專利名稱：渦輪氣量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測(cè)量氣體流率的渦輪計(jì)，它是通過(guò)把流動(dòng)氣體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)測(cè)量的，渦輪的軸線平行于氣體流運(yùn)的路線。
渦輪計(jì)既可以用于測(cè)量液體的流率也可以用于測(cè)量氣體的流率。但是，渦輪氣量計(jì)的工作原理與液體從動(dòng)計(jì)的工作原理略有不同，這是由于兩種流體的密度和運(yùn)動(dòng)粘度不同引起的。由于液體基本上是不可壓縮的，所以液體的密度隨壓力或溫度的變化不大。另外，液體的密度較高，所以液體流動(dòng)產(chǎn)生巨大的推動(dòng)力矩足以克服渦輪計(jì)的機(jī)械摩擦。因此，阻滯力矩的微小變化，例如運(yùn)動(dòng)零件之間摩擦力的增加，不會(huì)影響渦輪液量計(jì)的性能。相反，氣體的密度較低，所以渦輪氣量計(jì)對(duì)于計(jì)內(nèi)阻滯力矩的變化很敏感，特別是在低壓和低流率下更是這樣。運(yùn)動(dòng)粘度的變化既影響渦輪氣量計(jì)的性能也影響渦輪液量計(jì)的性能。
通過(guò)渦輪氣量計(jì)的氣體總量用讀取安裝在渦輪計(jì)上的測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)測(cè)定。渦輪氣量計(jì)被稱作推理計(jì)，因?yàn)檫@些渦輪計(jì)是通過(guò)觀測(cè)其它量來(lái)推斷有多少氣體通過(guò)渦輪計(jì)的。渦輪氣量計(jì)就是一氣體速度測(cè)量裝置。因?yàn)槲挥谵D(zhuǎn)子前面的環(huán)形通道橫截面積是已知的，所以實(shí)際的流率可以由氣體的速度來(lái)推斷。
使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)能是被測(cè)氣體的動(dòng)能，即被測(cè)氣體的運(yùn)動(dòng)能。氣體沖擊到安裝在測(cè)量轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子葉片上，并克服阻礙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的阻滯力。因?yàn)闅怏w的密度低，所以必須減小渦輪氣量計(jì)安裝在其內(nèi)的氣體管道的橫截面積，以便使氣流加速到更高的動(dòng)能，因而使氣體可以被渦輪氣量計(jì)測(cè)量。進(jìn)流導(dǎo)管，或整流器用于使氣體流過(guò)的面積大致減小到安裝渦輪計(jì)的管道面積的一半。當(dāng)氣體的流率保持不變時(shí)，減小氣體流動(dòng)路線的橫截面積可使氣體的速度成正比地增加。由于液體的密度較高，所以渦輪液量計(jì)測(cè)量液體的流率，不必加速液體。
在天然氣工業(yè)所用的管路中，為了測(cè)量大量氣體的流率，通常都裝有渦輪氣量計(jì)。由于氣體的量很大，所以很小的測(cè)量誤差都會(huì)給氣體輸送公司和地方配氣公司造成巨大的損失。1992年在荷蘭計(jì)量研究所技術(shù)刊物上發(fā)表了一個(gè)可能發(fā)生的損失大小的例子。讓我們考慮一個(gè)在580磅/平方英寸表壓壓力下工作，氣體流量為最大容量的59％的12英寸的渦輪計(jì)。假定天然氣的價(jià)格是每立方英尺為0.0037美元，那么，僅0.2％的誤差每年就會(huì)造成16萬(wàn)美元的損失。很明顯，保持渦輪氣量計(jì)的精度不變是至關(guān)重要的。
在每個(gè)渦輪氣量計(jì)制成后，必須分別進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)是必要的，因?yàn)閷?duì)于一定量的氣體，渦輪計(jì)零部件正常的微小變化都會(huì)使每臺(tái)渦輪氣量計(jì)記錄出略微不同的容積流率。舉例來(lái)說(shuō)，由于加工的微小不一致，使在各渦輪計(jì)測(cè)量轉(zhuǎn)子上的葉片形狀略有變化。因此，對(duì)于流動(dòng)速度相同的氣體，每個(gè)渦輪測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速率略有不同。同樣，同一批號(hào)和同一型號(hào)的不同測(cè)量轉(zhuǎn)子軸承裝置可能對(duì)其上所裝有的不同渦輪計(jì)轉(zhuǎn)子施加略微不同的摩擦力。另外，渦輪氣量計(jì)通常有一機(jī)械計(jì)數(shù)器，有時(shí)稱作指針盤。計(jì)數(shù)器在一組刻度盤上給出氣體流量的讀數(shù)，計(jì)數(shù)器一般是通過(guò)一聯(lián)接器連接到渦輪測(cè)量轉(zhuǎn)子上的，聯(lián)接器包括齒輪，磁聯(lián)接器和其它構(gòu)件，這些構(gòu)件給不同渦輪氣量計(jì)的渦輪轉(zhuǎn)子的加載程度也略有不同。因此，對(duì)一定量的氣體，各渦輪計(jì)都將記錄其各自的流率水平。
在制造渦輪氣量計(jì)時(shí)，渦輪計(jì)的精度是通過(guò)與一個(gè)已知標(biāo)準(zhǔn)量具做對(duì)照測(cè)試來(lái)進(jìn)行校驗(yàn)的，標(biāo)準(zhǔn)量具可以是一標(biāo)準(zhǔn)儀器，或者報(bào)警校準(zhǔn)儀(bell prover)，或者一聲波噴嘴儀(sonic nozzle)。在已知溫度，已知?dú)饴穳毫鸵阎獨(dú)怏w流率下，把渦輪計(jì)記錄的氣量與由標(biāo)準(zhǔn)量具測(cè)定的流過(guò)渦輪計(jì)的實(shí)際氣量進(jìn)行比較。渦輪計(jì)的機(jī)械計(jì)數(shù)器測(cè)出的氣量與通過(guò)渦輪計(jì)的實(shí)際氣量之比被稱作該渦輪計(jì)的精度。渦輪計(jì)的校準(zhǔn)因子是這樣一個(gè)量，渦輪計(jì)記錄的讀數(shù)被它除就得到100％精確的讀數(shù)，渦輪計(jì)的校準(zhǔn)因子用字母K表示，即用流過(guò)渦輪計(jì)的單位氣量的脈沖數(shù)表示，對(duì)于渦輪氣量計(jì)可能工作的一已知系列氣路壓力的每個(gè)壓力，該渦輪計(jì)的預(yù)期流率范圍對(duì)應(yīng)的這些K因子是確定的，因而對(duì)各渦輪計(jì)都設(shè)有一有關(guān)這些K因子的表。
在安裝并運(yùn)轉(zhuǎn)一渦輪氣量計(jì)之后，由于諸如構(gòu)件損壞，構(gòu)件之間磨擦的增加等因素，渦輪計(jì)的精度可能隨時(shí)間發(fā)生變化，構(gòu)件之間的磨擦可以是由于磨損或者由于流過(guò)該渦輪計(jì)的氣體所攜帶的污染物造成的。因此需要定期在現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)渦輪氣量計(jì)。
當(dāng)氣體管道中已裝有渦輪計(jì)時(shí)，當(dāng)前有幾種校驗(yàn)渦輪氣量計(jì)的方法，這些方法包括采用臨界流率校準(zhǔn)儀，聲波噴嘴校準(zhǔn)儀和軸向孔板流量計(jì)。但是，在現(xiàn)場(chǎng)使用最廣泛的校準(zhǔn)渦輪計(jì)的方法是轉(zhuǎn)移校準(zhǔn)法。即把渦輪計(jì)，或至少是渦輪計(jì)的測(cè)量筒從管道中取出，用大氣壓下的空氣進(jìn)行校準(zhǔn)，然后考慮由于一些因素引想的精度變化，這些因素有管道壓力，氣體成分和氣流擾動(dòng)的可能影響。但是，現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)渦輪計(jì)的每一種方法都要花費(fèi)時(shí)間。都要中斷渦輪氣量計(jì)的正常工作，因而造成不希望有的花費(fèi)。
作為說(shuō)明，臨界流率板孔較準(zhǔn)儀和聲波噴嘴校準(zhǔn)儀都是這樣的儀器，它們工作時(shí)，入口和出口之間的壓降大于上述各儀器的臨界壓力比。臨界流率板孔校準(zhǔn)儀工作所需要的出口與入口壓力比小于53％，而對(duì)于聲波噴嘴校準(zhǔn)儀壓力則小于81％，與被校準(zhǔn)渦輪氣量計(jì)安裝在同一管道的這些校準(zhǔn)儀都是固定流率儀器，意思是，具有預(yù)定臨界截面直徑的板孔或噴嘴只能校準(zhǔn)一個(gè)容積流率。因此，為了使被校準(zhǔn)渦輪氣量計(jì)在整個(gè)工作流率范圍產(chǎn)生一精度曲線，必須采用各種不同尺寸的板孔或噴嘴。更換板孔或噴嘴要求氣體旁路該儀器，并要求將板孔或噴嘴減壓。這個(gè)過(guò)程需要花費(fèi)時(shí)間和中斷渦輪計(jì)的使用。加之要達(dá)到臨界流率，板孔校準(zhǔn)儀或聲波噴嘴校準(zhǔn)儀的最佳精度需要確定氣體成分，為了在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，需要對(duì)氣體采樣，或者把一移動(dòng)式氣體色譜儀運(yùn)到做氣體分析的地點(diǎn)。
軸向板孔流量計(jì)存在一些與臨界流率板孔校準(zhǔn)儀和聲波噴嘴校準(zhǔn)儀面臨的相同困難。軸向板孔流量計(jì)均被放在與要校準(zhǔn)的渦輪計(jì)相同的管道中，并且通過(guò)測(cè)量被測(cè)氣流中孔板兩端的壓差來(lái)進(jìn)行工作。為了獲得渦輪氣量計(jì)在整個(gè)流率范圍上的精度曲線，可能需要多個(gè)孔板，這要求使氣流旁路板孔流量計(jì)，并且為了換板，要求該板孔流量計(jì)減壓。另外，這種流量計(jì)還要求知道被測(cè)氣體的比重，即氣體的成分，這又要求氣體的實(shí)驗(yàn)室分析或者在現(xiàn)場(chǎng)使用移動(dòng)式氣體色譜儀。
轉(zhuǎn)移校準(zhǔn)是由一氣量計(jì)與一已知精度的參考?xì)饬坑?jì)做對(duì)照測(cè)試組成的。把被測(cè)試氣量計(jì)從其安裝管道中取出，然后與一參考流量計(jì)串連安裝。使空氣通過(guò)兩個(gè)氣量計(jì)，并且為了估算被測(cè)試渦輪氣量計(jì)的精度，把兩個(gè)氣量讀數(shù)進(jìn)行比較。把被測(cè)渦輪氣量計(jì)從管道中取出會(huì)中斷該渦輪計(jì)的正常使用。另外，精度估算不能計(jì)及管道內(nèi)氣流擾動(dòng)對(duì)該渦輪計(jì)精度的可能影響，由于擁有或租賃高壓轉(zhuǎn)移校準(zhǔn)儀是很昂貴的，所以大多數(shù)轉(zhuǎn)移校準(zhǔn)儀是在大氣壓力下校準(zhǔn)渦輪計(jì)的。另外，空氣是測(cè)量流體。因此，在大氣壓力下使用轉(zhuǎn)移校準(zhǔn)儀時(shí)沒有計(jì)及由管道壓力或氣體成分所造成的精度變化。而且，大多數(shù)轉(zhuǎn)移校準(zhǔn)儀的容量對(duì)于測(cè)試較大渦輪計(jì)來(lái)說(shuō)是不合適的。
最近的進(jìn)展已經(jīng)試圖通過(guò)補(bǔ)償渦輪氣量計(jì)工作中發(fā)生的不精確因素來(lái)減少或避免對(duì)校準(zhǔn)渦輪氣量計(jì)的要求，這一進(jìn)展是由一渦輪氣量計(jì)組成的，該氣量計(jì)采用兩個(gè)相互緊靠安裝的轉(zhuǎn)子，使其發(fā)生流體動(dòng)態(tài)相互作用。渦輪計(jì)工作的基本原理是，渦輪計(jì)的精度及其精度變化正比于流體流出測(cè)量轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角。
下游傳感轉(zhuǎn)子感受并響應(yīng)于流體從測(cè)量轉(zhuǎn)子渦輪葉片流出的出口角變化，使得兩個(gè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的差值保持不變。傳感轉(zhuǎn)子及相關(guān)電子電路不是設(shè)計(jì)成測(cè)量渦輪計(jì)的精度，而是設(shè)計(jì)成自動(dòng)地調(diào)節(jié)電子輸出，以使渦輪計(jì)的輸出在理論上是100％精確的。保持100％精度所需的調(diào)節(jié)量是為確定渦輪計(jì)的條件相對(duì)其原始校準(zhǔn)條件的變化而設(shè)置的。這類氣量計(jì)在李(Lee)等人的美國(guó)專利4,286,471和美國(guó)專利4,305,281中均有敘述。
但是，這類渦輪計(jì)的設(shè)計(jì)假定了系統(tǒng)的工作是正確的，如果存在造成不正確流率的故障，用戶不會(huì)知道問題之所在。另外，因?yàn)閮蓚€(gè)轉(zhuǎn)子是流體動(dòng)態(tài)耦合的。所以，由于摩擦或障礙物造成一個(gè)轉(zhuǎn)子完全失靈時(shí)會(huì)使渦輪計(jì)不再工作。而且，這種渦輪氣量計(jì)的可調(diào)范圍，即最大容量與最小容量之比大致降為慣用渦輪計(jì)的33％，這是由于傳感轉(zhuǎn)子的葉片角小和兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間流體動(dòng)態(tài)相互作用的要求造成的。
因此，在天然氣工業(yè)中仍然需要一種在實(shí)際工作壓力和溫度下快速而精確地校準(zhǔn)氣體管道中渦輪氣量計(jì)的某種裝置或方法，而不必把渦輪計(jì)從管道中取出，因而不必中斷渦輪計(jì)的正常使用。
轉(zhuǎn)子軸承保護(hù)渦輪氣量計(jì)出現(xiàn)故障的一個(gè)重要原因就是渦輪計(jì)測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子軸承受到污染。其內(nèi)裝有渦輪氣量計(jì)的天然氣管道往往含有諸如灰塵、鐵銹、管屑、焊渣、酸、碳?xì)浠衔锏任廴疚?，這些污染物可能是由流過(guò)的天然氣所攜帶而通過(guò)渦輪氣量計(jì)的。測(cè)量轉(zhuǎn)子軸承中的一小點(diǎn)灰塵可以使該軸承過(guò)早地磨損，因而增加軸承內(nèi)的摩擦，因摩擦增加引起的轉(zhuǎn)子阻力而使其精度發(fā)生變化，從而又造成渦輪計(jì)的過(guò)早失效。渦輪氣量計(jì)有外部潤(rùn)滑法，外部潤(rùn)滑用油沖洗測(cè)量轉(zhuǎn)子軸承，以有助于從這些軸承上去除污染物。遺憾的是，不是所有的污染物都能在這種沖洗中除去。剩余污染物也可以引起測(cè)量轉(zhuǎn)子軸承的加速磨損，因而最終失效。以前設(shè)計(jì)的渦輪氣量計(jì)采用了各種各樣的結(jié)構(gòu)，試圖保護(hù)測(cè)量轉(zhuǎn)子軸承免受污染，這些設(shè)計(jì)有不同程度的成功，已采用的結(jié)構(gòu)包括測(cè)量轉(zhuǎn)子的防塵罩和軸承用的軸承罩。因?yàn)槊芊廨S承增加了磨擦，所以軸承本身不能完全被密封。因此，在轉(zhuǎn)子軸承組裝后，污染物仍可能進(jìn)入轉(zhuǎn)子軸承，這樣，仍然需要一種能盡可能減少渦輪氣量計(jì)測(cè)量轉(zhuǎn)子受污染的結(jié)構(gòu)。
渦輪計(jì)精度調(diào)節(jié)如上指出的那樣，各渦輪氣量計(jì)通常都有一個(gè)叫作計(jì)數(shù)器或指針盤的機(jī)械機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)記錄流過(guò)渦輪計(jì)的氣量。渦輪計(jì)的測(cè)量轉(zhuǎn)子通過(guò)一系列齒輪，磁聯(lián)接器以及其它類似件與計(jì)數(shù)器上的一組刻度盤聯(lián)接，這組刻度盤指出已流過(guò)該渦輪氣量計(jì)的氣量。由于在測(cè)量轉(zhuǎn)子和刻度盤之間一次只能安裝一組齒輪和/或聯(lián)接器，所以計(jì)數(shù)器只能在一個(gè)流率下被校準(zhǔn)到100％精確，這個(gè)流率通常是渦輪計(jì)最大流率的60％左右。
但是，渦輪計(jì)的計(jì)數(shù)器刻度盤記錄的氣量精度是在渦輪計(jì)整個(gè)工作條件范圍內(nèi)校準(zhǔn)時(shí)校對(duì)的。所以在任何特定管道壓力下，所畫的精度曲線表示該渦輪計(jì)的精度隨其流率的變化。經(jīng)常對(duì)渦輪計(jì)的構(gòu)件進(jìn)行變換，試圖使渦輪計(jì)的精度在其流量的預(yù)計(jì)范圍內(nèi)盡可能一致。
渦輪氣量計(jì)的精度曲線傾向在低流率下有一個(gè)不希望有的“凸起”，這表示，在這些流率下，計(jì)數(shù)器記錄的氣量比實(shí)際流過(guò)渦輪計(jì)的氣量多。圖26中示有一渦輪氣量計(jì)的精度曲線，為了在0.25磅/平方英寸壓力下進(jìn)行精度測(cè)試而對(duì)該渦輪加壓。虛線曲線表示在完成渦輪氣量計(jì)校準(zhǔn)之前的一典型不合格精度曲線。這表示，在渦輪計(jì)最大容量5％左右的流率以下，這個(gè)渦輪計(jì)記錄的氣體少于實(shí)際流過(guò)該計(jì)的，而在流率達(dá)到渦輪計(jì)最大容量的60％以前，渦輪計(jì)記錄的氣體多于實(shí)際流過(guò)該計(jì)的。
