。管和气体源将校准气体以可重复的质量流量注入所述管中。在校准操作过程中，导管将至少一部分的校准气体引导至流量传感器上。所述计算装置用于基于从流量传感器获得的测量值来计算校准气体的估算流速。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种校准系统，更具体而言，涉及一种流量计现场校准检验系统。
技术介绍
在商业及工业测量市场上，通常选择热散逸流量计用于流量测量装置。用于这样的仪表的典型的传感元件是电阻式温度检测器(RTD)，该检测器的电阻与该元件本身的温度相关。典型的传感器采用至少两个RTD元件。其中一个RTD元件用作参考元件，并且正常情况下不加热。第二个RTD用作加热的主动元件。在使用当中，加热RTD元件上的流量的作用可用于对被监测管道或导管中的物质的流速进行测量。在热散逸工业中，通常使用两种方法来确定导管中的流量。一种技术是保持参考RTD与主动RTD之间的恒定温差。该方法中，由于流动介质的物理特性引起主动RTD散热，因此要测量将主动RTD保持在高于参考RTD的常温所需要的电压或电流。在另一方法中，在由恒定电流热源或恒定功率热源加热主动RTD的同时，要测量主动RTD与参考RTD之间的电压差。在该测量过程中，类似于另一方法的情况，主动RTD由于流动介质的物理特性而损失热量。影响常规流量计精度的一个因素是流动介质的物理成分的恒定性。在很多应用中，流动介质保持大致相同的成分，在这些情况下，常规流量计可提供足够精确的流速测量值。然而，在例如火炬气以及其他可变的混合气体合成物的情况下，介质的物理成分一直在变化，严重影响了精确的流速的获得。流量计需要周期性地校准，以检验该流量计精度是否处于某个可容许的范围内。现有校准技术要求将流量计从其安装位置上取下来。取下之后，通常将该流量计交回给制造商或具有用于该流量计正确校准的专门设备的其他机构。这个过程昂贵并耗费时间。
技术实现思路
一种校准系统，包括管或其他导管、气体源、以及计算装置。该管具有相对流量传感器设置的端部，并与气体源相通。管和气体源将校准气体以可重复的质量流量注入管中。在校准工作过程中，导管将至少一部分的校准气体引导至流量传感器上。计算装置用于基于从所述流量传感器获得的测量值来计算校准气体的估算流速。以下结合附图详细描述优选实施例，本专利技术的上述和其它的目的、特点以及其它优点得到更好的理解，其中附图说明图1是根据本专利技术的一个实施例的包含流量及气体特性传感器的流量计探测器的侧视图； 图2示出了在导管内的图1的流量计探测器的典型实施例；图3是示出了根据本专利技术的一个实施例在图1的流量计探测器的中间井(mid-well)部分中包含的各种部件的更详细的装配放大剖视图；图4是示出了图1的流量计探测器的热流量传感器部分的更详细的剖视图；图5是示出了可耦合至流量传感器及气体特性传感器的基本电路部件的简化实施例方框图；图6是示出了ΔR与流量传感器及气体特性传感器的相应输出之间的关系的具体实例的曲线图；图7是示出了相对于基准气体混合物的变成分气体混合物的典型流速的曲线图；图8A和图8B是示出了相对于基准气体混合物的变成分气体混合物的可能流速误差率的曲线图；图9是示出了用于校准流量计的操作的流程图；图10是配置有校准和压力传感能力的流量计探测器的侧视图；图11是配置有校准和压力传感能力的流量计探测器的侧视图；图12是配置有校准能力的流量计探测器的侧视图；图13是配置有单一元件的流量传感器的流量计探测器的侧视图； 图14是配置有三个限定了流量传感器的探测器的流量计探测器的侧视图；图15是在探测器开口内配有主动和参考传感器的流量计探测器的侧视图；图16-18示出了各种校准管设计；图19-21示出了用于校准管的端部的各种设计；图22示出了在导管内的图12的流量计探测器的典型实施例；以及图23示出了从导管中缩回并进行校准过程的图22的流量计探测器。具体实施例方式以下参照附图进行说明，该附图构成了本文的一部分并示出了本专利技术的具体实施例。对于本领域的技术人员而言，应该明白的是，也可以采用其他实施例，并且也可以在结构方面、电方面、以及程度方面变化，而这些都不脱离本专利技术的范围。