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用于燃料加注環境的粘度相關流量計.pdf

摘要
申請專利號:

CN201480027223.5

申請日:

2014.03.17

公開號:

CN105431713A

公開日:

2016.03.23

當前法律狀態:

撤回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的視為撤回 IPC(主分類):G01F 1/05申請公布日:20160323|||實質審查的生效IPC(主分類):G01F 1/05申請日:20140317|||公開
IPC分類號: G01F1/05; G01F1/06; G01F1/696 主分類號: G01F1/05
申請人: 吉爾巴科公司
發明人: G.卡拉佩利
地址: 美國北卡羅來納州
優先權: 61/787,250 2013.03.15 US; 14/211,358 2014.03.14 US
專利代理機構: 北京市柳沈律師事務所11105 代理人: 吳俊
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201480027223.5

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2019.02.01|||2016.04.20|||2016.03.23

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的視為撤回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種測量流過流量計的體積流量的系統和方法。所述方法的一個步驟涉及提供連接至有流體從其中流過的導管的流量計。本發明還提供一種存儲有至少兩條羅什科/斯特勞哈爾曲線的存儲器。對流體的粘度進行測量。其中一條羅什科/斯特勞哈爾曲線是根據所述方法中的粘度選定的曲線。利用選定的羅什科/斯特勞哈爾曲線確定流過流量計的體積流量。

權利要求書

1.一種測量流過流量計的體積流量的方法,包括以下步驟:
提供連接至有流體流過的導管的流量計;
提供存儲有至少兩條羅什科/斯特勞哈爾曲線的存儲器;
測量所述流體的粘度;
根據所述粘度選擇所述羅什科/斯特勞哈爾曲線之中的某一條;和
利用所選擇的羅什科/斯特勞哈爾曲線計算流過所述流量計的體積流
量。
2.如權利要求1所述的方法,其中,所述流量計是雙渦輪流量計。
3.如權利要求4所述的方法,其中,所述至少兩條羅什科/斯特勞哈爾
曲線源自于具有不同粘度的至少兩種流體。
4.如權利要求4所述的方法,其中,所述雙渦輪轉子包括上游轉子和
下游轉子。
5.如權利要求4所述的方法,其中,所述選擇所述羅什科斯特勞哈爾
曲線的操作發生在所述上游轉子不轉動時。
6.如權利要求5所述的方法,其中,所述選擇所述羅什科斯特勞哈爾
曲線的操作是根據所述流體的粘度進行的。
7.如權利要求6所述的方法,其中,所述體積流量基于所述下游轉子
的轉速和所述流體的所述粘度。
8.一種用于確定流體流率的渦輪流量計,包括:
外殼,限定處于入口和出口之間的流路;
第一和第二渦輪轉子,被以可轉動的方式支撐在所述流路中;
至少一個傳感器,配置為檢測所述第一和第二轉子的轉動;
控制器,在工作時從所述至少一個傳感器接收指示所述轉動的信號;
所述控制器在工作時還接收指示所述流體的實測粘度的信號;
與所述控制器配套的存儲器,存儲與多個粘度值對應的多條標定曲線;
以及
所述流量計在工作時根據所述粘度選擇所述標定曲線之中的某一條標
定曲線。
9.如權利要求8所述的渦輪流量計裝置,其中,所述標定曲線之中的
所述選定曲線與最接近實測粘度的粘度值對應。
10.如權利要求8所述的渦輪流量計裝置,其中,所述控制器使用所述
標定曲線之中的所述某一條選定曲線來確定所述流體的流率。
11.如權利要求8所述的渦輪流量計裝置,其中,所述標定曲線是羅什
科/斯特勞哈爾曲線。

說明書

用于燃料加注環境的粘度相關流量計

技術領域

本發明總體涉及在燃料加注環境中使用的渦輪流量計。更確切地說,本
發明涉及一種對于具有不同粘度的多種流體具有增強測量精度的渦輪流量
計。

背景技術

在美國專利8,381,597、8,096,446、6,854,342、6,692,535、5,831,176和
5,689,071中示出并說明了渦輪流量計的多個例子(其中的每個專利通過完整
引用結合在此)。渦輪流量計可用于測量液體的流率,而液體的流率可用于
推導出流過流量計的液體量。在一些此類流量計中,在流量計外殼中沿液體
流路布置兩個渦輪轉子。隨著液體流過轉子,這些轉子轉動。液體通過第一
渦輪轉子,并被導入第二渦輪轉子,使得第二渦輪轉子沿與第一渦輪轉子相
反的方向轉動。

