专利名称：具有液体排放系统的超声流量计的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及超声流量计。更具体地说，本发明涉及用于超声流量计的液体排放系统。
背景技术：
在从地面取出烃之后，通过管路将流体流(液相或气相)到处输送。希望准确地知道流体流中流动的流体的量，且当流体正转手或“保管输送”时需要特定的精确性。然而，即使在不进行保管输送的情况下，也期望流体流率测量精度，且在这些情形可以使用超
声流量计。超声流量计包括两个或多个换能器组件，每个固定在流量计的主体中的端口的内部。流量计的主体也可被称为管段。为了在流量计内容纳所输送的流体，在管段的每个换能器端口的外端上固定了连接器。因此，管段和端部连接器形成压力边界和容纳流过流量计的流体的壳体。为了测量穿过流量计的流体流量，沿管段的内表面设置了一对换能器组件，使得在流体流穿过管段的孔洞的相对侧上两个换能器组件相互面对。每个换能器组件包括压电元件。当对换能器组件对中的第一换能器组件的压电元件施加交流电时，压电元件通过辐射超声波穿过流过流量计的流体而做出响应。当该波入射在该对中的第二换能器组件的压电元件上时，第二换能器组件通过产生电信号而响应。一段时间之后，对第二换能器组件的压电元件施加交流电，且第二压电元件通过辐射超声波穿过流量计中的流体到第一换能器组件而做出响应。当该波入射在第一换能器组件的压电元件上时，该换能器组件通过产生电信号而响应。这样，换能器组件发送并接收来回跨过流体流的信号。每个换能器组件连接到缆线，缆线穿过端部连接器延伸到管段的外部和远距离位置，例如通常安装在管段外侧的电子设备基底外壳。缆线将由特定换能器组件的压电元件产生的电信号携带到定位在电子设备基底外壳内的采集板，信号在该采集板处能被处理并随后用于确定穿过流量计的流体流率。在大部分应用中，往往在流过流量计的气体流中有较少量的液体。随着时间的推移，一些液体能收集或积聚在换能器端口内。但是，过量的液体在换能器端口内的积聚能不利地影响由布置在端口内的换能器组件发送和/或接收的信号。具体地，所积聚的液体能使来自布置在端口内的换能器组件的声信号在声学上缩短。换句话说，由换能器组件产生的声信号能穿入液体和/或流量计主体而不是只穿过通过流量计主体流到匹配的换能器组件的流体。结果，声信号将不到达匹配的换能器组件，从而使流量测量出错。此外，液体在换能器端口内的积聚可能还会引起换能器组件的电线或其他电气元件的短路或腐蚀，可能导致换能器组件出故障。 为了最小化流体在换能器端口内的积聚及相关问题，通常以特定方位安装超声流量计，其允许换能器端口内所积聚的液体在重力作用下自排放回到流量计主体的主流动孔洞中。例如，利用了穿过流量计的在一对换能器组件之间的流动孔洞的换能器信号路径的超声流量计通常被推荐安装在水平管路(即，与管路的水平部分一致)并定位成使得换能器端口水平定向。只要端口的直径沿其长度均勻或端口的直径朝流量计主体的主流动孔洞移动而增加，换能器端口的水平定向允许积聚在端口内的液体在重力作用下自排放回到流量计主体的主流动孔洞中。作为另一示例，利用了从流量计的内表面弹开的换能器路径的超声流量计通常被推荐安装在水平管路中(即，与管路的水平部分一致)，且换能器端口定位在流量计的上侧，且垂直地定向或以与垂直成小于90°的角度定向。换能器端口在流量计主体的上侧上的垂直或接近垂直的定向允许积聚在端口中的任何液体在重力作用下向下自排放回到流量计主体的主流动孔洞中。在前面提到的方式中，为了减少液体在换能器端口中的积聚，通常以特定的方式定位并定向流量计及相关的换能器端口。结果，流量计沿管路的放置可被限制到管路为水平的那些具体位置。但是，在某些应用中，按所推荐的来定向流量计可能是不可能的、不方便的或不是成本有效的。因此，需要能以更多种位置和方位安装且同时最小化液体在一个或多个换能器端口中的积聚的超声流量计。

发明内容
这些及其他需要在一个实施方式中通过用于测量穿过管路的流体的流量的超声流量计来解决。在实施方式中，流量计包括管段，该管段包括通孔和换能器端口。换能器端口沿中心轴从通孔处的敞开端延伸到远离通孔的封闭端。此外，流量计包括布置在换能器端口中的声换能器。换能器包括压电元件。而且，流量计包括与换能器端口流体相通的排放端口。排放端口在轴向上布置在换能器端口的敞开端和封闭端之间。另外，流量计包括排放管，该排放管具有耦合到排放端口的入口端和与入口端相对的出口端。排放端口被配置成使来自换能器端口的液体排放到排放管的入口端。这些及其他需要在另一个实施方式中通过用于从超声流量计的换能器端口排放积聚的液体的方法来解决。在实施方式中，该方法包括(a)使流体流过流量计中的通孔。 换能器端口从通孔延伸且与通孔流体相通。此外，该方法包括(b)使穿过流量计的通孔的声信号与布置在换能器端口中的换能器通信。