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專利名稱：流量計(jì)現(xiàn)場校準(zhǔn)檢驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種校準(zhǔn)系統(tǒng)，更具體而言，涉及一種流量計(jì)現(xiàn)場校準(zhǔn)檢驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在商業(yè)及工業(yè)測量市場上，通常選擇熱散逸流量計(jì)用于流量測量裝置。用于這樣的儀表的典型的傳感元件是電阻式溫度檢測器(RTD)，該檢測器的電阻與該元件本身的溫度相關(guān)。典型的傳感器采用至少兩個(gè)RTD元件。其中一個(gè)RTD元件用作參考元件，并且正常情況下不加熱。第二個(gè)RTD用作加熱的主動(dòng)元件。在使用當(dāng)中，加熱RTD元件上的流量的作用可用于對被監(jiān)測管道或?qū)Ч苤械奈镔|(zhì)的流速進(jìn)行測量。在熱散逸工業(yè)中，通常使用兩種方法來確定導(dǎo)管中的流量。一種技術(shù)是保持參考RTD與主動(dòng)RTD之間的恒定溫差。該方法中，由于流動(dòng)介質(zhì)的物理特性引起主動(dòng)RTD散熱，因此要測量將主動(dòng)RTD保持在高于參考RTD的常溫所需要的電壓或電流。在另一方法中，在由恒定電流熱源或恒定功率熱源加熱主動(dòng)RTD的同時(shí)，要測量主動(dòng)RTD與參考RTD之間的電壓差。在該測量過程中，類似于另一方法的情況，主動(dòng)RTD由于流動(dòng)介質(zhì)的物理特性而損失熱量。影響常規(guī)流量計(jì)精度的一個(gè)因素是流動(dòng)介質(zhì)的物理成分的恒定性。在很多應(yīng)用中，流動(dòng)介質(zhì)保持大致相同的成分，在這些情況下，常規(guī)流量計(jì)可提供足夠精確的流速測量值。然而，在例如火炬氣以及其他可變的混合氣體合成物的情況下，介質(zhì)的物理成分一直在變化，嚴(yán)重影響了精確的流速的獲得。流量計(jì)需要周期性地校準(zhǔn)，以檢驗(yàn)該流量計(jì)精度是否處于某個(gè)可容許的范圍內(nèi)?，F(xiàn)有校準(zhǔn)技術(shù)要求將流量計(jì)從其安裝位置上取下來。取下之后，通常將該流量計(jì)交回給制造商或具有用于該流量計(jì)正確校準(zhǔn)的專門設(shè)備的其他機(jī)構(gòu)。這個(gè)過程昂貴并耗費(fèi)時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個(gè)目的通過一種校準(zhǔn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該校準(zhǔn)系統(tǒng)包括:導(dǎo)管，其包括相對于流量傳感器設(shè)置的第一端部；氣體源，用于將校準(zhǔn)氣體以可重復(fù)的質(zhì)量流量引入所述導(dǎo)管中，所述導(dǎo)管將至少一部分的所述校準(zhǔn)氣體引導(dǎo)至所述流量傳感器上；以及計(jì)算裝置，用于基于從所述流量傳感器獲得的測量值來確定所述校準(zhǔn)氣體的估算流速。管和氣體源將校準(zhǔn)氣體以可重復(fù)的質(zhì)量流量注入管中。在校準(zhǔn)工作過程中，導(dǎo)管將至少一部分的校準(zhǔn)氣體引導(dǎo)至流量傳感器上。計(jì)算裝置用于基于從所述流量傳感器獲得的測量值來計(jì)算校準(zhǔn)氣體的估算流速。根據(jù)本發(fā)明提出，校準(zhǔn)系統(tǒng)還包括:外殼，其可連接至可包含有流動(dòng)氣體介質(zhì)的結(jié)構(gòu)；以及其中所述外殼大小設(shè)計(jì)為可滑動(dòng)地容納其上連接有所述流量傳感器的探測器，所述導(dǎo)管允許所述流量傳感器在流速測量過程中伸入所述流動(dòng)氣體介質(zhì)內(nèi)，允許所述流量傳感器在校準(zhǔn)過程中被收回至所述外殼中。根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步提出，所述流量傳感器包括一體化的以分時(shí)方式工作的主動(dòng)/參考傳感器元件，所述一體化的主動(dòng)/參考傳感器元件在預(yù)定時(shí)期內(nèi)是加熱的主動(dòng)傳感器，所述一體化的主動(dòng)/參考傳感器元件在被允許冷卻之后，用作基本上不加熱的參考傳感器。優(yōu)選的是，所述流量傳感器包括與單獨(dú)的加熱器元件一起工作的主動(dòng)傳感器元件，以及參考傳感器元件。進(jìn)一步優(yōu)選的是，所述流量傳感器包括主動(dòng)傳感器元件和參考傳感器元件。有利的是，所述導(dǎo)管的所述第一端部位于可使得僅將所述校準(zhǔn)氣體引導(dǎo)至所述主動(dòng)傳感器元件上的位置?？蛇x的是，所述導(dǎo)管的所述第一端部位于可使得將所述校準(zhǔn)氣體同時(shí)引導(dǎo)至所述主動(dòng)傳感器元件和所述參考傳感器元件上的位置。進(jìn)一步可選的是，所述導(dǎo)管包括第二端部，其中所述導(dǎo)管的所述第一端部位于將所述校準(zhǔn)氣體引導(dǎo)至所述主動(dòng)傳感器元件上的位置，以及其中所述導(dǎo)管的所述第二端部位于將所述校準(zhǔn)氣體引導(dǎo)至所述參考傳感器元件上的位置。根據(jù)本發(fā)明提出，所述流量傳感器包括熱散逸傳感器。此外，所述流量傳感器包括熱線風(fēng)速儀。有利的是，流量傳感器是從包括熱散逸傳感器、熱線風(fēng)速儀、多普勒傳感器、以及渦街流量計(jì)的組中選擇的一種傳感器。根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步提出，導(dǎo)管的所述第一端部是圓錐形。根據(jù)本發(fā)明提出，所述導(dǎo)管的所述第一端部包括限定于所述導(dǎo)管的至少一部分內(nèi)的多個(gè)孔。根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步提出，所述導(dǎo)管的至少一部分被包含于探測器內(nèi)，所述探測器具有連接至其上的所述流量傳感器。根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步提出，所述導(dǎo)管外置于探測器的外側(cè)，所述探測器具有連接至其上的所述流量傳感器。本發(fā)明的另一個(gè)目的通過一種校準(zhǔn)方法實(shí)現(xiàn)，該校準(zhǔn)方法包括:將校準(zhǔn)氣體引入相對于流量傳感器設(shè)置的校準(zhǔn)氣體管中；將所述校準(zhǔn)氣體以可重復(fù)的質(zhì)量流量引導(dǎo)至所述流量傳感器上；獲取來自于所述流量傳感器的輸出；以及基于來自于所述流量傳感器的所述輸出來確定所述校準(zhǔn)氣體的估算流速。根據(jù)本發(fā)明提出，根據(jù)本發(fā)明的方法還包括基于所述校準(zhǔn)氣體的所述估算流速和所述校準(zhǔn)氣體的已知流速來計(jì)算流速誤差。