渦輪氣量計(jì)的設(shè)計(jì)者和制造者曾采用過(guò)各種各樣的構(gòu)件結(jié)構(gòu)和不同方法，試圖使精度曲線的低流率凸起變平，舉例說(shuō)明，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉尖相對(duì)其內(nèi)裝有轉(zhuǎn)子的殼體間隙已使渦輪氣量計(jì)的精度曲線在低流率下的凸起得到了調(diào)節(jié)。一般來(lái)說(shuō)，如果記錄的精度在低流率下比高流率下低得多，那么減小葉尖的間隙可使精度曲線的低流率端朝高流率端升高。如果在低流率下記錄的精度比高流率下記錄的精度高得多，那么增加葉尖間隙可使低率流率的精度降至高流率下的精度。
通過(guò)將渦輪計(jì)殼內(nèi)膛在鄰近渦輪計(jì)轉(zhuǎn)子部件上的渦輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的地方設(shè)圓錐形的軸向截面，使液體渦輪流率計(jì)的精度得到調(diào)節(jié)。通過(guò)改變轉(zhuǎn)子葉片相對(duì)圓錐內(nèi)膛的間隙使上述液體渦輪流率計(jì)的精度得到調(diào)節(jié)，這間隙是通過(guò)調(diào)節(jié)渦輪轉(zhuǎn)子和內(nèi)膛的相對(duì)位置進(jìn)行調(diào)節(jié)的，這就改變了單位液體流率的液體渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，以便調(diào)節(jié)液體渦輪計(jì)的精度。這類液體渦輪計(jì)示在貝拉(Belle)的美國(guó)專利3,370,465，3,589,188和黎柏(Leber)的4,316,392中。
當(dāng)打算把這些精度調(diào)節(jié)原理應(yīng)用于渦輪氣量計(jì)時(shí)，最好是使渦輪計(jì)的圓錐軸向截面的角度大到切實(shí)可行。這樣，對(duì)渦輪葉片位置作較小的調(diào)節(jié)就能任意地調(diào)節(jié)渦輪氣量計(jì)的精度。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，角度為21°的圓錐軸向截面的渦輪氣量計(jì)在高流率下其精度降到約97％至98％的范圍。對(duì)于渦輪氣量計(jì)來(lái)說(shuō)，這是不合格的精度范圍。
慣用的渦輪氣量計(jì)一般包括一細(xì)長(zhǎng)的筒形殼，該殼被裝在一管道內(nèi)為該管道中流動(dòng)的氣體形成一流動(dòng)路線。鄰近該殼的入口裝有一進(jìn)氣整流器，使來(lái)自入口的氣體在殼內(nèi)沿軸向流動(dòng)，一測(cè)量轉(zhuǎn)子被安裝在進(jìn)氣整流器的下游，以使其繞筒形殼的中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。測(cè)量轉(zhuǎn)子有安裝在其上的渦輪葉片，葉片使其以大致正比于氣體流過(guò)該殼的速度的轉(zhuǎn)速在一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，對(duì)一慣用渦輪氣量計(jì)進(jìn)行了變更，以使渦輪計(jì)能夠自校，即能夠使其精度得到自檢，而不必從安裝的管道中取出，因而不必中斷渦輪計(jì)的正常使用。該渦輪氣量計(jì)包括一參考整流器，該整流器被安裝在筒形殼內(nèi)測(cè)量轉(zhuǎn)子的下游。兩個(gè)整流器都形成恒定面積的通道，兩個(gè)通道在各個(gè)轉(zhuǎn)子之前的面積大致相等。
另外，本發(fā)明的自校渦輪氣量計(jì)包括一參考轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子位于第二整流器下游并鄰近該整流器，參考轉(zhuǎn)子有一些具有槳角的渦輪葉片，葉片使參考轉(zhuǎn)子以相反于測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，使測(cè)量轉(zhuǎn)子增加或減小其轉(zhuǎn)速的氣流中的漩渦對(duì)參考轉(zhuǎn)子有相反的影響，這就放大了漩渦的影響，使漩渦更容易探測(cè)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，渦輪葉片也使參考轉(zhuǎn)子以這樣的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，雖然轉(zhuǎn)速也大致正比于氣體流過(guò)該殼的速度，但是低于測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速率，參考轉(zhuǎn)子的較低轉(zhuǎn)速減小了其構(gòu)件的摩損早于測(cè)量轉(zhuǎn)子構(gòu)件磨損的可能性，這就減小了參考轉(zhuǎn)子的精度和K因子的改變?cè)缬跍y(cè)量轉(zhuǎn)子精度和K因子改變的可能性。
這種自校渦輪氣量計(jì)包括一測(cè)量信號(hào)發(fā)生器，該發(fā)生器響應(yīng)于測(cè)量轉(zhuǎn)子，用于產(chǎn)生一正比于測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的測(cè)量信號(hào)。這種自校渦輪氣量計(jì)還包括一參考信號(hào)發(fā)生器，該發(fā)生器響應(yīng)于參考轉(zhuǎn)子，以便產(chǎn)生一正比于參考轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的參考信號(hào)。
自校渦輪氣量計(jì)設(shè)有一信號(hào)處理器，用參考信號(hào)除測(cè)量信號(hào)，以便根據(jù)其商指示該渦輪氣量計(jì)的精度。正如下面更充分的說(shuō)明那樣，在測(cè)定渦輪計(jì)的精度中，信號(hào)處理器也計(jì)及兩個(gè)轉(zhuǎn)子的K因子，K因子是渦輪氣量計(jì)的一個(gè)十分有名的特性，定義為流過(guò)該渦輪計(jì)的單位氣量由轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪計(jì)轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的脈沖數(shù)。信號(hào)處理器使測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)的商與參考轉(zhuǎn)子的K因子除以測(cè)量轉(zhuǎn)子的K因子的商相乘。在用機(jī)械計(jì)數(shù)器測(cè)量氣體流率的情況下，信號(hào)處理器使上述結(jié)果乘以在校準(zhǔn)時(shí)對(duì)現(xiàn)有流率條件確定的渦輪計(jì)精度。
參考轉(zhuǎn)子及其有關(guān)構(gòu)件不影響渦輪氣量計(jì)的基本功能，因?yàn)樗怯脕?lái)測(cè)量天然氣的體積流率或總體積的，盡管流過(guò)參考轉(zhuǎn)子的氣體流率也可以由信號(hào)處理器來(lái)確定。自校渦輪氣量計(jì)有兩個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子，通過(guò)在兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間插入第二整流器使兩個(gè)轉(zhuǎn)子的流體動(dòng)態(tài)耦合完全消除。兩個(gè)轉(zhuǎn)子的功能與兩個(gè)分開的轉(zhuǎn)子軸無(wú)關(guān)，因而作為測(cè)量計(jì)，渦輪計(jì)的工作不需要另一轉(zhuǎn)子。
推導(dǎo)自校渦輪計(jì)精度方程以表明本發(fā)明的基本原理。
任何渦輪計(jì)的精度都用該計(jì)的體積讀數(shù)被標(biāo)準(zhǔn)儀測(cè)量的體積數(shù)除來(lái)確定。
對(duì)于穩(wěn)定流動(dòng)Q＝V/t(2)
其中“Q”是體積流率，“V”是總體積，“t”是流過(guò)的總時(shí)間。
于是，
流率與頻率“f”有關(guān)，它是渦輪計(jì)轉(zhuǎn)子的渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)速率的一量度，按單位時(shí)間的脈沖數(shù)計(jì)。轉(zhuǎn)動(dòng)速率也可以在某一選定時(shí)間間隔內(nèi)，用對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的脈沖總數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)測(cè)定。但是頻率已被選為轉(zhuǎn)速的一方便量度，按照定義，脈沖因子或渦輪計(jì)K因子是在選定渦輪計(jì)條件下由轉(zhuǎn)子獲得的輸出脈沖總數(shù)與流過(guò)該渦輪氣量計(jì)的實(shí)際氣量之比。因此，按照定義，K因子是100％精確的，當(dāng)考慮相同的時(shí)間間隔時(shí)，K因子變?yōu)檩敵鲱l率與實(shí)際流率之比，因此，實(shí)際流率、頻率和K因子的關(guān)系為Q＝f/K (4)正如上面指出的那樣，在希望測(cè)量轉(zhuǎn)子有機(jī)械輸出的場(chǎng)合，它是用通過(guò)一齒輪系聯(lián)接于測(cè)量轉(zhuǎn)子的計(jì)數(shù)器或指針測(cè)量的，當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與流率相關(guān)時(shí)，計(jì)數(shù)器本身只能用一個(gè)K因子調(diào)節(jié)，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)子的計(jì)數(shù)器的刻度盤之間只能使用一個(gè)傳動(dòng)關(guān)系，通常，K因子是選擇在流率約為渦輪計(jì)容量的2/3，這一流率被稱為更換齒輪流率。這一流率的K因子被稱作測(cè)量轉(zhuǎn)子的標(biāo)稱K因子，或K標(biāo)稱測(cè)量。標(biāo)稱K因子與其它流率條件下的K因子的關(guān)系為K測(cè)量＝K標(biāo)稱測(cè)量·精度校準(zhǔn)(5)其中精度校準(zhǔn)是測(cè)量轉(zhuǎn)子機(jī)械輸出的精度，即測(cè)量轉(zhuǎn)子計(jì)數(shù)器的精度，該精度是在渦輪計(jì)原始校準(zhǔn)期間，在其它流率條件下測(cè)定的。由機(jī)械輸出或計(jì)數(shù)器測(cè)定的流率和由主轉(zhuǎn)子獲得的頻率之間的關(guān)系來(lái)自方程(4)Q渦輪計(jì)＝f/K標(biāo)稱測(cè)量(6)然后把方程(6)代入方程(3)得到
現(xiàn)在，如果渦輪計(jì)的精度是測(cè)量轉(zhuǎn)子的標(biāo)稱精度，即在特定工作條件下最近校準(zhǔn)確定的精度，且按定義，假定參考轉(zhuǎn)子的精度是1，那么
于是，自校渦輪計(jì)獲得的精度等于測(cè)量轉(zhuǎn)子精度與參考轉(zhuǎn)子的精度之比。測(cè)量轉(zhuǎn)子的機(jī)械輸出精度是根據(jù)K標(biāo)稱測(cè)量確定的，因此
分子和分母中的Q標(biāo)準(zhǔn)互相抵消，得到
最后，把方程(5)中的式K標(biāo)稱測(cè)量＝K測(cè)量/精度校準(zhǔn)代入方程(10)得到精度方程的一式，該式可以用于校準(zhǔn)程序或校準(zhǔn)電路，以便在現(xiàn)場(chǎng)確定主轉(zhuǎn)子的機(jī)械輸出，或計(jì)數(shù)器的精度
因此，自校渦輪氣量計(jì)測(cè)量轉(zhuǎn)子的精度表示為參考轉(zhuǎn)子K因子與測(cè)量轉(zhuǎn)子K因子之比乘以測(cè)量轉(zhuǎn)子頻率與參考轉(zhuǎn)子頻率之比與校準(zhǔn)時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)子精度的乘積。當(dāng)渦輪氣量計(jì)的輸出是用電子儀器測(cè)定時(shí)，精度校準(zhǔn)就等于1。這些輸出頻率是渦輪計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)在特定條件下測(cè)定的。可以選用兩種K因子和精度，一種是在各種流率條件下在工廠校準(zhǔn)渦輪計(jì)期間確定的K因子和精度，另一種是在測(cè)量頻率時(shí)的特定條件下確定的K因子和精度。
在推導(dǎo)自校渦輪氣量計(jì)精度公式中假定了在測(cè)量轉(zhuǎn)子處的體積流率等于參考轉(zhuǎn)子處的體積流率，僅當(dāng)兩個(gè)轉(zhuǎn)子處的靜壓力和靜溫度相等時(shí)這個(gè)假定才是正確的。對(duì)于渦輪計(jì)來(lái)說(shuō)在轉(zhuǎn)子處氣體的速度只能達(dá)到每秒約105英尺。因此最大馬赫數(shù)，即氣體速度與當(dāng)?shù)芈曀僦?，約為0.1。在此馬赫數(shù)范圍內(nèi)，由于兩個(gè)轉(zhuǎn)子相互靠得很近，所以如果兩個(gè)轉(zhuǎn)子前面的環(huán)形通道面積近似相等，那么在每個(gè)轉(zhuǎn)子處的靜壓力和靜溫度將是相等的。在這一假設(shè)下，自校渦輪氣量計(jì)的精度方程可以與壓力和溫度無(wú)關(guān)。這就簡(jiǎn)化了為確定渦輪計(jì)的精度所必須進(jìn)行的一些測(cè)量，這就減少了構(gòu)件發(fā)生故障的可能性，因而減少了造成誤差的可能性，并且簡(jiǎn)化了確定精度的計(jì)算。
根據(jù)本發(fā)明有關(guān)自校渦輪氣量計(jì)的另一個(gè)方面，第二整流器包括一中心殼和多個(gè)沿徑向從該殼向外伸出的翅片。一筒形參考導(dǎo)流管位于翅片的徑向端，這個(gè)導(dǎo)流管還延伸在參考轉(zhuǎn)子的范圍內(nèi)，而參考轉(zhuǎn)子則被安裝在翅片的下游端。這些構(gòu)件和有關(guān)軸承以及其它構(gòu)件形成一整體參考筒，參考筒可以整體從渦輪氣量計(jì)中取出。這種結(jié)構(gòu)使要校準(zhǔn)的參考轉(zhuǎn)子能與裝有參考轉(zhuǎn)子在其內(nèi)的渦輪計(jì)無(wú)關(guān)。因此，參考筒的參考轉(zhuǎn)子可以在工廠進(jìn)行校準(zhǔn)，儲(chǔ)備待用，并安裝在自校渦輪氣量計(jì)中，而不必為每個(gè)渦輪計(jì)重新校準(zhǔn)參考轉(zhuǎn)子。
轉(zhuǎn)子與軸承保護(hù)根據(jù)本發(fā)明的關(guān)于帶有或沒有第二個(gè)轉(zhuǎn)子的另一方面，渦輪氣量計(jì)的測(cè)量轉(zhuǎn)子被安裝在測(cè)量筒內(nèi)的上游端，測(cè)量轉(zhuǎn)子包括一筒狀轉(zhuǎn)子套，多個(gè)安裝在轉(zhuǎn)子套上的渦輪葉片和一支撐轉(zhuǎn)子套的前端面。該轉(zhuǎn)子前端面的整個(gè)表面都是實(shí)心的，所以在渦輪氣量計(jì)正常使用期間，氣體以及氣體攜帶的任何污染物都不能通過(guò)它。
另外，測(cè)量筒包括一與測(cè)量轉(zhuǎn)子同心的筒室，筒室有一敞口的上游端和一下游端。該筒室的外徑略小于轉(zhuǎn)子套的內(nèi)徑。該筒室的軸向長(zhǎng)度是這樣的，當(dāng)測(cè)量轉(zhuǎn)子被安裝在測(cè)量筒內(nèi)時(shí)，其上游端至少在一部分轉(zhuǎn)子套下方延伸。在轉(zhuǎn)子套下游、轉(zhuǎn)子套附近的那部分圓筒外表面是連續(xù)和光滑的，所以污染物不能積累在轉(zhuǎn)子套和圓筒之間的縫隙附近。
每個(gè)筒室都包括測(cè)量轉(zhuǎn)子軸承和一把這些軸承連接于測(cè)量轉(zhuǎn)子的軸。測(cè)量轉(zhuǎn)子軸承的一軸承座被安裝在筒室內(nèi)，位于轉(zhuǎn)子軸和測(cè)量轉(zhuǎn)子聯(lián)接處的下游，當(dāng)軸承被安裝在軸承座內(nèi)時(shí)，筒室和軸承座的下游端的流率接近于流過(guò)渦輪氣量計(jì)的正常流率，另外，為了在測(cè)量筒殼上施加正壓力而設(shè)有一結(jié)構(gòu)，以在其上游端形成一密封層，來(lái)控制氣體的流動(dòng)路線。
渦輪計(jì)精度調(diào)節(jié)渦輪氣量計(jì)一般是由一其內(nèi)裝有測(cè)量筒的筒形金屬殼制造的。通常測(cè)量筒至少包括一測(cè)量轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子軸承和一將測(cè)量轉(zhuǎn)子互聯(lián)到機(jī)械計(jì)數(shù)器上的聯(lián)接器，該計(jì)數(shù)器則被安裝在測(cè)量筒頂部，通常在北美制造的渦輪氣量計(jì)有幾個(gè)測(cè)量筒，這些測(cè)量筒可以和機(jī)械計(jì)數(shù)器一起從渦輪計(jì)的頂部取出，而不必把整個(gè)渦輪計(jì)從安裝渦輪計(jì)的管道中取出。
