專利名稱：雙向振蕩射流流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流量測量裝置的改進(jìn)，尤其是用在流量計量的雙向流量計。
背景技術(shù)：
流量計是公知的。一種特定類型的流量計是射流振蕩器流量計，尤其適于氣體和液體的流量的計量，特別是用于家用煤氣和水的目的。這種裝置已經(jīng)被廣泛報道。在學(xué) 術(shù)著作和專利中都可以找到這種雙向射流振蕩器流量計的實例，例如Bauer的美國專利 4244230中或者Herzl的美國專利4550614。圖1中示意性顯示的這種裝置通常包括漸縮 管部分(1)，用于產(chǎn)生注入到擴(kuò)散管部分(3)中的流體(2)的射流，該擴(kuò)散管部分(3)具有 第一擴(kuò)散管壁(4)和第二擴(kuò)散管壁(5)以及第一反饋通道(6)和第二反饋通道(7)，第一反 饋通道(6)和第二反饋通道(7)分別地與第一壁和第二壁相關(guān)聯(lián)，第一反饋通道(6)和第 二反饋通道(7)使得射流的部分能夠反饋到漸縮管部分的出口。
這種類型的射流振蕩器中用于流體計量的機(jī)構(gòu)已經(jīng)由多位作者描述并且被很好地理解。射流由于柯恩達(dá)效應(yīng)(Coanda effect)而自然地附著到一個壁或另一個壁上。然 后來自射流的流體被提供給與流體所附著的擴(kuò)散管壁相關(guān)聯(lián)的反饋通道，并且反饋流在射 流和擴(kuò)散管壁之間施加分離氣泡，并且使得射流遠(yuǎn)離該壁而朝向另一個擴(kuò)散管壁。使用分 離器(8)或者標(biāo)板使兩壁之間的轉(zhuǎn)換加速。射流然后附著在另一個壁，并且重復(fù)上述過 程。射流因而從射流振蕩器的一側(cè)振蕩到另一側(cè)。通過計量射流的振蕩頻率而計量流量。 這通過計量擴(kuò)散管、反饋通道或者射流振蕩器出口中不同點處的壓力或者速度的周期性變 化來實現(xiàn)。例如，對于傳導(dǎo)流體，可能使用電感傳感技術(shù)來計量速度變化，與Sanderson和 Heritage在歐洲專利0381344中所述的一致。這些波動的測試的不同方法對本領(lǐng)域技術(shù)人 員來說是公知的。通常，當(dāng)射流振蕩器用于家用煤氣和水的流量計量時，振蕩器所具有的振蕩頻率范圍為0. 25Hz到100Hz。與傳感技術(shù)相關(guān)，電子信號處理電路對信號進(jìn)行放大和調(diào)節(jié)以產(chǎn) 生數(shù)字信號，數(shù)字信號的頻率與射流振蕩器的振蕩頻率相對應(yīng)。然后將該數(shù)字信號送入數(shù) 字信號處理電路，該電路功能是將頻率轉(zhuǎn)換成流量或者累計流量。信號處理方法和數(shù)字處 理方法對本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。振蕩的頻率與該裝置的流量以及低流量性能的線性關(guān)系依賴射流振蕩器的幾何形狀，并且上述兩者都可以通過在射流振蕩器的入口處使用調(diào)節(jié)元件來進(jìn)行改善。該調(diào)節(jié) 的實例由Sanderson和Furmidge在其歐洲專利0868652中給出?，F(xiàn)有射流振蕩器流量計僅在整個范圍準(zhǔn)確地計量一個方向的流動。當(dāng)可能發(fā)生逆流的情況時，就不能準(zhǔn)確計量了，并且優(yōu)選的是防止這些流體穿過流量計流動。在家用水計 量應(yīng)用中，這一點通過在流量計下游安裝單向閥以使流體不能在反向流動來實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所提供的雙向流量計包括第一射流振蕩器裝置，設(shè)置用于計量在第一方向的流體的流量；以及第二射流振蕩器裝置，設(shè)置用于計量在與第一方向 相反的第二方向的流體的流量；并且其中，兩個射流振蕩器裝置在流量計的入口和出口之 間串聯(lián)連接在一起，將被計量的流體能夠在流量計的入口和出口之間流動。兩個振蕩器裝置可以設(shè)置在單個主體內(nèi)?？蛇x擇的，可以分別在兩個分離的主體內(nèi)提供，兩個分離的主體互相串聯(lián)在一起。