[发明专利]用于基于压力的流量控制装置的非堵塞限流装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请与转让给本申请受让人的申请号为/，、代理人卷号为No.22026-0017、于2007年9月28日和本申请同时申请的题为“FILTER MONITOR-FLOW METER COMBINATION SENSOR(过滤器监控器-流量表组合传感器)”的申请相关，该相关的申请以参引的方式整体纳入本文。

背景技术

本发明总体上涉及用于流量测量装置中的可堆叠模块体。流经该流量测量装置的流体流通过形成在模块体中的孔调制。

在一个流量测量装置中，利用限流(flow restriction)产生一个压差，借助于压差测量方法和压力-流量校正曲线，可以直接或间接地利用该压差来测量流率。针对典型的大的流率，孔板流量计、楔形流量计以及其他种类的差分流体测量装置已经在化学和石油化工生产工业中使用多年。

对于各种不同的工业领域，如半导体制造或者天然气的密闭输送领域，流量测量的准确性是非常重要的。在其他工业领域，如石油化工生产分析仪流程领域或其他常用的流量监测应用领域，流量测量的总的精确度并不如相对于时间的可重复性来得重要。从另一方面说，工业，如石油化工工业，通常更关心流体流量是否发生在一个特定范围内。只要流体的流率没有因测量的重复性的误差而逐日显著地变化，则使用者可以推断流体流量是稳定的，或者过程/系统是稳定的。否则，使用者可以推断测量的流量扰动/改变是由过程中的紊乱引起的，从而要求加以注意。

此外，石油化工和相关的“脏”工业应用中，流体流中会夹带微粒，因此会遭遇微粒堵塞流量测量装置——特别是那些以小流体流量通路运行的装置——这些没完没了的问题。也就是说，堵塞已经成为基于开孔的、运行在低流率下的、采用小限流的流率测量装置结构的缺陷之一。因此，理想的是，具有一个如下的限流结构：该限流结构除了具有在更长的时间内不发生堵塞这一能力外，还能够满足为校准的简易化和系统的可重复性这些总体目标所采用的简化的流量方程。

石油化工工艺或分析仪器被预期为具有超过十年的产品生命周期，而在诸如半导体工业等工业中的其他流量测量装置在要求替换前只预期持续1-3年。因此，希望流量测量装置必须耐用，并且在某种程度上是“不出故障”的。

现在需要的是一个可靠的流量测量装置，其对堵塞具有更强的抵抗性。

发明内容

在一个差分流量测量结构中，通常，限流可以被归类为密度相关或粘度相关。对于任一种相关关系，体积流率可以被一般地表示为如下面方程1和方程2所示的下列关系：

对于层流或渗流(粘度相关)(达西定律)

其中

(K_层流变成一个几何相关常数)

对于穿过一个开孔的流(密度相关)

其中

(K_开孔变成一个几何相关常数)

对于液体流，扩张因子Y＝1

其中

d＝多孔限流或层元件的水力直径或流体通道直径

d₁＝上游通道直径

d₂＝开孔通道直径

A＝水力面积或流动通道面积

ΔP＝在限流上的压差(P_上游-P_下游)

Y＝无量纲扩张因子(对于经过开孔的气体的膨胀，与气体可压缩性和具体热比值相关)

C_d＝泄流系数(也就是，一个和开孔几何结构相关的流量“效率”因子)

L＝其上发生压降的长度

η＝流体绝对粘度

ρ＝流体密度(气体或液体)

Q＝体积流率(每单位时间的体积)

本公开内容的一个限流结构的一个实施方案，允许用户布置一个堆叠的或一系列并置的盘，或者一些相串联的模块体，其中，具有不同结构的且具有不同的通道尺寸或测量单元的流体通道错开。每一个模块体有一个预定的限流大小。当多个模块体以交替方式堆叠在一起时，组合的或累加的限流大小增加。用于管道的、简化的Darcy-Weisbach流量方程3显示了在这一限流大小和流率之间的一般关系。