根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步提出，在計(jì)算了所述流速誤差之后，所述方法還包括:將所述流量傳感器引入包含有流動(dòng)氣體介質(zhì)的導(dǎo)管中；以及通過測量從所述流量傳感器獲得的輸出以及補(bǔ)償所述流速誤差來確定所述流動(dòng)氣體介質(zhì)的實(shí)際流速。優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明的方法還包括:將校準(zhǔn)氣體以多種不同的質(zhì)量流速引導(dǎo)至所述流量傳感器上；從所述流量傳感器獲取在所述多種不同的質(zhì)量流速中的每種流速下的輸出；以及基于來自于所述流量傳感器的所述多個(gè)輸出來確定所述校準(zhǔn)氣體的多個(gè)估算流速。優(yōu)選的是,所述方法是自動(dòng)地啟動(dòng)。本發(fā)明的另一個(gè)目的通過一種校準(zhǔn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該校準(zhǔn)系統(tǒng)包括:導(dǎo)管，其包括相對于補(bǔ)償氣體特性傳感器設(shè)置的端部，所述補(bǔ)償氣體特性傳感器安裝于探測器的非流動(dòng)室內(nèi)；氣體源，用于將校準(zhǔn)氣體引入所述導(dǎo)管中，所述導(dǎo)管將至少一部分的所述校準(zhǔn)氣體引導(dǎo)至所述氣體特性傳感器上；以及計(jì)算裝置，用于基于從所述氣體特性傳感器獲得的測量值來確定所述校準(zhǔn)氣體的熱傳遞。本發(fā)明的又一目的通過一種校準(zhǔn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該校準(zhǔn)系統(tǒng)包括:用于將校準(zhǔn)氣體引入相對于流量傳感器設(shè)置的校準(zhǔn)氣體管中的裝置；用于將所述校準(zhǔn)氣體以可重復(fù)的質(zhì)量流量引導(dǎo)至所述流量傳感器上的裝置；用于獲取來自于所述流量傳感器的輸出的裝置；以及用于基于來自于所述流量傳感器的所述輸出來確定所述校準(zhǔn)氣體的估算流速的裝置。本發(fā)明的最后一個(gè)目的通過一種用于在導(dǎo)管中的流動(dòng)介質(zhì)的流量計(jì)，包括:探測器，適合于伸入到在所述導(dǎo)管中流動(dòng)的所述介質(zhì)中；流量傳感器，其與所述探測器接觸，并適合于提供與所述介質(zhì)的流速相關(guān)的輸出信號；管，其包括相對于所述流量傳感器設(shè)置的第一端部；氣體源，用于將校準(zhǔn)氣體以可重復(fù)的質(zhì)量流量引入所述管中，所述管將至少一部分的所述校準(zhǔn)氣體引導(dǎo)至所述流量傳感器上；以及計(jì)算裝置，其用于當(dāng)所述流量計(jì)以流動(dòng)氣體介質(zhì)工作模式工作時(shí)確定所述介質(zhì)的流速，其中，所述計(jì)算裝置當(dāng)所述流量計(jì)以校準(zhǔn)模式工作時(shí)，還基于從所述流量傳感器獲得的測量值來確定所述校準(zhǔn)氣體的估算流速。



以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的上述和其它的目的、特點(diǎn)以及其它優(yōu)點(diǎn)得到更好的理解，其中:圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的包含流量及氣體特性傳感器的流量計(jì)探測器的側(cè)視圖；圖2示出了在導(dǎo)管內(nèi)的圖1的流量計(jì)探測器的典型實(shí)施例；圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在圖1的流量計(jì)探測器的中間井(mid-well)部分中包含的各種部件的更詳細(xì)的裝配放大剖視圖；圖4是示出了圖1的流量計(jì)探測器的熱流量傳感器部分的更詳細(xì)的剖視圖；圖5是示出了可耦合至流量傳感器及氣體特性傳感器的基本電路部件的簡化實(shí)施例方框圖；圖6是示出了 △ R與流量傳感器及氣體特性傳感器的相應(yīng)輸出之間的關(guān)系的具體實(shí)例的曲線圖；圖7是示出了相對于基準(zhǔn)氣體混合物的變成分氣體混合物的典型流速的曲線圖；圖8A和圖SB是示出了相對于基準(zhǔn)氣體混合物的變成分氣體混合物的可能流速誤差率的曲線圖；圖9是示出了用于校準(zhǔn)流量計(jì)的操作的流程圖；圖10是配置有校準(zhǔn)和壓力傳感能力的流量計(jì)探測器的側(cè)視圖；圖11是配置有校準(zhǔn)和壓力傳感能力的流量計(jì)探測器的側(cè)視圖；圖12是配置有校準(zhǔn)能力的流量計(jì)探測器的側(cè)視圖13是配置有單一元件的流量傳感器的流量計(jì)探測器的側(cè)視圖；圖14是配置有三個(gè)限定了流量傳感器的探測器的流量計(jì)探測器的側(cè)視圖；圖15是在探測器開口內(nèi)配有主動(dòng)和參考傳感器的流量計(jì)探測器的側(cè)視圖；圖16-18示出了各種校準(zhǔn)管設(shè)計(jì)；圖19-21示出了用于校準(zhǔn)管的端部的各種設(shè)計(jì)；圖22示出了在導(dǎo)管內(nèi)的圖12的流量計(jì)探測器的典型實(shí)施例；以及圖23示出了從導(dǎo)管中縮回并進(jìn)行校準(zhǔn)過程的圖22的流量計(jì)探測器。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖進(jìn)行說明，該附圖構(gòu)成了本文的一部分并示出了本發(fā)明的具體實(shí)施例。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，應(yīng)該明白的是，也可以采用其他實(shí)施例，并且也可以在結(jié)構(gòu)方面、電方面、以及程度方面變化，而這些都不脫離本發(fā)明的范圍。參照圖1，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的探測器10的側(cè)視圖。探測器10包括熱流量傳感器15和氣體特性傳感器20。流量傳感器可通過使用一對熱裝置例如電阻式溫度檢測器(RTD)來實(shí)現(xiàn)。在該圖中，流量傳感器包括其中一個(gè)是加熱的并且是主動(dòng)(active)傳感器元件25的RTD，而另一個(gè)RTD是相當(dāng)程度上或基本上不加熱的傳感器元件30。在典型的裝置中，氣體混合物流經(jīng)導(dǎo)管或其他環(huán)境中的傳感器15的主動(dòng)元件和參考元件，從而與參考傳感器元件的熱散逸相比較使得熱從主動(dòng)傳感器散逸出。典型流速范圍為約1.5至300標(biāo)準(zhǔn)英尺每秒(SFPS)。溫差(AT)的變化被反映為微分電阻(Λ R)(differential resistance)的變化。ΔΤ或Δ R值可與例如導(dǎo)管中氣體混合物的瞬時(shí)流速相關(guān)。利用AR計(jì)算流速是用于計(jì)算流速的許多可行技術(shù)中的一種。以下將詳細(xì)描述其他的技術(shù)。類似于流量傳感器15，氣體特性傳感器20 (虛線所示)包括主動(dòng)RTD傳感器元件35及參考RTD傳感器元件40。如圖中所示這些元件被包含在中間井45內(nèi)，并位于近端探測器元件50和遠(yuǎn)端探測器元件55之間。在操作過程中，氣體混合物流入中間井的非流動(dòng)室中，與暴露的主動(dòng)傳感器元件35及參考傳感器元件40接觸。微分電阻反映了氣體混合物在中間井中的熱傳遞。微分電阻(AR)的變化可與氣體混合物的熱傳遞中的變化相關(guān)，并因此與氣體混合物的氣體構(gòu)成中的變化相關(guān)。上述示范性描述一般假定主動(dòng)傳感器元件及參考傳感器元件是基于熱微分的，主要的實(shí)例是RTD。然而，也可使用其他基于熱的傳感器包括熱電偶、熱電堆、熱敏電阻、晶體