而且，方法包括(c)在(a)期间，使液体积聚在换能器端口中。此外，该方法包括(d)在(c)之后，通过与换能器端口流体相通的排放端口排放换能器端口中积聚的液体。而且，该方法包括(e)在(d)期间使液体从排放端口流入排放管。另外，该方法包括(f)将排放管中的阀偏置到限制液体流过阀的关闭位置。 该方法还包括(g)在(c)之后将阀转变到打开位置以允许液体流过阀。这些及其他需要在另一个实施方式中通过一种识别超声流量计中的故障的声换能器的方法来解决。在实施方式中，该方法包括(a)使流体流过流量计的通孔。此外，该方法包括(b)利用声换能器发送穿过流量计的通孔的声信号，声换能器布置在从流量计中的通孔延伸的换能器端口中。而且，该方法包括(C)利用声换能器接收穿过流量计的通孔的声信号。此外，该方法包括(d)提供与换能器端口流体相通的排放端口。耦合到排放端口的排放管包括阀。而且，该方法包括(e)利用耦合到换能器的电子器件包连续地监测声信号。另外，该方法包括(f)在(e)期间利用电子器件包确定声信号的有效性。而且，该方法包括(g)当在(f)中确定了声信号为有效时，利用电子器件包维持阀处于关闭位置。 该方法还包括(h)当在(f)中确定了声信号为无效时，利用电子器件包在(g)使阀转变到打开位置。因此，本文描述的实施方式包括旨在解决与某些现有装置、系统和方法相关的各种缺点的特征和优势的组合。本领域技术人员阅读以下详述并通过参考附图将易于明白上述各种特性以及其他特征。


为了详细说明本发明的示例性实施方式，现将参考附图，在附图中图1是沿图2的线1-1截取的超声流量计的实施方式的横截面顶视图；图2是图1流量计的端视图，示意性地示出由图1和3的换能器组件产生和接收的声信号路径和相应的声信号；图3是图1流量计的示意性顶视图；图4是沿图1线4-4截取的图1流量计的放大的部分横截面，其包括液体排放系统的实施方式；图5是示出用于控制图4液体排放系统的操作的方法的实施方式的流程图；图6是图1超声流量计的侧视图，其中图4的排放系统的液体排放管的出口定位成使积聚的液体排放到流量计的贯穿通路中；图7是图1超声流量计的局部侧视图，其中图4的排放系统的液体排放管的出口定位成使积聚的液体排放到储存容器中；以及图8是流量计的实施方式的放大的局部横截面视图，该流量计包括间接地控制换能器端口排放系统的电子器件包。
具体实施例方式以下论述涉及本发明的各种实施方式。尽管这些实施方式中的一个或多个可能是目前优选的，但是所公开的实施方式不应被解释为或以其他方式使用来限制本公开内容 (包括权利要求)的范围。此外，本领域的技术人员将理解，以下论述具有宽泛的应用，且任何实施方式的论述不是仅指该实施方式的示例，且不是要暗示公开内容(包括权利要求) 的范围限于该实施方式。在以下说明和权利要求中使用某些术语来指示特定的特征或部件。本领域技术人员将理解，不同的人可用不同的名称指代相同的特征或部件。该文献不是要在以名称不同但功能相同的部件或特征之间区分。附图未必按比例绘制。此处某些特征和部件可能以放大比例或以示意形式显示，且常规元件的某些细节可能为了清楚和简要而未示出。在以下论述和权利要求中，使用的术语“包括”和“包含”为开放式的，因而应被解释为指“包括但不限于...”。而且，术语“耦合”指的是间接或直接连接。因而，如果第一装置耦合到第二装置，该连接可为通过直接连接，或通过经其他装置、部件和连接件的间接连接。此外，如此处使用的，术语“轴向的”和“轴向地”通常指沿中心轴或平行于中心轴(例如，主体或端口的中心轴)，而术语“径向的”和“径向地”通常指垂直于中心轴。例如，轴向距离指的是沿中心轴或平行于中心轴测量的距离，而径向距离指的是垂直于中心轴测量的距离。现参考图1-3，示出了超声流量计10的实施方式的示意图。流量计10包括适合于放置在管路的部分之间的流量计主体或管段11。管段11沿中心轴15在第一或上游端Ila 和与第一端Ila相对的第二或下游端lib之间延伸。如图1和2最佳显示的，在该实施方式中，每个端IlaUlb各自分别包括安装凸缘12、13。此外，管段11具有预定的尺寸且限定在端IlaUlb之间延伸的中心贯穿通路14，被测流体(例如，气体和/或液体)流过该中心贯穿通路14。如图2和3所示，在该实施方式中，流量计10包括布置在沿管段11的长度定位的换能器端口中的四对换能器——分别布置在换能器端口 30a、30b中的第一对换能器20a、 20b,分别布置在换能器端口 30c、30d中的第二对换能器20c、20d，分别布置在换能器端口 30e、30f中的第三对换能器20e、20f，以及分别布置在换能器端口 30g、30h中的第四对换能器 20g、20h。每个换能器(例如，换能器20￡1、2013、20(3、20(1、206、2(^、2(^、2011)为声收发器，且
