專利名稱：利用壓力測量容器中的流體體積的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本系統(tǒng)和方法涉及流體計(jì)量器(fluid meter)。更具體地說，本計(jì)量器通過測量將容器內(nèi)的壓力驅(qū)動到預(yù)定壓力花費(fèi)多長時(shí)間，來測量已知容量的容器內(nèi)的流體量。
背景技術(shù)：
希望一種相對便宜的、用于測量具有已知容量的容器中的流體的方法或系統(tǒng)。在生產(chǎn)過程應(yīng)用中，通常將流體臨時(shí)存儲在容器中供以后使用。通常，通過視覺上觀察容器中的液面或者采用一些液面指示器來測量容器中的流體量。遠(yuǎn)程地監(jiān)控這些液面通常需要諸如電容或者電阻液面指示器等昂貴的電子液面指示器，它們被普遍使用并且價(jià)值數(shù)百美元。在其它的應(yīng)用中，作為生產(chǎn)過程的一部分，流體被暫時(shí)存儲在容器中，并且希望進(jìn)行測量，但是并未執(zhí)行測量。例如，可以將流體抽入到容器中，或者如2002年3月26日遞交的、菲利普·埃格爾斯頓(Philip Eggleston)的題目為“用于從井中抽取油或其它流體的裝置”的、序列號10/106,655的美國專利申請中所述的那樣進(jìn)行收集，此處包含該專利申請作為參考。如該參考專利申請所描述的那樣，每次在油井深處用罐(canister)收集接近3到5加侖的油，然后將其帶到地面。罐可以容納的流體量是已知的。一旦該容器到達(dá)地面，用壓縮機(jī)將流體抽取到管道中，該壓縮機(jī)對該容器進(jìn)行加壓，從而迫使其中的流體被上推而通過沿罐內(nèi)部延伸的管道。換言之，隨著壓縮空氣進(jìn)入到該罐中，迫使油上升到管道中，并流到罐外。使用輸送管道，油被從罐中傳送到油罐組中。希望在將流體抽取到輸送管道之前、并且不干擾該過程，能夠知道每個(gè)周期實(shí)際被回收的流體量。例如，如果被回收的量已知，則每個(gè)周期能夠被調(diào)整到回收對于每個(gè)周期而言的最大油量，或者以井的回收速度來回收油。相似地，存在許多其它的過程，還沒有容易、便宜、中斷(disruptive)的方法來測量容器中的流體。


可以根據(jù)具體描述和附圖最佳地理解本公開文件，其中圖1為說明根據(jù)下面具體描述的教導(dǎo)的一種可能的流體計(jì)量器系統(tǒng)，其可以用于測量容器中的流體。
具體實(shí)施例方式
通常，用在生產(chǎn)過程中或者作為生產(chǎn)過程結(jié)果而產(chǎn)生的流體被一次或多次放于具有已知容量的容器中進(jìn)行存儲。在將流體從容器中抽取出來之前，由于許多原因而希望知道流體量，這些原因包括計(jì)量因生產(chǎn)過程而產(chǎn)生的流體量或者知道是否存在足夠的流體以啟動或完成生產(chǎn)過程。下面詳細(xì)描述的本公開文件提供一種便宜的測量流體體積的方法或者系統(tǒng)。基本是，通過測量對未被流體填滿的容器的剩余體積進(jìn)行加壓的影響，來確定流體的體積。加壓該剩余體積的影響對于已知體積而言是可預(yù)知的，該影響被用來確定容器中的流體體積。換言之，通過測量將未被流體填充的體積壓縮到預(yù)定壓力的所需時(shí)間，來確定容器中的流體量。明顯地，該流體優(yōu)選為不可壓縮的流體，例如油，或者具有已知的壓縮率。