管、二極管等。根據(jù)一些實(shí)施例，探測器10具有兩種主要操作模式。在第一種模式中，探測器測量例如在氣體導(dǎo)管等結(jié)構(gòu)內(nèi)流動(dòng)的氣體介質(zhì)的流速。正如本文中所詳細(xì)描述的，可基于從流量傳感器15和氣體特性傳感器20獲得的測量值來計(jì)算流速。在第二種操作模式中，對探測器進(jìn)行校準(zhǔn)過程，以檢查和如有必要的話修正從流量傳感器或氣體特性傳感器、或這兩個(gè)傳感器獲得的測量值。該校準(zhǔn)過程可通過用戶手動(dòng)進(jìn)行，或者該過程也可周期性地或在預(yù)定時(shí)間自動(dòng)地發(fā)生。關(guān)于校準(zhǔn)模式的操作，所示探測器10設(shè)置有校準(zhǔn)檢驗(yàn)?zāi)芰?。特別地，該探測器包括校準(zhǔn)管66，其從該校準(zhǔn)管的開口端發(fā)出校準(zhǔn)氣體77。校準(zhǔn)功能使用戶可檢查相關(guān)傳感器例如流量傳感器15或氣體特性傳感器20的功能。已經(jīng)描述了利用校準(zhǔn)管傳輸校準(zhǔn)氣體各種實(shí)施例的，然而也可選擇使用以可重復(fù)的物質(zhì)流傳輸校準(zhǔn)氣體的任何結(jié)構(gòu)(例如，管道、導(dǎo)管等)。還需要注意的是校準(zhǔn)部件是任選的。圖2示出了設(shè)置在導(dǎo)管65的壁60中的探測器10的典型實(shí)施例。在使用當(dāng)中，氣體特性傳感器20利用了不同構(gòu)成的氣體具有不同程度的熱傳遞的原理?？紤]例如氣體混合物以恒定的速率流過導(dǎo)管的情況。如果該氣體混合物的成分變化，那么氣體混合物的熱傳遞也同樣發(fā)生變化。熱傳遞中的變化影響流量傳感器的主動(dòng)傳感器的熱散逸率,并因而影響流速。這意味著，實(shí)際流速可能是恒定的，但是氣體構(gòu)成中的變化將被反映為流速中的變化。該實(shí)際流速與測量流速之間的差值可稱之為流速誤差。對于任何流速誤差，即使氣體混合物的實(shí)際流速保持恒定，測得的流速也可能變化(變高或變低)。例如，隨著氣體混合物的熱傳遞上升，測得的(非實(shí)際的)流速將上升。相反地，隨著氣體混合物的熱傳遞下降，測得的流速將下降。對于由氣體混合物的物理特性的改變所導(dǎo)致的流速誤差的修正可通過補(bǔ)償氣體混合物的熱傳遞來實(shí)現(xiàn)。即，如果可確定出氣體混合物的熱傳遞，則可獲得該氣體混合物的更精確的流速。對流速誤差的修正在可變的混合氣成分測量應(yīng)用中將很重要。在一個(gè)實(shí)施例中，氣體特性傳感器20設(shè)置為靜態(tài)井(a still well)，以檢測在導(dǎo)管中流動(dòng)的氣體介質(zhì)的熱傳遞，該氣體特性傳感器還用于與流量傳感器15配合。在操作當(dāng)中，流量傳感器測量導(dǎo)管65中的氣體混合物的流速，而氣體特性傳感器測量氣體的熱傳遞。如此處將詳細(xì)描述的那樣，有必要調(diào)整測得的流速，以補(bǔ)償氣體混合物的熱傳遞中的任何變化。如圖所示，探測器10與外殼79相連接，該外殼包括可選校準(zhǔn)氣體源81。校準(zhǔn)氣體源通過適當(dāng)?shù)膶?dǎo)管例如管66來提供校準(zhǔn)氣體77。校準(zhǔn)氣體可以是對于探測器10操作的過程而言是可接受的任何可重復(fù)的氣體或氣體混合物。適合的校準(zhǔn)氣體的實(shí)例包括空氣、氮?dú)?、和甲燒等。根?jù)一個(gè)實(shí)施例，校準(zhǔn)氣體77以可重復(fù)的質(zhì)量流速從管66中釋放，并被引導(dǎo)至主動(dòng)傳感器25及參考傳感器30的一部分之上。主動(dòng)傳感器及參考傳感器的輸出產(chǎn)生可用于估算校準(zhǔn)氣體流速的數(shù)據(jù)?？赏ㄟ^比較校準(zhǔn)氣體的估算流速與實(shí)際流速來確定該傳感器的精度。術(shù)語“流速誤差”可用于指校準(zhǔn)氣體的估算流速與實(shí)際流速之間的差值。正常工作的流量計(jì)可以是流速誤差處于某可接受精度范圍的(例如，流速誤差為0.0 %到3 % )中的一個(gè)流量計(jì)。如果需要的話，作為校準(zhǔn)過程的一部分，校準(zhǔn)氣體源還可設(shè)置為以多個(gè)不同的流速操作。每個(gè)流速與特定的傳感器輸出相關(guān)聯(lián)。利用該技術(shù)，可通過兩種或兩種以上的不同速度激勵(lì)主動(dòng)傳感器元件及參考傳感器元件，接著確定校準(zhǔn)氣體在這些不同速度時(shí)的流速誤差，來實(shí)現(xiàn)流量計(jì)的校準(zhǔn)。校準(zhǔn)過程的步驟如下所述:首先，自動(dòng)啟動(dòng)或由用戶啟動(dòng)校準(zhǔn)氣體源81，以提供5PSI的合適的校準(zhǔn)氣體77，例如可測得流量傳感器15的輸出以確定出AR。如果測得的AR值處于期望AR值的某預(yù)定范圍內(nèi)，則認(rèn)為傳感器操作正常。該校準(zhǔn)程序可重復(fù)用于在特定應(yīng)用中是合適的氣體壓力范圍內(nèi)(例如10PS1、50PS1、100PSI或者其他需要的值)。
圖1和圖2示出了校準(zhǔn)氣體77同時(shí)沖擊主動(dòng)傳感器25和參考傳感器30，但是這并不是必要條件。也可選擇僅將校準(zhǔn)氣體引導(dǎo)至主動(dòng)傳感器以獲得足夠精確的校準(zhǔn)測量值。如果在校準(zhǔn)過程中僅使用主動(dòng)傳感器，則可通過減少校準(zhǔn)氣體與主動(dòng)傳感器的溫度差值來優(yōu)化校準(zhǔn)過程的精度。如果將這些部件的溫差減少至例如約O T至約3 T，則可獲得非常精確的結(jié)果。可利用多種不同技術(shù)來校準(zhǔn)流量計(jì)。通常，僅當(dāng)流量計(jì)不有效的地測量導(dǎo)管中流動(dòng)的氣體介質(zhì)時(shí)才將流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。例如，可通過暫時(shí)停止導(dǎo)管65內(nèi)的氣體流并接著給流量計(jì)加入校準(zhǔn)氣體，來現(xiàn)場校準(zhǔn)流量計(jì)。另一種替換方式是，可通過來自于導(dǎo)管的第一可移動(dòng)探測器10啟動(dòng)場校準(zhǔn)技術(shù)，并隨后執(zhí)行校準(zhǔn)過程。場校準(zhǔn)技術(shù)不要求停止導(dǎo)管內(nèi)的氣體流。另一可行的校準(zhǔn)技術(shù)是利用外殼或其他裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，對于這些裝置，探測器10可暫時(shí)地從流動(dòng)氣體介質(zhì)中移除。該技術(shù)也不要求停止導(dǎo)管內(nèi)的氣體流,下面將結(jié)合圖22和圖23進(jìn)行更詳細(xì)地描述。