更具体地说为超声收发器，意味着每个换能器产生并接收具有超过约20千赫的频率的声能。可以通过每个换能器中的压电元件产生并接收声能。为了产生声信号，通过正弦信号电激励压电元件，且其通过振动来响应。压电元件的振动产生穿过被测流体行进到换能器对的相应的换能器的声信号。类似地，在被声能(即，声信号和其他噪声信号)冲击时，接收的压电元件振动并产生正弦电信号，该正弦电信号由与流量计相关的电子设备检测、数字化并分析。每对换能器的换能器跨过贯穿通路14彼此相对地布置且彼此之间将声信号来回地通信。具体地，换能器20a、20b跨过贯穿通路14彼此相对地布置并彼此之间将声信号来回地通信；换能器20c、20d跨过贯穿通路14彼此相对地布置并彼此之间将声信号来回地通信；换能器20e、20f跨过贯穿通路14彼此相对地布置并彼此之间将声信号来回地通信；以及换能器20g、20h跨过贯穿通路14彼此相对地布置并彼此之间将声信号来回地通信。在每对相对的换能器20a、20b ；20c、20d ；20e、20f ；和20g、20h之间分别存在声信号路径22、 23、24、25 (有时被称为“弦”或“弦路径”)。每对换能器及相关的换能器端口对应于单个弦路径。在顶视图中，每个弦路径22、 23、24、25相对于不同的弦路径22,23,24,25宽松地形成“X”的形状。如图2最佳显示的， 每对换能器及其相应的弦路径22、23、M、25布置在管段11的不同“水平”。结合图2和3， 换能器对被布置成使得分别对应于弦22和23的下面的两对换能器20a、20b和20c、20d在顶视图中形成“X”的形状，而分别对应于弦对、25的上面的两对换能器20e、20f和20g、20h 也形成“X”的形状。现参考图1，将对第一对换能器20a、20b进行更详细的说明，应理解，流量计10的每对换能器被类似地布置和设置。弦22在顶视图中相对于中心线15成锐角Θ。弦22的长度为对应的一对换能器20a、20b的面之间的距离。如图1中示例性的一对换能器20a、 20b示出的，点沈、27限定分别由换能器20a、20b产生的声信号进入和离开流过管段11的通路14的流体的位置(即，在管段11的通路14和端口 30a、30b的交叉处)。换能器20a、 20b的位置能由角度θ、由在换能器20a、20b之间测量的第一长度L、与点26、27之间的轴向距离对应的第二长度X以及与管段11的内径对应的第三长度“d”限定。在大多数情形， 距离d、X和L在流量计(例如，流量计10)的制造期间被精确地确定。而且，该对换能器 20a、20b通常分别布置在距点沈、27特定的距离处，而与流量计尺寸(S卩，管段尺寸)无关。 诸如天然气这样的流体以速度分布3沿方向2流动。速度矢量4-9示出穿过管段11的气体速度朝中心线15增加。在许多情形，流过通路14的流体将包括少量液体。仍参考图1所示的示例性的换能器对20a、20b，最初，下游换能器20a产生声信号， 该声信号穿过管段11中的流体传播并随后入射到上游换能器20b并由上游换能器20b检测。短时间之后(例如，在几毫秒内)，上游换能器20b产生返回声信号，该返回声信号穿过管段11中的流体往回传播并随后入射到下游换能器20a并由下游换能器20a检测。因此，换能器20a、20b沿弦路径22 “发和收”声信号22a。在操作过程中，该顺序可每分钟进行成千上万次。声信号2 在换能器20a、20b之间的传送时间部分地取决于声信号2 相对于流体流是向上游行进还是向下游行进。声信号向下游行进(即，以与流体流相同的方向)的传送时间少于它向上游行进(即，逆着流体流)时的传送时间。向上游和向下游的传送时间能用于计算沿着信号路径的平均速度和被测流体中的声速。通常，超声流量计能具有一个或多个声信号路径。例如，如图2和3最佳显示的， 在该实施方式中，超声流量计10实际上包括分别在管段11内的不同水平的四个弦路径22、 23、24、25和相关的声信号22a、23a、Ma、25a。每个弦路径22、23、M、25对应于交替地作为发射器和接收器的换能器对，类似于上述的第一换能器对20a、20b。而且，图2示出了电子设备控制包或外壳80，其控制声信号生成，并且获得并处理来自四个弦路径22、23、M、25 的数据。能在每个弦22、23、M、25处确定流体的流速以获得弦流速，并且弦流速被组合以确定在整个管路内的平均流速。从平均流速，能确定在管段中流动的流体的量以及由此确定管路内流动的流体的量。如前所述，在许多应用中，流过超声流量计(例如，流量计10)的流体将包括少量液体。大多数常规超声流量计安装在特定的位置和方位以最小化液体积聚。具体地，大多数常规超声流量计安装成使得在每个换能器端口内积聚的任何液体将在重力作用下自动地排放回到流量计中的贯穿通路内。