本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一簡(jiǎn)單的方法，這種方法用于調(diào)節(jié)本發(fā)明的自校渦輪氣量計(jì)和沒有第二個(gè)轉(zhuǎn)子的渦輪氣量計(jì)兩者的精度。測(cè)量轉(zhuǎn)子被安裝在測(cè)量筒的上游端，使測(cè)量轉(zhuǎn)子上的渦輪葉片的上游葉尖伸向入口。測(cè)量筒殼有形成被測(cè)氣體流動(dòng)路線的內(nèi)表面，內(nèi)表面有一軸向截面，該截面從其上游端沿一預(yù)定長(zhǎng)度是成圓錐形漸縮遠(yuǎn)離渦輪葉片的。通過(guò)測(cè)試已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為了能夠調(diào)節(jié)渦輪氣量計(jì)的精度，圓錐形截面的錐角必須在約5°和約7°之間的范圍內(nèi)，這時(shí)在高流率下得到一令人滿意的精度曲線。應(yīng)用本發(fā)明這方面的原理，渦輪葉片的上游葉尖與測(cè)量筒的錐形內(nèi)表面之間的間隙被調(diào)節(jié)在0.010英寸左右到0.045英寸左右。
為了調(diào)節(jié)渦輪計(jì)的精度，本發(fā)明設(shè)有一機(jī)構(gòu)，以可靠地定出渦輪葉片的上游葉尖相對(duì)測(cè)量筒的錐形內(nèi)表面的軸向位置。僅舉例說(shuō)明，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，在轉(zhuǎn)子被固定在轉(zhuǎn)子軸上之前，在轉(zhuǎn)子和靠其安裝轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子軸組件的平衡塊之間放置一個(gè)或多個(gè)填隙片，可以通過(guò)改變放置在適當(dāng)位置、寬度相等的填隙片的數(shù)目來(lái)改變渦輪葉片上游葉尖相對(duì)測(cè)量筒圓錐形內(nèi)表面的位置，從而調(diào)節(jié)該渦輪計(jì)精度曲線的低流率端。
本發(fā)明并不在于上面和在優(yōu)選實(shí)施例說(shuō)明中所公開的以及下面權(quán)利要求所要求的任何一種渦輪氣量計(jì)的特征和方法。反之，本發(fā)明通過(guò)其對(duì)這些渦輪氣量計(jì)的特征和所公開方法步驟的特殊組合而不同于已有技術(shù)。本發(fā)明的重要特征在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明中已經(jīng)公開，這些將在下面示出并加以說(shuō)明，以便說(shuō)明迄今為止實(shí)現(xiàn)本發(fā)明設(shè)想的最佳方式。
本專業(yè)的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，本發(fā)明可以包括一些不同于那些已示出的實(shí)施例的實(shí)施例，還會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以各種方式改變這些渦輪氣量計(jì)的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和方法。據(jù)此，附圖和說(shuō)明書被認(rèn)為是說(shuō)明性質(zhì)的，實(shí)質(zhì)上不是限制本發(fā)明的范圍。因此，權(quán)利要求被認(rèn)為包括那些不脫離本發(fā)明精神和范圍的渦輪氣量計(jì)和方法。
為了完整地理解和評(píng)價(jià)本發(fā)明及其許多優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)闡述，其中

圖1是含有本發(fā)明特征的渦輪氣量計(jì)的側(cè)剖視圖；圖2是包含本發(fā)明特征的渦輪氣量計(jì)的分解透視圖；圖3是包含本發(fā)明特征的渦輪氣量計(jì)的背面透視圖；圖4是部分切去的上游整流裝置的透視圖；圖5是部分切去的測(cè)量轉(zhuǎn)子透視圖；圖6是表示其中一個(gè)渦輪葉片的測(cè)量轉(zhuǎn)子部分頂視圖；圖7是測(cè)量筒的部分側(cè)剖視圖；圖8是參考筒的部分側(cè)剖視圖；圖9是參考整流裝置的透視圖；圖10是部分切去的參考轉(zhuǎn)子透視圖；圖11是表示其渦輪葉片的參考轉(zhuǎn)子頂視圖；圖12是安裝氣體渦輪葉片的電磁鄰近傳感器殼的剖視圖13是按本發(fā)明使用的信號(hào)處理器方框圖；圖14描述本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例，其中信號(hào)處理器包括一筆記本校驗(yàn)儀和一筆記本計(jì)算機(jī)；圖15表示筆記本校驗(yàn)儀的實(shí)際配置；圖16是筆記本校驗(yàn)儀的接線圖；圖17是筆記本校驗(yàn)儀的示意圖；圖18是本發(fā)明信號(hào)處理器的LABVIEW程序的源碼圖；圖19表示信號(hào)處理器LABVIEW虛擬儀器程序的前面版；圖20是圖18所示的頻率平均子程序的源碼圖；圖21表示圖22所示LABVIEW虛擬儀器程序的前面板；圖22表示一LABVIEW程序的源碼，該程度在校準(zhǔn)根據(jù)本發(fā)明制造的渦輪氣量計(jì)期間用于檢查測(cè)試結(jié)果；圖23是包含本發(fā)明另一方面特征的渦輪氣量計(jì)的側(cè)剖視圖；圖24是一放大圖表示渦輪葉片上游葉尖相對(duì)于測(cè)量筒殼錐形截面的位置；圖25是轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子軸組件的部分分解放大圖，表示定位渦輪葉片上游葉尖位置的填隙片；圖26是根據(jù)本發(fā)明制造的渦輪氣量計(jì)的精度曲線；參考附圖，在這些附圖的全部圖中都用相同的件號(hào)和字母表示相同或相應(yīng)的零件。
圖1和圖2表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的渦輪氣量計(jì)的基本構(gòu)件，一渦輪氣量計(jì)20包括金屬殼22，該殼具有一入口24和一出口26。該殼22通常由例如鋁的金屬構(gòu)成，并且設(shè)計(jì)成能承受預(yù)計(jì)被安裝在氣體輸送管或分配管中時(shí)要受到的壓力。
該渦輪氣量計(jì)20包括一鄰近入口24的進(jìn)氣整流裝置，該裝置有一些形成通道的葉片29，以減少或消除其內(nèi)裝有渦輪氣量計(jì)的管道中所產(chǎn)生的氣流擾動(dòng)，參考圖4和圖1，葉片29被安裝在一套30上，該套鄰近入口24有一子彈形的前面部分。如圖1和圖4所示，一導(dǎo)流管或管套32被安裝在葉片29的徑向端，并伸至葉片29的下游端29A之外，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的4英寸渦輪氣量計(jì)來(lái)說(shuō)，管套32伸出葉片29的下游端29A外約1英寸。管套32在其上游端有一法蘭34。該法蘭34套入一如圖1中看到的區(qū)域，該區(qū)域已從殼22的入口區(qū)切掉，法蘭34用一組螺釘固定在渦輪計(jì)殼22上，示有其中一個(gè)為螺釘36。
通過(guò)把管套32的外表面和殼22的內(nèi)表面加工成高精度公差，使其與渦輪氣量計(jì)20的的測(cè)量轉(zhuǎn)子38有更高的同心度以改進(jìn)整流裝置28的性能。通過(guò)采用16個(gè)葉片消除進(jìn)入渦輪氣量計(jì)20入口24氣流的氣流擾動(dòng)已經(jīng)獲得了良好的結(jié)果。
該套30伸出葉片29下游端29A之外和管套32下游端之外的位置，即它中止在鄰近測(cè)量筒36上游端的那個(gè)位置。在葉片29的端部29A和測(cè)量轉(zhuǎn)子38之間形成一混合室37，測(cè)量轉(zhuǎn)子是測(cè)量筒的一構(gòu)件。該混合室37使由入口導(dǎo)流管翅片所產(chǎn)生的小漩渦能在到達(dá)測(cè)量轉(zhuǎn)子之前消失。該混合室37也使整流裝置28內(nèi)的氣流能在到達(dá)測(cè)量轉(zhuǎn)子38之前變成略有湍流。當(dāng)校準(zhǔn)渦輪氣量計(jì)20時(shí)，這有助于減小在低流率和低工作壓力下該渦輪氣量計(jì)精度曲線的凸起，但是，渦輪氣量計(jì)20之前管道內(nèi)的氣流擾動(dòng)，如漩渦是通過(guò)增加葉片29的長(zhǎng)度來(lái)減少的。因此，實(shí)際葉片長(zhǎng)度是在使上游漩渦減至最小和使精度曲線凸起減少之間取折衷。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的4英寸渦輪計(jì)來(lái)說(shuō)，通過(guò)包括3英寸長(zhǎng)的葉片29和2英寸長(zhǎng)的混合室37來(lái)優(yōu)化整流裝置28的設(shè)計(jì)。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于6英寸和8英寸的渦輪計(jì)來(lái)說(shuō)，混合室的長(zhǎng)度最好為1英寸，可以相信，對(duì)于4英寸的渦輪計(jì)，2英寸的混合室是需要的，因?yàn)樵?英寸的渦輪計(jì)中磨擦小得多，使得精度曲線的凸起在4英寸的渦輪計(jì)中比在6英寸或8英寸的渦輪計(jì)中更大。
測(cè)量筒36通常被安裝在殼22的中心室22A內(nèi)，被安裝在測(cè)量筒36上游端的測(cè)量轉(zhuǎn)子38包括一些徑向延伸的渦輪葉片40，這些葉片使測(cè)量轉(zhuǎn)子以近似正比于流過(guò)該殼22和入口整流裝置28的氣體速度的轉(zhuǎn)速在一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
測(cè)量轉(zhuǎn)子38更詳細(xì)地示于圖5和圖6中。渦輪葉片40有螺旋扭曲，以減弱氣流在葉片之間的相互作用，因而改進(jìn)了渦輪氣量計(jì)20的性能。對(duì)于45°角的渦輪葉片來(lái)說(shuō)，螺旋扭曲的導(dǎo)程為10.542英寸，平均螺旋角為45°。通過(guò)把槳角改變?yōu)?0°可以增加轉(zhuǎn)子38的容量。每個(gè)渦輪葉片40在其前緣都有一個(gè)圓角，用作減小轉(zhuǎn)子葉片的推進(jìn)負(fù)荷。并且有助于防止灰塵積累在轉(zhuǎn)子前面。包括轉(zhuǎn)子葉片在內(nèi)的轉(zhuǎn)子可以用像鋁那樣的材料機(jī)械加工制成，正如在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中那樣，或者用像鋼或不銹鋼那樣的材料機(jī)械加工?；蛘哂媚核芰仙a(chǎn)出來(lái)，或者用專業(yè)技術(shù)人員所希望的其它方法來(lái)制造。在用電感性鄰近傳感器傳感轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的場(chǎng)合，正如下面提出的，轉(zhuǎn)子必須用適當(dāng)?shù)慕饘俣皇撬芰现圃臁?br> 特別參考圖1，測(cè)量轉(zhuǎn)子38通過(guò)一系列齒輪和聯(lián)接器被連接在計(jì)數(shù)器46上，計(jì)數(shù)器36在一組刻度盤上給出流過(guò)該渦輪氣量計(jì)20的氣量的機(jī)械指示。如圖2所示，測(cè)量筒36和記數(shù)器46都被固定在一頂板48上。殼22包括一環(huán)形法蘭50，其直徑與頂板48的直徑一致，頂板48和法蘭50中有一組孔，這些孔能使頂板48和法蘭50用一組螺栓例如螺栓52固定在一起。
本發(fā)明的渦輪氣量計(jì)20也包括一帶有整流裝置56的參考筒54，整流裝置56有一些葉片58。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，進(jìn)氣整流裝置28和參考筒54的整流裝置形成恒定面積的兩個(gè)通道。兩個(gè)通道的面積是近似相等的。整流裝置包括固定在套60上的葉片58以及一安裝在葉片58徑向端的管套68。葉片58伸過(guò)套60的整個(gè)長(zhǎng)度，因此，在葉片端和在套60下游端的參考轉(zhuǎn)子62的前面之間設(shè)有混合區(qū)。在套60的整個(gè)長(zhǎng)度上都有葉片58對(duì)套60的長(zhǎng)度產(chǎn)生最佳流率調(diào)節(jié)。因?yàn)閰⒖嫁D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)是用電子裝置探測(cè)的，所以在葉片端和參考轉(zhuǎn)子62之間不需要混合室。由于沒有混合室，在校準(zhǔn)中由K因子曲線的大凸起造成的非線性是用電子裝置進(jìn)行修正的。渦輪氣量計(jì)20是在渦輪計(jì)整個(gè)工作范圍的5個(gè)或5個(gè)以上流率下和兩個(gè)以上工作壓力下進(jìn)行校準(zhǔn)的。并記錄下任何給定流率條件下的相應(yīng)K因子，雖然得到的性能曲線不是線性的，但它們是已知的，并且是可重復(fù)的，因此可以通過(guò)參考轉(zhuǎn)子62的測(cè)量轉(zhuǎn)速，在確定的氣體流率的電子計(jì)算中乘個(gè)系數(shù)。
整流裝置56是使參考轉(zhuǎn)子62與測(cè)量轉(zhuǎn)子38分離。因此，參考轉(zhuǎn)子62的轉(zhuǎn)動(dòng)與測(cè)量轉(zhuǎn)子38無(wú)關(guān)，與整流裝置28一樣，整流裝置56也有16個(gè)葉片。該裝置是由填充30％玻璃的乙縮醛模壓制成的。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一管套68延伸在整個(gè)參考轉(zhuǎn)子62的渦輪葉片64的范圍上，參考轉(zhuǎn)子62用軸66安裝在參考筒54的下游端。因此，在轉(zhuǎn)子葉片64和轉(zhuǎn)子葉尖間隙周圍的環(huán)形通道的臨界流率區(qū)是由管套68控制的。轉(zhuǎn)子葉片并不取決于渦輪計(jì)殼22。這使得參考轉(zhuǎn)子62可以在渦輪計(jì)外面分開進(jìn)行校準(zhǔn)，并在校準(zhǔn)以后安裝到一渦輪計(jì)殼中或從一渦輪計(jì)殼移到另一渦輪計(jì)殼，而不影響參考轉(zhuǎn)子62的校準(zhǔn)。
參考圖8、圖10和圖11可以更好地理解參考轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)。參考轉(zhuǎn)子62的渦輪葉片64的葉距是這樣的，葉片使參考轉(zhuǎn)子以相反于測(cè)量轉(zhuǎn)子38轉(zhuǎn)動(dòng)方向的方向轉(zhuǎn)動(dòng)?？梢赃@樣選擇渦輪葉片64的定向角，使得參考轉(zhuǎn)子62的轉(zhuǎn)動(dòng)速率低于測(cè)量轉(zhuǎn)子38的轉(zhuǎn)動(dòng)速率。通常目的在于使參考轉(zhuǎn)子62其及軸承上產(chǎn)生的磨損小于測(cè)量轉(zhuǎn)子38及其軸承上的，以便使參考轉(zhuǎn)子62失效的可能性小于測(cè)量轉(zhuǎn)子38失效的可能性。在根據(jù)本發(fā)明制造的4英寸渦輪計(jì)中，將軸承壽命最長(zhǎng)的參考轉(zhuǎn)子的槳角定為18.5°，這一槳角也被選為6英寸和8英寸渦輪計(jì)的槳角。不同尺寸渦輪計(jì)的最佳槳角預(yù)計(jì)在略大和略小于18.5°的范圍內(nèi)變化。對(duì)于一定的氣體流量，槳角為18.5°的參考轉(zhuǎn)子62的轉(zhuǎn)速是以45°角安裝渦輪葉片的測(cè)量轉(zhuǎn)子38轉(zhuǎn)速的1/3。在測(cè)量轉(zhuǎn)子有30°角的渦輪葉片組的情況下，有18.5°角渦輪葉片組的參考轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速則為測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的1/2。
在該優(yōu)選實(shí)施例中，選擇參考轉(zhuǎn)子62與測(cè)量轉(zhuǎn)子有相同的葉片數(shù)，即14個(gè)。像測(cè)量轉(zhuǎn)子38那樣，參考轉(zhuǎn)子62可以由像鋁那樣的金屬，或者鋼、或者不銹鋼機(jī)械加工而成，或者由塑料模壓制成，或者用其它按技術(shù)人員選擇的方法制造。正如上面指出的那樣，當(dāng)用電感性傳感器傳感轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，必須用一種合適的金屬制造轉(zhuǎn)子。參考圖10，渦輪葉片64的圓形前沿65類似于測(cè)量轉(zhuǎn)子渦輪葉片40的前沿42。