這里所披露的校準(zhǔn)功能的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于不需要為了檢測目的而將額外的元件暫時(shí)連接至流量計(jì)。另外，該流量計(jì)不要求通常是現(xiàn)有技術(shù)裝置的一個(gè)方面的任何元件的拆卸?？稍趲追昼娭畠?nèi)將流量計(jì)現(xiàn)場校準(zhǔn)，這相對于現(xiàn)有裝置而言是一個(gè)巨大的進(jìn)步，因?yàn)楝F(xiàn)有裝置在遠(yuǎn)程檢測設(shè)備上進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)候要求數(shù)天或數(shù)周的時(shí)間。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的在流量計(jì)探測器的中間井部分內(nèi)包含的各種部件的更詳細(xì)的組裝剖視圖。所示中間井45具有側(cè)板85和87，以將其內(nèi)部相對于探測器的其他部分而密封。為了確保流動(dòng)不是影響傳感器元件35和40的因素，下游孔80允許氣體進(jìn)入非流動(dòng)室75。這些氣體孔允許足夠量的氣體進(jìn)入非流動(dòng)室，并且結(jié)合擋板90與主動(dòng)傳感器35及參考傳感器40接觸。通常，中間井配有一個(gè)或多個(gè)孔，但也可有其他設(shè)計(jì)。為了優(yōu)化由氣體特性傳感器20進(jìn)行的熱傳遞測量，期望將非流動(dòng)室內(nèi)的氣體的流速最小化。這些圖中示出的中間井構(gòu)造的本質(zhì)在于允許主動(dòng)傳感器和參考傳感器對靜止的或“非流動(dòng)”環(huán)境中的流動(dòng)氣體進(jìn)行采樣。擋板90通常用于進(jìn)一步減少在該室內(nèi)的氣體流速。在中間井內(nèi)形成的非流動(dòng)環(huán)境的特定設(shè)計(jì)并不是關(guān)鍵的或必須的，也可采用允許傳感器20進(jìn)行足夠精確的熱傳遞測量的任何其他合適的設(shè)計(jì)。圖4是詳細(xì)地示出了熱流量傳感器15的剖視圖。合適的裝置(例如基板105)可用于將主動(dòng)傳感器25和參考傳感器30連接至遠(yuǎn)端元件。如圖所示，遠(yuǎn)端元件55具有腔110，其可用于將傳感器連接至電路所需的導(dǎo)線弓I入。圖5是示出了可連接至流量傳感器15和氣體特性傳感器20的基本電路部件的簡化方框圖的實(shí)例。參考圖1和圖2中所示的探測器部件來描述該圖。然而，此處所作的描述同樣應(yīng)用于例如后面的圖中所示的其他探測器構(gòu)造中。圖5中所示的一些或所有非傳感器元件的部件可位于外殼79內(nèi)，其通常緊鄰導(dǎo)管65的外面?？蛇x地，一些或所有這些部件可位于中間、遠(yuǎn)端、某一位置(location)。如圖所示，電源120向流量計(jì)提供必要的功率，而信號調(diào)節(jié)器125則用于轉(zhuǎn)換為該流量計(jì)中不同部件可能需要的功率級別和信號形式。在使用當(dāng)中，由流動(dòng)傳感器15及氣體特性傳感器20生成的信號輸出被引導(dǎo)至信號調(diào)節(jié)器，最終到達(dá)信號處理器130。利用眾多公知技術(shù)中的任何一種公知技術(shù)，信號處理器基于流量傳感器的輸出來確定流速，以及基于氣體特性傳感器的輸出來確定流動(dòng)氣體的熱傳遞。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，信號處理器還為流動(dòng)氣體混合物的熱傳遞的任何變化提供補(bǔ)償流速。下面將根據(jù)圖6-9更詳細(xì)地描述該特征。電源可向流量計(jì)提供信號調(diào)節(jié)器所確定的任何合適的功率級別和形式。通常，向功率傳感器15及熱傳感器20提供可變的20-42伏特直流電(VDC)，向數(shù)字邏輯電路提供穩(wěn)壓電源5VDC。5VDC是通用標(biāo)準(zhǔn)，但是可根據(jù)要求或依期望來修正提供給流量計(jì)部件的功率。電源本身可供給115或230伏特交流電(VAC)或24伏特VDC。可采用大量的技術(shù)中的任何一種技術(shù)來控制流量傳感器15，以確定流速，以及控制氣體特性傳感器20來確定流動(dòng)氣體的熱傳遞。例如，一種技術(shù)是將信號調(diào)節(jié)器125配置為將20-42VDC轉(zhuǎn)換成0.5mA的恒定電流，以激勵(lì)參考傳感器30和40，以及轉(zhuǎn)換成20mA以加熱主動(dòng)傳感器25和35。在操作當(dāng)中，關(guān)于流量傳感器，信號調(diào)節(jié)器檢測傳感器25和30的電壓，以確定電壓差(AV)。AV是由具有恒定電流的電阻變化(AR)所導(dǎo)致，其與AT成正比，這提供了根據(jù)公知技術(shù)的用于計(jì)算所涉及介質(zhì)流速的根據(jù)。信號調(diào)節(jié)器以類似的方式檢測傳感器35和40上的電壓，以確定該特定傳感器的AR，從而提供了用于計(jì)算氣體的熱傳遞的根據(jù)。20mA的加熱電流僅僅是一個(gè)實(shí)例，可以采用任何可產(chǎn)生期望結(jié)果的激勵(lì)。另一種技術(shù)是，使信號調(diào)節(jié)器125相對于主動(dòng)傳感器25及參考傳感器30作為恒定功率源來運(yùn)行，其中提供給這些傳感器的電流以及施加在這些傳感器上的電壓可以變化。在這種配置中，信號調(diào)節(jié)器通常包括乘法電路，其監(jiān)測各傳感器的功率(VxI )，并保持該功率恒定。提供給這些傳感器的電流的變化以及施加在這些主動(dòng)傳感器上的電壓的變化都與電阻變化(AR)有關(guān)(并進(jìn)而和溫度變化(AT)有關(guān))，并因而用于計(jì)算介質(zhì)的流速。可類似地控制主動(dòng)傳感器35及參考傳感器40，以使提供給這些傳感器的電流的變化和施加在這些傳感器上的電壓的變化都與AR和AT有關(guān)，用于確定熱傳遞。用于獲得必要的測量值的另一可能性是保持主動(dòng)RTD和參考RTD的溫差A(yù)T恒定。根據(jù)該方案，功率作為流速或熱傳遞的函數(shù)而變化。即，隨著流速增大(或者熱傳遞增大)，必須向加熱的RTD傳感器提供額外的功率，以保持溫度恒定。在該技術(shù)中，信號調(diào)節(jié)器保持恒定的AT。由于RTD的電阻與溫度的關(guān)系是恒定的，所以AR也是恒定的。為了保持AT或AR恒定，可監(jiān)測AV和ΛΙ，或Λ功率(Apower),以提供用于計(jì)算流速的根據(jù)，或者如果是氣體特性傳感器，則提供用于計(jì)算熱傳遞的根據(jù)?？衫萌魏翁囟ǖ倪^程溫度作為保持恒定溫度差所需要的功率的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)這些計(jì)算。另外一種可替換方案是，可保持電壓恒定，該方案與上述保持恒定電流方案相反。當(dāng)AV保持恒定時(shí)，則電流隨著溫度變化而變化。Λ I提供了用于確定流速(傳感器15)或熱傳遞(傳感器20)的根據(jù)。上述用于確定流動(dòng)氣體的流速，以及用于測量流動(dòng)氣體的非流動(dòng)樣本的熱傳遞的方法，對于熱傳感器技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員而言是公知的。