这一般需要定向流量计使得流量计的每个换能器端口为水平的、当其从管段的外部延伸到流量计的贯穿通路时向下倾斜、和/或定位在流量计的上半部上。结果，流量计可能沿着安装的管路大大地受限制。然而，如下面更详细说明的，此处描述的实施方式在易受到液体积聚和相关问题的一个或多个换能器端口上包括了排放端口。现参考图4，示出了穿过换能器端口 30a和相关换能器20a沿图1线4_4取得的管段11的示意性横截面视图。尽管图4仅示出一个换能器端口(即，换能器端口 30a)和其相应的换能器(例如，换能器20a)，但是其余的换能器端口 30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h 中的一个或多个可相同配置，取决于应用和每个端口 30b、30C、30d、30e、30f、30g、30h内预期的液体积聚。具体地，基于流量计10的安装和换能器端口的定向，易受到液体积聚的每个端口优选地被配置成与下面描述的端口 30a相同。如图4所示，端口 30a与通路14流体相通并沿中心轴3 从通路14处的第一或敞开端30a-l和远离通路14的第二或封闭端30a-2延伸。在该实施方式中，端口 30a由换能器壳体40a限定，而该换能器壳体40a沿中心轴4 从管段11在靠近通路14的第一端 40a-l和远离通路14的第二端40a_2之间延伸。在该实施方式中，壳体40a的第一端40a_l 与管段11为整体。端口 30a限定穿过换能器壳体40a在端40a_l、40a_2之间同轴地(相对于轴25a、35a)延伸的中心孔洞或通路。换句话说，端口 30a的轴35a与端口 40a的轴4 一致。端盖41a耦合到端40a_2并封闭端口 30a的第二端30a_2。仍参考图4，换能器20a同轴地布置在换能器端口 30a和换能器壳体40a内，且可移除地耦合到壳体40a。具体地，换能器20a沿中心轴2 在靠近管段11的通路14的第一端20a-l和远离通路14的第二端20a-2之间延伸。上述的产生并接收沿弦22的声信号 22a的压电元件被布置在换能器20a内，靠近第一端20a_l。缆线21a延伸穿过端盖41a并在第二端20a_2处电耦合到换能器20a。缆线21a如上所述在换能器20a和电子器件包80 之间传递电信号和数据，而电子器件包80耦合到管段11外侧。在该实施方式中，换能器20a利用匹配螺纹可释放地固定到端口 30a内的壳体 40a，换能器20a包括与壳体40a的内螺纹40a_3相啮合的外螺纹20a_3。换能器20a和壳体40a之间的螺纹啮合使得换能器20a能在相对于轴25a、35a、4fe的期望的轴向位置定位在端口 30a内，在相对于轴25a、35a、4fe的期望的轴向位置维持在端口 30a内，以及根据期望为了维修和/或维护而从端口 30a内移除。尽管在该实施方式中采用了匹配螺纹20a_3、 40a-3来将换能器20a可释放地耦合到壳体40a，但是在其他实施方式中，换能器(例如，换能器20a)能通过任何合适的方式定位在壳体(例如，壳体40a)内，上述方式包括但不限于，干涉配合、压配合、螺栓、焊接连接或其组合。在流量计10的操作期间，流过通路14的流体(在图1中用箭头2表示)可包括少量液体。随着时间推移，一部分液体可能积聚在端口 30a内。如果端口 30a和轴3 为水平的，则随着孔洞30a中的液体深度增加，液体将趋向于在重力作用下朝敞开端30a_l流动并进入流量计通路14内。同样，如果封闭端30a-2定位在敞开端30a-l上方或处在比敞开端30a_l高的高度(例如，轴35a向上倾斜从端30a_l移动到30a_2)，则积聚在孔洞31a 内的任何液体将在重力作用下流动到敞开端30a-l并进入流量计通路14内。但是，如果封闭端30a_2定位在敞开端30a_l下方或处在比敞开端30a_l低的高度(例如轴35a向下倾斜从端30a_l移动到30a_2)，则积聚在孔洞31a中的液体将不会在重力作用下流动到敞开端30a-l并进入通路14内。如果在孔洞31a内的液体积聚充分，则可能会不期望地干扰声信号沿弦22在图1所示的换能器20a、20b之间的传递。但是，在该实施方式中，设置了与换能器端口 30a流体相通的液体排放系统50以从其排放积聚的液体，从而减少了在孔洞30a 内积聚的液体的量并降低了声短路的可能性。仍参考图4，在该实施方式中，液体排放系统50包括与换能器端口 30a流体相通的排放孔或端口 51以及从排放端口 51延伸的排放管52。排放端口 51为径向地(相对于轴 25a.35a.45a)穿过换能器壳体40a延伸到换能器端口 30a的通孔。在换能器端口(例如端口 30a)延伸穿过管段(例如，管段11)并由管段限定的其他实施方式中，排放端口(例如，排放端口 51)可延伸穿过管段的一部分。排放端口 51优选地定位并定向成使得换能器端口 30a内的液体将在重力作用下自动地从换能器端口 30a排放到排放端口 51。