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具有粘度校正的流体流量计

阅读:0发布:2022-02-23

专利汇可以提供具有粘度校正的流体流量计专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且提供一种产生脉冲输出以解释 粘度 变化的 流体 流量计。所述流体流量计包含具有数据存储装置的 控制器 ,所述数据存储装置可基于流体流量计的校准而存储不同粘度的流体压 力 、体积流率和脉冲 频率 的相关性。压力 传感器 可与流体流量计的流动腔室平行连接,用于测量跨越流动腔室的压力。,下面是具有粘度校正的流体流量计专利的具体信息内容。

1.一种流体流量计,其包括:
一个流动腔室;
一个与第二齿轮啮合的第一齿轮,所述第一齿轮和所述第二齿轮定位在所述流动腔室内,所述第一齿轮与所述第二齿轮的所述啮合允许所述第一齿轮和所述第二齿轮同步旋转,以响应于流体流动通过所述流动腔室;和
一个控制器,其被配置成响应于流体通过所述流动腔室和/或所述第一齿轮和所述第二齿轮的同步旋转而产生脉冲,所述控制器具有一个数据存储装置,所述脉冲具有与其相关的脉冲频率
所述数据存储装置被配置成存储以下的相关性:
a)流体压,和
b)每个脉冲的体积或体积流率,和
c)脉冲之间的时段或脉冲频率,
所述控制器被配置成通过从压力传感器接收流体压力的所测值来确定相关性并且确定:
对于已知流体体积流率的脉冲频率值,或
对于已知每个脉冲体积的脉冲之间的时段,
所述控制器被配置成通过以下方式确定每个脉冲的未知体积或未知体积流率:
接收流体压力并且确定:
对应于每个脉冲的未知体积所产生的脉冲之间的时段或
对应于未知体积流率所产生的脉冲的脉冲频率,和
从所述数据存储装置中检索:
与流体压力的所测值和脉冲之间的时段的所确定值相关的每个脉冲的体积,或与流体压力的所测值和脉冲频率的所确定值相关的体积流率。
2.根据权利要求1所述的流体流量计,其中所述数据存储装置被配置成存储不同粘度的流体的流体压力、体积流率和脉冲频率的相关性。
3.一种流体流量计,其包括:
一个流体入口;
一个定位于所述流体入口下游的流体出口;
一个定位在所述流体入口与所述流体出口之间的流动腔室,所述流动腔室被配置成用于接收流体;
一个被配置成响应于所述流体通过所述流动腔室而产生脉冲的控制器,所述控制器具有一个数据存储装置;和
一个压力传感器,其与所述流动腔室平行连接并且被配置成测量跨越所述流动腔室的压力,
所述数据存储装置被配置成存储压力、体积流率和脉冲频率的相关性,并且所述控制器被配置成基于脉冲频率和由所述压力传感器所测量的跨越所述流动腔室的压力来确定未知的体积流率。
4.根据权利要求3所述的流体流量计,其中所述流体流量计为正排量流量计。
5.根据权利要求3或4所述的流体流量计,其中所述流体流量计为椭圆形齿轮计。
6.根据权利要求3到5中任一项所述的流体流量计,其进一步包括一个与第二齿轮啮合的第一齿轮,所述第一齿轮与所述第二齿轮的所述啮合允许所述第一齿轮和所述第二齿轮同步旋转,以响应于流体流过所述流动腔室。
7.根据权利要求3到6中任一项所述的流体流量计,其中所述第一齿轮和所述第二齿轮中的至少一者具有可检测区域,所述可检测区域用于当所述流体穿过所述流动腔室时检测所述第一齿轮和所述第二齿轮的旋转位置
8.根据权利要求3到7中任一项所述的流体流量计,其进一步包括一个或多个非接触式传感器,所述一个或多个非接触式传感器被配置成当所述第一齿轮和第二齿轮处于所述旋转位置时感测所述可检测区域,所述一个或多个非接触式传感器进一步被配置成产生检测信号,并且所述检测信号指示所述可检测区域相对于所述至少一个非接触式传感器的位置。
9.根据权利要求3到8中任一项所述的流体流量计,其中所述控制器被配置成当所述检测信号指示所述第一齿轮和所述第二齿轮从第一有效旋转状态旋转到第二有效旋转状态时产生脉冲。
10.根据权利要求3到9中任一项所述的流体流量计,其中所述控制器被配置成当所述检测信号指示所述第一齿轮和所述第二齿轮从所述第一有效旋转状态旋转到无效旋转状态时不产生脉冲。
11.根据权利要求3到10中任一项所述的流体流量计,其中所述数据存储装置被配置成按查找表的形式存储压力、体积流率和脉冲频率的相关性。
12.根据权利要求3到11中任一项所述的流体流量计,其中压力、体积流率和脉冲频率的所述相关性为非线性的。
13.根据权利要求3到12中任一项所述的流体流量计,其中所述压力传感器被配置成测量跨越所述流动腔室的压差,所述压差对应于所述流体入口和所述流体出口处的流体压力差。
14.根据权利要求3到13中任一项所述的流体流量计,其中穿过所述流动腔室的所述流体具有未知的粘度。
15.根据权利要求3到14中任一项所述的流体流量计,其中穿过所述流动腔室的所述流体具有可变的粘度。
16.一种测量未知黏度的流体的体积流率的方法,其包括:
提供流体流量计,所述流体流量计包括:
一个流动腔室、一个与第二齿轮啮合的第一齿轮,所述第一齿轮和所述第二齿轮定位在所述流动腔室内,所述第一齿轮和所述第二齿轮的所述啮合允许所述第一齿轮和所述第二齿轮同步旋转,以响应于流体流动通过所述流动腔室,和一个具有数据存储装置的控制器;
供应通过所述流动腔室的流体的已知体积流率;
使用所述控制器产生对应于所述第一齿轮和所述第二齿轮的旋转的脉冲,所述脉冲具有与其相关联的脉冲频率;
测量流过所述流动腔室的所述流体的流体压力;
使用所述控制器确定对应于流体的所述已知体积流率的脉冲频率;
使用所述控制器产生针对各种体积流率的脉冲频率、流体压力与已知体积流率之间的相关性;和
将所产生的相关性存储于所述数据存储装置中。
17.根据权利要求16所述的方法,其进一步包括使用所述控制器通过测量流体压力而确定未知的体积流率并且确定所述脉冲频率。
18.根据权利要求16或17所述的方法,其进一步包括从所述数据存储装置检索与流体压力的所测值和脉冲频率的所确定值相关的体积流率。
19.根据权利要求16到18中任一项所述的方法,其进一步包括使用所述控制器产生针对不同已知粘度的流体的脉冲频率、流体压力与已知体积流率之间的相关性。
20.根据权利要求16到19中任一项所述的方法,其进一步包括使用所述控制器基于压力的所测值和脉冲频率的所确定值来确定未知的黏度,并且检索存储于所述数据存储装置中的先前产生的相关性以确定所述未知的黏度。
21.根据权利要求16到20中任一项所述的方法,其进一步包括当确定所述流体的所述粘度超出预定义范围时,使用所述控制器产生指示信号。
22.根据权利要求16到21中任一项所述的方法,其进一步包括仅在所述第一齿轮和所述第二齿轮从第一有效旋转位置旋转到第二有效旋转位置时产生脉冲。
23.根据权利要求16到22中任一项所述的方法,其进一步包括产生具有小于转换时间的脉冲持续时间的脉冲,从而所述转换时间对应于所述第一齿轮和所述第二齿轮从所述第一有效旋转位置旋转到所述第二有效旋转位置所花费的时间。
24.根据权利要求16到23中任一项所述的方法,其中所述控制器确定所述脉冲频率作为邻近脉冲之间的时间间隔的倒数。