無論是將傳感器25、30、35、和40作為恒定電流、恒定功率、恒定溫差(differential temperature)、或者恒定電壓來操作，都可使得傳感器的作用相反(疊倒)，向充當(dāng)過參考傳感器的傳感器提供加熱激勵(lì)，向充當(dāng)過主動(dòng)傳感器的傳感器提供非加熱激勵(lì)。流量傳感器和氣體特性傳感器通常使用相同的技術(shù)，但這并不是必要條件，如有要求的話，也可以采用不同的測量技術(shù)。如上所述，通常給流速及氣體特性傳感器分別配置兩個(gè)不同的傳感器:主動(dòng)傳感器以及參考傳感器。然而，也可以采用其他的配置。例如，單一元件的傳感器可以分時(shí)方式來運(yùn)行，其中在預(yù)定的短期間中，將其用作加熱傳感器。接著，允許將傳感器冷卻(通常為20-40秒)，以用作基本不加熱的參考傳感器。接著可得到參考測量值，并且如有必要或者有要求，可持續(xù)地或周期性地重復(fù)加熱一冷卻周期。圖13中示出了一個(gè)單一元件的傳感器的實(shí)例。仍然參照圖5，可利用計(jì)算裝置例如微處理器、硬連線狀態(tài)機(jī)、數(shù)字信號處理器、微控制器、專用集成電路(ASIC)、嵌入式處理器、或任何其他合適的控制或處理裝置來實(shí)現(xiàn)信號處理器130。信號處理器通常配有合適的存儲器135，用于處理、記錄、以及儲存與流量計(jì)的操作有關(guān)的數(shù)據(jù)?？衫萌魏晤愋偷暮线m的易失和非易失存儲器或存儲裝置，包括隨機(jī)存取存儲器(RAM)、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)、電可擦除可編程只讀存儲器(EEPR0M)、可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)、可編程只讀存儲器(PROM)、只讀存儲器(ROM)、磁性存儲器、閃速存儲器、磁盤或光盤、或其他類似的存儲器或數(shù)據(jù)存儲裝置，來實(shí)現(xiàn)存儲器裝置。信號處理器的一個(gè)功能是從流量傳感器15的輸出來計(jì)算氣體介質(zhì)的初始的非修正的流速，以及從氣體特性傳感器20的輸出來計(jì)算氣體的非流動(dòng)樣本的熱傳遞。信號處理器根據(jù)該非修正流速進(jìn)一步提供了氣體介質(zhì)的修正流速，作為對氣體的熱傳遞中的任何變化的補(bǔ)償。信號處理器還可用 于執(zhí)行本文所提出的各種校準(zhǔn)技術(shù)。而且，可基于AR、AT、Al、Λ V、或任何其他合適的測量技術(shù)來確定初始的未修正的流速和熱傳遞?？蓪⒂糜诹髁坑?jì)的操作的指令通過合適的輸入裝置例如鍵盤140而提供給信號處理器。來自流量計(jì)的本地輸出可顯示于顯示裝置145上，該顯示器可以是CRT、IXD、LED屏幕、或打印機(jī)、或其他顯示裝置。如有要求，可通過并行或串行接口 150提供額外的輸出，其可驅(qū)動(dòng)外部操作例如用于該儀表或用于對該監(jiān)測過程修正的控制。輸出驅(qū)動(dòng)器155可用于驅(qū)動(dòng)外部指示器例如附加顯示器、打印機(jī)、或光警示或聲音警示。根據(jù)一種操作模式，對在導(dǎo)管65中流動(dòng)的氣體介質(zhì)的流速的測量可如下進(jìn)行。圖1、圖2、和圖5中的流量計(jì)以恒定電流激勵(lì)主動(dòng)RTD傳感器25，以將其加熱到預(yù)定的溫度，并用非常小的恒定電流激勵(lì)或啟動(dòng)參考RTD傳感器30，但是不將其溫度升高至相當(dāng)大的程度。同時(shí)，以類似方式激勵(lì)氣體特性傳感器20的主動(dòng)RTD傳感器35及參考RTD傳感器40。當(dāng)氣體混合物流經(jīng)流量傳感器15的主動(dòng)傳感器25及參考傳感器30時(shí)，熱量將從主動(dòng)傳感器25散逸，并且溫差將減小。溫差(AT)的變化將反映為微分電阻(AR)的變化。信號處理器130將任何時(shí)刻的△ R解釋為在導(dǎo)管65中流動(dòng)的氣體介質(zhì)的特定流速，然后流量計(jì)提供合適的輸出。當(dāng)AR減小時(shí)，流量計(jì)示出了流速的增大，這是因?yàn)橄鄬τ诜羌訜釁⒖紓鞲衅?，更容易通過氣體介質(zhì)從加熱主動(dòng)傳感器中散熱。圖6中的曲線215、220、以及225示出了與Λ R值相關(guān)的流速的一個(gè)實(shí)例?？捎妙愃朴谟糜跍y量在導(dǎo)管65中流動(dòng)的氣體介質(zhì)的方式來測量校準(zhǔn)氣體77在校準(zhǔn)過程中的流速。例如，信號處理器130可將任何時(shí)刻的△ R解釋為校準(zhǔn)氣體77的特定流速。計(jì)算的流速通常非常精確。然而，當(dāng)氣體混合物的構(gòu)成變化時(shí)，計(jì)算的流速可能會(huì)包括相當(dāng)大程度的誤差。這些誤差的一個(gè)原因是流經(jīng)流量傳感器15的氣體混合物的導(dǎo)熱性或熱傳遞的變化?；鹁鏆饬魇墙?jīng)歷了氣體構(gòu)成的可變化混合的一個(gè)實(shí)例。例如，典型火炬氣流可包括不穩(wěn)定的碳?xì)浠衔餁怏w的混合物，其中包括甲烷、丁烷、乙烷、以及戊烷等。還可存在例如氧氣、氮?dú)狻⒍趸?、硫化氫、氫氣、以及丙稀的氣體。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，氣體特性傳感器20的輸出可用于補(bǔ)償初始測量的流速的任何不精確性。例如，當(dāng)可檢測量的流動(dòng)氣體混合物進(jìn)入中間井75的非流動(dòng)室，氣體特性傳感器20的主動(dòng)傳感器35及參考傳感器40就暴露于該氣體混合物中。類似于流量傳感器，熱量會(huì)從主動(dòng)傳感器35散逸，并且溫差會(huì)由于該氣體混合物的熱傳遞而減小。溫差(AT)的變化再次被反映為微分電阻(AR)的變化。由于氣體特性傳感器位于非流動(dòng)環(huán)境內(nèi)，所以AR數(shù)據(jù)與氣體混合物的熱傳遞相關(guān)，而與流速無關(guān)。在氣體混合物的熱傳遞增大的情況下，AR會(huì)經(jīng)歷相應(yīng)的減小。相反地，隨著氣體混合物的熱傳遞減小，會(huì)檢測到△ R相應(yīng)的增大。應(yīng)該注意，在通常的校準(zhǔn)過程當(dāng)中，由校準(zhǔn)氣體源81提供的校準(zhǔn)氣體在校準(zhǔn)處理整個(gè)過程中保持相同或基本相同。由此，由于校準(zhǔn)氣體混合物中沒有變化，所以在通常的校準(zhǔn)處理過程中不需要?dú)怏w特性傳感器20。如有要求，如下面的圖中更詳細(xì)描述的那樣，可另外配置包括壓力傳感器315的流量計(jì)。圖6是示出了 Λ R與流量傳感器15及氣體特性傳感器20的相應(yīng)輸出之間的關(guān)系的具體實(shí)例的曲線圖。靠近該圖的頂部是與氣體特性傳感器所產(chǎn)生的輸出有關(guān)的三條線的圖。線200表示從100%丙烷的氣體混合物獲得的讀數(shù)，在此實(shí)例中該氣體用作基準(zhǔn)氣體。線205和210表示分別從95%丙烷與5%氫氣的氣體混合物，以及從85%丙烷與15%氫氣的氣體混合物獲得的讀數(shù)。如圖所示，各特定氣體混合物的AR保持基本不受流速的影響。這是因?yàn)闅怏w特性傳感器在非流動(dòng)環(huán)境中獲得這些測量值的緣故。