在渦輪流量計的標定過程中,已知的液體體積流率通常情況下通過流量
計。以不同的流率和頻率測量渦輪轉子的轉動頻率,以達到組合“斯特勞哈
爾”數。組合斯特勞哈爾數是轉子A和B的頻率(FA和FB)的和除以體積
流率(Vf)的值,如下表示:

S t r o u h a l = F A + F B V f ]]>

每個斯特勞赫爾數的組合“羅什科”數通過把頻率的和(FA+FB)除以液
體的粘度(ν)來確定,如下所示:

R o s h k o = F A + F B v ]]>

斯特勞哈爾數和對應的羅什科數繪制在羅什科-斯特勞哈爾(R-S)曲線
上和/或存儲在有限點序列中,其中,斯特勞赫爾數繪制在一個軸上或存儲在
一個序列中,通常繪制在y軸上,對應的羅什科數繪制在另一個軸上或存儲
在對應的序列中,通常繪制在x軸上。在操作時,使用R-S曲線根據計算的
羅什科數按如下所述確定斯特勞哈爾數。

首先測量渦輪轉子的轉動頻率。正如本領域所知的,在渦輪流量計中采
用傳感線圈或其它傳感裝置(例如霍耳效應傳感器)檢測渦輪轉子的轉動。
傳感器檢測渦輪轉子上的每個葉片的運動,從而確定轉動頻率。在測得渦輪
轉子的轉動頻率后,可根據如上所示的羅什科數的公式確定羅什科數。在求
得羅什科數后,可確定對應的斯特勞哈爾數。然后,使用斯特勞哈爾數和渦
輪轉子的頻率根據下面的重新整理的斯特勞哈爾公式確定體積流率:

V f = F A + F B S r ]]>

體積流率計算不斷重復進行,從而可得出在任何給定時刻流過渦輪流量
計的液體的體積流率。眾所周知的是,可根據體積流率和時間推導出液體量。

如果渦輪流量計用于粘性有變化的液體流的應用中(例如在燃料加注機
中),那么精確測量流率和流量可能比較困難。在已知的系統中,基于“標準”
粘度的假設使用單條羅什科/斯特勞哈爾曲線。雖然在較高流率時使用標準粘
度可能有效,但是在較低流率時(例如低于2gpm),這可能給體積測量值帶
來明顯誤差。這是由于,與較低流率的情況相比,在較高流率時,粘度的差
異導致的羅什科/斯特勞哈爾差異較小。

在參照附圖閱讀以下的優選實施例的詳細說明后,本領域技術人員能夠
理解本發明的范圍,并能夠實現本發明的附加特征。

發明內容

根據一個特征,本發明提供一種測量流過流量計的體積流量的方法。所
述方法的一個步驟涉及提供連接至有流體流過的導管(即,流道)的流量計。
本發明還提供一種在其中存儲有至少兩條羅什科/斯特勞哈爾曲線的存儲器。
對流體的粘度進行測量。其中一條羅什科/斯特勞哈爾曲線是根據實測粘度選
定的曲線。利用選定的羅什科/斯特勞哈爾曲線確定流過流量計的體積流量。

本發明的另一個特征是提供一種包括控制器的渦輪流量計,在所述控制
器中存儲有與多個粘度值對應的多條標定曲線。在使用時,在有效液流期間
確定實際粘度,并使用實際粘度選擇標定曲線。

本發明之其它目的、特性和特征是通過已公開的元件不同組合和重新組
合以及進行這種組合的方法來實現的,這些元件和方法將在下文中進一步詳
細說明。

附圖說明

下面參照附圖更具體地說明本發明的完整公開內容,包括其最佳實施方
式,以指導本領域普通技術人員。

圖1是采用根據本發明的一個實施例構造的一對渦輪流量計的燃料加
注機的示意圖;

圖2是根據本發明的一個實施例構造的渦輪流量計的示意性透視圖;

圖3是根據圖2的實施例構造的渦輪流量計的流態的示意圖;

圖4是可與圖2的流量計結合使用的羅什科-斯特勞哈爾(R-S)曲線的
圖示;

在本說明書及附圖中重復使用附圖標記,以代表本發明的相同或相似的
特性或成分。

具體實施方式

本領域普通技術人員應理解,下面的論述僅是說明示例性的實施例,而
不是為了限制本發明的更廣泛的方面,這些更廣泛的方面在示例性構造中體
現。

圖1示出了布置在燃料加注機40中的一對渦輪流量計10A和10B。燃
料加注機40的用途是向車輛(未示出)加注燃料,并測量輸送至車輛的燃
料量。為了達到度量衡規定的要求,需要使用精確的流量計對燃料加注進行
測量。

