[发明专利]热流量测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及用于流体流量测量的系统和方法，并且在一个例子中涉及热流动速率测量。

背景技术

对于许多工业来说，精确测量流过管道的流体是重要的。半导体、水和处理工业、航空以及油和气工业经常依赖于精确的流动速率测量。在这些以及其他工业或系统例如采样系统中，流体流动速率典型地是低的。这可能增加了获得精确测量的困难。

对流量测量装置来说渴望低成本和紧凑的形式，但是传统的装置通常不能提供这些特征。

一些传统的、用于确定在管道中流动的流体的各种特性的系统利用温度传感器。一种这样的系统利用单一的温度传感器。例如参见美国专利No.6,639,506。其他的系统利用两个温度传感器，具有置于其间的加热器。例如参见美国专利No.4,373,386。在一个例子配置中，温度测量在各种流动速率下进行，以便建立流动对温度的标定曲线。对于给定的测量温度，流动速率可以被推断出。

这样的系统实际上使用温度读数和/或探测器的由于流动导致的热损失、或温度测量本身来确定流动特性，并且这样的系统典型地在标准环境条件下被标定。然而，随着现场条件改变，这样的系统的精度受损。此外，这样的系统仅仅使用DC信号，DC信号随着时间的过去经常导致偏移，所述偏移例如由热敏电阻或其他用于测量温度的探测器的污染而引起，因此降低了系统的精确性。此外，这样的系统确定了平均的、不是瞬时的温度测量。

其他的已知系统或者对于特定应用来说不够紧凑或者由于其据称的不可靠性而不能满足所有用户。

传统的超声波或科里奥利技术的使用提供了针对大管道的改进，但是成本增加了，而且在尺寸方面其被证明对于许多应用来说太大了。

由于这些缺点，这样的系统可能太大了、太不可靠和/或要求频繁地校准。

发明内容

本发明的实施例提供了用于更确定的流体流动速率的、更有成本效益、更紧凑和更精确的系统和方法。在本发明的各种实施例中，流体测量系统和方法包括至少两个用于检测流动在管道中的流体的温度波动的传感器。利用来自这些传感器的信号，例如流动速率或速度的参数可独立于实际温度测量地被确定，精度和可靠性被提高，并且不需要频繁的校准。

然而，本发明在其它实施例中不需要实现所有这些目的，并且其权利要求应该不被限定于能够实现这些目的的结构或方法。

本发明特征是热流量测量系统，所述热流量测量系统包括用于检测由于流体在管道中流动而导致的热损失的至少第一和第二传感器。第一和第二传感器相隔预先确定的距离。电子子系统对所述至少第一和第二传感器作出响应并且被配置用于接收来自第一和第二传感器的、包括直流和交流分量的输入信号，并且输出用于确定流体流动速度的交流信号。在一个实施例中，电子子系统还被配置用于输出数字化的交流信号，并且所述电子子系统可包括至少一个用于数字化交流信号的模数转换器。在一个变型方案中，至少一个数字化的信号是来自第一传感器的输入信号的数字化的交流分量并且至少一个数字化的信号是来自第二传感器的输入信号的数字化的交流分量。

所述系统典型地还包括处理子系统，该处理子系统对电子子系统作出响应并且被配置用于分析交流信号。在一个例子中，处理子系统被配置用于检测在交流信号之间的时间延迟，并且可以附加地被配置用于通过互相关来检测在交流信号之间的时间延迟。处理子系统典型地被配置用于利用包含在交流信号中的信息和第一与第二传感器之间的距离来计算管道中流体的流动速度。在一个实施例中，处理子系统被配置用于利用包含在数字化交流信号中的信息和第一与第二传感器之间的距离来计算管道中流体的流动速度。

传感器可以是热敏电阻，并且在一个变型方案中所述传感器被包含在微电子机械装置中。第一与第二传感器之间的距离可近似为两毫米，最多到管道的内径的大概四分之一，以及其间所有的距离。第一和第二传感器中的至少一个可以在管道的外部上，或者第一和第二传感器中的一个的至少部分可以处于流体流中。

本发明特征也在于热流量测量系统，所述热流量测量系统至少包括用于检测在管道中流动的流体的温度的第一和第二传感器，所述第一和第二传感器相隔预先确定的距离。电子子系统对所述至少第一和第二传感器作出响应并且被配置用于接收来自所述第一和第二传感器的、包括直流和交流分量的输入信号，并且输出用于确定流体流动速度的数字化的交流信号。