隨著用逐漸增多的氫氣代替100%丙烷的混合物，由于其中的氫氣呈現(xiàn)相對較高程度地導(dǎo)熱性或熱傳遞性，AR自然地減小，所以線205和210的AR值小于線200的值。一種描述該關(guān)系的方式是相對于基準(zhǔn)氣體混合物例如丙烷而將特定氣體化合物與AR值關(guān)聯(lián)。 流動(dòng)曲線215表示從100%丙烷的流動(dòng)氣體混合物的流量傳感器15獲得的讀數(shù)，而流動(dòng)曲線220和225是分別從95%丙烷與5%氫氣的氣體混合物，以及從85%丙烷與15%氫氣的氣體混合物獲得的讀數(shù)。圖中的曲線與線可如下相關(guān)聯(lián):線200與曲線215 ;線205與曲線220 ;以及線210與曲線225。如上所述，Λ R值的減小與流速的增加相關(guān)。各種流動(dòng)曲線容易地示出了隨著氣體混合物成分的改變，Λ R值也同樣地改變，并且相應(yīng)地這些氣體的流速讀數(shù)也發(fā)生改變。常規(guī)傳感器不容易補(bǔ)償氣體成分變化，因而在流速計(jì)算中的會(huì)容易產(chǎn)生誤差。用于克服可變混合氣成分的一種流速測量誤差的技術(shù)是采用用于校準(zhǔn)流量傳感器的典型氣體混合物。然而，如圖7所示，由于當(dāng)測得的氣體混合物偏離基準(zhǔn)混合物時(shí)，可能在計(jì)算的流速中的發(fā)生誤差，所以這并不總是可行的解決方案。圖7是示出了相對于基準(zhǔn)氣體混合物，具有變化成分的氣體混合物的流速的曲線圖。在此圖中，X軸表示給定流速的100%丙烷的基準(zhǔn)氣體混合物，而Y軸表示基準(zhǔn)氣體與兩種單獨(dú)的氣體混合物之間的相對差別。流動(dòng)曲線240Α反映從95%丙烷與5%氫氣的氣體混合物獲得的誤差值，而流動(dòng)曲線245Α反映從85%丙烷與15%氫氣的氣體混合物獲得的誤差值。該曲線圖示出了每當(dāng)氣體成分由100%的基準(zhǔn)成分變化時(shí)在計(jì)算的流速中可能發(fā)生的大致誤差。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，氣體特性傳感器20適合于檢測相對于基準(zhǔn)氣體的熱傳遞的變化。流動(dòng)氣體的熱傳遞中的變化再一次影響了測得的流速的精確度。因此，如果檢測到熱傳遞中的變化，則調(diào)節(jié)測得的流速，以補(bǔ)償該變化。圖7中還示出了修正的流速的實(shí)例。特別地，流動(dòng)曲線240B表示95%丙烷與5%氫氣的氣體混合物計(jì)算的流速的修正值，而流動(dòng)曲線245B表示85%丙烷與15%氫氣的氣體混合物計(jì)算的流速修正值。圖7示出了如何補(bǔ)償氣體混合物的熱傳遞中的變化的一個(gè)實(shí)例，其大大地提高了流速的計(jì)算的精確度。此處使用了 100%丙烷作為基準(zhǔn)氣體，作為可用于校準(zhǔn)流量計(jì)的可接受氣體的一個(gè)實(shí)例，但是也可使用任何其他合適的氣體或氣體混合物成分作為基準(zhǔn)氣體。通常選擇基準(zhǔn)氣體混合物來表示要特殊應(yīng)用的氣體成分，但不要求單一氣體成分。圖8A和圖8B是示出了具有不同成分的氣體混合物相對于基準(zhǔn)氣體混合物的可能流動(dòng)誤差率的曲線圖。例如，圖8A示出了使用流量傳感器15從各種氣體混合物獲得的原始的未修正的流速數(shù)據(jù)，而圖8B示出了在補(bǔ)償了如由氣體特性傳感器20所測量的氣體混合物的熱傳遞中的變化之后的修正的流速數(shù)據(jù)。在這些曲線圖中，曲線250表示從包括70% N2UO% C4H10,6% CH4,以及14% CO2的基準(zhǔn)氣體混合物獲得的流速讀數(shù)。曲線255表示從包括50% CH4和50% N2的氣體混合物獲得的讀數(shù)，而曲線260表示從包括50% CO2和50% N2的基準(zhǔn)氣體混合物獲得的讀數(shù)。圖8A示出了每當(dāng)測得的氣體混合物偏離基準(zhǔn)成分時(shí)，由流量傳感器15生成的初始流速經(jīng)歷了相當(dāng)大的誤差。圖8B提供了一個(gè)實(shí)例，可相對于基準(zhǔn)混合物，通過補(bǔ)償氣體混合物的熱傳遞中的變化來實(shí)現(xiàn)初始流動(dòng)值的修正值。在該特定實(shí)例中，原始的流動(dòng)誤差率約為10-20%(圖8A)，隨后將其修正為平均值為幾個(gè)百分比的誤差率(圖SB)。圖9是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于校準(zhǔn)流量計(jì)的操作流程圖。在方框270處，將校準(zhǔn)氣體引入相對于質(zhì)量流量傳感器設(shè)置的校準(zhǔn)氣體管中。在方框272處，將校準(zhǔn)氣體以可重復(fù)的質(zhì)量流量引導(dǎo)至質(zhì)量流量傳感器上。在方框274處，從質(zhì)量流量傳感器獲得輸出。接著，基于來自質(zhì)量流量傳感器的輸出確定校準(zhǔn)氣體的估算流速(方框276)。如有要求，可基于校準(zhǔn)氣體的實(shí)際流速和校準(zhǔn)氣體的估算流速來計(jì)算估算流速的誤差(方框278)?？梢愿鞣N不同的方式來使用從本文所公開的各種校準(zhǔn)技術(shù)獲得的信息。例如，可將估算流速的誤差用作偏差量或補(bǔ)償值部分，以使校準(zhǔn)傳感器的進(jìn)一步測量值補(bǔ)償測得的誤差?？蓪⒃撈盍績Υ嬗诒镜卮鎯ζ髦?，或者用戶可利用該信息來手動(dòng)地校準(zhǔn)流量計(jì)。應(yīng)該明白的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員已經(jīng)熟知了本文所給出的各種技術(shù)的細(xì)節(jié)，在這些技術(shù)中，流量計(jì)應(yīng)用了不同校準(zhǔn)過程中獲得的信息，因此不需要對此進(jìn)一步描述。圖9中所示的方法可利用例如本文中所描述的各種流量計(jì)結(jié)構(gòu)中的任何一種來實(shí)現(xiàn)。下面將通過圖解的方式描述本發(fā)明的另外的實(shí)施例，這些實(shí)施例具有可選的校準(zhǔn)檢查或檢驗(yàn)?zāi)芰?、壓力檢測裝置、以及不同的流量傳感器結(jié)構(gòu)。圖10是在很多方面都類似于探測器10 (圖1和圖2)的探測器300的側(cè)視圖。二者的主要區(qū)別在于，探測器300配有壓力傳感器315，該壓力傳感器與管66相通。每當(dāng)要求流動(dòng)氣體介質(zhì)的壓力讀數(shù)時(shí)，就可應(yīng)用壓力傳感器315。通常壓力讀數(shù)范圍為約l-500psig (磅每平方英寸)。如圖所示，壓力傳感器與終止于探測器的遠(yuǎn)端并靠近流量傳感器15的管66連接。在操作當(dāng)中，隨著氣體混合物流經(jīng)導(dǎo)管，氣體混合物的壓力也會(huì)存在于通過壓力傳感器來測量該壓力的管中?？蓪⒈硎緦?dǎo)管中的流動(dòng)氣體的壓力的信號輸出傳遞至信號處理器130 (圖5)。當(dāng)然，校準(zhǔn)功能和壓力傳感器功能相互獨(dú)立，并可用在管66的遠(yuǎn)端的合適的閥來分開。合適的閥機(jī)構(gòu)還可用于防止流動(dòng)氣體混合物進(jìn)入校準(zhǔn)氣體源310。由于氣體特性傳感器20位于非流動(dòng)室中，所以其對壓力敏感。