25.根据权利要求1或2所述的流体流量计,其中所述控制器被配置成通过每次产生脉冲时执行以下步骤来确定在一个时间间隔内流过所述流体流量计的流体的总体积:
从所述数据存储装置检索与流体压力的所述测量值相关的每个脉冲的所述体积,和将每个脉冲的所述检索体积相加到总体积计数器。
26.根据权利要求3到15中任一项所述的流体流量计,其中所述压力传感器被配置成在对应于两个连续脉冲之间的时间的时间段内测量所述压力。
27.根据权利要求3到15或26中任一项所述的流体流量计,其中所述压力传感器被配置成在对应于若干脉冲的时间段内测量所述压力。
28.根据权利要求3到15、26或27中任一项所述的流体流量计,其中所述控制器被配置成基于若干脉冲上的所述测量压力确定压力的平均值,并且基于压力的所述平均值从所述数据存储装置检索相关性。
29.一种根据权利要求1到28中任一项所述的流体流量计的用途,其用于测量流体流量和粘度校正。

说明书全文

具有粘度校正的流体流量计

[0002] 本申请要求2017年7月25日提交的美国62/536,503的优先权,其全部内容特此以引用的方式并入本文中。

背景技术

[0003] 正排量流体测量系统可用于测量流体或气体的流动速率或体积。例如,分配系统可以使用来自正排量流体计的反馈来控制所分配的流体的体积。此类控制系统通常用于代
替时间控制,以更准确地分配精确量的流体或气体,并且通常用于各种设置,包含但不限于工业、医疗保健、制药以及食品和饮料行业。例如,正排量流体计可以在药物的制造过程中使用,所述过程需要精确测量两种待混合到单批的材料。正排量流体计可以安装在对应材
料的供应管线中,并且来自流量计的反馈可以用于将适量的每种材料分配到待混合的混合
罐中。像许多其它一样,正排量计的此应用可能要求正排量计具有测量准确度(例如,+/-
0.5%)以符合例如质检或法规。因此,准确地测量流体或气体的体积的正排量计可有助于
执行流体分配系统或过程的预期功能。
[0004] 在转让给明尼苏达州圣保罗的艺康集团(Ecolab Inc)的共同转让的申请US9,383,235中描述了示例性流体流量计,其公开内容特此以引用的方式并入本文中。制造商通常提供工厂校准,其将流体囊的体积与对应于各种流量的流量计中的一个或多个组件(例
如,椭圆形齿轮)的旋转的旋转计数相关。因此,通过对由流体流量计产生的脉冲的数目计数,可以基于工厂校准确定体积流率。
[0005] 流体流量计的工厂校准通常不会对流体的粘度进行校正。例如,在使用中,流体流量计可以供应可能具有例如由于产品变质而随时间变化的粘度的产品(例如,如丙的化学品)。如果产品的粘度变化未知,那么例如使用流体流量计计量的产品数量可能不准确,或者对于现场的最终应用而言可能不太理想(例如,由于进料不足或进料过量)。
发明内容
[0006] 在一个方面,本公开涉及一种流体流量计,其具有与第二齿轮啮合的第一齿轮,并且响应于通过流体流量计的流体的流动而彼此同步旋转。所述流体流量计包含控制器,所述控制器被配置成响应于所述量的流体的通过和/或第一齿轮和第二齿轮的同步旋转而产
生脉冲。控制器可以具有数据存储装置。数据存储装置可以基于流体流量计的校准来存储
流体压、体积流率和脉冲频率的相关性。在校准期间,控制器可通过从压力传感器接收对应于流体压力的量测结果并且通过确定对于已知体积流率的流体的流动的所产生的脉冲
的脉冲频率来确定此类相关性。
[0007] 在另一方面,流体流量计包括流体入口和定位于流体入口下游的流体出口。流动腔室可位于流体入口与流体出口之间以用于接收流体。压力传感器可以与流动腔室平行连
接并且被配置成测量跨越流动腔室的压力,在此类情况下,存储在数据存储装置中的压力
对应于由压力传感器测量的压力。因此,控制器可以被配置成基于脉冲频率和由压力传感
器所测量的跨越流动腔室的压力来确定未知的体积流率。
[0008] 在另一方面,测量未知粘度的流体的体积流率的方法可以包括提供根据本文所公开的任何实施例的流量计的步骤。所述方法可包含使用控制器产生对应于第一齿轮和第二
齿轮的旋转的脉冲的步骤。脉冲可以具有与其相关的脉冲频率。所述方法可以包含测量流
过流动腔室的流体的流体压力的步骤。所述方法包含使用控制器确定对应于已知流体体积
流率的脉冲频率的步骤。所述方法还可包含以下步骤:使用控制器产生用于各种体积流率
的脉冲频率、流体压力和已知体积流率之间的相关性,并且将所产生的相关性存储于数据
存储装置中。
[0009] 本公开的实施例包含以下编号的实施例中的一个或多个:
[0010] 1.一种流体流量计,其包括:
[0011] 一个流动腔室;
[0012] 一个与第二齿轮啮合的第一齿轮,所述第一齿轮和所述第二齿轮定位在所述流动腔室内,所述第一齿轮与所述第二齿轮的所述啮合允许所述第一齿轮和所述第二齿轮同步
旋转,以响应于流体流动通过所述流动腔室;和
[0013] 一个控制器,其被配置成响应于流体通过所述流动腔室和/或所述第一齿轮和所述第二齿轮的同步旋转而产生脉冲,所述控制器具有一个数据存储装置,所述脉冲具有与
其相关的脉冲频率,
[0014] 所述数据存储装置被配置成存储以下的相关性:
[0015] a)流体压力,和
[0016] b)每个脉冲的体积或体积流率,和
[0017] c)脉冲之间的时段或脉冲频率,
[0018] 所述控制器被配置成通过从压力传感器接收流体压力的所测值来确定相关性并且确定:
[0019] 对于已知流体体积流率的脉冲频率值,或
[0020] 对于已知每个脉冲体积的脉冲之间的时段,
[0021] 所述控制器被配置成通过以下方式确定每个脉冲的未知体积或未知体积流率:
[0022] 接收流体压力并且确定:
[0023] 对应于每个脉冲的未知体积所产生的脉冲之间的时段或
[0024] 对应于未知体积流率所产生的脉冲的脉冲频率,和
[0025] 从所述数据存储装置中检索:
[0026] 与流体压力的所测值和脉冲之间的时段的所确定值相关的每个脉冲的体积,或
[0027] 与流体压力的所测值和脉冲频率的所确定值相关的体积流率。
[0028] 2.根据实施例1所述的流体流量计,其中所述数据存储装置被配置成存储对于不同粘度的流体的流体压力、体积流率和脉冲频率的相关性。
[0029] 3.一种流体流量计,其包括:
[0030] 一个流体入口;
[0031] 一个定位于流体入口下游的流体出口;
[0032] 一个定位在所述流体入口与所述流体出口之间的流动腔室,所述流动腔室被配置成用于接收流体;
[0033] 一个被配置成响应于流体通过流动腔室而产生脉冲的控制器,所述控制器具有一个数据存储装置;和
[0034] 一个压力传感器,其与流动腔室平行连接并且被配置成测量跨越流动腔室的压力,
[0035] 所述数据存储装置被配置成存储压力、体积流率和脉冲频率的相关性,并且
[0036] 所述控制器被配置成基于脉冲频率和由所述压力传感器所测量的跨越所述流动腔室的压力来确定未知的体积流率。
[0037] 4.根据实施例3或任何前述实施例所述的流体流量计,其中所述流体流量计为正排量流量计。
