专利名称：速度增强的流量测量的制作方法
速度增强的流量测量
背景技术：
通常对经过管道或导线管的流体的流量进行测量，以控制该流量和/或监视经过 导线管的流体的量。存在各种用于对经过导线管的流体的流量进行测量的方法。这些方法 包括对流体流量障碍物上的差压、磁流量计(直读式频率计)的利用率和涡流流量计的利 用率的测量。这些各种设备和技术一般采用不同的技术方法，以感测流体流量的方面。在 一些情况下，对流量速度进行测量，有时也对质量流量进行计算。使用差压测量技术对流体的流量进行测量一般包括利用障碍物设备(例如孔 板)来部分阻碍流体流量。该部分阻碍产生上行流流量与下行流流量之间的差压。对障碍 物的上行流和下行流位置之间的差压的测量可以提供对流量的指示。一般地，需要附加信 息以供差压测量提供质量流量信息。具体地，必须已知或测量与流体的成分、压力和温度有 关的信息。这至少部分地由于以下事实差压不仅基于流量，而且基于流体密度，流体密度 自身可以是压力和温度的函数。此外，流量的特性(层流、过渡流或紊流)可能影响差压读 数。涡流流量计采用基于已知为von Karman效应的涡流脱落现象的工作原理。当流 体经过非流线形体时，其分离并产生沿该非流线形体的每一侧和在该非流线形体的每一侧 之后交替脱落的小漩涡或涡流。这些涡流使传感器检测到波动压力区域。涡流产生的频率 本质上与流体速度成比例。磁流量计(直读式频率计)包括一段管道或导线管，对经过它的流体的速度进行 测量。流量计在流体中创建在流体中感应出电动势(emf)或电压的磁场。在流体中感应出 的emf的幅度与该流体流经管道的速度成比例。通过对感应出的emf进行测量，磁流量计 对流体流经管道的速度进行测量。流量计通过在围绕导电流体所流经的管道的线圈中通上 电流来创建磁场。场的幅度由安培定律给出，并与经过管道的流体的流量垂直。通常在流 送管道的相对侧埋入的两个电极对流体中的电势进行测量。在许多过程安装中，过程流体流经导线管，例如过程管道。过程流体可以是液体、 气体或其组合。在过程流体是其成分不随时间改变的单一同相(液体、蒸汽或气体)的应 用中，对流量参数(如质量流量)的计算是相对直接的。然而，在过程流体不是同质的(例 如具有不能混合的液体)或其成分随时间改变的应用中，对流量参数的计算更困难。一般 使液体与气体混合的过程流体(如多相的)的示例包括湿蒸汽；石油和天然气的混合物； 以及水、石油和天然气的混合物。

发明内容
过程流体流量测量设备包括流体流量构件，所述流体流量构件具有入口，具有第 一直径；以及狭道，具有比第一直径小的第二直径。第一过程流体压力接头被部署为邻近所 述入口，第二过程流体压力接头被部署为邻近所述狭道。差压传感器可操作地耦合至第一 和第二过程流体压力接头。差压测量电路耦合至所述差压传感器，以提供与第一和第二接 头处的过程流体压力之间的压力差相关的差压信号。过程流体速度测量设备位于所述狭道中，以对过程流体流经其中的速度进行测量并提供流体速度指示。差压传感器信号和流体 速度指示用于提供计算的对流体流量参数和/或流体密度的指示。


图1是示意了涡流流量计的正常可用范围以及在计算或已知雷诺数的情况下的 扩展范围的图。图2A是根据本发明实施例的低损耗或非圆锥形的文丘里管中安装的涡流脱落条 的横截面示意图。图2B是根据本发明另一实施例的喷嘴中安装的涡流脱落条的横截面示意图。图3是根据本发明优选实施例的改进的流体流量测量系统的示意图。图4是根据本发明实施例的被提供给流量计算机的差压信号和涡流信号的示意 图。图5A是根据本发明实施例的低损耗或非圆锥形的文丘里管中安装的磁流量计的 横截面示意图。图5B是根据本发明另一实施例的喷嘴中安装的磁流量计的横截面示意图。图6是根据本发明优选实施例的改进的流体流量测量系统的示意图。图7是根据本发明实施例的被提供给流量计算机的差压信号和磁流量计信号的 示意图。图8是根据本发明实施例的利用差压发生器对速度流量计进行校准的方法的流 程图。
具体实施例方式本发明的实施例总体包括理解和解决在测量导线管中的流体的流量时遇到的具 体问题。例如，随着流体密度的变化，必须对涡流流量计测量进行补偿，以提供精确的质量 流速测量。如果例如经由涡流脱落测量来对流体速度进行测量，则流体密度可以通过求解 针对密度的以下伯努利方程而计算
权利要求
1.一种过程流体流量测量设备，包括流体流量构件，所述流体流量构件具有入口，具有第一直径；以及狭道，具有比第一 直径小的第二直径；第一过程流体压力接头，被部署为邻近所述入口 ； 第二过程流体压力接头，被部署为邻近所述狭道； 差压传感器，可操作地耦合至第一和第二过程流体压力接头； 差压测量电路，耦合至所述差压传感器，以提供与第一和第二接头处的过程流体压力 之间的压力差相关的差压信号；过程流体速度测量设备，位于所述狭道中，以对过程流体流经其中的速度进行测量并 提供流体速度指示；以及其中，差压传感器信号和流体速度指示用于提供计算的对流体流量的指示。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括温度探头，可操作地耦合至差压测量电路和过 程流体速度测量设备中的至少一个，所述温度探头被配置为对过程流体温度进行测量。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述温度探头被部署为对所述狭道中的过程流 体温度进行测量。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体流量构件是文丘里管。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述文丘里管在所述入口与所述狭道之间具有 颈缩部分，在所述入口与所述狭道之间，直径不断减小。