因此，氣體特性傳感器的精確度可能隨著壓力偏離校準(zhǔn)壓力而減小。為了補(bǔ)償該與非精確性相聯(lián)系的壓力，可基于由壓力傳感器生成的壓力讀數(shù)來修正由氣體特性傳感器生成的信號。圖11是探測器350的側(cè)視圖。在此實(shí)施例中，管66終止于中間井45的非流動(dòng)室，并靠近氣體特性傳感器20的主動(dòng)傳感器及參考傳感器。可選的壓力傳感器315從進(jìn)入中間井的非流動(dòng)室的氣體獲取流動(dòng)氣體介質(zhì)的壓力讀數(shù)。用于探測器350的校準(zhǔn)過程與其他實(shí)施例稍有變化。在該實(shí)施例中，校準(zhǔn)氣體源81向氣體特性傳感器20的主動(dòng)及參考傳感器提供校準(zhǔn)氣體。與質(zhì)量流量傳感器15形成對比的是，氣體特性傳感器提供與接觸該傳感器的氣體混合物的估算熱傳遞有關(guān)的輸出。在校準(zhǔn)過程中，將校準(zhǔn)氣體引導(dǎo)至氣體特性傳感器上。接著，基于氣體特性傳感器的輸出確定校準(zhǔn)氣體的估算熱傳遞。如有要求，可基于校準(zhǔn)氣體的實(shí)際或預(yù)期熱傳遞與該氣體的估算熱傳遞之間的差來計(jì)算校準(zhǔn)氣體的估算熱傳遞的誤差。如上所述，可利用以多種不同流速引導(dǎo)至流量傳感器上的校準(zhǔn)氣體來實(shí)現(xiàn)流量傳感器15的校準(zhǔn)。相反地，可利用多種不同的氣體混合物來校準(zhǔn)氣體特性傳感器20，其中每一種氣體混合物均具有不同的熱傳遞特性。盡管圖10和圖11中所示的校準(zhǔn)氣體源和壓力傳感器共用一公共管，但這并不示必要的。如有要求，這些裝置中的各個(gè)裝置可獨(dú)立地配有單獨(dú)的管。如圖所示，探測器300和350都具有校準(zhǔn)功能和壓力傳感器，但也存在省略校準(zhǔn)氣體源81或壓力傳感器315的其他可能性。根據(jù)另一可選實(shí)施例，探測器300和350的某些方面可以合并。例如，探測器可配有校準(zhǔn)氣體源81，該氣體源具有一個(gè)終止于熱流量傳感器15 (圖10)附近和終止于氣體特性傳感器20 (圖11)附近的單獨(dú)管。該實(shí)施例允許熱流量傳感器與氣體特性傳感器同時(shí)校準(zhǔn)。如圖所示，流量傳感器及氣體特性傳感器相當(dāng)?shù)乜拷鈿?9中的流量計(jì)控制器和電子裝置。然而，同樣可能的是，流量計(jì)的任何或所有元件可位于相對于導(dǎo)管和傳感器或其他與流動(dòng)介質(zhì)具有作用關(guān)系的其他信號發(fā)生元件的遠(yuǎn)距離位置。由各種傳感器部件生成的信號可通過導(dǎo)線連接或這些部件可無線地耦合。常規(guī)的信號和電源線未示出，但將通過探測器，從外殼79引至傳感器元件。在其中具有探測器的管的實(shí)施例中，導(dǎo)線可容納于管內(nèi)。除了上述實(shí)施例以外，還可以是具有校準(zhǔn)功能的多個(gè)不同類型的流量計(jì)。例如，圖12示出了包括流量傳感器15的探測器360的側(cè)視圖。應(yīng)該注意，探測器360不具有氣體特性傳感器。在圖13中，探測器370配置有單一元件的流量傳感器372，其有效地提供了類似于可由流量傳感器15獲得的測量值。例如，傳感器372可以分時(shí)方式操作，其中，其在預(yù)定的短時(shí)期內(nèi)用作加熱傳感器。接著，該傳感器允許被冷卻(通常為20-40秒)以用作基本上不加熱的參考傳感器。接著可實(shí)現(xiàn)參考測量，如必要或者有要求的話，可持續(xù)地或周期性地重復(fù)加熱一冷卻周期。當(dāng)流量傳感器372處于加熱一冷卻周期的加熱部分中時(shí)，可進(jìn)行校準(zhǔn)測量。如有要求的話，還可當(dāng)流量傳感器372處于加熱一冷卻周期的冷卻部分中時(shí)，進(jìn)行校準(zhǔn)測量。在圖13的實(shí)施例中，管66的露出端相對于流量傳感器372大致彎成直角。該設(shè)置相比較于例如圖12的實(shí)施例，使校準(zhǔn)氣體77更集中地沖擊流量傳感器。當(dāng)將探測器370插入導(dǎo)管65中時(shí)，管66的開口端可最佳地被導(dǎo)向在導(dǎo)管中流動(dòng)的氣體介質(zhì)的下游。該設(shè)置有助于防止微粒以及其他類型的異物進(jìn)入管中。在圖14中，探測器380配有三個(gè)限定了流量傳感器381的探測器。在該實(shí)施例中，加熱元件382在主動(dòng)傳感器383和參考傳感器384之外。從操作過程中，加熱元件382通過對流或傳導(dǎo)裝置熱耦合至主動(dòng)傳感器。參考傳感器不由加熱元件加熱。流量傳感器381有效地提供了類似于由流量傳感器15獲得的流速測量值。圖15是在開口 401內(nèi)包括主動(dòng)傳感器30和參考傳感器25的探測器400的側(cè)視圖。主動(dòng)傳感器和參考傳感器測量流過開口的介質(zhì)的流速。在此實(shí)施例中，管66具有兩個(gè)均發(fā)出校準(zhǔn)氣體77的孔。第一孔將校準(zhǔn)氣體引導(dǎo)至參考傳感器30上，第二孔將校準(zhǔn)氣體引導(dǎo)至主動(dòng)傳感器25上。如上所述，可選地，不用向參考傳感器施加校準(zhǔn)氣體就可實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)處理。在這樣的實(shí)施例中，對于管66而言，不必包括向參考傳感器30提供校準(zhǔn)氣體的第一孑U圖12-15中所示的流量傳感器部件的特定設(shè)置并不是關(guān)鍵的或必須的，還可使用公知的流量傳感器技術(shù)。美國專利第5，600，528號和第5，780，737號中提供了這些技術(shù)的實(shí)例，這兩個(gè)專利都是轉(zhuǎn)讓給Fluid Components International of SanMarcos, California。如有要求，圖12-15中的任何一個(gè)探測器實(shí)施例還可包括氣體特性傳感器20并利用氣體特性傳感器20起作用。通常，本文所披露的流量計(jì)可應(yīng)用具有各種不同外形和配置的校準(zhǔn)管。在很多情況下，應(yīng)用特定類型的校準(zhǔn)管并不是關(guān)鍵的，只要該管可將校準(zhǔn)氣體77的可重復(fù)的質(zhì)量流量輸送至合適的一個(gè)或多個(gè)流量傳感器即可。圖16-21示出了各種校準(zhǔn)管結(jié)構(gòu)，其可用于與本文所披露的任何一種流量傳感器和氣體特性傳感器連接。類似于圖13，圖16所示管66的露出端相對于主動(dòng)傳感器25大致彎成直角。該設(shè)置使校準(zhǔn)氣體77更集中地被引導(dǎo)至主動(dòng)傳感器上。該設(shè)置通常用于校準(zhǔn)氣體的溫度與主動(dòng)傳感器之間僅有較小的溫差值的情況。在圖17中，管66的露出端是T形的，并將校準(zhǔn)氣體77同時(shí)引導(dǎo)至主動(dòng)傳感器25及參考傳感器30上。有多個(gè)實(shí)施例示出了管66伸入相關(guān)的探測器內(nèi)，但這并不是一個(gè)必要條件，校準(zhǔn)管也可安裝于外面，從而將其連接至探測器的外面或連接至任何其他合適的結(jié)構(gòu)。圖18中示出了該實(shí)施例的一個(gè)例子。如該圖中所示，該管的終端部分相對于主動(dòng)傳感器25大致彎成直角。如有要求，可選地，可將該管定位于使校準(zhǔn)氣體77同時(shí)沖擊主動(dòng)傳感器25及參考傳感器30的位置。圖19-21示出了用于校準(zhǔn)管66的端部的各種可選設(shè)計(jì)。該可選的管結(jié)構(gòu)可用于實(shí)現(xiàn)本文所披露的任何一個(gè)校準(zhǔn)實(shí)施例。