現(xiàn)在參見圖1，示出過程系統(tǒng)10，表示通過泵16將流體從管道12(如箭頭所指示的)抽取到封閉式容器14中。隨著流體進(jìn)入到容器中，所提供的電磁閥22控制下的排放口18可以排出被進(jìn)入的流體所替代的空氣。一旦流體15被抽取到容器14中，閥20關(guān)閉，終止更多流體進(jìn)入到容器14中。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，泵還可以充當(dāng)閥，以終止液流進(jìn)入或者流出容器。本公開文件不限制可以使用的泵或者閥的類型，只要存在相對密封的切斷，以便阻止更多的液流通過管道12進(jìn)入或者流出容器。此外，壓縮空氣可以充當(dāng)如上面參考的Eggleston專利申請中所描述的泵。一旦完成容器中流體體積的測量，如下面將要詳細(xì)描述的那樣，可以使用同一個(gè)泵(如虛線管線所建議的)或者通過提供另一個(gè)閥30控制下的單獨(dú)排水管28，將流體抽出容器14。還可能由于排水管28的下流壓力，結(jié)合單向閥(未示出)的壓力調(diào)節(jié)器可以用于調(diào)節(jié)來自容器的流量。
還顯示壓縮機(jī)32，其用于提供壓縮空氣到容器14中，并且將壓縮機(jī)32與壓力開關(guān)34結(jié)合使用，以便一旦要存儲在容器14中的流體被抽入、傾注入或者以某種方式進(jìn)入到容器中，則計(jì)量容器中的流體量。壓力開關(guān)34優(yōu)選被置于容器的頂部，并且當(dāng)壓縮空氣被壓縮機(jī)抽取到容器中時(shí)，用來確定容器內(nèi)部何時(shí)達(dá)到預(yù)定壓力?？蛇x地，壓力開關(guān)34可以被置于連接到容器14的壓縮機(jī)的空氣管道35上。壓力開關(guān)被廣泛的應(yīng)用并且相對便宜，通常僅花費(fèi)幾美元。在優(yōu)選壓力處激活的壓力開關(guān)的堅(jiān)固性十分重要。由于壓力開關(guān)的漂移會影響測量的準(zhǔn)確性，因此應(yīng)該注意選擇不漂移的壓力開關(guān)。此外，均勻地從壓縮空氣儲存罐中引入壓縮空氣也將提高測量的準(zhǔn)確性。例如，使用不帶儲存壓力罐的活塞型壓縮機(jī)能引起到容器中的氣流脈沖，該氣流脈沖會過早觸發(fā)壓力開關(guān)。在替代方案中，可以使用壓力傳感器，并對其進(jìn)行監(jiān)控以確定何時(shí)達(dá)到預(yù)定壓力。
所有的構(gòu)件優(yōu)選處于控制器36的控制下，例如可編程邏輯控制器(PLC)或者所示的用在分布式控制系統(tǒng)(DCS)中的控制器?？刂破?6優(yōu)選裝有計(jì)時(shí)器38，該計(jì)時(shí)器用來確定將容器加壓到預(yù)定壓力所需的時(shí)間。如下面將要進(jìn)一步描述的，該時(shí)間與容器中的流體體積有關(guān)?？刂破饔?jì)時(shí)器通常非常準(zhǔn)確，并且能夠以毫秒為單位進(jìn)行采樣。或者，需要單獨(dú)的計(jì)時(shí)器，并且優(yōu)選處于該控制器的控制下。將容器加壓到預(yù)定壓力所需的時(shí)間將取決于所選擇的預(yù)定壓力和容器中被加壓的體積而變化。對容器加壓的速度將直接影響準(zhǔn)確性的范圍以及諸如溫度或小泄漏等可能會出現(xiàn)的變量的影響。優(yōu)選地，將容器加壓到預(yù)定壓力所需的時(shí)間以及引入到容器中以加壓該容器的空氣速率較短。例如，希望選擇預(yù)定壓力和在容器為空時(shí)加壓該容器所需要的壓縮空氣體積，從而使所需的時(shí)間低于20秒。然而，取決于執(zhí)行測量的情況和環(huán)境，時(shí)間將會明顯的增加。應(yīng)該注意，雖然減少時(shí)間有助于消除諸如溫度或泄漏等不希望的變量，但是取決于計(jì)時(shí)器的速度，也會降低測量的準(zhǔn)確性范圍。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，當(dāng)在他們的應(yīng)用中使用這種測量流體的方法時(shí)，需要考慮這些變量。