[0038] 5.根据实施例4或任何前述实施例所述的流体流量计,其中所述流体流量计为椭圆形齿轮计。
[0039] 6.根据实施例5或任何前述实施例所述的流体流量计,其进一步包括一个与第二齿轮啮合的第一齿轮,所述第一齿轮与所述第二齿轮的所述啮合允许所述第一齿轮和所述
第二齿轮同步旋转,以响应于流体流过所述流动腔室。
[0040] 7.根据实施例6或任何前述实施例所述的流体流量计,其中所述第一齿轮和所述第二齿轮中的至少一者具有可检测区域,其用于当所述流体穿过所述流动腔室时检测所述
第一齿轮和所述第二齿轮的旋转位置
[0041] 8.根据实施例7或任何前述实施例所述的流体流量计,其进一步包括一个或多个被配置成当所述第一齿轮和第二齿轮处于所述旋转位置时感测所述可检测区域的非接触
式传感器,所述一个或多个非接触式传感器进一步被配置成产生检测信号,并且所述检测
信号指示所述可检测区域相对于至少一个非接触式传感器的位置。
[0042] 9.根据实施例8或任何前述实施例所述的流体流量计,其中所述控制器被配置成当所述检测信号指示所述第一齿轮和所述第二齿轮从第一有效旋转状态旋转到第二有效
旋转状态时产生脉冲。
[0043] 10.根据实施例9或任何前述实施例所述的流体流量计,其中所述控制器被配置成当所述检测信号指示所述第一齿轮和所述第二齿轮从所述第一有效旋转状态旋转到无效
旋转状态时不产生脉冲。
[0044] 11.根据实施例3或任何前述实施例所述的流体流量计,其中所述数据存储装置被配置成按查找表的形式存储压力、体积流率和脉冲频率的相关性。
[0045] 12.根据实施例11或任何前述实施例所述的流体流量计,其中压力、体积流率和脉冲频率的所述相关性为非线性的。
[0046] 13.根据实施例3或任何前述实施例所述的流体流量计,其中所述压力传感器被配置成测量跨越所述流动腔室的压差,所述压差对应于所述流体入口和所述流体出口处的流
体压力差。
[0047] 14.根据实施例3或任何前述实施例所述的流体流量计,其中穿过所述流动腔室的所述流体具有未知的粘度。
[0048] 15.根据实施例3或任何前述实施例所述的流体流量计,其中穿过所述流动腔室的所述流体具有可变的粘度。
[0049] 16.一种测量未知黏度的流体的体积流率的方法,其包括:
[0050] 提供流体流量计,所述流体流量计包括:
[0051] 一个流动腔室、一个与第二齿轮啮合的第一齿轮,所述第一齿轮和所述第二齿轮定位在所述流动腔室内,所述第一齿轮和所述第二齿轮的所述啮合允许所述第一齿轮和所
述第二齿轮同步旋转,以响应于流体流动通过所述流动腔室,和一个具有数据存储装置的
控制器;
[0052] 供应通过所述流动腔室的流体的已知体积流率;
[0053] 使用所述控制器产生对应于所述第一齿轮和所述第二齿轮的旋转的脉冲,所述脉冲具有与其相关联的脉冲频率;
[0054] 测量流过所述流动腔室的所述流体的流体压力;
[0055] 使用所述控制器确定对应于流体的所述已知体积流率的脉冲频率;
[0056] 使用所述控制器产生针对各种体积流率的脉冲频率、流体压力与已知体积流率之间的相关性;和
[0057] 将所产生的相关性存储于所述数据存储装置中。
[0058] 17.根据实施例16或任何前述实施例所述的方法,其进一步包括使用所述控制器通过测量流体压力而确定未知的体积流率并且确定所述脉冲频率。
[0059] 18.根据实施例17或任何前述实施例所述的方法,其进一步包括从所述数据存储装置检索与流体压力的所测值和脉冲频率的所确定值相关的体积流率。
[0060] 19.根据实施例16或任何前述实施例所述的方法,其进一步包括使用所述控制器产生针对不同已知粘度的流体的脉冲频率、流体压力与已知体积流率之间的相关性。
[0061] 20.根据实施例19或任何前述实施例所述的方法,其进一步包括:使用所述控制器基于压力的所测值和脉冲频率的所确定值来确定未知的粘度;和检索存储于所述数据存储
装置中的先前产生的相关性以确定所述未知的粘度。
[0062] 21.根据实施例19或任何前述实施例所述的方法,其进一步包括当确定所述流体的所述粘度超出预定义范围时,使用所述控制器产生指示信号。
[0063] 22.根据实施例15或任何前述实施例所述的方法,其进一步包括仅在所述第一齿轮和所述第二齿轮从所述第一有效旋转位置旋转到所述第二有效旋转位置时产生脉冲。
[0064] 23.根据实施例22或任何前述实施例所述的方法,其进一步包括产生具有小于转换时间的脉冲持续时间的脉冲,从而所述转换时间对应于所述第一齿轮和所述第二齿轮从
所述第一有效旋转位置旋转到所述第二有效旋转位置所花费的时间。
[0065] 24.根据实施例23或任何前述实施例所述的方法,其中所述控制器确定所述脉冲频率为邻近脉冲之间的时间间隔的倒数。
[0066] 25.根据实施例1或任何前述实施例所述的流体流量计,其中所述控制器被配置成通过每次产生脉冲时执行以下步骤而确定在一个时间间隔内流过所述流体流量计的流体
的总体积:
[0067] 从所述数据存储装置检索与流体压力的所述测量值相关的每个脉冲的所述体积,和
[0068] 将每个脉冲的所述检索体积相加到总体积计数器。
[0069] 26.根据实施例3或任何前述实施例所述的流体流量计,其中所述压力传感器被配置成在对应于两个连续脉冲之间的时间的时间段内测量所述压力。
[0070] 27.根据实施例3或任何前述实施例所述的流体流量计,其中所述压力传感器被配置成在对应于若干脉冲的时间段内测量所述压力。
[0071] 28.根据实施例27或任何前述实施例所述的流体流量计,其中所述控制器被配置成基于若干脉冲上的所述测量压力来确定压力的平均值,并且基于压力的所述平均值从所
述数据存储装置检索相关性。
[0072] 一个或多个实例的细节阐述于下文的附图说明书中。其它特征、目标及优点将从所述描述和所述图式以及从权利要求书显而易见。

附图说明

[0073] 图1为根据一个实施例的流体流量计的示意图;
[0074] 图2为沿着图1所示的剖面A-A截取的流体流量计的横截面侧视图;
[0075] 图3A为说明在椭圆形齿轮的第一旋转位置处流体流过流体流量计的剖视图;
[0076] 图3B为说明在椭圆形齿轮的第二旋转位置处流体流过流体流量计的剖视图;
[0077] 图4A为说明具有非接触式传感器的流体流量计的另一剖视图;
[0078] 图4B为说明由图4A中所示的非接触式传感器产生的检测信号的示意图;
[0079] 图4C为说明根据一个实施例的脉冲产生方法的示意图;
[0080] 图4D为说明根据一个非限制性说明性实施例的流体流量计的椭圆形齿轮的一连串有效旋转状态的示意图;
[0081] 图5A为说明根据非限制性说明性实施例的各种黏度的每脉冲的体积与体积流率之间的相关性的曲线图;
[0082] 图5B为说明根据非限制性说明性实施例的各种黏度的脉冲频率与体积流率之间的相关性的曲线图;
[0083] 图5C为图5B中所示的脉冲频率和体积流量的重新缩放的曲线图;
[0084] 图5D为说明根据非限制性说明性实施例的流过流量计的产品的总(累积)体积与脉冲之间的时间之间的关系的曲线图;