换句话说，排放端口 51优选地定位在液体在换能器端口 30a内积聚的位置。这样的位置将最终取决于流量计10和换能器端口 30a的位置和方位，但是通常处在换能器端口的相对靠下的部分(即，换能器端口的处于比换能器端口的敞开端低的高度的那些部分)。仍参考图4，排放管52具有耦合到壳体40a并与排放端口 51流体相通的第一或入口端52a，以及与入口端5 相对的第二或出口端52b。端口 30a内积聚的液体从换能器端口 30a穿过排放端口 51和入口端5 排放到管52内，且穿过出口端52b离开管52。在该实施方式中，沿管52在端52a、52b之间定位了阀53。阀53控制穿过管52排放的液体的流动。具体地，当阀53处于打开位置时，排放的液体穿过排放端口 51、入口端52a、管52和阀 53自由地流到出口端52b。但是，当阀处于关闭位置时，排放的液体被限制和/或防止穿过阀53从入口端5 流动到出口端52b。在流量计10的正常操作期间，阀53优选地维持在关闭位置。具体地，根据流量计 (例如，流量计10)的设计和/或排放目的地(例如，出口端52b的位置)，穿过排放管(例如，管52)的液体和/或气体流可影响向及从相应的换能器(例如，换能器20a)移动的声信号，特别是如果流过流量计主体的一部分气体流入换能器端口(例如，端口 30a)并穿过排放端口(例如，排放端口 51)，可能会导致流量测量误差。但是，当电子器件包80检测到换能器20a出故障时，阀53被转换到打开位置以排放在换能器端口 30a内积聚的可能引起换能器失效的任何液体。在换能器端口 30a排放之后，阀53被转换回到关闭位置以允许精确的流量测量。如果在换能器端口 30a排放和阀53关闭之后没有恢复精确的流量测量，则可能是换能器端口 30a内的液体积聚没有引起换能器故障。这样，阀53可用作对出故障的换能器20a进行故障检测的工具。通常，阀53可以是任何合适类型的阀，包括但不限于，手动阀、球阀、电子控制阀或其组合。在该实施方式中，致动器M使阀53在打开位置和关闭位置之间转换。具体地， 致动器讨为电子控制的螺线管，且因此，也可以被称为螺线管讨。阀53由螺线管讨偏置到关闭位置，且当螺线管M接收电信号(例如，足够的电流)时将阀53转变到打开位置。 因而，当螺线管M不接收电信号时，或所接收的电信号不足以操作螺线管M时，阀53保持在关闭位置，限制和/或防止流体流在端52a、52b之间穿过管52。仍参考图4，在该实施方式中，螺线管54，以及因此阀53，由电子器件包80进行电子控制，该电子器件包80经电线55直接与螺线管M通信。具体地，电子器件包80的输出 (例如，电压和/或电流)直接致动螺线管54，从而使阀53在打开位置和关闭位置之间转换。但是，如下面更详细地描述的，在其他实施方式中，电子器件包(例如，电子器件包80) 可通过一个或多个额外的部件而间接控制螺线管(例如，螺线管M)。适合于控制螺线管 54的电子器件包的一个示例是可购于Daniel Measurement and Control的Mark III 超声电子器件包。MarkIIITM超声电子器件包具有多个数字输出，能传输相对高的电压( 5 伏特)或相对低的电压( 0伏特)以控制螺线管M。用于超声流量计的多个常规的电子器件包包括在流量计的操作期间经合适的硬件和软件连续地监控换能器弦路径和换能器信号有效性的能力。利用该能力，电子器件包80连续地监控由换能器20a产生和接收的换能器信号22a，并基于换能器信号22a的有效性经螺线管M使阀53在关闭位置和打开位置之间转换。现参考图5，示意性示出了基于换能器信号22a的有效性控制上述排放系统50的阀53的方法200的实施方式。在流量计10测量穿过通路14的流体的流率的操作期间，在块210中，电子器件包80连续地检测和分析换能器信号22a。此外，在块212中，电子器件包80评估换能器信号22a的有效性。如果在块215中电子器件包80认为信号22a的有效性令人满意，则根据块217，电子器件包80至螺线管M的输出维持在零或相对较低的电压 ( 0伏特)，从而使阀53维持在关闭位置。但是，当可能由于换能器端口 30a中的液体积聚而使得在块215中电子器件包80不满意信号22a的有效性时，则根据块218，电子器件包80至螺线管M的输出被切换到相对较高的电压( 5伏特)，该电压足以经螺线管M 使阀53从关闭位置转换到打开位置。当阀53在块218中被打开之后，或在块217中关闭或维持在关闭位置之后，过程重复。因而，只要由电子器件包80监测的信号22a的有效性不令人满意，则电子器件包80的输出维持在相对较高的电压，以便维持阀53处于打开位置并允许从端口 30a连续排放液体。