用于涡旋流量计的非侵入式传感器制造技术

一种涡旋流量计包括被配置为接收沿第一方向的过程流体流的流管。阻流体被设置在流管内位于第一端和第二端之间。阻流体被配置为在过程流体流中产生涡旋。多个传感器被设置在阻流体中，并被配置为检测由作用于阻流体的涡旋造成的阻流体内的变形。造成的阻流体内的变形。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于涡旋流量计的非侵入式传感器

技术介绍

[0001]涡旋流量计在工业过程控制领域中用于测量流体的流速。通常将涡旋流量计插入承载待测流体的流管或导管中。工业应用包括例如石油、化工、纸浆和造纸、采矿和材料、油和气。
[0002]涡旋流量计的工作原理基于被称为冯卡门效应的涡旋脱落现象。当流体通过脱落杆或“阻流体”时，它会分离并产生小的涡流或涡旋，这些涡旋或涡旋沿阻流体的每一侧并在阻流体的后方交替地脱落。这些涡旋致使波动的流和压力的区域被传感器检测到。当前，各种不同类型的传感器用于检测这种涡旋，包括例如力传感器、压电动态压力传感器或差压传感器。涡旋产生的频率基本上与流体速度成比例。
[0003]当前用于感测涡旋流量计中的涡旋的涡旋传感器通常相对复杂且昂贵。此外，这种传感器需要附加的紧固件和坚固的密封，因为必须将传感器或一些其他合适的结构插入流管中，以便与涡旋相互作用以进行检测。因此，过程流体与这种结构直接接触，并且过程侵入本身必须小心地密封，以确保过程流体不会泄漏。