燃料加注機40可以是混合型的燃料加注機,其中,存儲在低辛烷值燃
料地下儲罐42中的低辛烷值燃料41和存儲在高辛烷值燃料地下儲罐44中
的高辛烷值燃料43由燃料加注機40混送,以向車輛輸送低辛烷值燃料41、
高辛烷值燃料43、或者這兩種燃料的混合物。低辛烷值燃料41通過低辛烷
值燃料供送管46供送至燃料加注機40。同樣,高辛烷值燃料43通過高辛烷
值燃料供送管48供送至燃料加注機40。低辛烷值燃料41和高辛烷值燃料
43都在其獨立的流路中通過燃料加注機40。每種燃料41、43遇到各自的閥
門50、52,所述閥門控制是否允許燃料進入燃料加注機40,并且,在允許
燃料進入燃料加注機40時,控制燃料的流率。閥門50、52可以比例方式控
制,并且可由燃料加注機40中的控制器60經由控制線62、64控制。

控制器60確定何時允許開始燃料加注操作。典型情況下,用戶需要按
下開始按鈕78,以指明需要燃料41、43之中的哪一個辛烷值,隨后,控制
器60根據由用戶選擇的燃料的辛烷類型控制閥門50、52,以允許加注低辛
烷值燃料41或高辛烷值燃料43(或者這兩種)。在燃料41、43通過兩個閥
門50、52后(如果用戶選擇的是混合辛烷值燃料),燃料41、43流過渦輪
流量計10A、10B。(如果用戶選擇僅加注低辛烷值燃料41或僅加注高辛烷
值燃料43,那么控制器60會僅打開閥門50、52之中的一個。)隨著燃料41、
43流過渦輪流量計10A、10B,渦輪流量計10A、10B之中的每一個上的傳
感器29、30(圖2)產生輸入到控制器60中的相應信號66、68。采用上述
技術,控制器60確定流過渦輪流量計10A、10B的燃料的流量,以確定輸
送這種燃料要向用戶收取的金額。控制器60使用來自于信號66、68的數據
產生總值顯示70。總值顯示70包括待向用戶收取的金額的顯示72、加注的
燃料量(加侖或公升)的顯示74、以及燃料單價的顯示76。

而且,標題為“ProgrammableMultipleBlender(可編程多流混合機)”
的美國專利4,876,653說明了與圖1所示的類似的混合機操作,該專利的內
容通過完整引用結合在此。隨著低辛烷值燃料41、高辛烷值燃料43、或兩
種燃料通過其各自的渦輪流量計10A、10B,燃料會合在混合總管54中,并
通過軟管56和噴嘴58輸送到車輛中。

在另一些實施例中,流量計10可在燃料加注站的地下儲罐的通氣立管
中使用。為了一些診斷或信息收集目的,可能希望使用流量計10測量流過
通氣立管的空氣量,以確定空氣被滲透膜分離和排放到大氣的頻次和數量。
正如美國專利5,464,466和5,985,002中所公開的,滲透膜可允許烴類透過,
或者允許氧氣或空氣透過。這些專利的內容通過完整引用結合在此。在另一
些實施例中,流量計10可在StageII蒸汽回收系統中測量返回到地下儲罐的
蒸汽量。

圖2示出了根據本發明的一個實施例構造的流量計10。流量計10包括
形成入口14和出口16的外殼12,所述入口14和出口16分別用于流體(液
體或氣體)的流入和流出。在外殼12內布置有固定軸18,以支撐在垂直于
軸18的軸線的平面內轉動的一對渦輪轉子20和21。通常,在每個轉子和軸
18之間布置有一組軸承,以便各個轉子轉動。如圖所示,轉子20稍稍位于
轉子21的上游。因此,轉子20可稱為“第一渦輪轉子”(轉子A),而轉子
21稱為“第二渦輪轉子”(轉子B)。

轉子20包括一個或多個輪葉22(又稱葉片),這些輪葉被流動的流體
沖擊時導致轉動。類似地,轉子21包括一個或多個輪葉23。現在請參考圖
3,輪葉22和23優選圍繞相應轉子中心體的外周間隔開布置。另外,轉子
20的輪葉22優選與轉子21的輪葉23傾斜相對。輪葉22和23的這種朝向
使兩個轉子以與流體流率成正比的轉速相向轉動(由箭頭32和36示出)。
例如,控制器可確定一個渦輪轉子與另一個渦輪轉子的轉速比,以確定流體
流率。

在所示的實施例中,通過入口14進入外殼12的流體會遇到轉子20。
由于輪葉22是斜面的,因此直行的流體流被轉化為大致成渦流的流態,其
角度軌跡基于輪葉22的角度27。這個角度軌跡相對于流量計10的縱軸(以
“A-A”示出)是大致傾斜的。在通過轉子20后,流體沖擊轉子21的輪葉23。
轉子20所導致的流體的角度軌跡使流體流向輪葉23的流入角增大。隨著流
入角增大,用于使渦輪轉子21上發生轉動的驅動力也增大。