但是，一旦由电子器件包80监测的信号22a的有效性恢复到令人满意，则电子器件包80至螺线管M的输出被切换回到相对较低的电压( 0伏特)，从而根据块217使阀53返回到关闭位置。如前所述，管52的出口端52b可被定位在适合于从端口 30a排放排出的液体的任何位置。例如，在图6中，每个排放管52的出口端52b耦合到管段11并在其相应的换能器端口 30a、30d下游与流量计通路14流体相通。在图5所示的实施方式中，出口端52b被定位成平衡由穿过通路14的流体流引起的文丘里效应，从而相对于入口端5 在出口端52b 处产生较低的压力，该较低的压力将排出的液体拉过管52到达出口端52b和通路14。可选地，如图7所示，出口端52b可被耦合到合适的液体储存罐或容器60并与其流体相通。储存容器60内的内部压力优选地等于或低于换能器端口 30a中的压力。如果容器60的内部压力小于换能器端口 30a中的压力，则压力差将排出的液体从换能器端口 30a拉过排放管 52到达容器60。但是，如果容器60的内部压力与换能器端口 30a内的压力相同或接近，则容器60优选地定位在比换能器端口 30a低的高度，使得排出的液体将仅在重力作用下从换能器端口 30穿过管52流动到储存容器60内。现参考图8，示出了从流量计10的换能器端口 30a排出积聚的液体的液体排放系统150的实施方式。液体排放系统150与上面描述的液体排放系统50类似。S卩，系统150 包括排放端口 51、管52、阀53和阀控制螺线管M，每一个都如上所述。管52的出口端52b 可在端口 30a的下游耦合到管段11 (如图6所示)或耦合到储存容器(例如，容器60)(如图7所示)。但是，在该实施方式中，螺线管M，且因此阀53间接地由电子器件包80控制。 具体地，在该实施方式中，在电子器件包80和螺线管M之间定位了继电器开关56，且外部电源57耦合到继电器开关56。具体地，第一电线5 将电子器件包80电耦合到继电器开关56，第二电线5 将电源57电耦合到继电器开关56，而第三电线55c将继电器开关56电耦合到螺线管M。也就是说，电子器件包80与继电器开关56的一个输入端通信，电源57 对继电器开关56的第二输入端提供电功率，而继电器开关56具有与螺线管M通信的输出端。电子器件包80控制继电器开关56是打开还是关闭。当继电器开关56关闭时，来自电源57的电功率穿过继电器开关56到达螺线管54，且当继电器开关56打开时，阻止来自电CN 102235895 A
源57的电功率穿过继电器开关56到达螺线管M。电子器件包80控制继电器开关56，当电子器件包80对继电器开关56输出相对较低的电压时，继电器开关56保持打开且阻止由电源57提供的电信号穿过继电器开关56到达螺线管55。然而，当电子器件包80对继电器开关56输出相对较高的电压时，继电器开关 56关闭且允许由电源57提供的电信号穿过继电器开关56到达螺线管55，从而致动螺线管 54并使阀53从关闭位置转变到打开位置。排放系统150以类似于前面描述的排放系统50的方式操作。具体地，电子器件包 80连续地监测并分析换能器信号22a。此外，电子器件包80评估信号22a的有效性。当信号22a的有效性令人满意时，电子器件包80对继电器开关56输出相对较低的电压，从而维持继电器开关56处于打开位置并将阀53维持在关闭位置。然而，当信号22a的有效性不能令人满意时，电子器件包80对继电器开关56输出相对较高的电压，从而关闭继电器开关 56，允许来自电源57的电信号流到螺线管M，且使阀53转换到打开位置。一旦信号2 的有效性恢复到令人满意，则电子器件包80恢复到相对较低的电压输出，从而使继电器开关 56转变回到打开位置并阻止来自电源57的电信号流到螺线管54，并使阀53转变回到关闭位置。当螺线管需要的电压或电流超过超声流量计电子器件包(例如，电子器件包80)能提供的电压或电流时，此处公开的包括外部电源(例如，外部电源57)以致动阀螺线管(例如，螺线管的实施方式是特别优选的。现参考图4和8，从换能器端口 30a排放液体所需的时间量优选地保持尽可能短， 使得阀53不过长时间地处于打开位置。为了方便阀53维持在打开位置的期望的时间间隔， 图4的电子器件包80的输出优选地由螺线管阀计时器来调节，且图8的继电器开关56的输出优选地由螺线管阀计时器调节。螺线管阀计时器可与螺线管M为整体或者是定位在图4的电子器件包80和螺线管M之间以及定位在图8的继电器开关56和螺线管M之间的独立的部件。螺线管阀计时器包括在预设或预定的时间段(例如，60s)之后自动地触发螺旋管M来关闭阀53的脉冲特征。具体地，螺线管阀计时器(a)当螺线管M由相对较高的电压输出(来自图4的电子器件包80或图8的继电器开关56)激励时，允许螺线管M 将阀53转变到打开位置；(b)维持螺线管阀53处于打开位置预定的时间段；以及(c)在预定的时间段之后自动地触发螺线管M以使阀53转变回到关闭位置，而与电子器件包80的输出无关。