如圖8所示，參考轉(zhuǎn)子62用一螺栓65固定在轉(zhuǎn)子軸66上，螺栓65設(shè)有的螺紋與在轉(zhuǎn)子軸66的下游端的那些螺紋相配，一墊片67被放置在螺栓65和參考轉(zhuǎn)子62的內(nèi)套之間。一軸承座70被安裝在套60內(nèi)，以便夾持支撐軸66，因而支撐參考轉(zhuǎn)子62的軸承72和74。相對(duì)測(cè)量筒36而言，參考筒54應(yīng)保持小的故障率。因此，軸承72和74的軸承系統(tǒng)可靠性應(yīng)高于軸承76和78的可靠性，如圖7所示，軸承76和78用于支撐測(cè)量轉(zhuǎn)子38。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，圖8所示的參考轉(zhuǎn)子軸承72和74均為混合陶瓷軸承，軸承滾珠是氮化硅的，保持架是酚醛的，并且軸承72和74是用低粘度的NYE RHEOLUBE719-M潤(rùn)滑脂永久性潤(rùn)滑的，這種潤(rùn)滑脂是新貝德福(NEWBEDFORD，MA02742)的NYE潤(rùn)滑劑公司制造的。據(jù)說(shuō)，對(duì)于正常工作，酚醛保持架比慣用不銹鋼帶保持架需要的潤(rùn)滑脂少。使軸承72和74永久性地潤(rùn)滑。由于不需要維修，也就降低了參考筒的故障率，而且軸承72和74也不會(huì)因?yàn)闆]有再往軸承內(nèi)注油而發(fā)生故障。適當(dāng)?shù)幕旌咸沾奢S承是由新罕普什爾州的貝德福新罕普什爾滾珠軸承公司制造的。
預(yù)計(jì)，結(jié)合激勵(lì)磁性軸承的磁性軸承組件將可能是參考轉(zhuǎn)子62的另一種長(zhǎng)壽命軸承。
套60的內(nèi)膛必須按高精度公差來(lái)機(jī)械加工，以使軸承座70與套60具有緊配合。這就保證了參考轉(zhuǎn)子62和參考筒54的其余構(gòu)件之間是真正同心的。軸承座70是由如鋁那樣的適當(dāng)硬金屬制造，且也按高精度公差機(jī)械加工。軸承座70包括一中心圓柱孔，該圓柱孔夾持軸承72和74以及參考轉(zhuǎn)子66。一軸承座蓋69被安裝在軸承座70的上游端，而一防塵罩71則被安裝在軸承座70的下游端，使之與轉(zhuǎn)子62一起轉(zhuǎn)動(dòng)。軸承座蓋69有一抬肩延伸部分，該部分裝進(jìn)軸承座70的中心孔內(nèi)，在軸承座蓋69的中心孔內(nèi)制有螺紋，將軸承座蓋69用3個(gè)螺栓固定到軸承座70上，其中一個(gè)螺栓以螺栓73示出。套60的上游端用一有中心孔的蓋板59封閉，在中心孔內(nèi)裝有一通氣管61。在蓋板59和套60的上游端之間裝有一貝氏(BELLVILE)墊圈63。下面對(duì)蓋板59、通氣管61和貝氏墊圈63的作用作更充分的說(shuō)明。防塵罩71有一裝入軸承座70的雙抬肩71A。該雙抬肩71A的一部分裝入軸承72的座圈和轉(zhuǎn)子軸66之間，使防塵罩71與轉(zhuǎn)子62一起轉(zhuǎn)動(dòng)。改錐可以穿過(guò)軸承座70中的孔被插入轉(zhuǎn)子軸66上游端的槽75中。一平頭螺栓77穿過(guò)套60的上游端被插入軸承座蓋69的螺紋中，以使軸承座70保持在套60上游端的應(yīng)有位置，防止軸承座70與參考轉(zhuǎn)子62一起轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)平頭螺栓77也有助于防止灰塵進(jìn)入軸承74。該平頭螺栓有一小的中心孔77a，該孔77a可以釋放由于軸承72和74轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的任何熱量和壓力，而污染物進(jìn)入軸承的危險(xiǎn)是很小的。
由于參考軸承72和74都是自動(dòng)潤(rùn)滑的，與以后對(duì)圖7所述的主轉(zhuǎn)子軸承76和78不同，不需往軸承72和74中加潤(rùn)滑劑。包括軸承座蓋69、軸承座70、防塵罩71和平頭螺栓77的整個(gè)軸承座組件形成一相當(dāng)牢固的結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)圍住參考轉(zhuǎn)子軸承，因而保護(hù)軸承免受污染，同時(shí)保證這些軸承因而保證參考轉(zhuǎn)子62的安裝是牢固的。
為了能用電子裝置測(cè)定渦輪氣量計(jì)20的容量，渦輪計(jì)必須包括一響應(yīng)于測(cè)量轉(zhuǎn)子38轉(zhuǎn)動(dòng)的測(cè)量信號(hào)發(fā)生器，以產(chǎn)生包括一系列脈沖的測(cè)量信號(hào)，脈沖的頻率正比于測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。同樣，為了能夠用參考轉(zhuǎn)子62測(cè)定流過(guò)渦輪氣量計(jì)的氣體容量，該渦輪氣量計(jì)還必須包括一響應(yīng)于參考轉(zhuǎn)子62轉(zhuǎn)動(dòng)的參考信號(hào)發(fā)生器，以產(chǎn)生包括一系列脈沖的參考信號(hào)，脈沖頻率正比于參考轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。可以采用能實(shí)現(xiàn)這一功能的任何類型信號(hào)發(fā)生器來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)子38和參考轉(zhuǎn)子62的轉(zhuǎn)速。適當(dāng)?shù)男盘?hào)發(fā)生器可以采用永久磁鐵的霍爾效應(yīng)傳感器，響應(yīng)于磁場(chǎng)變化的維根(Whiegand)脈沖發(fā)生器，電感鄰近裝置，紅外探測(cè)器等。專業(yè)技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，其中一些傳感器能夠響應(yīng)于通過(guò)這些傳感器的渦輪轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)。這些探測(cè)器也可能響應(yīng)于定時(shí)盤或一些其它機(jī)構(gòu)，這些機(jī)構(gòu)與測(cè)量轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)通過(guò)采用各種各樣的傳動(dòng)齒輪裝置和聯(lián)接器或者采用轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)內(nèi)的一些孔，或者采用本身就安裝在測(cè)量轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上的構(gòu)件，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，選擇電感鄰近傳感器來(lái)探測(cè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。參考圖3，在殼80中裝有一產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)的電感鄰近傳感器，測(cè)量信號(hào)的頻率正比于測(cè)量轉(zhuǎn)子38的轉(zhuǎn)速，殼80被安裝在渦輪計(jì)殼22內(nèi)靠近測(cè)量轉(zhuǎn)子32的渦輪葉片40的區(qū)域，在殼82中裝有一產(chǎn)生參考信號(hào)的電感鄰近傳感器，信號(hào)頻率正比于參考轉(zhuǎn)子62的轉(zhuǎn)速，如圖1所示，殼82被安裝在渦輪計(jì)殼22靠近渦輪葉片64的區(qū)域，兩個(gè)電感鄰近傳感器相互成135°角安置，以使測(cè)量筒能夠從渦輪計(jì)20的頂部取出。
當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片的葉尖通過(guò)傳感器的探測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，電感鄰近傳感器可以探測(cè)到轉(zhuǎn)子葉片的葉尖，使用電感鄰近傳感器比探測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的其它方法有以下一些優(yōu)點(diǎn)1、如果轉(zhuǎn)子葉片被彎曲或缺少，傳感器會(huì)探測(cè)出毛病來(lái)。在其它類型的轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器中，例如上面提出的那些，彎曲或缺少渦輪葉片是探測(cè)不到的。
2、這種探測(cè)方法不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生任何阻礙。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中采用的那種傳感器的最高頻率約為1500赫茲。傳感器是這樣安裝在渦輪計(jì)殼中的，使其可以取出檢修，而不需取出測(cè)量筒36。另外，電感鄰近傳感器不受被測(cè)氣流中的灰塵或液體的影響，NJ 1.5 10GM-N-Y0741型傳感器是一適用的電感鄰近傳感器，該傳感器是設(shè)在俄亥俄44087-2202土溫斯堡(TWINSBURG)的皮伯爾和福斯公司(PEPPERL & FUCHS INC.)制造和銷售的。
參考圖12和圖13可以看到鄰近傳感器的一種安裝方式。在殼80中裝有一鄰近傳感器84。電線86從鄰近傳感器84拉到一處理脈沖的信號(hào)處理器，脈沖是當(dāng)圖1和圖2所示的測(cè)量轉(zhuǎn)子38的渦輪葉片40通過(guò)該鄰近傳感器時(shí)產(chǎn)生的。該傳感器被擰入傳感器殼內(nèi)，然后把樹脂灌入殼內(nèi)使其加壓密封。
自校渦輪氣量計(jì)的基本工作前提是，由參考轉(zhuǎn)子角速度確定的體積流率是實(shí)際流率。換句話說(shuō)，假定參考轉(zhuǎn)子是100％精確的，因此影響上游測(cè)量轉(zhuǎn)子性能的因素，如機(jī)械摩擦和漩渦之類氣流擾動(dòng)的變化，非對(duì)稱的速度分布和脈動(dòng)氣流都不會(huì)影響下游轉(zhuǎn)子。另外，假定，在現(xiàn)場(chǎng)使用一段時(shí)間后，參考轉(zhuǎn)子的性能與原始校準(zhǔn)的性能沒有變化。即參考轉(zhuǎn)子能完成校準(zhǔn)其它流率計(jì)所用的標(biāo)準(zhǔn)儀器的功能。通過(guò)以下設(shè)計(jì)特征使參考轉(zhuǎn)子相對(duì)測(cè)量轉(zhuǎn)子的故障率和誤差率大大降低，證明這一假設(shè)是正確的。這些特點(diǎn)是1、參考轉(zhuǎn)子是自由運(yùn)轉(zhuǎn)的，而沒有任何其它通常被測(cè)量轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的蝸桿和蝸輪組，齒輪系、機(jī)械指針或校正器所產(chǎn)生的附加機(jī)械負(fù)載。
2、由參考整流器提供的額外流率調(diào)節(jié)減少由于上游氣流擾動(dòng)所引起的參考轉(zhuǎn)子誤差率。
3、因?yàn)閰⒖嫁D(zhuǎn)子的槳角較小而可這樣來(lái)設(shè)計(jì)，使參考轉(zhuǎn)子以慢于測(cè)量轉(zhuǎn)子的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣，因?yàn)檩^低的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和較低的推力負(fù)荷，使轉(zhuǎn)子軸承的磨損較小。
4、可以用一種陶瓷材料氮化硅制造參考轉(zhuǎn)子的滾珠軸承，這種材料的磨損不像一般用于負(fù)荷較重測(cè)量轉(zhuǎn)子的不銹鋼軸承那么快，這些混合陶瓷軸承的工作壽命至少是慣用不銹鋼軸承的三倍。除此之外，這種類型的軸承是永久潤(rùn)滑的，所以不需要定期維修，因而不會(huì)由于沒有執(zhí)行定期維修而發(fā)生故障。另外，可以用相當(dāng)牢固的結(jié)構(gòu)圍住自動(dòng)潤(rùn)滑軸承，以便保護(hù)軸承免受污染。
參考轉(zhuǎn)子筒的另一個(gè)選擇是結(jié)合一激勵(lì)可控的磁性軸承系統(tǒng)。因?yàn)榇判暂S承不會(huì)磨損且不受氣流中污染的影響，所以這一系統(tǒng)會(huì)進(jìn)一步減少參考筒的故障。
信號(hào)處理器根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面制成的信號(hào)處理器88的方框圖示于圖13中?？梢韵葘⑽挥跉?0和82中的鄰近傳感器所產(chǎn)生的測(cè)量信號(hào)f測(cè)量和參考信號(hào)f參考分別放大或者說(shuō)增大到使這兩個(gè)信號(hào)可以被所選擇的信號(hào)處理器利用。舉例來(lái)說(shuō)，信號(hào)可以具有任何要求的形狀，例如使信號(hào)成為矩形脈沖，然后把測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)耦合到信號(hào)處理器88的分頻器90中，分頻器90測(cè)定這兩個(gè)信號(hào)的頻率，并用f參考除f測(cè)量。根據(jù)上面的方程(1)，通過(guò)使用一定標(biāo)器92使商f測(cè)量/f參考乘以在渦輪氣量計(jì)20的特定工作條件下測(cè)量的(K參考/K測(cè)量)*精度校準(zhǔn)，正如由方程(11)所看到的，結(jié)果
是渦輪氣量計(jì)20的精度測(cè)定。這個(gè)精度可以顯示或記錄在精度指示器94上，例如一儀器上或圖表紙上，或者記錄在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒體上。
氣路操作員要知道，有些州的法律和法規(guī)要求氣路操作員定期確定，渦輪氣量計(jì)的構(gòu)件是否已磨損到使渦輪計(jì)的精度到了很低的程度，即必須要更換的程度。因此，信號(hào)處理器88包括一原始校準(zhǔn)功能96，它產(chǎn)生渦輪氣量計(jì)20在現(xiàn)行測(cè)量工作條件下的原始校準(zhǔn)精度的機(jī)械輸出。一比較器98對(duì)渦輪計(jì)20的原始精度與測(cè)量精度進(jìn)行比較。在我們的優(yōu)選實(shí)施例中，比較器98由從原始校準(zhǔn)功能96獲得的精度校準(zhǔn)中減去定標(biāo)器92產(chǎn)生的測(cè)量精度，以便產(chǎn)生誤差指示
精度偏差指示器100按照高于還是低于原始精度來(lái)確定，所測(cè)量的精度是否已在任何一個(gè)范圍偏離了一個(gè)等于到大于一預(yù)選的偏差量，在圖13中表示來(lái)自比較器98的誤差指示絕對(duì)值。如果精度的偏差量大于預(yù)選量，故障報(bào)警器102被激勵(lì)，以便通知管路操作員關(guān)于偏差的情況，偏差是顯示在適當(dāng)?shù)膬x器上或圖表上或者數(shù)據(jù)儲(chǔ)存媒體上。
另外，信號(hào)處理器88可以指示如圖1所示的測(cè)量轉(zhuǎn)子38和參考轉(zhuǎn)子62所測(cè)量的渦輪氣量計(jì)的現(xiàn)行流率。測(cè)量信號(hào)f測(cè)量被耦合到定標(biāo)器104，用適合于多數(shù)工作條件下的測(cè)量轉(zhuǎn)子的K因子K測(cè)量除以測(cè)量轉(zhuǎn)子的頻率，以便按上面的公式(4)獲得流率。用測(cè)量流率指示器106可以顯示或記錄這一流率。流率本身可以用數(shù)字指示，或者表示在圖上，或者用一種儀器的指針表示流率也可以用如同渦輪氣量計(jì)20的容量百分?jǐn)?shù)的方式表示。這種流率的測(cè)量方法可以用于最初在被測(cè)試渦輪計(jì)的現(xiàn)行工作壓力下設(shè)置各種流率，渦輪計(jì)的精度就是在該壓力下被校準(zhǔn)的。
同樣，參考信號(hào)f參考被耦合到一定標(biāo)器108中，該定標(biāo)器用渦輪氣量計(jì)20現(xiàn)行工作條件下的參考轉(zhuǎn)子的K因子即K參考除該信號(hào)頻率，以便確定由參考轉(zhuǎn)子62指示的氣體流率，由參考轉(zhuǎn)子62測(cè)到的流率也可以被參考流率指示器110顯示為其數(shù)字項(xiàng)，或者顯示為渦輪氣量計(jì)20容量的百分?jǐn)?shù)。而且，在用一傳感器，例如一電磁感應(yīng)鄰近傳感器，傳感器探測(cè)轉(zhuǎn)子每個(gè)渦輪葉片的通過(guò)，產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)和/或參考信號(hào)的情況下，所得到的信號(hào)可以顯示在適當(dāng)?shù)膱D表紙上或屏幕上，所以可以對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行檢查。