[0085] 图5E为描绘根据非限制性说明性实施例存储于查找表中的压力、每脉冲体积(脉冲速率)与脉冲频率之间的校准关系的3D散点图;
[0086] 图5F为描绘根据非限制性说明性实施例存储于查找表中的压力、每脉冲体积(脉冲速率)与脉冲之间的时间段之间的校准关系的3D散点图;
[0087] 图5G为描绘根据非限制性说明性实施例存储于查找表中的压力、体积流率与脉冲频率之间的校准关系的3D散点图;
[0088] 图6A为说明根据非限制性说明性实施例校准图1的流体流量计的方法的示意图。
[0089] 图6B为说明根据非限制性说明性实施例使用图1的流体流量计来确定体积流率和黏度的方法的示意图;
[0090] 图6C为说明根据非限制性说明性实施例使用图1的流体流量计来确定总体积、当前体积流率和黏度的方法的示意图。

具体实施方式

[0091] 图1为包含流体流量计100的流体流量测量系统10的俯视图。系统10包含流体12、第一流体管线14、第二流体管线16和流体流量计100。第一流体管线14可与被配置成提供流体流过系统10的流体泵12进行流体连通。流体泵12可以与流体源(未示出)流体连通,
并且可以是提供流体流过系统的任何适合的泵。流体流动可以具有各种流体流动特性,并
且可能取决于所选择的泵的类型或系统10的应用。例如,不同的应用可能需要高流体体积
或低流体体积。某些实例可能需要蠕动泵或压力保持流体管线提供的均匀流体流动。在其
它实例中,流体泵12可能提供不均匀的流体流动,尤其在应用需要低流体体积的情况下。
[0092] 流体流量计100可以被配置成测量流过系统10的流体,并且可以包含界定腔室106的外壳102、流体入口104和流体出口105。在所示的实施例中,流体流量计100是正排量计,如椭圆形齿轮108流量计。流体入口104可与第一流体管线14流体连通,并且提供从第一流
体管线14进入腔室106的流体流动。椭圆形齿轮108和110安装在腔室106内,并且被配置成
响应于流过腔室106的流体而分别围绕固定旋转轴112和114协同旋转。流体通过与第二流
体管线16流体连通的流体出口105离开腔室106。
[0093] 因此,由流体泵12提供的流体流过流体管线14,并且通过流体入口104进入流体流量计100中。然后,流体流过其中测量流出体积的流体流量计100,并且通过流体出口105从流体流量计100流出,并且流入第二流体管线16。
[0094] 图2为沿着图1所示的线A-A截取的流体流量计100的横截面侧视图。椭圆形齿轮108和110安装在由外壳102界定的腔室106内,并且可以配置成分别围绕轴113和115旋转。
在所示的实施例中,流体流量计100可以包含非接触式传感器140和控制器141。非接触式传感器140可以与控制器141连通(例如,通过连接143以电气方式或以无线方式)。非接触式传感器140可以被配置成感测分别设置在椭圆形齿轮108和110的顶表面142和144上的可检测
区域146(未示出)。例如,非接触式传感器140可以是被配置成感测可检测区域146的磁传感器,所述可检测区域包括安装在椭圆形齿轮108的至少一个上或之内的磁体。在另一实例
中,非接触式传感器140可以是光学传感器,所述光学传感器被配置成将波长发射到包含可检测区域146的椭圆形齿轮108的至少一个顶表面142或244上并且感测波长从顶表面中的
至少一者的反射率。2007年12月19日提交的美国专利第7,523,660号和2009年2月11日提交
的美国专利第8,069,719号提供了并有非接触式传感器的椭圆形齿轮108的实例,每一者的
全部公开内容特此以引用的方式并入本文中。可以了解,流体流量计100可以包含适合于流量计的特定应用的任何数量的非接触式传感器和任何数量的可检测区域。非接触式传感器
140还可被配置成基于对可检测区域146的检测或检测缺乏而产生检测信号。
[0095] 流体流量计100还可包含控制器141,所述控制器被配置成基于非接触式传感器140的检测信号来计算流过流量计的流体体积。控制器141可以被配置成接收非接触式传感
器140的检测信号,并且基于检测信号来产生对应于椭圆形齿轮108的旋转的脉冲。控制器
141可以是如微处理器、可编程逻辑控制器141等的可编程计算机,并且可以包含(和/或与
之连通)机载或远程非暂时性存储介质(例如,数据存储装置150),其用于以算法和/或数据(例如,校准数据)的形式存储指令。控制器还可以是专用集成电路(ASIC)、微控制器、微处理器、现场可编程阵列(field-programmable gate arrays;FPGA)或能够接收和处理数
据的任何其它适当的结构,以及跨越网络分布以接收和处理数据的电路和从远程位置如本
文中所描述操作的控制系统。尽管说明了控制器141与数据存储装置150之间的电连接151,但应理解,涵盖控制器141与数据存储装置150之间的无线连接。另外,应理解,尽管控制器
141、数据存储装置150和流体流量计100的电连接示为在图1、图2中流体流量计100的外壳
102的外部,但是控制器141和数据存储装置150(以及相关连接)容纳在流体流量计100的外
壳102内(如图2所示)。如本文将进一步讨论的,当已知由椭圆形齿轮108进行的转数(完成
和部分完成)并且已知每转的流体体积时,可以计算穿过流体流量计100的流体的体积。因
此,控制器141可能能够基于由控制器141产生的脉冲来测量穿过流量计的流体的体积。在
此类情况下,控制器141可以包含数据存储装置150,所述数据存储装置存储所产生的脉冲
与穿过流体流量计100的流体的体积之间的校准。
[0096] 图3A和3B为说明流体流过流体流量计100的剖视图。如其中所见,椭圆形齿轮108和110被配置成互相啮合,由此减少了来自流体入口104的流体在齿轮之间通过的机会。因
此,流体通过流体囊116和118在椭圆形齿轮108周围流动。图3A展示在第一旋转位置处的流体流量计100,其中流体可以通过流体入口104引入到腔室106中。如上所述,椭圆形齿轮108与110的相互啮合减少了流体在齿轮之间通过的机会,由此迫使进入的流体流向椭圆形齿
轮108的顶点109,并且促使椭圆形齿轮108沿逆时针方向旋转。施加在椭圆形齿轮108上的
逆时针扭矩继而促使椭圆形齿轮110顺时针旋转。
[0097] 图3B展示相对于图3A所示的旋转位置处于径向推进旋转位置的流体流量计100,其中椭圆形齿轮108已经逆时针旋转了90度并且椭圆形齿轮110已经顺时针旋转了90度。在
流体流量计100的此旋转位置中,椭圆形齿轮108的旋转形成了由椭圆形齿轮108的表面和
腔室106的壁界定的流体囊118。同时,迫使来自流体入口104的流体朝向椭圆形齿轮110的
顶点111,由此促使椭圆形齿轮110沿顺时针方向旋转。这继而促使椭圆形齿轮108继续沿逆时针方向旋转,以释放流体囊118中的流体。可以了解,如图3A所示,可以在椭圆形齿轮110与腔室106的壁之间形成类似的流体囊116。