6.根据权利要求4所述的设备，其中，所述文丘里管是由两个圆锥形渐缩管来构造的。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体流量构件是喷嘴。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述过程流体速度测量设备是涡流流量计。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，涡流传感器包括被部署为邻近所述狭道的脱落^^ ο
10.根据权利要求9所述的设备，还包括在滑落条中部署的温度探头。
11.根据权利要求8所述的设备，还包括涡流传感器，被配置为检测在过程流体中引 起的涡流。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述涡流传感器是压电涡流传感器。
13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述过程流体速度测量设备是磁流量计。
14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体速度测量设备是在与所述流体流量构 件组装在一起时校准的。
15.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体流量构件是在与所述流体速度测量设 备组装在一起时校准的。
16.一种用于对过程流体流量进行测量的系统，所述系统包括过程流体流量构件，所述过程流体流量构件具有入口，具有第一直径；以及狭道，具 有比第一直径小的第二直径；第一过程流体压力接头，被部署为邻近所述入口 ； 第二过程流体压力接头，被部署为邻近所述狭道；差压变送器，可操作地耦合至第一和第二过程流体压力接头，以提供对差压的指示； 过程流体速度测量设备，被部署为对过程流体流经所述狭道的速度进行测量并提供流体速度指示；以及流量计算机，被配置为接收对差压的指示和对流量速度的指示，并基于对差压的指示 和对流量速度的指示来计算过程流体流量参数。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述过程流体流量参数与多相过程流体流量 的分量相关。
18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述过程流体流量参数是质量流量。
19.根据权利要求16所述的系统，其中，所述过程流体流量参数是流体流量速度。
20.根据权利要求16所述的系统，其中，所述差压变送器和所述过程流体速度测量设 备通过过程通信回路以通信方式耦合在一起。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述过程通信回路是有线过程通信回路。
22.根据权利要求20所述的系统，其中，所述过程通信回路是无线过程通信回路。
23.根据权利要求16所述的系统，其中，所述过程流体速度测量设备是涡流传感器。
24.根据权利要求16所述的系统，其中，所述过程流体速度测量设备是磁流量计。
25.一种过程流体流量测量设备，包括流体流量构件，所述流体流量构件具有入口，具有第一直径；以及狭道，具有比第一 直径小的第二直径；第一过程流体压力接头，被部署为邻近所述入口 ；第二过程流体压力接头，被部署为邻近所述狭道；差压传感器，可操作地耦合至第一和第二过程流体压力接头；差压测量电路，耦合至所述差压传感器，以提供与第一和第二接头处的过程流体压力 之间的压力差相关的差压信号；过程流体速度测量设备，位于所述狭道中，以对过程流体流经其中的速度进行测量并 提供流体速度指示；以及其中，差压传感器信号和流体速度指示用于提供计算的对流体密度的指示。
全文摘要
一种过程流体流量测量设备(50)，包括流体流量构件(54)，所述流体流量构件(54)具有入口(56)，具有第一直径；以及狭道(62)，具有比第一直径小的第二直径。第一过程流体压力接头(70)被部署为邻近所述入口(56)，第二过程流体压力接头(72)被部署为邻近所述狭道(62)。差压传感器(78)可操作地耦合至第一和第二过程流体压力接头(70、72)。差压测量电路(78)耦合至所述差压传感器(78)，以提供与第一和第二接头(70、72)处的过程流体压力之间的压力差相关的差压信号。过程流体速度测量设备(74、114)位于所述狭道(62)中，以对过程流体流经其中的速度进行测量并提供流体速度指示。差压传感器信号(90)和流体速度指示(92)用于提供计算的对流体流量的指示。该计算的指示可以关于诸如两相或三相流体之类的多相流体。
文档编号G01F1/32GK102077061SQ200980124202
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月26日 优先权日2008年6月27日
发明者史蒂文·布鲁斯·罗杰斯, 安德鲁·J·克洛西斯基 申请人:罗斯蒙德公司