在每次測(cè)試中用人工往信號(hào)處理器中輸入一些個(gè)別數(shù)據(jù)的另一種方法是，如果有計(jì)算機(jī)的話，可以把各種流率條件下的K因子和校準(zhǔn)精度表儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，并且在測(cè)量時(shí)當(dāng)流率確定后再自動(dòng)調(diào)出來(lái)。本專業(yè)技術(shù)人員也會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以用在測(cè)試時(shí)間間隔內(nèi)測(cè)量從兩個(gè)轉(zhuǎn)子匯集的脈沖總數(shù)代替測(cè)量這兩個(gè)轉(zhuǎn)子的頻率，這時(shí)測(cè)量的量是流過(guò)渦輪計(jì)的總量而不是渦輪計(jì)的流率。另外，可以用參考頻率被測(cè)量頻率除的比代替方程(11)中K因子的比。這一替代應(yīng)用了上面方程(4)的原理，方程(4)表示頻率與校準(zhǔn)時(shí)測(cè)量的K因子之間的倒數(shù)關(guān)系。這兩個(gè)頻率的數(shù)值都是在管道壓力下和在渦輪計(jì)被校準(zhǔn)時(shí)多數(shù)出現(xiàn)的流率下校準(zhǔn)時(shí)被測(cè)量的?；蛘邔I(yè)技術(shù)人員能夠產(chǎn)生一以管道雷諾數(shù)為變量的測(cè)量K因子和參考K因子的最佳擬合方程，雷諾數(shù)是管道中氣體的慣性力與粘滯力之比。
專業(yè)技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，可用許多不同形式設(shè)置圖13所示的信號(hào)處理器88，例如，可以通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)的電路來(lái)設(shè)置，僅舉例說(shuō)明，可以采用帶有一穩(wěn)壓電源的高分辮率可編程序225兆赫的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，例如可以采用飛利浦斯(PHILLIPS)PM6680定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，由華盛頓98206，埃費(fèi)里特郵箱9090的約翰法路基(JOHN FLUKE)制造公司制造的?？梢栽谑静ㄆ魃媳O(jiān)測(cè)來(lái)自測(cè)量轉(zhuǎn)子葉片的信號(hào)。另外，信號(hào)處理器88可以通過(guò)安裝在渦輪氣量計(jì)上并由渦輪計(jì)測(cè)量轉(zhuǎn)子的機(jī)械輸出驅(qū)動(dòng)的專用電子流率計(jì)算機(jī)來(lái)設(shè)置。例如，該處理器可以包含在氣體工業(yè)當(dāng)前采用的計(jì)算機(jī)中，例如賓夕法尼亞的伊利的美國(guó)儀表公司出售的系列AE500渦輪計(jì)，它用微處理器記錄，存儲(chǔ)和/或傳送有關(guān)流過(guò)渦輪氣量計(jì)氣體的數(shù)據(jù)，這些氣量計(jì)用于配氣、氣體管道輸送和氣體生產(chǎn)?？梢园才庞秒娮与娐坊蜻m當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)定期校驗(yàn)被監(jiān)測(cè)的渦輪氣量計(jì)的精度，并把不希望有的渦輪氣量計(jì)精度變化傳給用戶，如果已經(jīng)確定了這一變化的話。另一方法是，根據(jù)本發(fā)明渦輪氣量計(jì)的精度測(cè)量值可以記錄或儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)媒體中，并在以后傳送，或反之當(dāng)用戶需要時(shí)自己提取。
對(duì)于本發(fā)明的許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，預(yù)計(jì)渦輪氣量計(jì)的用戶會(huì)買的一些渦輪計(jì)具有兩個(gè)獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，這兩個(gè)轉(zhuǎn)子適合于連接到根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的信號(hào)處理器上。不過(guò)儀用一個(gè)信號(hào)處理器校準(zhǔn)多臺(tái)渦輪計(jì)的精度并儲(chǔ)存校準(zhǔn)結(jié)果，以備后用。
圖14表示本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例，在這一實(shí)施例中，信號(hào)處理器88的功能均由一與渦輪計(jì)本身分開的計(jì)算機(jī)，例如筆記本計(jì)算機(jī)109來(lái)完成，為了根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行工作，所需的任何類型計(jì)算機(jī)程序都可以使用適合于該程序的程度設(shè)計(jì)語(yǔ)言。在該優(yōu)選實(shí)施例中，筆記本計(jì)算機(jī)109采用了一種軟件程序，該軟件程序是由LABVIEW程序開發(fā)系統(tǒng)編制的，由德克薩斯78730-5039的奧斯丁國(guó)家儀器公司出售。該程序是用圖形程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言G編寫的，它包括使用LABVIEW驅(qū)動(dòng)器軟件，和為了使軟件由軟磁盤擴(kuò)大到筆記本計(jì)算機(jī)而采用的人們熟知的PKUNZIP通用軟件程序。所開發(fā)出的程序需要兩個(gè)1.44兆位組的軟盤。使用LABVIEW軟件的筆記本計(jì)算機(jī)109必須至少有16兆位組的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和一486硬驅(qū)動(dòng)器。該計(jì)算機(jī)中也必須有WINDOWS3.1或WINDOWS95操作系統(tǒng)。
殼80和82中的鄰近傳感器通過(guò)纖維光纜110及連接器111和纖維光纜112及連接器113被分別耦合到一具有全天候外殼116的筆記本校驗(yàn)儀114上。校驗(yàn)儀114內(nèi)的構(gòu)件在圖15、16和17中得到較充分的說(shuō)明。校驗(yàn)儀114的用途是放大和形成來(lái)自鄰近傳感器的信號(hào)，使這些信號(hào)能用于信號(hào)處理器的比較。校驗(yàn)儀114把測(cè)量轉(zhuǎn)子38和參考轉(zhuǎn)子62的渦輪葉片通過(guò)殼80和82中的鄰近傳感器時(shí)所產(chǎn)生的低電壓正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換為能被筆記本計(jì)算機(jī)109處理的方波信號(hào)。來(lái)自筆記本校驗(yàn)儀114的方波信號(hào)通過(guò)屏蔽扁電纜118和數(shù)據(jù)采集卡120被耦合到筆記本計(jì)算機(jī)109。在該優(yōu)選實(shí)施例中，數(shù)據(jù)采集卡120是由德克薩斯78730-5039，奧斯丁國(guó)家儀器公司出售的DAQ卡700，該卡包含一與筆記本計(jì)算機(jī)一起使用的8253計(jì)算機(jī)芯片。
筆記本校驗(yàn)儀114和計(jì)算機(jī)109對(duì)測(cè)量轉(zhuǎn)子38的輸出進(jìn)行精度檢查，測(cè)量轉(zhuǎn)子的輸出是由計(jì)數(shù)器46或其它類型的氣體流率測(cè)量機(jī)構(gòu)測(cè)定的。由于筆記本校驗(yàn)儀114和計(jì)算機(jī)109是便攜式的，所以它們可以聯(lián)合使用檢查精度或校驗(yàn)若干具有一對(duì)獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子的渦輪氣量計(jì)。在該優(yōu)選實(shí)施例中，光纜110和112至少有20英尺長(zhǎng)，以保證可以將筆記本校驗(yàn)儀114和計(jì)算機(jī)109放置在危險(xiǎn)區(qū)之外，即繞渦輪氣量計(jì)20半徑為15英尺的范圍之外。光纜110和112與渦輪計(jì)20和筆記本校驗(yàn)儀114有快速接頭，這些快速接頭使光纜能迅速連接和斷開，以方便用戶。
參考圖15和圖16，筆記本校驗(yàn)儀114基本上包含一變壓器絕緣板122、一24伏的電池124、一對(duì)穩(wěn)壓二極管126和一對(duì)電阻128。筆記本校驗(yàn)儀114還設(shè)有接線條130和132，以方便于筆記本校驗(yàn)儀114中由電元件構(gòu)成的電路接線，也方便于通過(guò)電纜118把它們耦合到數(shù)據(jù)采集卡120。圖14中所示，來(lái)自光纜110的測(cè)量信號(hào)通過(guò)連接器111的插座和電線134耦合到變壓器接線條136的兩個(gè)接線柱上，接線條136則被連接到變壓器絕緣板122的一側(cè)。同樣，圖14中所示，來(lái)自光纜112的參考信號(hào)通過(guò)連接器113的插座和電線138連接到變壓器接線條136的兩個(gè)分開的接線柱上。
變壓器接線條140被配置在變壓器絕緣隔板122的另一側(cè)，該變壓器絕緣隔離板是雙通道的，每個(gè)通道都有一個(gè)有源晶體管，由位于俄亥俄44087-2202土溫斯堡的皮柏爾和?？怂构境鍪?，其件號(hào)為KFD2-ST-EX2。如圖14所示，它接收來(lái)自安裝在殼80和82中的鄰近傳感器的低電壓正弦波參考信號(hào)和低電壓正弦波測(cè)量信號(hào)。它把正弦波信號(hào)放大到22伏，并把正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換成矩形的脈沖信號(hào)。變壓器絕緣隔板還設(shè)有一安全絕緣層，以消除來(lái)自電池的124的較高電壓電源進(jìn)到渦輪氣量計(jì)殼80和82中鄰近傳感器的可能性。
來(lái)自接線條140的正弦波測(cè)量輸出信號(hào)和參考輸出信號(hào)通過(guò)電線142耦合到接線條130，在這里，兩個(gè)信號(hào)的每一個(gè)信號(hào)通過(guò)電阻128的一個(gè)電阻連接到穩(wěn)壓二極管126中一個(gè)穩(wěn)壓二極管的一端，所得到的電路更清楚地示于圖17的線路圖中，在該優(yōu)選實(shí)施例中，電池124是一24伏的763號(hào)埃費(fèi)雷地(EVEREADY)電池，在負(fù)荷下，其接線柱端電壓約為22.5伏。如圖16所示，該電池通過(guò)電線144被連接到鄰近變壓器接線條140的變壓器絕緣隔板一接線柱上，并通過(guò)電線145連接到公共地線上。兩個(gè)穩(wěn)壓二極管126中每個(gè)管的一側(cè)也被連接到公共地線上。兩個(gè)穩(wěn)壓二極管126產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)的兩個(gè)5伏方波，這兩個(gè)方波通過(guò)接線條146被耦合到圖14所示的屏蔽扁電纜118和數(shù)據(jù)采集卡120上，5伏信號(hào)保證數(shù)據(jù)采集卡120不會(huì)被損壞。
在本發(fā)明的圖18和圖19所示該優(yōu)選實(shí)施例中，就分析來(lái)自渦輪氣量計(jì)20并通過(guò)筆記本校驗(yàn)儀114接收的測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)來(lái)說(shuō)在LABVIEW程序中使用了兩個(gè)模擬輸入通道，一個(gè)數(shù)字輸入通道和數(shù)據(jù)采集卡120的三個(gè)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器。分析包括把由測(cè)量轉(zhuǎn)子38的葉片40或參考轉(zhuǎn)子62的葉片64(示于圖1)中產(chǎn)生的方波模擬信號(hào)顯示在帶式記錄紙上或計(jì)算機(jī)終端屏幕上或其它方便的顯示裝置或媒體上，以及利用測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)的頻率測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)確定測(cè)量轉(zhuǎn)子的精度和兩個(gè)轉(zhuǎn)子的流率。顯示這些信號(hào)的目的是可以使筆記本計(jì)算機(jī)109的操作員來(lái)對(duì)其檢查，以確定例如兩個(gè)信號(hào)在空間上或在其周期上是否不對(duì)稱，不對(duì)稱表示一個(gè)特定轉(zhuǎn)子上的一個(gè)或多個(gè)葉片可能已經(jīng)損壞；或者顯示的信號(hào)在空間上或其周期上是否有變化，變化表示由于某種條件例如氣路中的脈動(dòng)氣流或通-斷氣流，使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定。
LABVIEW程序開發(fā)系統(tǒng)用圖形編程語(yǔ)言G編制如圖18所示的方框圖形式的程序。為了說(shuō)明編程的作用，LABVIEW程序的源碼依賴于圖形符號(hào)而不是文本語(yǔ)言。對(duì)于大多數(shù)編程任務(wù)，LABVIEW系統(tǒng)有表示功能和子程序的多種圖符庫(kù)，另外，可以依靠國(guó)家儀表公司雇用的LABVIEW應(yīng)用工程師提供一些手頭上的LABVIEW庫(kù)中沒有的功能元件和子程序，這些工程師精通于開發(fā)LABVIEW程序。
LABVIEW程序被稱作虛擬儀器(“VI”)，因?yàn)槠涿總€(gè)程序都包括一前面板，如圖19中所示的前面板，前面板與其方框圖源編碼的碼元有關(guān)聯(lián)，方框圖源碼表示在圖18上。LABVIEW程序操作員在計(jì)算機(jī)終端屏幕上觀看和操作圖19所示的前面板，而不看、不用或者不必有源碼圖?？梢杂妙愃朴谑褂脤?shí)際儀器的方法來(lái)操縱前面板上所示的開關(guān)，按鈕和表盤，除非開關(guān)、按鈕和表盤是用計(jì)算機(jī)屏幕上的計(jì)算機(jī)的鼠標(biāo)來(lái)操縱的。可以由操作人員通過(guò)使用計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)和用LABVIEW程序開發(fā)系統(tǒng)提供的說(shuō)明書所述的技術(shù)輸入前面板左上角的數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)。正如由圖19可看到的，要輸入到圖中的數(shù)據(jù)包括渦輪計(jì)的尺寸，渦輪計(jì)和測(cè)量筒以及參考筒的序號(hào)，參考筒被稱作標(biāo)準(zhǔn)儀。操作人員還必須輸入在測(cè)試流率條件下校準(zhǔn)的機(jī)械指針的精度，在測(cè)試流率條件下測(cè)量轉(zhuǎn)子和參考轉(zhuǎn)子的K因子和精度變化的誤差極限。如果校準(zhǔn)精度和根據(jù)本發(fā)明測(cè)量的精度之差大于誤差極限，那么在圖19右下角的渦輪計(jì)狀態(tài)指示將指出，誤差已經(jīng)超過(guò)了所允許的誤差極限。
更具體地參考圖18，LABVIEW程序被分為三部分一方波跟蹤程序160，一測(cè)量轉(zhuǎn)子流率程序162和一精度測(cè)量程序164。三個(gè)程序中的每個(gè)程序都被框在一個(gè)黑色矩形框里，并被稱作“當(dāng)型”(While)循環(huán)，用一組合文件夾圖符示于左上角的“循環(huán)”166包括ICTR控制168。ICTR控制168確保三個(gè)“當(dāng)型”循環(huán)160、162和164以正確的順序工作。該ICTR控制利用包含在8253計(jì)算機(jī)芯片中的一個(gè)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器來(lái)確定“當(dāng)型”循環(huán)160、162和164內(nèi)各種功能的時(shí)間順序，于此文中已被列入?yún)⒖嘉墨I(xiàn)，8253計(jì)算機(jī)芯片包括在數(shù)據(jù)采集卡120中。其內(nèi)有“N”字母的小框170是“循環(huán)”循環(huán)的一部分，該框170接收一數(shù)字，這樣在框122中示有數(shù)字4，表示在整個(gè)程序中有4個(gè)基本循環(huán)，包括“循環(huán)”(FOR)循環(huán)166和“當(dāng)型”循環(huán)160、162和164，框171中所示的數(shù)字1被耦合到數(shù)據(jù)采集卡120，數(shù)字1本身表示只用了一個(gè)數(shù)據(jù)采集卡，在“循環(huán)”循環(huán)166和“當(dāng)型”循環(huán)160、162和164的每個(gè)循環(huán)中都包括一交互終端174，以計(jì)每個(gè)循環(huán)已經(jīng)完成其特定功能的次數(shù)，復(fù)位端鈕176可用于把所有功能設(shè)置為零或缺省狀態(tài)。LABVIEW程序有能力把輸入到程序的各種數(shù)值復(fù)位到程序用戶所選擇的缺省值。當(dāng)按下復(fù)位端鈕176，數(shù)據(jù)輸入表中的所有數(shù)值都輸入缺省值或輸入已經(jīng)沒置要取代缺省值的某些新數(shù)值。