[0098] 根据本实施例的流体流量计可以被配置成增加测量的分辨率,由此允许更精确地测量通过流量计的流体流量。这些配置可能适用于低流体流量应用。在一个实例中,流体流量计100可以被配置成测量对应于等于两个流体囊116的体积的体积的椭圆形齿轮108的半
转。在另一实例中,流体流量计100可被配置成测量对应于等于一个流体囊116的体积的椭
圆形齿轮108的四分之一转。流体流量计100的测量分辨率还可能取决于流量计的流体囊
116的体积。通常,随着椭圆形齿轮108的每转分配的更小体积的流体,具有较小体积的流体囊116可以增加椭圆形齿轮108的测量分辨率。相反,随着每转分配更大体积的流体,较大的流体囊116可能降低分辨率。可以了解,不同的应用可能需要不同的测量分辨率,并且本申请的实例可以被配置成具有广泛范围的分辨率。
[0099] 图4A为包含非接触式传感器140和可检测区域146的流体流量计100的剖视图。非接触式传感器140可以被配置成感测设置在椭圆形齿轮110的表面上的可检测区域146并且
产生检测信号。非接触式传感器140可以安装在位于椭圆形齿轮108和110的顶表面142、144上方的流体流量计100的外壳(102,在图4A中未示出)中。如图4A所示,椭圆形齿轮108和110被配置成响应于流体流过腔室106分别逆时针和顺时针旋转。椭圆形齿轮110的旋转使可检
测区域146穿过可能位于传感器下方的非接触式传感器140的感测区域。一旦感测到可检测
区域146,非接触式传感器140可产生检测信号。因此,非接触式传感器140的检测信号可以指示椭圆形齿轮108和110的旋转位置,其中可检测区域146在非接触式传感器140下方。在
此实例中,非接触式传感器140可被配置成当传感器感测到可检测区域146时产生“正”信号(下文还被称作“1”或“高”),并且当传感器没有感测到可检测区域146时产生“负”信号(下文还被称作“0”或“低”)。可以了解,由非接触式传感器140产生的检测信号可以任何适合于指示对可检测区域146的感测型式的任何形式。在某些实例中,非接触式传感器140可被配
置成当未感测到可检测区域146时不产生检测信号。在此实例中,缺乏信号仍可以指示旋转位置,其中可检测区域146不在传感器的感测区域内。如前所述,流体流量计100可以包含控制器141,所述控制器被配置成基于由非接触式传感器140提供的检测信号来产生脉冲输
出。在此实例中,流体流量计100被配置成使得椭圆形齿轮108和110的旋转可以使非接触式传感器140感测可检测区域146。因此,控制器141可以被配置成响应于非接触式传感器140
感测到可检测区域146而产生脉冲,如下文将进一步描述。
[0100] 图4B是根据一个实例的流体流量计100的非接触式传感器140的检测信号随时间变化的曲线图190。更确切地说,曲线图190展示当椭圆形齿轮108和110响应于流体流过流
量计在正向方向上旋转时,感测可检测区域146的非接触式传感器140的检测信号。曲线图
190包含时间点191a、491b、492a和492b。最初,非接触式传感器140的检测信号为低,指示椭圆形齿轮108和110处于旋转位置,其中可检测区域146不在传感器的感测区域内。在时间点
191a与192a之间以及在191b与192b之间,检测信号较高,并且指示椭圆形齿轮108的旋转位置,其中可检测区域146由非接触式传感器140感测。在时间点192a与191b之间以及在时间
点192b之后,检测信号再次变低,并且指示椭圆形齿轮108的旋转位置,其中可检测区域146未由传感器检测到。时间点181a与181b,或者182a与182b之间的时间段可表示在椭圆形齿
轮108和110的一个完整旋转中的所有旋转位置,因为在流体流量计100中存在单个可检测
区域146。在本公开的范围内(并且如将在下文进一步描述)涵盖额外或更少的旋转位置和/
或可检测区域。
[0101] 在此实例中,椭圆形齿轮108的旋转位置在流体流量计100的一个完整的旋转中可以分类为旋转状态A和B。旋转状态A包括所有旋转位置,其中可检测区域146未由非接触式
传感器140感测,并且在时间点191a之前、时间点192a与191b之间以及时间点192b之后的曲线图190中示出。旋转状态B包括所有旋转位置,其中可检测区域146由非接触式传感器140
感测并且在时间点191a与192a以及191b与192b之间的曲线图190中示出。当非接触式传感
器140感测到旋转状态A和B时,它分别产生负检测信号和正检测信号。在此类实例中,流体流量计100可以包含控制器141,其被配置成基于由非接触式传感器140提供的检测信号来
计算流过流量计的流体的体积。当椭圆形齿轮108和110响应于流体流过流量计沿正向方向
旋转时,齿轮最终到达旋转位置,其中可检测区域146在非接触式传感器140的感应区域内。
因此,非接触式传感器140可以感测旋转状态B。可以了解,随着椭圆形齿轮108在流体流量计100中继续旋转,非接触式传感器140依次感测包括旋转状态A和B的一连串旋转状态。如
上所述,非接触式传感器140可被配置成当分别感测到旋转状态A和B时产生负检测信号和
正检测信号,并且将所述信号提供给控制器141。
[0102] 同时,流体流量计100的控制器141被配置成从非接触式传感器140接收检测信号并且产生脉冲输出。一旦接收到指示椭圆形齿轮108和110的旋转状态和旋转位置的检测信
号,控制器141确定在步骤187中检测信号是否为正。如果检测信号为正,那么控制器141可以产生一个或多个脉冲,并且返回到接收状态186。如果检测信号为负,那么控制器141不产生任何脉冲而返回到接收状态186。再次参考图4B,可以了解,当检测信号从低变高时,控制器141可以在时间点191a和191b产生脉冲。可替代地,控制器141可以被配置成通过修改
骤187来检查检测信号是否为负,从而当检测信号从高变低时(例如,在时间点192a和
192b),产生脉冲。
[0103] 图1-4B中所描述的实施例可以使用响应于椭圆形齿轮108流量计的旋转而产生脉冲输出的算法。例如,图1-4B中所描述的实施例中,可以用使控制器141产生脉冲的指令来对控制器141进行编程。在此类情况下,可以通过产生对应于齿轮从有效旋转状态到另一有效旋转状态的单独转换的脉冲来改进流量计的准确度和分辨率。图4C为对应于一种此类算
法400的流程图
[0104] 在图4C所示的实例中,对于椭圆形齿轮108的每个完整旋转,椭圆形齿轮108计可以具有八个旋转状态。例如,八个旋转状态可以称为状态A、B、C、D、E、F、G和H。图4D说明展示序列中有效状态的图表。在此类情况下,可以根据图4C的算法对椭圆形齿轮108计的控制器
141进行编程,从而在步骤402将控制器141配置成确定所检测到旋转状态(例如,通过非接
触式传感器140)是否为有效旋转状态。控制器141然后被配置成根据图表4D确定(在步骤
404处)椭圆形齿轮108是否从有效旋转状态转变为另一有效旋转状态。例如,如果椭圆形齿轮108从状态A转换到状态B,则控制器141被配置成确定所述转换是有效的,并且在步骤406处产生脉冲。另一方面,如果控制器141确定转换无效(例如,对于每个对应状态,除了在图