螺线管阀计时器优选地不允许螺线管M使阀53转变回到打开位置，直到其被复位(即，图4的电子器件包80的输出或图8的继电器开关56的输出恢复到相对较低的电压)，且随后由相对较高的电压再激励。合适的螺线管阀计时器的一个示例是可购于康涅狄格州斯坦福德市Omega Engineering, Inc.的SVT-1078A计时器。以上述方式，此处描述的液体排放系统的实施方式(例如系统50、系统150等)可被配置成由电子器件包80自动控制，其中(a)电子器件包80直接控制螺线管M，且因此控制阀53，如图4所示，或者(b)经继电器开关56间接控制螺线管M和阀53，如图8所示。 电子器件包80优选地配置成仅当检测到问题(例如，无效的声信号22a，等)时将螺线管 53转变到打开位置。液体排放系统的这样的自动控制不需要手动操作阀53。尽管图4所示的液体排放系统50和图5所示的排放系统150各自被示出为耦合到示例性的换能器端口 30a，但是任一或多个换能器端口(例如，端口 30a、30b、30c、30d等) 可具有其自身的排放系统或与常用的排放系统结合成整体。但是，至少，对每个换能器端口优选地设置了用于排放积聚的液体的液体排放系统(例如，系统50或系统150)，其不会在重力作用下自动地排放回到管段的贯穿通路(例如，管段11的通路14)内。因而，水平的或向下朝管段的贯穿通路移动倾斜的换能器端口不需要包括用于排放积聚的液体的系统。 对于应包括用于排放积聚的液体的系统的那些换能器端口的识别将取决于流量计的位置和方位，且可根据应用而改变。在具有两个或多个需要周期性排放积聚的液体的换能器端口的流量计中，每个待排放的换能器端口优选地与排放端口(例如，排放端口 51)和从排放端口延伸的液体排放管(例如，排放管52)流体相通。从换能器端口延伸的排放管可延伸到共同的目的地或不同的目的地。而且，各个排放管可并入单个下游出口线路或在至目的地的路线上保持分离。 此外，能对每个排放端口设置单个阀(例如，阀5 ，或可选地，能对多个排放端口设置单个阀。在对每个排放端口设置阀的实施方式中，每个阀优选地由电子器件包(例如，电子器件包80)直接控制(如图4所示)或由电子器件包间接控制(如图5所示)。如果多个阀由电子器件包间接地控制，则每个阀优选地包括其自身专用的阀计时器和继电器开关(例如，继电器开关56)。另一方面，在为多于一个排放系统设置单个阀(例如，阀53)的实施方式中，每个排放管优选地并入包括阀的单个管中。如果这样的单个阀由电子器件包间接控制，则只需要设置一个阀计时器和一个继电器开关。在包括多于一个具有排放端口的换能器端口的实施方式中，换能器端口的排放优选地被独立地控制。例如，电子器件包(例如，电子器件包80)可被配置成(a)分别连续地监测、分析和评估每个弦路径(例如，每个路径22、23、对、2幻和每个相关的声信号(例如， 每个信号22a、23a、Ma、25a)，以及(b)识别信号失效(例如，信号有效性问题)及相关的换能器端口，以及(c)独立地控制这样的换能器端口的排放。一旦检测到换能器信号失效，电子器件包就开始排放仅与失效的换能器相关的那些换能器端口。为了这样独立监测和排放多个换能器端口，电子器件包优选地包括多个输出(每个排放端口一个)，且对每个排放端口优选地设置一个阀。此外，为了独立和间接控制阀，对每个阀优选地提供一个阀计时器和继电器开关。尽管示出并说明了某些实施方式，但是在不偏离本文的范围或教导下本领域技术人员可对本文做出修改。此处说明的实施方式仅是示例性的，且不是限制性的。本文描述的系统、装置和过程的许多改变和修改是可能的且在本发明的范围内。例如，各种部件的相关尺寸、制造各种部件的材料及其他参数能被改变。因此，保护范围不由本文描述的实施方式限制，而是仅由所附权利要求限制，其范围包括权利要求主题的所有等价形式。
权利要求
1.一种用于测量穿过管路的流体的流量的超声流量计，包括管段，其包括通孔和换能器端口，其中所述换能器端口沿中心轴从所述通孔处的敞开端延伸到远离所述通孔的封闭端；声换能器，其布置在所述换能器端口内，其中所述换能器包括压电元件；排放端口，其与所述换能器端口流体相通，其中所述排放端口在轴向上设置在所述换能器端口的所述敞开端和所述封闭端之间；以及排放管，其具有耦合到所述排放端口的入口端和与所述入口端相对的出口端；其中所述排放端口将来自所述换能器端口的液体排放到所述排放管的所述入口端。
2.如权利要求1所述的流量计，其中所述排放管包括阀，其中所述阀具有允许液体流过所述阀和所述排放管的打开位置以及限制液体穿过所述阀和所述排放管的关闭位置。
3.如权利要求2所述的流量计，还包括致动器，所述致动器在所述打开位置和所述关闭位置之间致动所述阀。