参照图1，图中示出了根据本专利技术的一个实施例的探测器10的侧视图。探测器10包括热流量传感器15和气体特性传感器20。流量传感器可通过使用一对热装置例如电阻式温度检测器(RTD)来实现。在该图中，流量传感器包括其中一个是加热的并且是主动(active)传感器元件25的RTD，而另一个RTD是相当程度上或基本上不加热的传感器元件30。在典型的装置中，气体混合物流经导管或其他环境中的传感器15的主动元件和参考元件，从而与参考传感器元件的热散逸相比较使得热从主动传感器散逸出。典型流速范围为约1.5至300标准英尺每秒(SFPS)。温差(ΔT)的变化被反映为微分电阻(ΔR)(differential resistance)的变化。ΔT或ΔR值可与例如导管中气体混合物的瞬时流速相关。利用ΔR计算流速是用于计算流速的许多可行技术中的一种。以下将详细描述其他的技术。类似于流量传感器15，气体特性传感器20(虚线所示)包括主动RTD传感器元件35及参考RTD传感器元件40。如图中所示这些元件被包含在中间井45内，并位于近端探测器元件50和远端探测器元件55之间。在操作过程中，气体混合物流入中间井的非流动室中，与暴露的主动传感器元件35及参考传感器元件40接触。微分电阻反映了气体混合物在中间井中的热传递。微分电阻(ΔR)的变化可与气体混合物的热传递中的变化相关，并因此与气体混合物的气体构成中的变化相关。上述示范性描述一般假定主动传感器元件及参考传感器元件是基于热微分的，主要的实例是RTD。然而，也可使用其他基于热的传感器包括热电偶、热电堆、热敏电阻、晶体管、二极管等。根据一些实施例，探测器10具有两种主要操作模式。在第一种模式中，探测器测量例如在气体导管等结构内流动的气体介质的流速。正如本文中所详细描述的，可基于从流量传感器15和气体特性传感器20获得的测量值来计算流速。在第二种操作模式中，对探测器进行校准过程，以检查和如有必要的话修正从流量传感器或气体特性传感器、或这两个传感器获得的测量值。该校准过程可通过用户手动进行，或者该过程也可周期性地或在预定时间自动地发生。关于校准模式的操作，所示探测器10设置有校准检验能力。特别地，该探测器包括校准管66，其从该校准管的开口端发出校准气体77。校准功能使用户可检查相关传感器例如流量传感器15或气体特性传感器20的功能。已经描述了利用校准管传输校准气体各种实施例的，然而也可选择使用以可重复的物质流传输校准气体的任何结构(例如，管道、导管等)。还需要注意的是校准部件是任选的。图2示出了设置在导管65的壁60中的探测器10的典型实施例。在使用当中，气体特性传感器20利用了不同构成的气体具有不同程度的热传递的原理。考虑例如气体混合物以恒定的速率流过导管的情况。如果该气体混合物的成分变化，那么气体混合物的热传递也同样发生变化。热传递中的变化影响流量传感器的主动传感器的热散逸率，并因而影响流速。这意味着，实际流速可能是恒定的，但是气体构成中的变化将被反映为流速中的变化。该实际流速与测量流速之间的差值可称之为流速误差。对于任何流速误差，即使气体混合物的实际流速保持恒定，测得的流速也可能变化(变高或变低)。例如，随着气体混合物的热传递上升，测得的(非实际的)流速将上升。相反地，随着气体混合物的热传递下降，测得的流速将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种校准系统，包括：　　　　导管，其包括相对于流量传感器设置的第一端部；　　　　气体源，用于将校准气体以可重复的质量流量引入所述导管中，所述导管将至少一部分的所述校准气体引导至所述流量传感器上；以及　　　　计算装置，用于基于从所述流量传感器获得的测量值来确定所述校准气体的估算流速。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克J威布尔，
申请(专利权)人：流体元件国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]