技术实现思路

[0004]涡旋流量计包括被配置为接收沿第一方向的过程流体流的流管。阻流体被设置在流管内位于第一端和第二端之间。阻流体被配置为在过程流体流中产生涡旋。多个传感器被设置在阻流体中，并被配置为检测由作用于阻流体的涡旋造成的阻流体内的变形。
附图说明
[0005]图1是根据现有技术的流量计的示意图。
[0006]图2A至图2C是根据本专利技术的实施例的具有位于阻流体内的传感器的涡旋流量计的示意图。
[0007]图3A至图3C是根据本专利技术的实施例的具有联接到流量计电子设备的传感器的涡旋流量计的示意图。
[0008]图4是根据本专利技术的实施例的传感器的示意图。
[0009]图5是根据本专利技术的实施例的具有多个传感器的阻流体的示意图。
[0010]图6A和图6B是根据本专利技术的实施例的涡旋流量计的信号图。
[0011]图7A和图7B是与图6A和图6B类似的一组图，针对较低的流体流速。
[0012]图8A示出了涡旋频率测试结果测量和涡旋频率计算。
[0013]图8B示出了涡旋频率与流速的图。
[0014]图9是根据本专利技术的实施例的产生流速度输出的方法的流程图。
具体实施方式
[0015]图1是根据现有技术的流量计的示意图。流量计100包括流管102、脱落杆118、连接至传感器128的感测装置126、壳体132内的电子设备130、以及输出引线148。在操作中，流量
计100接收流体并被配置为基于产生的涡旋来计算流体的流速。
[0016]例如，流管102附接至允许流量计100安装至管道上的对应法兰的一对法兰。每个法兰可以包括安装孔(以虚线示出)，该安装孔允许每个法兰被安装到管道的对应法兰。一旦安装，流量计100从管道接收可以包括液体、气体或其组合(诸如饱和蒸汽)的流体流。
[0017]当流体流过流管102时，它接触从流管102的顶部延伸到流管的底部的脱落杆118。通常，脱落杆118位于流管102的中心。此外，如果沿流管102的轴线观察该流管，脱落杆118通常将位于流管102的中心，从流管102的最顶部的中心延伸到流管102的最底部的中心。然而，流量计可以使用位于其他取向的脱落杆以及不完全跨越流管102的整个内径的脱落杆来实施。
[0018]无论如何，当流体流过脱落杆118时，在流体流内产生通常被称为卡门涡旋的涡旋。通常，卡门涡旋的发生是由于脱落杆118使流体流减慢，从而导致压力降低，从而允许流体流内出现周期性的压力脉动(卡门涡旋)。卡门涡旋随后形成在脱落杆118的不同侧，并且卡门涡旋的所得压力交替地接触脱落杆118的相反侧。此外，一旦形成，涡旋接触感测装置126，从而在装置126中产生微妙的移动和振动。
[0019]装置126的这些移动可以由电联接至壳体132内的电子设备120的传感器128转换或以其他方式感测。来自传感器128的所产生的传感器信号随后可以被提供给电子设备130并用于推断流体的流速。然后可以通过输出引线148将计算出的流速提供给另一合适的设备，诸如过程控制器或阀控制器。结果，流量计通常将包括流管组件和电子设备组件，该流管组件和电子设备组件在被组合时可以被称为流量变送器。
[0020]如在图1中可以看到的，先前的流量计设计通常包括感测装置126，该感测装置被设置在流管102内靠近脱落杆118，以便检测或以其他方式感测卡门涡旋。然而，由于包括感测装置126，因此流量计100必须被仔细地密封，使得流体不会泄漏出流量计100。此外，在这种配置下，接收到的液体流直接与感测装置126相互作用，随着时间的流逝，可能会导致感测装置126损坏或磨损。
[0021]本专利技术的实施例通常移除感测装置126并在阻流体内并入下述传感器，所述传感器被配置为检测由形成的涡旋造成的在阻流体的两侧上的压力，如将在图2中进一步讨论的。
[0022]一旦形成，交替的压力脉动(卡门涡旋)就作用于阻流体的不同侧，从而导致阻流体内的变形，该变形被传递至传感器。该变形又可以由传感器检测，并作为电信号提供给涡旋流量计内的测量电路，并用于确定流体流速。另外，在这种配置中，由于传感器位于阻流体中，因此涡旋流量计可以测量具有高液体压力的液体的流速和/或在因为没有分离膜和垫片而具有高振动水平的环境中测量液体的流速。
[0023]图2A至图2C是根据本专利技术的实施例的具有位于阻流体内的传感器的涡旋流量计的示意图。如图2A示意性地所示，涡旋流量计200示意性地包括具有法兰214的流管208、位于壳体206内的流量计电子设备202、引线204、以及设置在阻流体210内的传感器216。在一个示例中，传感器216由密封材料220密封在阻流体210的孔218内，如图2B示意性地所示。密封材料220可以包括环氧化合物、玻璃、水泥或为具有化学稳定性和高流动性的电绝缘体的任何材料。尽管传感器216示例性地为压电电缆的形式，但是应当理解，可以使用其他传感器来检测阻流体210内的变形。
[0024]在操作中，流管208经由法兰214联接至管道，并通常沿箭头212的方向接收过程流体流。现在转向图2C，一旦过程流体流到达阻流体210，卡门涡旋222从阻流体210的相反侧224和226形成，并且在操作中，涡旋222的压力交替地撞击阻流体210的侧224和226，从而导致阻流体210内的变形。涡旋222的频率线性地取决于流速度。因此，基于作用在阻流体210的交替侧224和226上的涡旋222的频率，可以使用流量计电子设备202来计算流速度。另外，涡旋222的振幅取决于流体的密度并且与流速度有关。
[0025]根据本专利技术的实施例，在一个实施例中，设置在阻流体210内的传感器216和228成对并联地连接，用于阻流体210的每一侧224和226，并且可以检测由交替地接触阻流体210的侧224和226的涡旋222的压力造成的阻流体210的变形。在这种配置下，与交替地接触阻流体210的侧224本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种涡旋流量计，包括：流管，其被配置为接收沿第一方向的过程流体流；阻流体，其被设置在所述流管内位于第一端和第二端之间，并被配置为在所述过程流体流中产生涡旋；以及多个传感器，其被设置在所述阻流体内，并被配置为检测由作用于所述阻流体的涡旋造成的所述阻流体内的变形。2.如权利要求1所述的涡旋流量计，其中，所述多个传感器包括被设置在所述阻流体的孔内的压电电缆。3.如权利要求2所述的涡旋流量计，其中，所述多个传感器包括至少两个压电电缆，所述至少两个压电电缆被设置在所述阻流体内的在横向于所述过程流体流的所述第一方向的大体方向上的相反侧。4.如权利要求2所述的涡旋流量计，其中，设置在所述阻流体的孔内的所述压电电缆成对并联地连接，用于所述阻流体的每一侧。5.如权利要求2所述的涡旋流量计，其中，所述压电电缆由密封材料封装在所述阻流体的孔内。6.如权利要求5所述的涡旋流量计，其中，所述密封材料包括环氧化合物。7.如权利要求5所述的涡旋流量计，其中，所述密封材料包括水泥化合物。8.如权利要求1所述的涡旋流量计，还包括：流量计电子设备，其联接到所述多个传感器，被配置为基于由作用于所述阻流体的涡旋造成的所述阻流体内的变形的频率来产生过程流体流输出。9.如权利要求8所述的涡旋流量计，其中，所述流量计电子设备被配置为对来自所述多个传感器的接收到的信号执行频率分析，以检测所述阻流体内的变形的频率。10.如权利要求9所述的涡旋流量计，其中，所述频率分析是快速傅里叶变换(FFT)。11.如权利要求9所述的涡旋流量计，其中，所述流量计电子设备包括：第一放大器，其被配置为放大来自位于所述阻流体内的第一传感器的第一接收到的传感器信号，并产生第一放大器输出；第二放大器，其被配置为放大来自位于所述阻流体内的第二传感器的第二接收到的传感器信号，并产生第二反相放大器输出；...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗拉基米尔，
申请(专利权)人：微动公司，
类型：发明
国别省市：