第一和第二振蕩器裝置可以是雙向的并且由單個主體限定，該單體包括多個流動通道，多個流動通道圍繞軸線對稱地成鏡像，由此，雙向射流振蕩器在正向和反向兩者的性 能是相同的。軸線包括中心軸線，中心軸線處于將兩個振蕩器裝置分開的平面中。當(dāng)然，在至少一個裝置中，設(shè)計或者性能不同。所以，本發(fā)明能夠提供非對稱雙向流量計，其中，該主體包括非對稱結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，正向和反向的射流振蕩器裝置能夠被 用于計量，但是對于正向和反向流動具有不同的整體計量性能。第一振蕩器裝置和第二振蕩器裝置可以背對背地連接在一起，由此，意味著其中 一個的入口側(cè)與另一個的入口側(cè)連接或者其中一個的出口側(cè)與另一個的出口側(cè)連接。入口 側(cè)意味著振蕩器的一側(cè)，液體必須從該側(cè)進(jìn)入，用于振蕩器在流體在出口側(cè)處離開之前計 量流體，例如，所述側(cè)為離減縮管最近的一側(cè)。任何反向流體，例如，在出口側(cè)進(jìn)入的流體， 不會被計量或給出錯誤的或者不可靠的計量。在前一種情況下，被穿過振蕩器的流體的流量沖擊的第二振蕩器給出流量的計 量，在后一種情況下，被流體的流量沖擊的第一振蕩器給出讀數(shù)。在前一種情況下，被流體的流量沖擊的第一振蕩器可以作為對于其進(jìn)入第二振蕩 器并使其流量被計量之前的流體流量的流動調(diào)整器。這明顯地對于兩個方向的流動都有 效。每個振蕩器裝置可以包括測量裝置，適于提供輸出信號，輸出信號表示振蕩器在 “正常”方向操作時，即流體從振蕩器的入口流到出口時，在振蕩器中流體振蕩的振蕩頻率。 這些信號可以傳給合適的處理裝置，處理裝置從兩個信號中確定流體的流量和方向。在最 簡單的形式中，這可以通過使用包含流量和方向的查詢表來實現(xiàn)，查詢表由兩個信號索引， 假定對于任意給定速率/方向，都呈現(xiàn)獨一無二的一對輸出信號值。處理器包括數(shù)字信號 處理器。測量裝置可以包括電感傳感器、超聲波或者壓力傳感器?？梢蕴峁┙换サ妮敵鲂?號，信號的頻率與振蕩器的頻率相匹配。為了確定流動的方向，每個振蕩器裝置應(yīng)當(dāng)提供具有幅值和/或相位和/或頻率 和/或振蕩頻率的穩(wěn)定度的輸出信號，振蕩器在正常方向操作(從入口流到出口)與在反 向操作相比，上述值落入不同的范圍。例如，裝置可能產(chǎn)生具有能夠代表流量的頻率輸出，當(dāng)正常操作時該頻率落入第 一頻率范圍，并且當(dāng)反向操作時該頻率落入第二頻率范圍，兩個范圍不重疊。這允許來自兩 個裝置的信號可以被比較，并且流動方向可以被明確地確定。對于所有實施例來說，范圍不重疊并不是必要地。全部要求的是，對于在正常操作 范圍內(nèi)的任何流量，裝置產(chǎn)生給定的輸出；并且對于在反向的流量，裝置產(chǎn)生不同的輸出， 以使當(dāng)兩個裝置的輸出可以采用它們的頻率、幅值和振蕩穩(wěn)定度的方式進(jìn)行分析時，可以 明確地確定流量和流體流動的方向。
在另一個可替換實施例中，例如，裝置可以被設(shè)置以使對于在反向模式中操作的 裝置沒有振蕩發(fā)生。兩個裝置可以被設(shè)置以使沿著連接軸線的流體的任何反沖使在整個裝置上的壓 降不大于單個射流振蕩器上的壓降。這可以通過設(shè)置其中呈現(xiàn)單一射流的射流振蕩器而實 現(xiàn)，即設(shè)計成，圍繞著傳統(tǒng)的振蕩器入口進(jìn)行反沖而不是圍繞著振蕩器的出口進(jìn)行反沖。因 此，上游射流振蕩器和下游射流振蕩器的射流可以連接在一起，以使在整個裝置上的壓降 不大于在單個射流振蕩器上的壓降。每個射流振蕩器裝置可以包括漸縮管部分，用于產(chǎn)生注入到擴(kuò)散管部分中的流體 射流，擴(kuò)散管部分具有第一擴(kuò)散管壁和第二擴(kuò)散管壁以及第一反饋通道和第二反饋通道， 第一反饋通道和第二反饋通道分別地與第一壁和第二壁相關(guān)聯(lián)，這使得該射流流體中的部 分能夠反饋到漸縮管部分的出口。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的至少一種設(shè)置提供雙向射流振蕩器，可 以準(zhǔn)確地計量正向流和反向流兩者。