回來參見附圖，通過電磁閥22而使得排放口18關(guān)閉，就像允許流體進(jìn)入和流出容器的閥20和30那樣。關(guān)閉閥以允許容器成為被加壓容器。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白，如果壓力泄漏最小并且相對恒定，也可以用半加壓容器。一旦關(guān)閉，壓縮機(jī)將容器加壓到預(yù)定壓力，例如從0PSI到20PSI。如已經(jīng)提及的那樣，優(yōu)選通過向容器提供恒定的壓縮空氣流來使得壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)?？梢詾榇四康氖褂脦缀跞魏纬Ｒ?guī)的、商業(yè)上常用的壓縮機(jī)。通常任何壓力都會起作用，但是輕微地加壓，比如在5PSI附近或者更低(取決于下面將要呈現(xiàn)的計(jì)時(shí)器的分辨率和壓力開關(guān))，帶來流體體積的更快測量以及作為泄漏或者溫度結(jié)果的較小影響。在某些情況下，使用較低的壓力甚至可以帶來更“實(shí)時(shí)”的測量以及更少的過程中斷。
容器的形狀會影響加壓其中有不同體積流體的容器所需的時(shí)間，然而，每個(gè)容器都會具有關(guān)于不同體積的預(yù)定加壓特征模式。例如，柱形容器，如圖所示，通常會在將容器加壓到預(yù)定壓力上的所需時(shí)間和容器中的流體液面之間呈現(xiàn)出線性關(guān)系。其它容器的特性取決于體積液面如何隨著流體注入到容器中而變化。例如，如果所示的柱形容器被置于其一側(cè)，由于罐壁的曲率，它將會被不同地填充(變化或者液面變化的速度)，因此將會具有不同的預(yù)定壓力時(shí)間特性。一旦確定容器的壓力特性，達(dá)到預(yù)定壓力所需的時(shí)間會與容器體積直接相關(guān)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該從此處提供的細(xì)節(jié)中意識到，被測量體積的分辨率取決于傳感器、計(jì)時(shí)器的分辨率以及為了測量目的而對加壓罐所選擇的實(shí)際壓力。
作為例子，使用類似于圖1所示的能夠容納552盎司的柱形容器儲存流體。實(shí)施測試以確定對于不同液面將容器加壓到20PSI預(yù)定壓力的時(shí)間特性。所示出的將容器加壓到20PSI的所需時(shí)間的結(jié)果與容器中的流體量接近于線性。結(jié)果，形成下述關(guān)系。
Tm＝(Te-Tf)/(Ve-Vf)*Vm+Te或者Vm＝[(Tm-Te)/(Tf-Te)]*V，其中Tm是測得的是未知體積獲得所希望的預(yù)定壓力的時(shí)間，Te是當(dāng)容器為空時(shí)測量的時(shí)間，Tf是當(dāng)容器充滿時(shí)測量的時(shí)間，V是容器的容積，Vm是被測量的體積。
換言之，被測量的體積是所指出的已知和被確定的時(shí)間的比率。通過另外使用552盎司的例子，用慣用便宜的便攜式壓縮機(jī)將容器加壓到20PSI大約需要42.75秒。所使用的壓力開關(guān)來自于Barksdale，約花費(fèi)12美元。在另外的測試中，當(dāng)容器充滿時(shí)，花費(fèi)1.2秒來將它加壓到20PSI。
使用上述描述的關(guān)系，容器中帶有未知體積流體的測試大約需要15.8秒來將該容器加壓到20PSI。按照如下方法得到容納在容器中的358.04盎司流體的體積Vm＝(15.8秒-42.75秒)*[(0-552盎司)/(42.75秒-1.2秒)]類似地，如果罐已經(jīng)被加壓，無論壓力高或者低，則通過對將容器加壓到不同壓力所花費(fèi)的時(shí)間進(jìn)行測量，可以用上述相同的原理確定容器中流體的體積。