在“循環(huán)”循環(huán)166的右邊示有一組共三個(gè)輸入端鈕，它包括渦輪計(jì)序號(hào)端鈕178，測(cè)量筒序號(hào)端鈕180和標(biāo)準(zhǔn)儀器序號(hào)端鈕182，這些端鈕使用戶能在所進(jìn)行的測(cè)試中根據(jù)序號(hào)辯認(rèn)正在被測(cè)試的渦輪氣量計(jì)體，正在被測(cè)試的測(cè)量筒和正在被用作測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的參考筒。參考圖19，這三個(gè)端鈕作為渦輪計(jì)序號(hào)控制178A，測(cè)量筒序號(hào)控制180A和標(biāo)準(zhǔn)序號(hào)控制182A示于LABVIEW程序的前面板上。
方波“當(dāng)型”循環(huán)160包括一方波跟蹤子程序184，用于采集方波模擬測(cè)量信號(hào)或參考信號(hào)，這些信號(hào)來(lái)自圖14中所示的數(shù)據(jù)采集卡120的8253芯片，子程序184是國(guó)家儀表公司的應(yīng)用工程師提供的，已被列入?yún)⒖嫉某绦?84被國(guó)家儀表公司稱作Acquire N Scan-SW Trig，用于在獲得信號(hào)后把模擬信號(hào)顯示在端鈕186上，不過(guò)，專業(yè)技術(shù)人員為此用途設(shè)計(jì)的任何程序都是令人滿意的。
方波“當(dāng)型”循環(huán)160還包括參考信號(hào)循環(huán)188和測(cè)量信號(hào)循環(huán)190，以及一乒乓開關(guān)192，該開關(guān)可以假設(shè)“真”或“偽”的狀態(tài)，雖然循環(huán)188和190是分開表示的，但是這兩個(gè)循環(huán)通過(guò)連器194耦合到方波跟蹤子程序184一終端。在參考信號(hào)循環(huán)188內(nèi)，框195內(nèi)的數(shù)字表示數(shù)據(jù)采集卡120的通道“1”是通過(guò)參考信號(hào)循環(huán)188耦合的，以便為方波跟蹤子程序188提供參考信號(hào)，框196中的數(shù)字2100代表一控制掃描速率的定標(biāo)器。“偽”框198指示乒乓開關(guān)192必須處在其“偽”模式內(nèi)，以便使參考信號(hào)通過(guò)參考信號(hào)循環(huán)188連接到方波跟蹤子程序184。
測(cè)量信號(hào)循環(huán)190包括其內(nèi)數(shù)字為“0”的框200，這表示，循環(huán)190被連接到數(shù)據(jù)采集卡120的通道“0”以便接收測(cè)量信號(hào)。在框202中的數(shù)字7500表示一控制外部定時(shí)器掃描速率的定標(biāo)器。測(cè)量信號(hào)循環(huán)190的掃描速率高于參考信號(hào)循環(huán)188的掃描速率，因?yàn)樵诒景l(fā)明的實(shí)施例中，測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速高于參考轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速?！罢妗笨?04指示，乒乓開關(guān)192必須處在其“真”的模式，以便使測(cè)量信號(hào)循環(huán)190通過(guò)連接器194連接到方波跟蹤子程序184。
ICTR控制168由國(guó)家儀表公司的應(yīng)用工程師設(shè)置成這樣，使得在任何時(shí)候，無(wú)論被監(jiān)測(cè)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)得多么快，代表測(cè)量轉(zhuǎn)子或參考轉(zhuǎn)子的每個(gè)渦輪葉片的14個(gè)順序脈沖都出現(xiàn)在圖19所示的帶狀記錄紙上，乒乓開關(guān)192相應(yīng)于計(jì)算機(jī)的鼠標(biāo)激勵(lì)開關(guān)192A，在圖19中，該開關(guān)示于顯示記錄紙186A的旁邊，因此，當(dāng)開關(guān)192A被拔到其上邊位置或“主要”位置時(shí)，圖18中的開關(guān)192就處在其“真”位置上。因此，來(lái)自被測(cè)渦輪氣量計(jì)測(cè)量轉(zhuǎn)子的測(cè)量信號(hào)通過(guò)測(cè)量信號(hào)循環(huán)190和連接器194耦合到方波跟蹤程序184。在顯示終端186和圖19的顯示記錄紙186A上就產(chǎn)生14個(gè)脈沖，這些脈沖代表由測(cè)量轉(zhuǎn)子的每個(gè)葉片所產(chǎn)生的信號(hào)。同樣，如果開關(guān)192A被拔到其下邊的位置，那么圖18的狀態(tài)結(jié)構(gòu)192就處在其“偽”的模式，這使得參考信號(hào)通過(guò)參考信號(hào)循環(huán)188和連接器199連接器194耦合到方波跟蹤程序184。然后在顯示終端186上和在圖19的顯示記錄紙186A上就產(chǎn)生14個(gè)代表每個(gè)參考轉(zhuǎn)子葉片的脈沖。
乒乓開關(guān)206被連接到“運(yùn)行”圖符208上就指示，當(dāng)乒乓開關(guān)206處于“真”模式時(shí)，只要“當(dāng)型”循環(huán)162和164的相應(yīng)“運(yùn)行”乒乓開關(guān)都不處在其“真”模式上，方波“當(dāng)型”循環(huán)160就一直運(yùn)行。當(dāng)乒乓開關(guān)206處在“偽”模式時(shí)，它是開關(guān)的缺省模式，“當(dāng)型”循環(huán)160不運(yùn)行，在“當(dāng)型”循環(huán)162和164中的每個(gè)相應(yīng)“運(yùn)行”乒乓開關(guān)都以相同的方式操縱和控制其“當(dāng)型”循環(huán)。因此，乒乓開關(guān)210被連接到運(yùn)行圖符212上，以指示當(dāng)乒乓開關(guān)210處在其“真”模式上時(shí)，流率“當(dāng)型”循環(huán)162就處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，乒乓開關(guān)210的缺省模式是“偽”，因而它不能轉(zhuǎn)換到“真”模式使“當(dāng)型”循環(huán)162運(yùn)轉(zhuǎn)，除非“當(dāng)型”循環(huán)160的乒乓開關(guān)206處在其“偽”的位置和連接到精度測(cè)量“當(dāng)型”循環(huán)164的運(yùn)行圖符216的乒乓開關(guān)214處在其“偽”的位置上。乒乓開關(guān)214的工作也是如此。
在LABVIEW程序的運(yùn)行過(guò)程中，在確定測(cè)量轉(zhuǎn)子的精度之前，操作人員首先測(cè)定測(cè)量轉(zhuǎn)子的流率，然后以轉(zhuǎn)子容量百分?jǐn)?shù)的形式，設(shè)置這一流率。其目的是測(cè)定一個(gè)或多個(gè)流率，然后把相對(duì)已測(cè)定流率下的精度校準(zhǔn)、K測(cè)量和K參考輸進(jìn)程序，使精度的計(jì)算能夠進(jìn)行。這正是圖18所示的流率“當(dāng)型”循環(huán)162的目的。
流率“當(dāng)型”循環(huán)162包括一被連接到除法功能元件分子上的“速頻”(Quick Freqs)VI子程序218。“速頻”子程序218是國(guó)家儀表公司的應(yīng)用工程師專門為測(cè)量測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)兩個(gè)信號(hào)的頻率編寫的，該程序和用在DA Q Card 700數(shù)據(jù)采集卡120中的8253計(jì)算機(jī)芯片一起可以公開地從AMER METVI 4/96指定的國(guó)家儀表公司買到，并且已被列入本文參考。該程序不能用于采用其他形式計(jì)算機(jī)芯片，例如通用9513芯片的數(shù)據(jù)采集卡。專業(yè)技術(shù)人員可以編寫頻率測(cè)量程序來(lái)滿足任何計(jì)算機(jī)芯片或使用其它設(shè)備的需要?！八兕l”子程序較大，而且需要占用相當(dāng)多的處理機(jī)時(shí)間。已經(jīng)設(shè)定，在5秒內(nèi)從測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)兩個(gè)信號(hào)中獲取脈沖，然后利用DA Q Card 700中的三個(gè)計(jì)算器/定時(shí)器對(duì)兩個(gè)這些方波信號(hào)的頻率進(jìn)行計(jì)算。正如下面更清楚的描述那樣，“速頻”子程序還用在精度測(cè)量的“當(dāng)型”循環(huán)164中。
測(cè)量轉(zhuǎn)子的K因子K測(cè)量是通過(guò)被連接在除法功能元件220分母上的終端222輸進(jìn)程序。終端222相當(dāng)于圖19中所示的Km控制222A。
除法功能元件220的商數(shù)f測(cè)量/K測(cè)量被連接到乘法功能元件224的一個(gè)終端。正如從上面方程式(4)可以看到的，除法功能元件220產(chǎn)生由被測(cè)渦輪氣量計(jì)的測(cè)量轉(zhuǎn)子確定的流率。但是，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，最好用渦輪計(jì)容量的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示流率，容量是用每小時(shí)若干千立方英尺量度的。因此，為了按每小時(shí)若干千立方英尺的流率量度，把數(shù)為3.6的因子226連接到乘法功能元件224的另一個(gè)終端。所得到的乘積通過(guò)連接器228被耦合到除法功能元件230的分子端。
流率“當(dāng)型”循環(huán)的平衡被確認(rèn)為渦輪計(jì)尺寸子程序232，并產(chǎn)生一數(shù)字，該數(shù)字通過(guò)連接器234被耦合到除法功能元件230的分母上，以便把每小時(shí)若干千立方英尺計(jì)的測(cè)量轉(zhuǎn)子流率測(cè)量數(shù)值轉(zhuǎn)換為表示特定渦輪計(jì)容量的百分?jǐn)?shù)。子程序232包括一渦輪計(jì)尺寸終端236，該終端236通過(guò)連接器238被耦合到比較器功能元件240的上端。含有數(shù)字7的框242被連接到比較器功能元件240的下端。同樣，渦輪計(jì)尺寸終端236通過(guò)連接器244被耦合到比較器功能元件246的上端。包含數(shù)字9的框248被耦合到比較器功能元件246的下端。另外，渦輪計(jì)尺寸終端236通過(guò)連接器250被耦合到比較器功能元件252的下端。包含數(shù)字5的框254被連接到比較器功能元件252的上端。
比較器功能元件240、246和252的運(yùn)算方式是這樣的，如果其上端的數(shù)字小于其下端的數(shù)字，那么輸出將是“T”，表示條件正確，但是，如果其上端的數(shù)字大于其下端的數(shù)字，那么輸出將是“F”，表示條件是不正確的。
渦輪計(jì)尺寸子程序232還包括三個(gè)選擇功能元件256、258和260。每個(gè)選擇功能元件都有一表示為“？”的輸入端，以及一標(biāo)有“T”的上輸出端，用于指示，如果其輸入端的條件為“真”，那么耦合到選擇功能元件該區(qū)域的數(shù)值將成為輸出。每個(gè)選擇功能元件還包括一下“F”端， 其作用是這樣的，如果選擇功能元件輸入端的條件是“偽”，那么在這個(gè)終端的數(shù)值將成為選擇功能元件的輸出。
比較器功能元件252的輸出被耦合，或者用LABVIEW系統(tǒng)的術(shù)語(yǔ)“用線接”到選擇功能元件256的輸入端。包含數(shù)字0.3的框262被用線接到選擇器256的“T”端，而包含數(shù)字0.18的框264則被用線接到選擇功能元件256的“F”端，且比較器240的輸出被用線接到選擇功能元件258的輸入端，同樣，選擇功能元件256的輸出被用線接到選擇功能元件258的“T”端，而包含數(shù)字0.6的框266則被連接到選擇功能元件258的“F”端。另外，比較器246的輸出被用線接到選擇功能元件260的輸入端，同時(shí)選擇器258的輸出被用線接到選擇器260的“T”端，含有數(shù)字1.5的框268被用線接到選擇器260的“F”端。選擇器260的輸出通過(guò)連接器234被用線接到除法功能元件230的分母。除法功能元件230的商被用線接到渦輪計(jì)容量百分?jǐn)?shù)端270。
參考圖19和圖18，“按壓設(shè)置流率”按鈕210A相當(dāng)于乒乓開關(guān)210，并用計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)執(zhí)行其“真”模式，以便在適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)被輸進(jìn)“數(shù)據(jù)輸入表”之后接通流率“當(dāng)型”循環(huán)162。前面板左上角的渦輪計(jì)尺于輸入端236A相應(yīng)于流率“當(dāng)型”循環(huán)162的渦輪計(jì)尺寸端236。在測(cè)試開始之前，操作人員先把被測(cè)渦輪氣量計(jì)的尺寸輸進(jìn)渦輪計(jì)尺寸輸入端236A，再參考圖19的前面板，％渦輪計(jì)容量指示器270A相應(yīng)于渦輪計(jì)容量的百分?jǐn)?shù)端270，并示出占渦輪計(jì)最大容量的百分?jǐn)?shù)的數(shù)字，最大容量是通過(guò)測(cè)定被測(cè)渦輪氣量計(jì)的轉(zhuǎn)子而測(cè)定的。渦輪計(jì)最大容量百分?jǐn)?shù)也表示在渦輪計(jì)容量百分?jǐn)?shù)表盤270B上。
在流率“當(dāng)型”循環(huán)162運(yùn)行之前，操作人員還必須輸進(jìn)在被測(cè)試的渦輪計(jì)流率下的K測(cè)量的數(shù)值。必須把被測(cè)渦輪氣量計(jì)的實(shí)際流率調(diào)節(jié)到所希望測(cè)試的渦輪氣量計(jì)的流率，正如指示器270A和指針盤270B所示的。
啟動(dòng)乒乓開關(guān)210使流率“當(dāng)型”循環(huán)162開始運(yùn)行，并且只要方波“當(dāng)型”循環(huán)160的乒乓開關(guān)206和精度測(cè)量“當(dāng)型”循環(huán)164中的乒乓開關(guān)214處在“偽”的狀態(tài)下就一直運(yùn)行下去?！八兕l”子程序218確定通過(guò)比較器220耦合的測(cè)量信號(hào)頻率，以便提供被測(cè)渦輪氣量計(jì)的流率。這一流率用乘法功能元件224乘以因子3.6，通過(guò)連接器228用線接到除法功能元件230的分子上。
假定正被測(cè)試的是6英寸的渦輪計(jì)。數(shù)字6被輸進(jìn)圖19的渦輪計(jì)尺寸輸入端236A，并通過(guò)圖18的流率“當(dāng)型”循環(huán)162的渦輪計(jì)尺寸端236用線接到比較器240的上端和比較器252的下端。由于框254的數(shù)字5小于6，所以，比較器252的輸出是“真”，這使框262的0.3通過(guò)選擇器256的“T”端送或發(fā)到選擇器258的“T”端?，F(xiàn)在參考比較器240，由于從渦輪計(jì)尺寸端236端收的6小于從框242接收的7，所以比較器240的輸出是“真”，這使選擇器258有來(lái)自其“T”功能元件的輸出0.3，0.3是從選擇器256中接收到的。另外，比較器246從渦輪計(jì)尺寸端236接收的數(shù)字6小于從框248接收的9，這使得比較器246的輸出是“真”。由于選擇功能元件260的輸入狀態(tài)是“真”，所以在選擇功能元件260“T”端接收的數(shù)字0.3成為其輸出，并通過(guò)連接器234送到除法功能元件230的分子上。當(dāng)用每小時(shí)若干千立方英尺計(jì)的測(cè)量轉(zhuǎn)子流率被0.3除時(shí)，測(cè)量轉(zhuǎn)子的流率就是按該轉(zhuǎn)子容量的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示了。