流量計的這種設(shè)計可以在不同射流振蕩器幾何形狀的寬范圍情況下操作，并且因此，本發(fā)明內(nèi)所確定的幾何形狀應(yīng)當(dāng)僅僅看作示例性的，本發(fā)明 并不限定在本說明書所確定的特定幾何形狀內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以在寬范圍的處理技術(shù)情況下操作，以辨別 正向流動和反向流動。在本發(fā)明范圍內(nèi)確定的處理技術(shù)應(yīng)當(dāng)僅僅看作是示例性的，并且本發(fā)明并不限于在說明書中確定的具體的辨別計量。


現(xiàn)在僅以示例的方式描述本發(fā)明的兩個實施例，參考附圖并且如附圖中所示，其 中圖1是表示在計量流體的流量中使用的現(xiàn)有技術(shù)的射流振蕩器的示意圖；圖2是表示根據(jù)本發(fā)明至少一方面在計量流體的流量中使用的雙向射流振蕩器 的第一實施例的示意圖；和圖3是表示根據(jù)本發(fā)明至少一方面在計量流體的流量中使用的雙向射流振蕩器 的第二實施例的示意圖。
具體實施例方式圖2表示根據(jù)本發(fā)明的雙向流量計100的優(yōu)選的實施例的流動部分的示意平面 圖。流量計包括例如由塑料材料制成的單個整體的主體，包括共同限定兩個射流傳感器裝 置9、100的一組流動通道。每個裝置9、10包括漸縮管部分，漸縮管部分產(chǎn)生注入到擴(kuò)散管 部分中的流體射流，擴(kuò)散管部分具有第一擴(kuò)散管壁和第二擴(kuò)散管壁以及第一反饋通道和第 二反饋通道，第一反饋通道和第二反饋通道分別地與第一壁和第二壁相關(guān)聯(lián)，以使得流體 射流中的部分能夠反饋到漸縮管部分的出口。每個裝置還設(shè)置傳感器(沒有示出)，用于計 量振蕩的速度并產(chǎn)生合適的輸出信號。這方面是常規(guī)的，本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)容易理解。裝置9、10串聯(lián)在一起以使在主體的一端處進(jìn)入的流體在穿過第二裝置之前穿過 第一裝置，并且然后最終地流出主體。為了說明的方便，當(dāng)查看圖2時，主體的最左端的進(jìn)口被稱為入口，并且最右端的進(jìn)口被稱為出口。流體可以在任何一條通路流動-從入口到出口或者反之亦然。圖2所示的流量計的幾何形狀關(guān)于穿過主體的中心所畫的平面11對稱。然而，并 不需要是這種情況，裝置在設(shè)計和幾何形狀上可以不同。所以，每個振蕩器裝置9、10是相同的，并且將提供相同的性能特征，但是它們背 靠背地連接在一起。意味著兩個振蕩器的入口(離漸縮管部分最近的兩端)連接。每個射流振蕩器9、10與用于探測振蕩的傳感裝置安裝在一起。傳感裝置可以探 測到壓力或速度的振蕩。通常包括電感、超聲或者壓力傳感器。整體雙向流量計的操作的正常流動模式或者正向流動模式是當(dāng)從左到右流動時， 艮口，首先穿過射流振蕩器10，然后穿過射流振蕩器9。當(dāng)流動是沿著從左到右的這個方向 時，流量計的幾何形狀是使射流振蕩器9被設(shè)置成在操作的正向模式或者正常模式(參考 附圖1所述的現(xiàn)有技術(shù)裝置)，同時，射流振蕩器10被設(shè)置成反向模式。射流振蕩器9將在 這種射流振蕩器的頻率的通常范圍內(nèi)振蕩，同時，理想情況下射流振蕩器10不會振蕩，或 者如果它振蕩，所產(chǎn)生振蕩的頻率、振蕩幅值或者振蕩頻率的穩(wěn)定度會使得射流振蕩器10 的任何反向模式振蕩能夠與射流振蕩器9的正向模式振蕩頻率區(qū)分開。射流振蕩器9內(nèi)的 傳感裝置會探測到頻率的正常范圍，同時，射流振蕩器10內(nèi)的傳感裝置探測到?jīng)]有振蕩或 者探測到在可以確定射流振蕩器9在正向模式操作并且射流振蕩器10在反向模式操作的 頻率和/或幅值或振蕩的頻率的穩(wěn)定度的范圍的情況下的振蕩。因此，整體的射流振蕩器 使用射流振蕩器9計量流量。這表明為正向流。在反向流模式中，流動方向為從右向左，即首先穿過射流振蕩器9然后穿過射流 振蕩器10。