体积流量计以及用于确定体积流率的方法技术

本发明专利技术的一方面关于一种用于确定流过体积流量计的可压缩流体流的体积流率的方法，该体积流量计具有流体入口、在流体入口下游的轮以及在流体入口下游和轮上游的收缩部，可压缩流体流过流体入口并且致动该轮。该方法包括，测量轮的旋转速度，以及基于所测量的旋转速度确定轮两端的永久压力损失。该方法进一步包括，测量在流体入口处的可压缩流体流的流体压力，以及基于所确定的永久压力损失和所测量的流体压力确定体积流量计中的可压缩流体流是处于亚音速流态还是处于超音速流态。该方法还包括，测量在流体入口处的可压缩流体流的流体温度，以及基于所确定的永久压力损失、所测量的流体压力、可压缩流体流的流态和所测量的流体温度确定可压缩流体流的体积流量。本发明专利技术的其他方面关于用于确定可压缩流体流的体积流率的体积流量计、一种用于控制体积流量计的数据处理设备、一种用于控制器的计算机程序以及一种将计算机程序存储在其上的计算机可读介质。质。质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】体积流量计以及用于确定体积流率的方法


[0001]本专利技术的各方面涉及一种(自供电)体积流量计和一种用于确定体积流率的方法。本专利技术的另外方面涉及用于控制体积流量计的数据处理设备和一种用于确定体积流率的计算机程序。