通過對已安裝到外殼12上的相應傳感器29和30的輪葉22和23進行
計數,可確定轉子20和轉子21的轉速。在一些實施例中,可使用轉速比來
確定通過流量計10的液體或氣體的流率。除了傳感器29和30外,也可以
使用檢測轉子20和21的轉動的任何其它適當的技術。

在一些實施例中,傳感器29和30是傳感線圈,所述傳感線圈產生電磁
信號,該電磁信號穿過外殼12到達渦輪轉子20和21。隨著轉子20和21
轉動,輪葉22和23在由傳感線圈29和30產生的電磁信號上疊加脈沖信號。
然后,該脈沖信號可輸送至控制器60。控制器60使用脈沖信息確定轉子的
頻率(Fr)。在較低流率時,轉子20不一定轉動。在這種情況中,控制器60
可使用轉子21的頻率。控制器60還使用任何允許的技術(例如粘度傳感器)
確定流過流量計10的流體的粘度(ν)。

如圖4所示,在與流量計配套(優選與控制器60配套)的存儲器61中
存儲有多條R-S曲線。R-S曲線100、102和104以二維線形圖示出,其中,
對于x軸106上的給定羅什科數,可確定y軸108上的相應斯特勞哈爾數。

圖4中所示的每條R-S曲線對應特定的流體粘度。例如,曲線102代表
具有第一粘度的R-S曲線,曲線102代表具有第二粘度的R-S曲線,曲線
104代表具有第三粘度的R-S曲線。存儲在存儲器中的曲線的數目僅受物理
條件的限制,例如存儲容量和處理速度。比較理想的是在存儲器中存儲大量
R-S曲線。因此,某些實施例包含的曲線多于圖4所示的三條R-S曲線。

典型情況下,由R-S曲線代表的粘度的范圍包括預計在燃料加注應用中
可能遇到的粘度值。這些不同的R-S曲線是在標定過程中產生的。可以理解
的是,可在標定過程中使用不同的技術產生R-S曲線。例如,在一些實施例
中,可使用具有不同粘度的過程流體來確定R-S曲線。在另一些實施例中,
可在整個標定過程中使用相同的過程流體,但是流體的溫度是不同的,并且
利用一些溫度補償措施。在較低的流率時,可僅使用FB來確定曲線(此時
FB是唯一可用的,因為在低速率時,FA是零)。對于較高流率,優選使用
組合羅什科數。

在操作時,在有效流率期間(一旦FA>0)測量流過流量計10的流體的
粘度(ν)。根據流過流量計10的流體的實測粘度(ν),控制器60確定代表
該特定粘度的R-S曲線。在代表實測粘度的R-S曲線沒有存儲在存儲器中的
情況下,控制器60優選選擇代表最接近實測粘度的流體粘度的R-S曲線。
本領域的技術人員能理解,通過增加存儲在存儲器中的R-S曲線的數目,能
夠提高流量計的總體精度。

然后,可使用選定的R-S曲線確定流過流量計的液體的體積流率(Vr),
并計算液體的流量(V)。為了確定體積流率(Vr),控制器60利用代表與流
動流體的實測粘度最接近的粘度的R-S曲線。然后,可根據轉子頻率和流體
粘度例如上文所示的羅什科數公式確定羅什科數。對于存儲在存儲器中的每
條曲線,分母中的粘度值(ν)是變化的。在求得羅什科數后,使用選定的
R-S曲線或公式確定對應的斯特勞哈爾數。然后,使用斯特勞哈爾數和渦輪
轉子的頻率根據上述的公式確定體積流率。

體積流率計算周期遞增地不斷重復進行,從而可得出在任何給定時刻流
過渦輪流量計的液體的體積流率。眾所周知的是,可根據體積流率和時間推
導出液體量。在燃料加注機(例如圖1所示的加注機)的例子中,可把液體
的體積(V)傳送至控制系統或其它電子線路,以便在加注機上顯示加注的
燃料量。

雖然在上文中說明并示出了本發明的一些優選實施例,但是在不脫離本
發明的精神和范圍的前提下,本領域普通技術人員能夠對其做各種修改和變
化。另外,應理解,各個實施例的各方面可全部或部分地互換。而且,本領
域普通技術人員能理解,上述說明僅是示例性的,不是為了限制本發明,本
發明僅由所附權利要求限定。

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用于 燃料 加注 環境 粘度 相關 流量計
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