當(dāng)流動在從右向左的這個方向時，整個流量計的幾何形狀使得射流振蕩器10 被設(shè)置成在正向模式或者正常模式操作，同時，振蕩器9被設(shè)置成在反向模式。射流振蕩器 10會在對于這種射流振蕩器的正常頻率范圍的情況下振蕩，同時，理想情況下射流振蕩器 9不會振蕩，或者如果它振蕩，將在頻率、振蕩幅值或者振蕩的頻率的穩(wěn)定度的范圍使得射 流振蕩器9的反向模式振蕩能夠與射流振蕩器10的正向模式振蕩頻率區(qū)分開的情況下振 蕩。射流振蕩器10內(nèi)的傳感裝置將探測到頻率的正常范圍，同時，射流振蕩器9內(nèi)的傳感 裝置檢測到不振蕩或者探測到在確定射流振蕩器10在正向模式操作并且射流振蕩器9在 反向模式操作的頻率范圍、幅值或者頻率穩(wěn)定度的范圍的情況下振蕩。因此整體的射流振 蕩器會使用射流振蕩器10來計量流量。這表明為反向流。由于射流振蕩器如圖2所示關(guān)于平面11對稱，當(dāng)在正向操作時，射流振蕩器10和 9的特性是一樣的。因此，整體的射流振蕩器流量計的正向特性和反向特性相同。從而正向 流計量和反向流計量具有相同的性能。當(dāng)用于正向方向時，射流振蕩器10作為射流振蕩器9的流動調(diào)整器使用，并且反 向時，射流振蕩器9作為射流振蕩器10的流動調(diào)整器使用。這對于無需在整體的射流傳感 器入口處安裝獨立流動調(diào)整器，具有改善射流振蕩器特性的線性的效果。通過在正向使用 的射流振蕩器的上游呈現(xiàn)反向射流振蕩器，低流動性能也得以增強(qiáng)。由于當(dāng)在任一方向的操作時整體的射流振蕩器僅具有一個漸縮管和一個擴(kuò)散管， 射流振蕩器兩端的壓降與傳統(tǒng)的單個射流傳感器兩端的壓降是相對等的。雙向射流振蕩器200的可替換實施例如圖3所示。在這個實施例中，兩個射流振蕩器12和13以如下方式設(shè)置，即能夠在正常流動方向，從左到右，射流振蕩器13在其正常模 式下操作并且射流振蕩器12在其反向模式操作。這些情況下，振蕩器13內(nèi)的傳感裝置將感 應(yīng)到用于射流振蕩器的頻率的正常范圍，并且，射流振蕩器12內(nèi)的傳感裝置在理想情況下 感應(yīng)到?jīng)]有振蕩或者感應(yīng)到其頻率、幅值或者振蕩的頻率的穩(wěn)定度能夠確定射流振蕩器13 在正向模式操作并且射流振蕩器12在反向模式操作的振蕩。這表明為正向流。在反向流方 向，流體從右到左流動，其中射流振蕩器12在正常模式下操作，并且射流振蕩器13在反向 模式下操作。這些情況下，振蕩器12內(nèi)的傳感裝置將感應(yīng)到用于射流振蕩器的頻率的正常 范圍，并且射流振蕩器13內(nèi)的傳感裝置在理想情況下檢測到?jīng)]有振蕩或者檢測到其頻率、 幅值或者振蕩的頻率的穩(wěn)定度能夠確定射流振蕩器12在正向模式操作并且射流振蕩器13 在反向模式操作的振蕩。這表明為反向流。 還可以設(shè)想出雙向射流振蕩器的其它實施例，其幾何結(jié)構(gòu)關(guān)于中心軸線不是對稱的，并且兩個射流振蕩器的幾何形狀不同。這樣的配置例如能夠使射流振蕩器10或13具 有比射流振蕩器9或12的流量更低的性能。這使得比正向流更低的反向流能夠被計量，并 且因此不需要家用水表安裝回流閥?？商鎿Q的，幾何形狀可以不同以能夠更好地區(qū)分正向 流和反向流。
權(quán)利要求
一種雙向流量計，包括第一射流振蕩器裝置，設(shè)置用于計量在第一方向的流體的流量；以及第二射流振蕩器裝置，設(shè)置用于計量在與第一方向相反的第二方向的流體的流量；并且其中，兩個所述射流振蕩器裝置在所述流量計的入口和出口之間串聯(lián)地連接在一起，將被計量的流體能夠在所述流量計的入口和出口之間流動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向流量計，其中兩個所述振蕩器裝置設(shè)置在單個主體內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙向流量計，其中所述第一振蕩器裝置和第二振蕩器 裝置是相同的，并且包括多個流動通道，所述流動通道關(guān)于軸線對稱地成鏡像，由此，所述 振蕩器在正向和反向兩個方向的性能相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙向流量計，其中兩個所述振蕩器裝置限定非對稱結(jié) 構(gòu)，其中，射流振蕩器裝置能夠被用于在正向和反向計量，但是對于正向流和反向流具有不 同的整體計量性能。