技术介绍

[0002]Th.Th.R.Sifferman,L.J.Kemp,G.V.Chilingarian,“Chapter 2 Flow Rate Measurements(第2章流率测量)”,Developments in Petroleum Science 19B(石油科学的发展19B),pp.13
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59(1989)提供了对所谓的“差压式流量计”的回顾。最近，Santhosh K.V.,B.K.Roy,“An Intelligent Flow Measurement Technique Using Orifice(使用孔口的智能流量测量技术)”,IJAPM 2 p.165(2012)提出了一种智能流量测量技术。智能流量测量技术允许避免在每次更换/更改液体、管道和/或孔口时重新校准流量计。管道中流体的流率尤其根据布置在管道中的孔口的上游和下游(特别是在流体断面处的下游)区域之间的流体的压力差来计算。
[0003]具有涡轮的流量计在不可压缩流体流的背景下是众所周知的。例如，在W.S.Hao,R.Garcia,“Development of a Digital and Battery
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Free Smart Flowmeter(数字和无电池智能流量计的开发)”,Energies 7,p.3695(2014)中提出了一种数字和无电池智能水流量计。应该注意的是，温度和压力不会显著影响水(或其他不可压缩流体)的体积流量测量。因此，另外具有用于向流量计供电的线圈的Woltman流量计设计适合于测量不可压缩流体的流率。特别地，微控制器单元与各向异性磁阻(AMR)传感器组合可以用于检测磁转子的永磁体的旋转速度。旋转的磁转子在定子线圈内部感应出电动势，从而生成大量的功率，这些功率可以分配给流量计的不同电子部件。这种布置和测量程序与经受膨胀效应的流体(例如可压缩流体)的体积流率的测量不兼容。
[0004]文献US 5,370,112披露了一种便携式气体分配系统。向呼吸困难的病人供应脉冲式剂量的比如氧气等呼吸气体。该系统设置有从膨胀气体中提取的能量发电的装置。可以与系统剂量计量装置集成在一起的气动马达由膨胀气体提供动力并且驱动发电机产生至少用于操作系统所需的功率，从而允许增加每次填充的服务时间，减小系统重量，或两者兼有。
[0005]文献US 2011/298635涉及一种提供自发电、实时无线数据传输能力以及远程流量控制能力的自发电智能流量功用仪表。而且，披露了一种用于流量功用实时流量使用监测和控制、自错误诊断以及自泄漏监测的方法和系统。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一方面关于一种用于确定流过体积流量计的可压缩流体流的体积流率的方法，该体积流量计具有流体入口、在该流体入口下游的轮，并且优选地包括在该流体入口下游和该轮上游的收缩部，该可压缩流体流过该流体入口并且致动该轮。该方法包括：
ο测量该轮的旋转速度；ο基于所测量的旋转速度确定该轮两端的永久压力损失；ο测量在该流体入口处的该可压缩流体流的流体压力；ο基于所确定的永久压力损失和在该流体入口处所测量的流体压力确定该体积流量计中的可压缩流体流(在该收缩部的下游)是处于亚音速流态还是处于超音速流态；ο测量在该流体入口处的该可压缩流体流的流体温度；以及ο基于所确定的永久压力损失、所测量的流体压力、该可压缩流体流的流态和所测量的流体温度确定该可压缩流体流的体积流率。
[0007]体积流率被定义为每单位时间经过给定表面的流体体积。体积流率通常由符号“Q”表示。体积流率以SI单位中的立方米每秒(m3/s)表达。根据应用，在适当的时候可以使用比如升每秒(L/s)、升每分钟(L/min)或升每小时(L/h)等其他衍生单位。
[0008]流体流总体上分为两个类别：不可压缩流体流和可压缩流体流。在不可压缩流体流的情况下，流体的密度沿流保持恒定。另外，当沿流的密度变化可以忽略不计时，则可以将流精确地近似为不可压缩。换句话说，在不可压缩流体流的情况下，流体的密度在随流速移动的流体团内保持恒定(或变化可以忽略不计)。相反，在可压缩流体流的情况下，流体的密度在随流速移动的流体团内变化。重要的是要注意，不可压缩流体流未必暗示该流体本身是不可压缩的。
[0009]如本文所用，“轮”是旋转机械设备，该设备被配置成将流体流的动能转换为(机械)旋转能，并且可以可选地将旋转能转换为电能。该轮可以是桨轮、斗轮、螺旋轮或任何其他类型的轮。
[0010]如本文所用，“收缩部”是横截面分别小于该流体入口和该轮所在位置的区域的橫截面的区域。该收缩部可以是例如喷嘴、孔口和/或从引导该流的管突出的区段。
[0011]如本文所用，“永久压力损失”是由体积流量计导致的压力差或压力下降。它是上游流体压力与下游流体压力之间的差值，两者都远离该体积流量计测量或确定，例如在对应于至少4倍、优选地至少6倍、更优选地至少8倍于其上布置有该体积流量计的流管直径的距离处。
[0012]应该注意的是，旋转速度、流体压力和流体温度可以以任何物理单位表达和解释。例如，流体压力可以以伏特为单位使用，例如用于控制器中的进一步数据处理。
[0013]亚音速流态和超音速流态对应于局部流体流速分别低于、大于该流体中的局部音速的流态。一般来说，在流体动力学中，马赫数(M或Ma)可以用于确定该流是处于亚音速流态还是超音速流态。马赫数是表示局部流体流速与局部音速比值的无量纲量：M＝u/c，其中，u是局部流体流速，而c是流体中的音速。
[0014]将理解的是，当与现有技术中提出的解决方案相比时，本专利技术的第一方面极大地简化了测量，尤其是流体压力测量。实际上，本专利技术第一方面提出的解决方案减轻了测量收缩断面处的流体压力的需要(如例如在Santhosh K.V.,B.K.Roy,“An Intelligent Flow Measurement Technique Using Orifice(使用孔口的智能流量测量技术)”,IJAPM 2 p.165(2012)中)。实际上，在该收缩断面处的流体压力测量可能非常具有挑战性。实际上，将该压力传感器(压力表)布置得非常靠近孔口是非常复杂的。该压力传感器的精确定位对于实现精确且稳定的测量至关重要。而且，该收缩断面的位置随孔口与管道直径的比值而
变化，因此如果改变孔板，则该收缩断面的位置会出现错误。
[0015]本专利技术的第一方面还允许改进对可压缩流体流的体积流率的确定。实际上，对于可压缩流体流，其上布置有该流量计的管道的几何形状可导致流的流态的转变，例如从亚音速流态转变到超音速流态或反之亦然，已知的是这种转变会极大地影响体积流率的定量确定。
[0016]另外，本专利技术的第一方面在该方法包涵在亚音本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定流过体积流量计的可压缩流体流的体积流率的方法，该体积流量计具有流体入口、在该流体入口下游的轮，并且优选地包括在该流体入口下游和该轮上游的收缩部，该可压缩流体流过该流体入口并且致动该轮，该方法包括:测量该轮的旋转速度；基于所测量的旋转速度确定该轮两端的永久压力损失；测量在该流体入口处的该可压缩流体流的流体压力；基于所确定的永久压力损失和所测量的流体压力确定该体积流量计中的可压缩流体流是处于亚音速流态还是处于超音速流态；测量在该流体入口处的该可压缩流体流的流体温度；以及基于所确定的永久压力损失、所测量的流体压力、该可压缩流体流的流态和所测量的流体温度确定该可压缩流体流的该体积流率。2.根据权利要求1中任一项所述的方法，包括：通过电池和/或超级电容器为该体积流量计供电。3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，包括：通过由涡轮从该可压缩流体流获取的能量为该体积流量计供电，该涡轮包括该轮和发电机，该轮操作性地连接到该发电机。4.根据权利要求3所述的方法，包括：通过由该涡轮获取的能量为该电池和/或该超级电容器充电。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，包括：传输所测量的轮的旋转速度、所测量的流体压力和所测量的流体温度中的至少一者。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，包括：传输所测量的该轮的旋转速度、所确定的体积流率、所测量的流体压力、该可压缩流体流的流态、所测量的流体温度和通过该体积流量计的累积体积以及它们时间的序列中的至少一者。7.根据权利要求6所述的方法，其中，这些时间序列在时间上均匀地或不均匀地间隔开。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，包括：传输该体积流量计的状态。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，包括：传输由例如GNSS接收器提供的地理位置和/或时间数据。10.根据权利要求5至9中任一项所述的方法,其中，该传输按照任何无线数据传输协议实现，例如蓝牙协议、优选地蓝牙低能耗协议、ZigBee协议、Z波协议或Wi
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Fi协议。11.一种用于确定可压缩流体流的体积流率的体积流量计，包括：流体入口，该流体入口用于该可压缩流体流，该流体入口包括分别用于测量该可压缩流体流的流体压力和流体温度的压力传感器和温度传感器；轮，该轮优选地经由收缩部与该流体入口流体连通，该收缩部布置在该流体入口下游和该轮上游，该轮被配置成由该可压缩流体流致动；旋转速度传感器，该旋转速度传感器用于测量该轮的旋转速度；以及控制器,该控制器被配置成：
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基于由该旋转速度传感器测量的旋转速度确定该轮两端的永久压力损失；
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基于所确定的永久压力损失和通过该压力传感器所测量的流体压力确定该体积流量计中的该...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰罗姆，
申请(专利权)人：卢森堡科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：