4D的右列中列出的状态以外的状态),那么控制器141可能不产生脉冲(对应于错误条件
408)。因此,在此实例中,控制器141将被配置成产生用于齿轮的完整旋转的八个脉冲,对应于旋转状态之间的八个有效转换。尽管说明了八个有效的旋转状态,但是应当注意,在本公开的范围内,分别涵盖了额外或更少的旋转状态(对应于额外或更少的转换和脉冲)。此类
实施例有助于测量的准确性,并且消除了由于流动不均匀(例如抖动或回流)而导致的测量
误差。
[0105] 在某些实施例中,控制器141被配置成产生持续时间短于从有效旋转状态转换到下一个有效旋转状态的时间的脉冲。在此类情况下,如果齿轮以每秒旋转“n”转有“m”个有效旋转状态,则椭圆形齿轮108从有效旋转状态转换到下一个有效旋转状态所花费的时间
通过下式(1)给出:
[0106]
[0107] 在此类情况下,控制器141可以被配置成设定产生脉冲持续时间(T脉冲)小于从有效旋转状态转换到下一个有效旋转状态的时间的脉冲:
[0108] T脉冲
[0109] 此类实施例可以通过减少在齿轮转换到一个或多个旋转状态与脉冲产生之间可能发生的任何重叠来促进准确的脉冲计数。
[0110] 在操作中,每当椭圆形齿轮108从有效旋转状态转换到另一有效旋转状态时,控制器141产生具有脉冲持续时间T脉冲的脉冲。相邻脉冲之间的时间间隔可以为Ts。在此类情况下,可以定义脉冲频率Fs,从而脉冲频率是相邻脉冲的时间间隔的倒数:
[0111] 在所说明的实例中,流体流量计100具有八个有效旋转状态(如图4D中所说明)。例如,如果椭圆形齿轮108具有100转/秒,那么根据以上表达式从一个旋转状态到下一个约
1.25毫秒的转换时间。因此,控制器141可以产生持续时间在约0.1与约0.5ms之间的脉冲。
更一般地,脉冲持续时间(T脉冲)可以在转换时间(T转换)的约5%与约50%之间。
[0112]
[0113] 再次参考图4C,在步骤410处,控制器141可以检查是否产生了先前的脉冲。在此类情况下,控制器141可以确定步骤412处相邻的脉冲之间的时间间隔TS和步骤414处的频率Fs。在步骤416处,输出如脉冲计数、脉冲之间的时间间隔和/或频率的相关数据。
[0114] 尽管下文的实例涉及图1-4B所说明的流体流量计100,应理解,本文所描述的实例将适用于产生脉冲输出的其它类型的正排量计。在一些此类例示性实施例中,控制器141可以产生响应于流过流动腔室106的流体的量,和/或旋转流体流量计100的组件的位移的脉
冲。例如,控制器141可以产生响应于由非接触式传感器检测到的第一齿轮和第二齿轮的同步旋转的脉冲。控制器141还可以被配置成确定用于广泛范围的已知操作条件和体积流率
的脉冲频率Fs,以建立可被存储在数据存储装置150的校准数据。
[0115] 通常,流量计的校准数据(例如,每脉冲的体积)作为单个标称值存储在存储器中。然而,明显地,校准参数对于不同流动速率和/或对于产品的不同粘度可能不保持恒定。如图5A所示,相同椭圆形齿轮计的校准曲线C1、C2、C3,但对应于具有粘度μ1、μ2和μ3的不同产品,其中μ1<μ2<μ3。从中可以看出,在低体积流率处,每个脉冲的体积值明显偏离标称恒定值。偏差可能对于具有低黏度的产品(例如,粘度为μ1)最显著。
[0116] 在某些实施例中,可以通过供应已知量的流体穿过其中并且确定用于已知量(体积或体积流率)的流体的脉冲频率Fs来校准流体流量计100。例如,现在参考图5B,说明了展示对于例示性流体流量计100的脉冲频率Fs与体积流率V之间的关系的校准图。如前所述,
可以通过提供已知体积流率的流体并且确定脉冲频率Fs来产生此图。图5C是图5B的缩放
图,其说明了在低体积流率下的校准曲线。在高体积流率下,体积流率与脉冲频率之间的关系通常为线性的。如从图5B和5C中所见,校准曲线C1'、C2'、C3'各自分别对应于粘度为μ1、μ2和μ3的产品,其中μ1<μ2<μ3对于低体积流率(例如小于1ml/s)具有非线性。具有最低黏度μ1的产品的校准曲线C1'具有最大的非线性。如前所述,在低体积流率下,一定量的产品可在不旋转椭圆形齿轮的情况下流过流量计的椭圆形齿轮周围的间隙。此时,椭圆形齿轮108并不旋转,其结果是频率Fs为零。在体积流率的一些非零值下,随着流体开始移动椭圆形齿轮,并且由控制器141以非零脉冲频率产生脉冲。在所示实例中,频率与体积流率之间的相关性是非线性的,然而可以涵盖频率与体积流量之间的其他数学关系。
[0117] 尽管图5B和5C中所示的实例提供了将频率与体积流率相关联的例示性校准,其他类似的校准可以存储在控制器141中。例如,工厂校准可以包含与如图5A中所示的已知体积流率(例如,以毫升/秒为单位)相关联的每脉冲的流动体积(例如,毫升/脉冲)。因此,根据一个实例,通过对由流体流量计100所产生的脉冲的数目进行计数,可基于以下等式确定体积流率(毫升/秒):
[0118]
[0119] 在上式中,符号v表示脉冲速率(毫升/脉冲),N是在时间t期间接收的脉冲数目。从图5A可以看出,脉动速率v(V,μ)是体积流量V和粘度μ的非单调函数。根据一些实施例,对于具有已知粘度μx的产品,可以基于使用下式的一组迭代计算来得出体积流率:
[0120]
[0121] 在上式中,符号“n”表示迭代次数。根据说明性实施例,迭代可以通过将流量计的平均脉冲速率(例如,标称脉冲速率)指定为v0开始(例如,n=0),并且从上式(5)计算V1的值。V1的值随后可以用于对于已知黏度μx从校准(例如,使用图5A)来确定v1(V1,μx)。可以继续使用等式(5)和校准(图5A)来进行计算,直到脉冲速率偏差的绝对值小于所需的准确度“Δ”,如下:
[0122]
[0123] 在一些情况下,所需准确度可为约1%。在此类情况下,可在几个迭代之后获得所要准确性值。在有利的实施例中,可以在执行上述步骤大约5次或大约10次迭代(例如7次迭代)之后获得所要的准确性值。
[0124] 参考图5D,在一些实施例中,流过流量计的总体积可由校准曲线C1"、C2"、C3"计算,所述校准曲线各自分别对应于粘度为μ1、μ2和μ3的产品,其中μ1<μ2<μ3。此类实施例可有益于与可变流动或脉冲式流泵一起使用,其中可能更希望知道要泵送的产品的总体积,和/或所泵送产品的速率可能不随时间恒定。在此类情况下,可将总体积计算为每个单独脉冲的体积的总和。如在图5D中所见,各校准曲线C1"、C2"、C3"可作为查找表或等式保存在存储器中。
在此类实施例中,控制器可以测量连续产生的脉冲之间的时间并且对穿过椭圆形齿轮的流
动的对应体积进行加和以获得在所述间隔内流过流体流量计的产品的总体积。控制器可任
选的计算体积流率,例如,作为产品总体积的时间导数。
[0125] 现有流体流量计的出厂校准可能无法校正以解释流体粘度的任何变化。尽管这可能不会影响在广泛范围的操作条件内具有基本上恒定的黏度的流体,但是如果流体的黏度