5.根據(jù)上述任意一個權(quán)利要求所述的雙向流量計，其中所述第一振蕩器裝置和第二 振蕩器裝置背對背地連接，以使其中一個的入口側(cè)與另一個的入口側(cè)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任意一個權(quán)利要求所述的雙向流量計，其中所述第一振蕩 器裝置和第二振蕩器裝置連接，以使其中一個的出口側(cè)與另一個的入口側(cè)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙向流量計，其中流體通過所述流量計時流體流首先遇到 的所述振蕩器作為所述流體流在進(jìn)入另一個振蕩器之前的流動調(diào)整器。
8.根據(jù)前述任意一個權(quán)利要求所述的雙向流量計，其中每個振蕩器裝置包括測量裝 置，所述測量裝置適于至少當(dāng)振蕩器裝置在“正?！狈较虿僮鲿r，即流體從振蕩器裝置的入 口流向振蕩器裝置的出口時提供輸出信號，該輸出信號表示流過所述振蕩器的流體的振蕩 的速度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙向流量計，其中所述測量裝置包括電感傳感器、超聲波傳 感器或壓力傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的雙向流量計，其中每個振蕩器裝置提供輸出信號，該 輸出信號具有振蕩的幅值和/或頻率和/或振蕩的頻率的穩(wěn)定度，與振蕩器裝置在反向操 作時相比，當(dāng)振蕩器裝置在振蕩器裝置的正常方向(從入口流向出口)操作時，所述振蕩的 幅值和/或頻率和/或振蕩的頻率的穩(wěn)定度落入不同的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8，9或10任意一個所述的雙向流量計，其中每個裝置產(chǎn)生輸出信 號，所述輸出信號具有表示流量的振蕩的頻率的穩(wěn)定度，對于非零流量的正常操作所述振 蕩落入頻率、幅值或頻率的穩(wěn)定度的第一范圍內(nèi)，并且對于反向操作所述振蕩落入振蕩的 頻率、幅值或振蕩的頻率的穩(wěn)定度的第二范圍內(nèi)，兩個所述范圍不重疊，從而來自兩個裝置 的信號能夠被比較并且流動方向能夠被明確地確定。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的雙向流量計，其中所述裝置被設(shè)置以使在反向模式下操 作的裝置沒有振蕩。
13.根據(jù)上述任意一個權(quán)利要求所述的雙向流量計，其中所述兩個裝置被設(shè)置以使 流體沿著連接軸線反沖為使整個裝置上的壓降不大于單個射流振蕩器上的壓降。
14.根據(jù)上述任意一個權(quán)利要求所述的雙向流量計，其中每個射流振蕩器裝置包括 漸縮管部分，所述漸縮管部分用于產(chǎn)生供給到擴(kuò)散管部分中的流體射流，該擴(kuò)散管部分具 有第一擴(kuò)散管壁和第二擴(kuò)散管壁，和第一反饋通道和第二反饋通道，所述第一反饋通道和第二反饋通道分別地與所述第一擴(kuò)散管壁和第二擴(kuò)散管壁相關(guān)聯(lián)，使得射流的部分能夠被反饋到所述漸縮管部分的出口。
全文摘要
本發(fā)明公開一種雙向流量計，包括第一射流振蕩器裝置，設(shè)置用于計量在第一方向的流體的流量；以及第二射流振蕩器裝置，設(shè)置用于計量在與第一方向相反的第二方向的流體的流量；并且其中，兩個射流振蕩器裝置在流量計的入口和出口之間串聯(lián)連接在一起，將被計量的流體能夠在入口和出口之間流動。
文檔編號G01F1/72GK101802564SQ200880008109
公開日2010年8月11日 申請日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月13日
發(fā)明者邁克爾·蘭利·桑德森 申請人:埃爾斯特計量有限公司