在圖19中，該管具有向外突起端450。該設(shè)置引導(dǎo)校準(zhǔn)氣體至相對較廣的區(qū)域。相反地，圖20所示管66具有比管的主體更狹小的端部455。該設(shè)計(jì)使得校準(zhǔn)氣體氣流更集中。圖21示出了在管的端部形成有多個(gè)穿孔或孔460的校準(zhǔn)管。這些孔可僅形成于管的露出部的一部分上，從而僅使主動(dòng)傳感器暴露給校準(zhǔn)氣體。可選地，這些孔可形成于管的整個(gè)外圍上，以允許校準(zhǔn)氣體同時(shí)沖擊到主動(dòng)和參考傳感器上。應(yīng)該注意，通過從包含流動(dòng)氣體介質(zhì)的導(dǎo)管中收回探測器和有關(guān)的傳感器，可對流量計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，圖22示出了可操作地連接至外殼470的探測器360。將探測器定位于導(dǎo)管65的內(nèi)部之內(nèi)使得流量傳感器15可測量在導(dǎo)管內(nèi)流動(dòng)的氣體介質(zhì)的流速。圖22示出了流量計(jì)的正常操作狀態(tài)。一定程度上，可能必須或者期望校準(zhǔn)探測器。參照圖23，可通過將探測器360從導(dǎo)管65的內(nèi)部中取出來啟動(dòng)校準(zhǔn)過程。在流量傳感器15容納于限定于外殼470內(nèi)的腔中之后，可通過將校準(zhǔn)氣體77引導(dǎo)至流量傳感器上來校準(zhǔn)流量傳感器?？衫萌魏我环N上述校準(zhǔn)技術(shù)來進(jìn)行流量傳感器的校準(zhǔn)。通常，流入導(dǎo)管內(nèi)的氣體介質(zhì)的一部分會(huì)移動(dòng)至外殼470的腔內(nèi)，并接觸流量傳感器。然而，這樣的接觸相對較小，不會(huì)顯著影響校準(zhǔn)過程的精確度。為了將流動(dòng)氣體介質(zhì)的影響最小化，外殼470可選地可配有裝置例如閥或滑板(未示出)，其有效地將流量傳感器與在導(dǎo)管內(nèi)流動(dòng)的氣體介質(zhì)隔離。如圖22所示，在完成校準(zhǔn)處理之后，可將探測器重新放入導(dǎo)管65的內(nèi)部。圖22和圖23中所示的校準(zhǔn)技術(shù)可用于校準(zhǔn)本文所描述的任何流量計(jì)。圖22和圖23中所示的校準(zhǔn)過程可由用戶手動(dòng)地執(zhí)行，或者該校準(zhǔn)過程可以自動(dòng)地啟動(dòng)和執(zhí)行。上面已經(jīng)描述了其中流量計(jì)適合于測量流動(dòng)氣體介質(zhì)的各種實(shí)施例，其中該氣體具有校準(zhǔn)檢驗(yàn)特性。然而，本公開的技術(shù)同樣地可應(yīng)用于其他類型的流量傳感器。這樣的傳感器的實(shí)例其中包括熱線風(fēng)速儀、多普勒傳感器、以及渦街流量計(jì)。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種校準(zhǔn)系統(tǒng),包括: 導(dǎo)管，其包括相對于流量傳感器設(shè)置的第一端部； 氣體源，用于將校準(zhǔn)氣體以可重復(fù)的質(zhì)量流量引入所述導(dǎo)管中，所述導(dǎo)管將至少一部分的所述校準(zhǔn)氣體引導(dǎo)至所述流量傳感器上；以及 計(jì)算裝置，用于基于從所述流量傳感器獲得的測量值來確定所述校準(zhǔn)氣體的估算流速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括: 外殼，其可連接至可包含有流動(dòng)氣體介質(zhì)的結(jié)構(gòu)；以及 其中所述外殼大小設(shè)計(jì)為可滑動(dòng)地容納其上連接有所述流量傳感器的探測器，所述導(dǎo)管允許所述流量傳感器在流速測量過程中伸入所述流動(dòng)氣體介質(zhì)內(nèi)，允許所述流量傳感器在校準(zhǔn)過程中被收回至所述外殼中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其中所述流量傳感器包括一體化的以分時(shí)方式工作的主動(dòng)/參考傳感器元件，所述一體化的主動(dòng)/參考傳感器元件在預(yù)定時(shí)期內(nèi)是加熱的主動(dòng)傳感器，所述一體化的主動(dòng)/參考傳感器元件在被允許冷卻之后，用作基本上不加熱的參考傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其中所述流量傳感器包括與單獨(dú)的加熱器元件一起工作的主動(dòng)傳感器元件，以及參考傳感器元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其中所述流量傳感器包括主動(dòng)傳感器元件和參考傳感器兀件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其中所述導(dǎo)管的所述第一端部位于可使得僅將所述校準(zhǔn)氣體引導(dǎo)至所述主動(dòng)傳感器元件上的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其中所述導(dǎo)管的所述第一端部位于可使得將所述校準(zhǔn)氣體同時(shí)引導(dǎo)至所述主動(dòng)傳感器元件和所述參考傳感器元件上的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其中所述導(dǎo)管包括第二端部，其中所述導(dǎo)管的所述第一端部位于將所述校準(zhǔn)氣體引導(dǎo)至所述主動(dòng)傳感器元件上的位置，以及 其中所述導(dǎo)管的所述第二端部位于將所述校準(zhǔn)氣體引導(dǎo)至所述參考傳感器元件上的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其中所述流量傳感器包括熱散逸傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其中所述流量傳感器包括熱線風(fēng)速儀。
全文摘要
一種流量計(jì)現(xiàn)場校準(zhǔn)檢驗(yàn)系統(tǒng)，包括管或其他導(dǎo)管、氣體源、以及計(jì)算裝置。管具有相對流量傳感器設(shè)置的端部，并與氣體源相通。管和氣體源將校準(zhǔn)氣體以可重復(fù)的質(zhì)量流量注入所述管中。在校準(zhǔn)操作過程中，導(dǎo)管將至少一部分的校準(zhǔn)氣體引導(dǎo)至流量傳感器上。所述計(jì)算裝置用于基于從流量傳感器獲得的測量值來計(jì)算校準(zhǔn)氣體的估算流速。
文檔編號G01F25/00GK103196522SQ20131005090
公開日2013年7月10日 申請日期2005年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月18日
發(fā)明者埃里克·J·威布爾 申請人:流體元件國際公司