随着操作条件(例如,温度、产品所存储的持续时间)的改变而改变,那么典型的工厂校准可能会有与其相关的错误。在使用中,例如,流体流量计100可以适合于最终应用的精确量(例如,在体积流率的特定值或范围下)来供应产品(例如,如消毒剂的化学品)。如果产品的粘度由于操作条件(例如,温度或时间)(例如由于产品变质)而变化,那么使用流体流量计100计量的产品量可能不准确,或者可能是对于最终应用而言不太理想(例如,由于进料不足或进料过多)。
[0126] 有利地,本公开的一些实施例提供流体流量计100,其中调节工厂校准以解释粘度的改变。可将广泛范围的流动和不同产品粘度的多个校准曲线保存于存储器中(例如,如图
5B-5D中所示)。在操作期间,流量计可接收指示产品粘度的额外数据,由此允许控制器选择适当的校准曲线以确定每脉冲的瞬时体积流率或体积。众所周知,流体的粘度通常会阻止
其流动。例如,如果流体为流过进料管的产品(例如,化学产品),并且如果产品粘度增加(例如,由于操作条件或产品随着时间的变质),那么随着粘度的增加将产生较大的压力变化。
在此类实例中,压力变化的特征可在于随着进料管长度的压降。因此,具有更高粘度的流体可能产生更高的压降,由此相对于更低粘度的流体需要更高的泵功率以推动流体通过进料
管。相反,如果泵不提供足够的压力以解决增加的压降(和/或粘度),那么通过进料管的流体的流动速率可能会低于所要(例如,预定)值。因此,在一些实例中,流体流量计100可被配置成补偿流体的粘度的变化。有利地,根据一些实施例的流体流量计100可以感测通过改变黏度(例如,与黏度增加相关的增加的压降)而产生的流动阻力,并且检索适合于所检测到
的黏度变化(和/或压降)的校准数据。
[0127] 如所属领域的普通技术人员显而易见,可以使用已知关系式(如哈根-泊肃叶公式(Hagen-Poiseuille equation))针对多种流体确定流体的体积流率、黏度和压降。例如,如果体积流率和压降是已知的和/或可测量的(例如,使用孔板、压力传感器等),那么可以从此类已知的关系式和/或模型中推断出流体的粘度。另外,可以产生将已知体积流率与频率Fs相关联的校准数据。因此,在一些此类实例中,可以三维表面曲线图的形式以图形方式显示相关性,其实例展示于图中5E-5G中。如从图5G中所见,频率、体积流率和压降表示三维曲线图的三条轴,并且表面“S1V”表示以图形方式显示于三条轴上的变量之间的关系。表面“S1V”由对应于不同产品粘度的多个校准线组成。校准线C1V、C2V、C3V如实例所示。用于测量C1V、C2V、C3V的校准步骤与图5B上所示的用于测量C1'、C2'、C3'的校准步骤相同,其中针对图f
5B中所显示的各数据点的压降的进行额外测量。图5E和5F分别说明类似的表面“S1”和
“S1p”,分别对应于校准曲线(C1f、C2f、C3f)和(C1p、C2p、C3p)。应注意,表面“S1V”、“S1p”和“S1f”是说明性实例,并且不表示在表面曲线图中所绘制的变量之间的准确或精确的关系。
[0128] 继续参考图5G,很明显,一旦执行了校准,就针对不同的粘度建立了压降、频率和体积流率之间的相关性。例如,如果压降和流动频率是已知的(和/或可测量的),那么可以使用已知的关系“S1V”确定体积流率和产品粘度。因此,在一些例示性实施例中,控制器141可以通过接收从压力传感器(例如,图1中所见的传感器200)所测量的流体压力来确定未知的体积流率和频率Fs(例如,响应于流体流动)。有利地,因为所公开的系统和方法允许补偿流量计响应的非线性和由粘度引起的偏差,所以可以显着提高测量的准确性。
[0129] 如根据图5A-5G生成的流体压力、体积流率(或每脉冲的体积)和频率(或脉冲之间的时间)的相关性校准数据可以存储在数据存储装置150中。在一个实例中,数据存储装置
150以查找表的形式存储工厂校准数据。可替代地,数据存储装置150可以使用任何阵列索
引操作来存储工厂校准数据。在此类情况下,在使用期间,控制器141可以从数据存储装置
150检索与流体压力和频率的特定值相关的体积流率。
[0130] 在某些实施例中,压降可在齿轮旋转期间变化。因此,可在两个脉冲之间的时间段内,或者在若干脉冲上测量压降。此时间段内的平均压降可在校准期间和/或在使用流体流量计期间使用以测量各种量,如体积流率、总体积和任选的黏度。此类实施例可确保测量结果的更好的准确性,尤其在齿轮旋转的过程中可能存在压降的较大变化率的实施例中。
[0131] 再次参考图5C,可针对不同已知粘度产生工厂校准数据。例如,可以将已知粘度的不同流体供应到流体流量计100以确定其粘度。可替代地,可以在不同操作条件下供应其粘度基于操作条件(例如,温度、时间)而变化的单一流体,以便产生不同粘度值的校准数据。V V V
例如,校准数据的三维图形表示展示于图5F中,线C1、C2 、C3表示对于μ1、μ2和μ3的不同黏度值的压降、体积流率和频率的相关性。应理解,图5F中说明的粘度值是独特的并且彼此不同的(μ1≠μ2≠μ3)。
[0132] 返回参考图5B,如从前述描述显而易见,图5B中所展示的相关性为图5F中展示的V V V V
相关性的二维表示。因此,图5B可具有展示为图5F中的表面S1 上的C1 、C2 、C3的对应曲线(C1'、C2'和C3')。因此,如果已知以下变量中的任何两个,那么可使用图5B和5F中以图形方式表示的工厂校准数据来确定剩余的两个未知变量。例如,如果压降和频率是已知的(和/
或可测量的),那么可以从工厂校准数据(例如,存储在数据存储装置150中)确定体积流率
和黏度(例如,由控制器141)。当基于操作条件的流体的粘度未知和/或可变时,此类实施例可适用于使用流量计进料适当量的流体。对于测量可变流量或来自脉冲泵的流量,如先前
相对于图5D所描述,总体积可计算为每一单独脉冲的体积的总和。在此类情况下,可以使用展示于图5D和5F上的校准,其中图5D中所示的曲线(C1"、C2"和C3")显示为对应图5F中表面S1P上的C1P、C2P、C3P。在一些此类情况下,如从图5D和5F中所见,数据存储装置包含使不同产品粘度的流体压力、每脉冲体积(脉冲速率)和脉冲之间的时间(或时段)相关的校准数据
(例如呈查找表的形式)。通过知道两个参数(例如,借助于测量,例如,如图5E中所示的压降和频率,或如5F图中所示的压降和脉冲之间的时间),可能会发现每脉冲的体积,并且任选地,会发现产品的粘度。
[0133] 在一些实施例中,可以通过使用平行于流动腔室106流体连接的压力传感器200测量跨越流动腔室106的压降。压力传感器200可以与控制器141和数据存储装置150连通(例
如,直接或间接地电联接)。压力传感器200可以测量跨越流动腔室106的压差。显然,在此类情况下,压差对应于流体入口104和流体出口105处的流体压力差。压力传感器200可以是提供对应于压差的数字压力输出的压力转换器。可替代地,涵盖于本发明的范围内的其它压
力测量构件,如孔口节流器。在此类情况下,流体联接件(例如,螺纹孔、具有带刺配件的管等)可连接到流体入口104、流体出口105和压力传感器200。压力传感器200可被配置成瞬时和/或在预定义时间间隔内测量压力。在此类情况下,控制器141可以基于所测量的瞬时压