參考圖13和圖18，頻率測(cè)量器的功能由Quick Fregs子程序提供，而定標(biāo)器104的功能則是由K測(cè)量端222和比較器220聯(lián)合提供的。流率“當(dāng)型”循環(huán)162的平衡把測(cè)量的流率轉(zhuǎn)換成所希望的標(biāo)度，即優(yōu)選實(shí)施中若干千立方英尺/小時(shí)，并輸入要指示的量度類型，在該優(yōu)選實(shí)施例中，即占被側(cè)渦輪計(jì)最大容量的百分?jǐn)?shù)。
精度測(cè)量“當(dāng)型”循環(huán)164確定被測(cè)渦輪氣量計(jì)的精度，并把這精度指示提供給程序操作人員，提供與被測(cè)渦輪氣量計(jì)原始標(biāo)準(zhǔn)精度的偏差指示，根據(jù)預(yù)選的誤差極限提供被測(cè)渦輪氣量計(jì)的故障指示，并測(cè)量流過(guò)參考轉(zhuǎn)子的氣體流率。利用平均頻率功能元件272測(cè)量測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)的頻率。這個(gè)功能是由表示在圖20的“速頻”子程序218加平均程序提供的。在平均頻率功能元件272中，“速頻”子程序218測(cè)量測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)的頻率。平均頻率功能元件272包括一“循環(huán)”循環(huán)279和一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差功能元件281和283，該偏差功能元件281和283是由LABVIEW系統(tǒng)提供的，并用圖20所示和圖符表示。標(biāo)準(zhǔn)偏差功能元件能夠完成一系列輸入的標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)字計(jì)算，例如一系列根據(jù)本發(fā)明提出的渦輪氣量計(jì)的測(cè)量轉(zhuǎn)子或參考轉(zhuǎn)子頻率測(cè)量值。上述計(jì)算結(jié)果是由標(biāo)準(zhǔn)偏差功能元件端耦合的，標(biāo)準(zhǔn)偏差功能元件用希臘字母σ表示。另外，標(biāo)準(zhǔn)偏差功能元件程序能夠產(chǎn)生均值計(jì)算或一系列頻率測(cè)量的平均值，此計(jì)算由用希臘字母μ標(biāo)記的終端輸出指示。在圖20中，接線273和277分別被連接到標(biāo)準(zhǔn)偏差功能元件281和283的平均頻率端。
參考“循環(huán)”循環(huán)279示有“速頻”的子程序218用線接到框285，框285表示測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)的輸入，在圖18中，這兩個(gè)信號(hào)來(lái)自“循環(huán)”循環(huán)166，交互端174完成的功能與圖18所示的“循環(huán)”和“當(dāng)型”循環(huán)中的每個(gè)循環(huán)的相同，其功能是確定執(zhí)行其特殊功能的循環(huán)次數(shù)。N框287被連接到其上有數(shù)字“5”的框287A上，指示測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)兩個(gè)信號(hào)的5個(gè)分離采樣通過(guò)“速頻”子程序218程序供給到標(biāo)準(zhǔn)偏差功能元件281和283，以完成平均頻率功能元件的運(yùn)行。
因此，在運(yùn)行中，“速頻”子程序218測(cè)量5秒內(nèi)的測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)和脈沖數(shù)。這兩個(gè)信號(hào)5個(gè)連續(xù)采樣的每個(gè)頻率測(cè)量值都饋至其適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)偏差功能元件，對(duì)于參考信號(hào)來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)偏差功能元件是281，對(duì)于測(cè)量信號(hào)來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量功能元件是283。參考信號(hào)5次測(cè)量值的運(yùn)行平均值是在導(dǎo)線273處在參考標(biāo)準(zhǔn)偏差功能元件281的μ端被接收。同樣，測(cè)量信號(hào)頻率的5次測(cè)量值的運(yùn)行平均值是在連接在測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差功能元件283μ端導(dǎo)線277處被接收。
現(xiàn)在參考圖18，測(cè)量信號(hào)的頻率測(cè)量值通過(guò)導(dǎo)線273被送到除法功能元件274的分子上，同時(shí)K測(cè)量從K測(cè)量端222供給到除法功能元件274的分母端。輸入到除法功能元件274的商，即流率f測(cè)量/f測(cè)量被供給到除法功能元件276分子端。
參考信號(hào)的頻率測(cè)量值f參考通過(guò)導(dǎo)線277由平均功能元件272耦合到除法功能元件278的分子端。f參考也被耦合到除法功能元件280的分子端。K參考端282把在測(cè)試流率條件下參考轉(zhuǎn)子的K因子的值供給到除法功能元件278的分母和除法功能元件280的分母。除法功能元件280的商K參考/K參考被耦合到乘法器283的一個(gè)輸入端，而值為3.6的框284則被耦合到乘法器的另一輸入端。參考流率和3.6的乘積在參考流率端284提供一個(gè)以若于千立方英尺/小時(shí)計(jì)的通過(guò)參考轉(zhuǎn)子的流率測(cè)量值。流率的這一測(cè)量值可能比由流率“當(dāng)型”循環(huán)162提供的占渦輪計(jì)最大容量百分?jǐn)?shù)的測(cè)量值更精確。其原因是兩方面的。首先，正如前面所說(shuō)明的，參考轉(zhuǎn)子是以這樣一種方式制造的，使參考轉(zhuǎn)子受摩擦增加和構(gòu)件損壞以及改變渦輪氣量計(jì)精度的其它因素的影響可能較小。另外，通過(guò)平均參考信號(hào)頻率的4次連續(xù)測(cè)量值，使得平均頻率功能元件272可以保證流率有更精確的測(cè)量值。
為了幫助確定被測(cè)渦輪氣量計(jì)的精度，除法功能元件278的商被耦合到除法功能元件276的分母端，然后該除法功能元件276用參考轉(zhuǎn)子的流率測(cè)量值除測(cè)量轉(zhuǎn)子的流率測(cè)量值，并把這一商數(shù)耦合到乘法功能元件286的一端。校準(zhǔn)精度端288從操作人員或從適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫(kù)接收精度校準(zhǔn)的數(shù)值，然后把這一數(shù)值耦合到乘法功能元件286的第二個(gè)終端。因此，乘法功能元件286的輸出就是被測(cè)渦輪氣量計(jì)的機(jī)械輸出或指針的精度測(cè)量值，正如上面的方法(11)所示的那樣。這一精度測(cè)量值顯示在測(cè)量精度端290。
被測(cè)渦輪氣量計(jì)的精度與校準(zhǔn)時(shí)精度的變化由減法功能元件292確定，該減法功能元件292從終端290端接收精度測(cè)量值，并從終端288接收精度校準(zhǔn)的值。終端294接收來(lái)自減法功能元件292的校準(zhǔn)精度與測(cè)量精度之差值。那個(gè)差值被耦合到絕對(duì)值功能元件296，絕對(duì)值功能元件296把差值的絕對(duì)值提供給比較器298的一個(gè)終端。要求的誤差極限是通過(guò)誤差極限端300提供給比較器298的另一端。如果精度誤差的絕對(duì)值大于要求的誤差極限，比較器298就在終端302假設(shè)“T”或“真”狀態(tài)。如果精度誤差的絕對(duì)值不大于誤差極限，在終端302假設(shè)“F”，或“偽”狀態(tài)，表示，被測(cè)渦輪氣量計(jì)的精度測(cè)試結(jié)果仍是令人滿意的。
再參考圖19和圖18，圖19所示的“虛擬儀器”操作員必須在輸入控制器282A輸入測(cè)試條件下的參考轉(zhuǎn)子K因子的數(shù)值，控制器282A相應(yīng)于K參考終端282，并且必須在控制器288A處輸入測(cè)量轉(zhuǎn)子在測(cè)試條件下的校準(zhǔn)精度，控制器288A相應(yīng)于終端288。在控制器300A處輸入要求的誤差極限，該控制器300A相應(yīng)于圖18中的終端300。
精度測(cè)量“當(dāng)型”循環(huán)164的運(yùn)算結(jié)果顯示在圖19中所示前面板左下角和右下部分。渦輪計(jì)精度的測(cè)量值表示在相應(yīng)于精度測(cè)量終端290的指示器290A上。另外，精度的變化顯示在相應(yīng)于終端294的指示器294A上。由參考轉(zhuǎn)子測(cè)量的流率顯示在相應(yīng)于參考流率終端284的指示器284A上。渦輪計(jì)相對(duì)要求誤差極限的狀態(tài)顯示在相應(yīng)于精度測(cè)量“當(dāng)型”循環(huán)164終端302的指示器302A上。
圖19所示的前面板上數(shù)據(jù)輸入表上的所有數(shù)據(jù)都可以用計(jì)算機(jī)記錄，可以用計(jì)算機(jī)記錄的還有確定渦輪計(jì)精度時(shí)的容量的百分?jǐn)?shù)，精度的確定結(jié)果以及渦輪計(jì)的狀況。然后可以把這一信息傳到另一數(shù)據(jù)庫(kù)或包含在一報(bào)告中。
圖21和22表示一“虛擬儀器”，在校準(zhǔn)期間，它被用于確定其內(nèi)具有兩個(gè)獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪氣量計(jì)的測(cè)量轉(zhuǎn)子和參考轉(zhuǎn)子的K因子。根據(jù)上面的方程(4)，流率Q等于在校準(zhǔn)的特定點(diǎn)條件下測(cè)量的頻率除以這些條件下測(cè)量的K因子。專業(yè)技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，K因子可以通過(guò)在校準(zhǔn)時(shí)測(cè)量頻率并提供精確測(cè)量的氣體流率來(lái)確定，精確測(cè)量氣體流率可以使用一些熟知的儀器，如報(bào)警校驗(yàn)儀，聲波噴嘴校驗(yàn)儀或已知精度的類似儀器。圖21和22所示的“虛擬儀器”測(cè)量參考頻率和測(cè)量頻率，并確定表明每個(gè)被測(cè)數(shù)據(jù)可靠還是不可靠的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。
“循環(huán)”循環(huán)279以及標(biāo)準(zhǔn)偏差功能元件281和283與圖20所述的那些程序項(xiàng)相同。正如上面指出的，“循環(huán)”循環(huán)279用“速頻”功能元件218測(cè)量5秒時(shí)間間隔的頻率?！把h(huán)”循環(huán)279把參考信號(hào)的頻率測(cè)量值提供給標(biāo)準(zhǔn)偏差功能元件281的輸入端，并把這一頻率測(cè)量值提供給標(biāo)準(zhǔn)偏差功能元件283的輸入端。標(biāo)準(zhǔn)偏差功能元件281和283的每個(gè)都積累來(lái)自“速頻”功能元件218的5個(gè)連續(xù)頻率測(cè)量值。參考信號(hào)頻率和5次測(cè)量值的平均值或連續(xù)平均值由標(biāo)準(zhǔn)偏差功能元件281的μ端傳到參考頻率端289，然后傳到除法功能元件291的分母上。同樣，測(cè)量信號(hào)的5次頻率測(cè)量值的均值或平均值由標(biāo)準(zhǔn)偏差功能元件283的μ端被傳送到終端293，然后被傳送到除法功能元件295的分母上。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用標(biāo)準(zhǔn)偏差功能元件281對(duì)參考信號(hào)頻率的5個(gè)采樣標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行計(jì)算。也就是，標(biāo)準(zhǔn)偏差功能元件計(jì)算出參考信號(hào)5個(gè)測(cè)量值與5個(gè)測(cè)量值的均值偏差平方的均方根。這一計(jì)算值通過(guò)參考標(biāo)準(zhǔn)偏差端297用線接到除法功能元件291的分子上，在這里它被除以參考信號(hào)的頻率測(cè)量值的均值或平均值。除法功能元件291的商在終端299提供參考信號(hào)5個(gè)測(cè)量值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。正是由這個(gè)值確定，參考信號(hào)的5個(gè)測(cè)量值是否足夠接近，以求從統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)來(lái)看該參考信號(hào)的這些測(cè)量值是可靠的。如果它們是足夠接近的，那么應(yīng)該用對(duì)頻率所計(jì)算的均值或平均值與用于校準(zhǔn)這一步驟的流率一起采用方程(4)來(lái)確定K因子。如果5個(gè)頻率測(cè)量值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差顯示信號(hào)接近不足，那么必須采用新的頻率測(cè)量值。根據(jù)所進(jìn)行的測(cè)試，如果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差大于0.2％左右，那么，在這個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)工作條件下的K因子計(jì)算中不應(yīng)采用這個(gè)頻率測(cè)量值。
同樣，除法功能元件295的商為終端301提供測(cè)量信號(hào)5個(gè)采樣頻率的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。這個(gè)計(jì)算使操作人員能夠確定，這些信號(hào)是否被配成使這個(gè)測(cè)量值是不可靠的。
參考圖21，所示的前面板有一參考頻率指示器289A，該指示器289A顯示來(lái)自圖20中終端289的參考頻率平均值，前面板還有一參考信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)偏差指示器297A。該指示器顯示來(lái)自終端297的參考信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)偏差測(cè)量值，前面板還有一相對(duì)參考標(biāo)準(zhǔn)偏差指示器299A，該指示器299A顯示終端299出現(xiàn)的測(cè)量參考信號(hào)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。前面板還包括一測(cè)量頻率指示器293A，它相應(yīng)于圖20中的終端293，一相應(yīng)于終端303的測(cè)量信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)偏差指示器303A和相應(yīng)于終端301的測(cè)量信號(hào)5個(gè)測(cè)量值相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差指示器301A。專業(yè)技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，在校準(zhǔn)渦輪氣量計(jì)的過(guò)程中可以使用圖21所示的前面板來(lái)確定，在渦輪計(jì)的校準(zhǔn)期間用于計(jì)算渦輪計(jì)K因子的頻率測(cè)量值是否可靠。
轉(zhuǎn)子軸承保護(hù)圖23表示根據(jù)本發(fā)明的某些方面構(gòu)造的渦輪氣量計(jì)350，它不一定需要使用參考轉(zhuǎn)子。渦輪氣量計(jì)350在以前附圖如圖1-9所示的前述渦輪氣量計(jì)20相同的那些構(gòu)件以及在說(shuō)明書中涉及到的上述構(gòu)件都使用相同的件號(hào)。
詳細(xì)地參考圖2和圖23，渦輪計(jì)20和350都包括一殼22，殼內(nèi)都裝有整流裝置28和測(cè)量筒36，頂板48和計(jì)數(shù)器46及參考筒54的殼54A。雖然在渦輪氣量計(jì)350中不包括參考轉(zhuǎn)子及其有關(guān)的轉(zhuǎn)子軸、軸承和軸承座，但是使用參考筒殼54A使測(cè)量筒36能牢固地安裝在渦輪計(jì)殼44中。另外，如果用戶希望采用本發(fā)明自校驗(yàn)方面的優(yōu)點(diǎn)，那么使用參考筒殼54A可使渦輪氣量計(jì)350的用戶以一包含參考轉(zhuǎn)子62的完整參考筒54來(lái)代替殼54A。