從上述描述中，本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解其它變化、代替以及替換也都是可能的，而未背離上述公開內(nèi)容、附圖以及下述權(quán)利要求的精神和范圍。例如，如果使用單向閥來防止下流流體進(jìn)入到容器中，則可以使用差動壓力傳感器來測量下流壓力與容器內(nèi)壓力之間的差。被測量的達(dá)到克服下流壓力的壓力所花費(fèi)的時(shí)間，可以用來測量容器內(nèi)的流體體積。此外，容器的情況和尺寸可以導(dǎo)致測量受溫度影響。在這些情況下，可以將溫度傳感器40用在測量中來抵消這些影響。如圖1所示，溫度傳感器40位于罐的外部以測量周圍溫度，或者位于罐的內(nèi)部以測量空氣或者流體體積的溫度(如虛線所示)，或者同時(shí)位于外部和內(nèi)部?？蛇x地，可以使用溫度補(bǔ)償壓力傳感器。此外，假設(shè)流體是不可壓縮的。然而，如果在進(jìn)行測試時(shí)考慮流體的壓縮特性，則某些流體的體積可以用這種方法來確定。此外，雖然本公開文件描述了加壓容器的系統(tǒng)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以引入真空容器，并且可以利用達(dá)到預(yù)定真空壓力所需的時(shí)間來測量體積。
權(quán)利要求
1.一種流體計(jì)量器，包括可被加壓的容器；用于將該容器內(nèi)的壓力驅(qū)動到預(yù)定壓力的裝置；傳感器，用于測量該容器內(nèi)的壓力，并在達(dá)到該預(yù)定壓力時(shí)進(jìn)行指示；計(jì)時(shí)器，用于測量該容器達(dá)到該預(yù)定壓力所需的時(shí)間量；以及用于基于所述將該容器內(nèi)的壓力驅(qū)動到預(yù)定壓力所需的時(shí)間來確定該容器內(nèi)流體體積的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的流體計(jì)量器，其中所述用于將該容器內(nèi)的壓力驅(qū)動到預(yù)定壓力的裝置為帶有儲氣罐的壓縮機(jī)。
3.如權(quán)利要求1所述的流體計(jì)量器，其中該傳感器是設(shè)定為該預(yù)定壓力的壓力開關(guān)。
4.如權(quán)利要求1所述的流體計(jì)量器，其中所述用于驅(qū)動壓力的裝置、該傳感器以及該計(jì)時(shí)器處于控制器的控制下。
5.如權(quán)利要求1所述的流體計(jì)量器，進(jìn)一步包括溫度傳感器，用于測量該容器的外部、或內(nèi)部、或者外部和內(nèi)部的環(huán)境溫度。
6.如權(quán)利要求5所述的流體計(jì)量器，其中所述用于確定該容器內(nèi)流體體積的裝置，當(dāng)確定被測量的體積時(shí)，使用由該溫度傳感器檢測的測量溫度來補(bǔ)償溫度影響。
7.一種確定容器中流體體積的方法，包括以下步驟將容器加壓到預(yù)定壓力；測量將該容器加壓到該預(yù)定壓力所需的時(shí)間，以及基于所述將該容器加壓到該預(yù)定壓力所需的時(shí)間，確定該容器中的體積量。
全文摘要
本發(fā)明在此公開了一種流體計(jì)量器，其包括可被加壓的容器，用于將容器中的壓力驅(qū)動到預(yù)定壓力的裝置，用于測量容器內(nèi)的壓力并在達(dá)到預(yù)定壓力時(shí)進(jìn)行指示的傳感器，用于測量該容器達(dá)到預(yù)定壓力所需的時(shí)間量的計(jì)時(shí)器，以及基于將容器內(nèi)的壓力驅(qū)動到預(yù)定壓力所花費(fèi)的時(shí)間來確定容器內(nèi)的流體量的裝置。
文檔編號F16K21/00GK1906378SQ200480003842
公開日2007年1月31日 申請日期2004年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月10日
發(fā)明者邁克爾·L·謝爾登 申請人:費(fèi)舍-柔斯芒特系統(tǒng)股份有限公司