力(或在时间间隔内测量的压力)而确定平均压力。在此类情况下,平均压力可以视为与给
定体积流率和给定黏度相关的流体压力的代表值。因此,存储于数据中的频率、黏度和体积流率可与压力的平均值相关联以解释流动不均匀性。
[0134] 在使用中,当未知黏度的流体穿过流体流量计100时,基于频率和所测量的压力,可以从考虑到黏度变化的校正后的校准来确定体积和/或黏度。首先,可以根据图6A中所示的校准方法600来校准流体流量计100。根据本文所公开的实施例中的任一者的流体流量计
100可以根据此方法进行校准。在步骤602处,供应已知体积流率的流体通过流动腔室106。
随着流体穿过其中,由于正排量,第一齿轮和第二齿轮可能旋转。任选地,流体流量计100可以确定第一齿轮和第二齿轮的一个或多个有效旋转状态以消除抖动、回流和其它此类流动
不均匀性。在此类情况下,当椭圆形齿轮108的旋转对应于从有效旋转状态到另一有效旋转状态的旋转时,流体流量计100可产生脉冲。因此,在步骤604处,控制器141可任选地调用脉冲产生子过程,其实例在图4C中示出。在步骤606处,可以使用压力传感器200测量跨越流动腔室106的压降。在某些实施例中,压降可在齿轮旋转期间变化。因此,可在两个脉冲之间的时间段内,或者在若干脉冲上测量压降。可以使用此时间段内的平均压降。在步骤608处,可以由控制器141确定对应于所产生的脉冲的脉冲频率。在步骤610处,控制器141可产生针对各种体积流率的脉冲频率、流体压力与已知体积流率之间的相关性,并且将所产生的相关
性(例如,如在步骤612处所确定的所需数目的数据点)存储在数据存储装置150中。
[0135] 图6B说明测量先前已校准(例如,使用图6A中所说明的方法)的流量计的体积流率的方法650。在步骤652处,当流体以未知的体积流率流过流体流量计100时,控制器141可产生脉冲。任选地,可以根据图4C中说明的脉冲产生子过程来执行脉冲产生。在步骤654处,可以测量对应于未知体积流率的流体压力(例如,使用压力传感器200)。在步骤656处,可以确定脉冲频率。在步骤658处,控制器141可以检索(例如,从数据存储装置150)校准数据。例如,如果校准数据以查找表的形式存储,那么控制器141可从查找表检索与流体压力的测量值(例如,在步骤654处所测量)和脉冲频率的确定值(例如,在步骤656处所确定)相关的体
积流率。
[0136] 如所属领域的普通技术人员显而易见,可以针对不同粘度的流体执行图6A的方法,并且可以针对要执行校准的每种粘度来存储相关性。在此类情况下,对于不同已知黏
度,可以将脉冲频率、流体压力与体积流率之间的相关性存储于数据存储装置150中(例如,呈查找表形式)。在使用中,如果流过流量计的流体的粘度是未知的,那么返回到图6B,任选地,在步骤660处,可以从存储于数据存储装置150中的校准数据检索粘度。另外,任选地,在步骤662处,如果在步骤660处从校准数据确定的黏度超出预定极限,那么在步骤664处,可以产生指示器信号和/或可以激活泵控制(例如,关闭泵,以增加压力以供应更多的流体
等)。此类实施例可以有助于警告操作者流体的粘度(例如,在过程进料中供应)已经超出可接受极限,这可能表示产品变质。如果粘度在可接受极限内,那么在步骤664处,可以将体积流率和任选的流体粘度作为输出(例如,作为流体流量计100上的显示器上的数值)提供。应注意,尽管已使用椭圆形齿轮108流量计作为实例,但本文所公开的系统和方法可适用于校准和/或测量任何正排量流量计的经黏度校正的体积流率。
[0137] 图6C说明测量流过流量计的产品的总体积的方法700,所述流量计先前已经校准(例如,使用图6A-6B中所说明的方法)。在步骤702处,当流体以未知的体积流率流过流体流量计100时,控制器141可产生脉冲。任选地,可以根据图4C中说明的脉冲产生子过程来执行脉冲产生。在步骤704处,可以测量对应于未知体积流率的流体压力(例如,使用压力传感器
200)。在一些实施例中,压降可在齿轮旋转期间变化。因此,可在两个脉冲之间的时间段内,或者在若干脉冲上测量压降。可以使用此时间段内的平均压降。
[0138] 在步骤706处,可以确定脉冲之间的时间(脉冲周期)。在步骤708处,控制器141可以检索(例如,从数据存储装置150)校准数据。例如,如果校准数据以查找表的形式存储,那么控制器141可从查找表检索与流体压力的所测值(例如,在步骤704处所测量)和脉冲周期
的所确定值(例如,在步骤706处所确定)相关的每脉冲的体积。在步骤710处,可以将所检索的每脉冲的体积添加到体积计数器以确定流过流体流量计的流体的总体积。此过程可在所
要的时间间隔内重复,在所述时间间隔内确定总体积。在步骤712处,可以将当前体积流率确定为所检索的每脉冲的当前体积(例如,在步骤708处)与脉冲之间的所确定时间(例如,
在步骤706处)的比率。
[0139] 如所属领域的普通技术人员显而易见,可以针对不同粘度的流体执行图6A的方法,并且可以针对要执行校准的每种粘度来存储相关性。在此类情况下,对于不同已知黏
度,可以将脉冲频率、流体压力与体积流率之间的相关性存储于数据存储装置150中(例如,呈查找表形式)。在使用中,如果流过流量计的流体的粘度是未知的,那么返回到图6C,任选地,在步骤714处,可以从存储于数据存储装置150中的校准数据检索粘度。另外,任选地,在步骤716处,如果在步骤714处从校准数据确定的黏度超出预定极限,那么在步骤718处,可以产生指示器信号和/或可以激活泵控制(例如,关闭泵,以增加压力以供应更多的流体
等)。此类实施例可以有助于警告操作者流体的粘度(例如,在过程进料中供应)已经超出可接受极限,这可能表示产品变质。如果粘度在可接受极限内,那么在步骤720处,可以将总体积、电流体积流率和任选的流体粘度作为输出(例如,作为流体流量计100上的显示器上的
数值)提供。应注意,尽管以使用椭圆形齿轮108流量计作为实例,但本文所公开的系统和方法可适用于校准和/或测量任何正排量流量计的经黏度校正的体积流率。
[0140] 本文所述的流体流量计的某些功能可以与2017年7月25日提交的共同转让的申请US 15/658,435,标题为《线性化流体流量计(Fluid Flow Meter with Linearization)》和
2017年7月25日提交的US 15/658,437,标题为《具有归一化输出的流体流量计(Fluid Flow Meter with Normalized Output)》中描述的功能相结合,所述申请的全部内容特此以引用的方式并入本文中。
[0141] 本文所描述的实施例提供一个或多个优点。根据本文所公开的实施例的流体流量计提供经粘度校正的体积流率以确保将正确体积流率的流体供应给最终应用。此外,根据
本发明的实施例可以准许向用户发信号通知产品进料(例如产品变质)的任何问题。
[0142] 已描述了各种实例。这些和其它实例在以下编号的实施例的范围内。
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