4.如权利要求3所述的流量计，其中所述致动器为螺线管。
5.如权利要求3所述的流量计，还包括耦合到所述致动器的电子器件包，其中所述电子器件包控制所述致动器以使所述阀在所述打开位置和所述关闭位置之间转变。
6.如权利要求3所述的流量计，其中所述致动器使所述阀朝所述关闭位置偏置。
7.如权利要求3所述的流量计，还包括继电器开关和电源；其中所述继电器开关具有耦合到所述电子器件包的第一输入端、耦合到所述电源的第二输入端和耦合到所述致动器的输出端；其中所述继电器开关具有允许来自所述电源的电功率穿过所述继电器开关到达所述致动器的关闭位置以及防止来自所述电源的电功率穿过所述继电器开关到达所述致动器的打开位置；其中所述电子器件包使所述继电器开关在所述打开位置和所述关闭位置之间转变。
8.如权利要求2所述的流量计，其中所述排放管的所述出口端耦合到所述管段并与所述管段的所述通孔流体相通。
9.如权利要求2所述的流量计，还包括耦合到所述排放管的所述出口端的液体储存容器，其中所述排放管使来自所述换能器端口的液体穿过所述排放端口流到所述液体储存容
10.一种从超声流量计的换能器端口排放积聚的液体的方法，所述方法包括(a)使流体流过流量计的通孔，其中所述换能器端口从所述通孔延伸并与所述通孔流体相通；(b)使穿过所述流量计的通孔的声信号与布置在所述换能器端口中的换能器通信；(c)在(a)期间，使液体积聚在所述换能器端口中；(d)在(c)之后，通过与所述换能器端口流体相通的排放端口排放所述换能器端口中积聚的液体；(e)在(d)期间使液体从所述排放端口流入排放管；(f)将所述排放管中的阀偏置到限制液体流过所述阀的关闭位置；以及(g)在(c)之后将所述阀转变到打开位置以允许液体流过所述阀。
11.如权利要求10所述的方法，还包括(h)在(g)之后，使所述阀转变回到所述关闭位置。
12.如权利要求11所述的方法，其中耦合到所述阀的致动器在(f)中将所述阀偏置到所述关闭位置且在(g)和(h)中使所述阀在所述打开位置和所述关闭位置之间转变。
13.如权利要求11所述的方法，还包括 利用电子器件包监测声信号；利用所述电子器件包确定声信号的有效性；当声信号被确定为有效时，利用所述电子器件包维持所述阀处于所述关闭位置； 当声信号被确定为无效时，利用所述电子器件包在(g)中使所述阀转变到所述打开位置。
14.如权利要求13所述的方法，还包括当声信号被确定为有效时，利用所述电子器件包在(h)中使所述阀转变回到所述关闭位置。
15.如权利要求13所述的方法，还包括利用所述电子器件包关闭继电器开关以在(g)中将所述阀转变到所述打开位置； 利用所述电子器件包打开所述继电器开关以在(h)中将所述阀转变到所述关闭位置。
16.如权利要求14所述的方法，还包括在预定的时间段之后，在(h)中将所述阀转变到所述关闭位置。
17.如权利要求10所述的方法，还包括使液体穿过所述排放管流到所述流量计的所述通孔内，或者使液体穿过所述排放管流到液体储存容器中。
18.一种识别超声流量计中出故障的声换能器的方法，所述方法包括(a)使流体流过所述流量计的通孔；(b)利用声换能器发送声信号穿过所述流量计的通孔，所述声换能器布置在从所述流量计的通孔延伸的换能器端口中；(c)利用所述声换能器接收穿过所述流量计的所述通孔的声信号；(d)提供与所述换能器端口流体相通的排放端口，其中耦合到所述排放端口的排放管包括阀；(e)利用耦合到所述换能器的电子器件包连续地监测声信号；(f)在(e)期间利用所述电子器件包确定声信号的有效性；(g)当在(f)中确定声信号为有效时，利用所述电子器件包维持所述阀处于关闭位置；以及(h)当在(f)中确定声信号为无效时，利用所述电子器件包在(g)使所述阀转变到打开位置。
19.如权利要求18所述的方法，还包括(i)在(h)之后使所述阀转变回到关闭位置；(j)在(i)之后利用所述电子器件包确定声信号的有效性。
20.如权利要求19所述的方法，其中(i)包括在预定的时间段之后使所述阀转变回到关闭位置。
全文摘要
具有液体排放系统的超声流量计，用于测量穿过管路的流体的流量，该超声流量计包括管段，该管段包括通孔和换能器端口。换能器端口沿中心轴从通孔处的敞开端延伸到远离通孔的封闭端。此外，流量计包括布置在换能器端口中的声换能器。换能器包括压电元件。而且，流量计包括与换能器端口流体相通的排放端口。排放端口在轴向上布置在换能器端口的敞开端和封闭端之间。另外，流量计包括排放管，其具有耦合到排放端口的入口端和与入口端相对的出口端。排放端口被配置成使来自换能器端口的液体排放到排放管的入口端。
文档编号G01F1/66GK102235895SQ20111008014
公开日2011年11月9日 申请日期2011年3月25日 优先权日2010年3月25日
发明者查尔斯·R·艾伦 申请人:丹尼尔度量和控制公司