由圖2明顯看出，測(cè)量筒36是通過(guò)法蘭50安裝到渦輪計(jì)殼22的中心槽22A中去的。包括參考筒殼54A的參考筒54也是通過(guò)法蘭50安裝在渦輪計(jì)殼22中的。在測(cè)量筒336被安裝在殼22中之前，先進(jìn)行參考筒的安裝。因此，參考筒54上游端的法蘭55與渦輪計(jì)殼22的槽22A的下游端接觸，以便使參考筒54保持在應(yīng)有的位置上。本發(fā)明的該優(yōu)選實(shí)施例是就這樣一種渦輪計(jì)進(jìn)行描述的，在這種渦輪氣量計(jì)中，如測(cè)量筒36及參考筒54和/或參考筒殼54A這樣一些構(gòu)件是通過(guò)殼22的中心進(jìn)行安裝的。專業(yè)技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，在本發(fā)明的范圍內(nèi)所示的結(jié)構(gòu)可以沿用到其構(gòu)件通過(guò)渦輪計(jì)一端安裝的渦輪計(jì)。
現(xiàn)在參考圖7及圖23，測(cè)量轉(zhuǎn)子38被安裝在一轉(zhuǎn)子軸352上，該轉(zhuǎn)子軸通過(guò)上游測(cè)量轉(zhuǎn)子軸承76和下游測(cè)量轉(zhuǎn)子軸承78以及軸承座354連接到一內(nèi)軸承套356上，軸承座354則被安裝在軸承套356內(nèi)。
轉(zhuǎn)子38包括一裝有渦輪葉片40的轉(zhuǎn)子套351和一支撐轉(zhuǎn)子套351的圓形前端面353。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前端面353的整個(gè)表面都是實(shí)心的，就是說(shuō)，除了穿過(guò)中心有一個(gè)能使轉(zhuǎn)子38安裝在轉(zhuǎn)子軸352上的孔之外，在其表面中沒有其它孔。前端面353的實(shí)心表面可以防止流過(guò)渦輪氣量計(jì)的氣體，包括氣體中可能存在的任何污染物，直接通過(guò)轉(zhuǎn)子流向轉(zhuǎn)子軸承76和78。
另外，測(cè)量筒44包括一形成筒室的筒體355，該筒體與轉(zhuǎn)子38是同心的，其外徑略小于轉(zhuǎn)子套351的內(nèi)徑。筒體355的上游端具有這樣的長(zhǎng)度，使其在下方至少延伸到轉(zhuǎn)子套351的一部分。筒體355在轉(zhuǎn)子38下游的那部分是連續(xù)而光滑的，所以，污染物不能積累在轉(zhuǎn)子套351附近，污染物可能被帶入的地方是在轉(zhuǎn)子套351和筒體355之間。前端面353的實(shí)心表面，轉(zhuǎn)子套351與筒體355的重疊和在轉(zhuǎn)子套351下游的筒體355的光滑而連續(xù)的表面形成一條件，該條件要求流過(guò)轉(zhuǎn)子套351和筒體355之間上游的污染物進(jìn)到裝有軸承座354和測(cè)量轉(zhuǎn)子軸承76及78的筒室。另外，筒體355的外表面有一微小朝向筒體軸線的下游錐坡。這一斜坡有助于流過(guò)渦輪計(jì)的氣體中的污染物從轉(zhuǎn)子套351和筒體355之間的縫隙中流走。
軸承座354是從測(cè)量筒44的下游端插入內(nèi)套356中的，在內(nèi)套356的下游端的法蘭358與內(nèi)套356的下游端接觸。軸承座354用六角螺母360保持在面對(duì)內(nèi)套356的應(yīng)有位置，隨著六角螺母360在軸承座354的外表面上的螺紋362上的轉(zhuǎn)動(dòng)，軸承座354被擰緊在內(nèi)套356的上游端。
軸承78用一對(duì)擋圈364保持在應(yīng)有位置上。而轉(zhuǎn)子軸承76則用一對(duì)同樣的擋圈366保持在其應(yīng)有位置上。滾珠軸承76和78用加油墊368分開。加油墊368內(nèi)有一槽370，該槽370必須與測(cè)量筒殼中的那些孔(未示出)對(duì)齊，以使?jié)櫥驼５亓鞯郊佑蛪|368上。槽370還必須與擋圈364和366中靠近加油墊的那些孔(未示出)對(duì)齊，以使?jié)櫥湍軌蛘５貪?rùn)滑轉(zhuǎn)子軸承76和78。這種類型結(jié)構(gòu)對(duì)于設(shè)計(jì)和制造渦輪氣量計(jì)的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是熟知的。
測(cè)量轉(zhuǎn)子38通過(guò)一組填隙片372和軸承罩374聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸352上。下面將充分說(shuō)明填隙片372的用途。軸承罩374與轉(zhuǎn)子軸52對(duì)中，并固定在軸承座354上游端附近，以便有助于保護(hù)軸承76和78免受污染。一旦把轉(zhuǎn)子38面對(duì)填隙片72放置在應(yīng)有位置上，就面對(duì)轉(zhuǎn)子38的上游端放置一平墊圈376，并把一大角螺母378擰到轉(zhuǎn)子軸352上游端的螺紋上。把該六角螺母378擰緊到所要求的程度，以使轉(zhuǎn)子38保持在應(yīng)有位置上。
測(cè)量筒365還包括一個(gè)聯(lián)接室382，在聯(lián)接室382中裝有一聯(lián)接在轉(zhuǎn)子軸352和計(jì)數(shù)器46之間的聯(lián)接器384，計(jì)數(shù)器示于圖23中。聯(lián)接器384可包括任何系列的齒輪、軸及軸承，并且/或者這些構(gòu)件包括專業(yè)技術(shù)人員用于聯(lián)接渦輪氣量計(jì)的測(cè)量軸轉(zhuǎn)子與機(jī)械計(jì)數(shù)器的那種磁性聯(lián)接構(gòu)件。
聯(lián)接室382用一蓋板386蓋住，該蓋板386用一組圍繞其周緣的螺栓固定在聯(lián)接室382的下游端，其中一個(gè)螺栓示為388。蓋板386的中心有一板孔390，其內(nèi)裝有一通氣管392。板孔的用途是消散渦輪氣量計(jì)工作時(shí)、齒輪和軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)在聯(lián)接室382中所產(chǎn)生的熱量和壓力。它防止了通過(guò)轉(zhuǎn)子套357和筒體355之間縫隙吸氣的可能性和可能受到污染。通氣管可以做成任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，如細(xì)小網(wǎng)孔或纖維隔板，這種結(jié)構(gòu)可使熱量和壓力從聯(lián)接室382逸出，同時(shí)防止污染物進(jìn)入聯(lián)接室382，反過(guò)來(lái)影響聯(lián)接器384或轉(zhuǎn)子軸承78或76。
同樣，一帶有中心板孔和通氣管396的蓋板394用一組螺栓398固定在參考筒套60上，該通氣管396與通氣管392相同。蓋板386和394產(chǎn)生一定程度的彈簧張力，而且在裝有這些蓋板時(shí)就起彈簧板的作用。另外，還設(shè)有一彈簧機(jī)構(gòu)，以便對(duì)測(cè)量室22施加壓力，在該優(yōu)選實(shí)施例中，彈簧機(jī)構(gòu)400包括一貝氏墊片。該貝氏墊片400被裝在蓋板394和參考套60上游端的切口區(qū)402之間。貝氏墊片400對(duì)蓋板394施加壓力，蓋板394通過(guò)蓋板386被聯(lián)接到筒殼44上。專業(yè)技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以采用其它形式的彈簧機(jī)構(gòu)對(duì)筒殼44施加壓力，有些彈簧機(jī)構(gòu)可以通過(guò)蓋板394起作用，而另一些則可以不通過(guò)蓋板394起作用。
筒殼44有一安裝在其上游端外圍的密封機(jī)構(gòu)404，以防止旁路測(cè)量室36的正常氣路。在該優(yōu)選實(shí)施例中，這個(gè)密封機(jī)構(gòu)404是O形圈，盡管可以用其它形式的密封裝置來(lái)代替O形圈。由貝氏墊片施加的壓力通過(guò)蓋板394和386以及筒殼44的結(jié)構(gòu)對(duì)該O形圈404施力。以便有助于對(duì)渦輪氣量計(jì)350的殼形成一可靠的密封。
渦輪計(jì)精度調(diào)節(jié)如上面所說(shuō)明的那樣，渦輪氣量計(jì)就其精度來(lái)說(shuō)是通過(guò)在不同的預(yù)期工作氣路壓力下對(duì)其進(jìn)行測(cè)試來(lái)校準(zhǔn)的。也就是說(shuō)在各種氣路壓力和在各種預(yù)期有的流率下測(cè)定渦輪氣量計(jì)工作時(shí)的精度。參考圖23，校準(zhǔn)渦輪氣量計(jì)，例如渦輪計(jì)350，常常包括調(diào)節(jié)聯(lián)接器384內(nèi)的齒輪比，使得在渦輪計(jì)最大容量的約60％的流率下，計(jì)數(shù)器46是100％準(zhǔn)確的。
在圖26中所示的曲線中，虛線曲線表示渦輪氣量計(jì)在校準(zhǔn)之前的典型精度曲線。在該虛線精度曲線中，低流率下的凸起是明顯的，而且對(duì)于商業(yè)渦輪計(jì)來(lái)說(shuō)是不合格的。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面校準(zhǔn)的渦輪氣量計(jì)其典型精度曲線在圖26的曲線中用實(shí)線曲線表示。為了精度測(cè)試渦輪計(jì)被加壓在0.25磅/平方英寸。根據(jù)圖26中曲線的實(shí)線曲線可以看出，即使是校準(zhǔn)過(guò)的渦輪計(jì)，在低流率下，精度曲線也有一個(gè)凸起，盡管是在容許的限度內(nèi)。在所示的精度曲線中，在流率低于渦輪計(jì)最大容量的約10％以下，渦輪計(jì)計(jì)數(shù)器記錄的氣體少于實(shí)際流過(guò)該器的氣體。直到渦輪計(jì)的流率達(dá)到其最大容量的約50％以前，計(jì)數(shù)器記錄的氣體多于實(shí)際流過(guò)該器的氣體。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，圖23中所示的渦輪氣量計(jì)350有一些結(jié)構(gòu)，更詳細(xì)地示于圖24和圖25，這些結(jié)構(gòu)能夠調(diào)節(jié)渦輪計(jì)的精度，使低流率下精度曲線的凸起減至最小，而不反過(guò)來(lái)影響高流率下的精度曲線。參考圖24，測(cè)量筒44有一軸向截面為錐形的內(nèi)表面，該內(nèi)表面在預(yù)定長(zhǎng)度范圍內(nèi)從測(cè)量筒44的上游端406延伸到其內(nèi)表面上一點(diǎn)，并以約5°和約7°之間范圍的角度漸縮遠(yuǎn)離渦輪葉片40。換句話說(shuō)，在測(cè)量筒殼44的上游端406和該殼內(nèi)表面的點(diǎn)408之間一預(yù)定長(zhǎng)度上測(cè)量筒44的內(nèi)徑以這個(gè)角度范圍內(nèi)的某一角度增大。
通過(guò)把渦輪葉片40的上游葉尖的位置調(diào)節(jié)至筒殼錐區(qū)內(nèi)一要求的固定位置可以改變渦輪葉片40的葉尖和測(cè)量筒44內(nèi)表面之間的間隙。增加葉尖的間隙使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速降低。從能量轉(zhuǎn)移的觀點(diǎn)來(lái)看，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降低的原因是，通過(guò)增加間隙的面積使更多的氣體旁路渦輪葉片40。因此，從氣體轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)子葉片40上的動(dòng)能減少，因而降低了轉(zhuǎn)子38的轉(zhuǎn)速。反之，葉尖間隙的減小有相反的效應(yīng)，即有更多的氣體流過(guò)轉(zhuǎn)子葉片40，使測(cè)量轉(zhuǎn)子38的轉(zhuǎn)速增加。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，最佳結(jié)果是通過(guò)使渦輪葉片上游葉尖和測(cè)量筒錐形內(nèi)表面之間有一間隙來(lái)獲得，該間隙調(diào)節(jié)在約0.010英寸至0.045英寸的范圍內(nèi)。
可以通過(guò)用任何方便的機(jī)構(gòu)或方法來(lái)調(diào)節(jié)渦輪葉片40的上游葉尖位置，最后加以牢固地定位。如圖25所示，在該優(yōu)選實(shí)施例中，利用在轉(zhuǎn)子38和軸承罩374之間的轉(zhuǎn)子軸352上放置一個(gè)或多個(gè)的填隙片372來(lái)控制渦輪葉片40上游葉尖相對(duì)錐形區(qū)的位置。為了調(diào)節(jié)渦輪葉片40上游葉尖相對(duì)錐形區(qū)的位置，從轉(zhuǎn)子軸352的端頭卸下螺母378，并且從轉(zhuǎn)子軸352卸下轉(zhuǎn)子38。為了把渦輪葉片40的葉尖移向測(cè)量筒殼44內(nèi)的左方或者說(shuō)上游，可以使用附加的填隙片或更厚的填隙片。這就減小了測(cè)量筒44內(nèi)表面和渦輪葉片40上游端之間的間隙，從而增加了單位氣體流率所引起的測(cè)量轉(zhuǎn)子38的轉(zhuǎn)速?？梢匀〕鎏钕镀?72中的一個(gè)或多個(gè)填隙片，或者使用更薄的填隙片，以便使渦輪葉片40的上游端在渦輪計(jì)內(nèi)移向右方或者說(shuō)下游。這就增加了測(cè)量筒44內(nèi)表面和渦輪葉片40上游端之間的間隙，因而降低了單位氣體流率所引起的轉(zhuǎn)子38的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速的這種增加或減少在較低氣體流率下比在較高氣體流率下更顯著。另外，這種轉(zhuǎn)速的增加或減小在較低工作壓力下比在較高工作壓力下更有效。這使得低壓和高壓精度曲線更為接近。
再一次參考圖26，如果精度曲線的低流率部分比該曲線的高流率部分低得不能容許，那么減小葉尖間隙會(huì)使曲線的低流率部分向高流率部分抬高。而如果渦輪氣量計(jì)的精度曲線低流率部分比該曲線的高流率部分高得不能容許，那么增加葉尖間隙會(huì)使曲線的低流率部分向高流率部分降低。
能使渦輪氣量計(jì)的精度得到有效調(diào)節(jié)的壁角范圍可以通過(guò)有關(guān)壓力流在具有各種不同壁角的光滑通道中流體力學(xué)一般原理來(lái)推斷，也可以通過(guò)測(cè)試端部406和點(diǎn)408之間不同內(nèi)壁角對(duì)氣體速度分布的影響來(lái)確定。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壁406對(duì)408的角度約小于5°時(shí)，要得到葉尖間隙的適當(dāng)變化，以便適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)渦輪氣量計(jì)的精度，需要測(cè)量轉(zhuǎn)子38沿軸向作很大的移動(dòng)。當(dāng)壁406對(duì)408的角度約大于7°時(shí)，在高流率下渦輪氣量計(jì)精度開始不適宜地下降。對(duì)于任何特定的渦輪計(jì)，在這個(gè)近似的角度范圍內(nèi)究竟選擇多大的角度取決于該渦輪計(jì)的具體特征。
專業(yè)技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的上述各種特征可以單獨(dú)地用在單轉(zhuǎn)子或雙轉(zhuǎn)子渦輪氣量計(jì)中?；蛘呖蓪蓚€(gè)或多個(gè)特征組合在單轉(zhuǎn)子或雙轉(zhuǎn)子渦輪氣量計(jì)中。另外，本發(fā)明已經(jīng)就某些具體實(shí)施例的一些細(xì)節(jié)、構(gòu)件的配置和步驟做了說(shuō)明，為了說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)已經(jīng)對(duì)這些實(shí)施例做了敘述和說(shuō)明。專業(yè)技術(shù)人員可以在不離開本發(fā)明精神和范圍的情況下做許多修正和改變。因此附有的權(quán)利要求是要說(shuō)明權(quán)利要求包括不離開本發(fā)明精神和范圍的那些相當(dāng)?shù)臏u輪氣量計(jì)、系統(tǒng)和方法。
權(quán)利要求
1.一種渦輪氣量計(jì)測(cè)量在其內(nèi)流過(guò)的氣流量，該氣量計(jì)包括(a)一限定氣體流程的筒形細(xì)長(zhǎng)殼，所述殼有一入口，一中心軸線和一出口；(b)一進(jìn)氣整流器被安裝在所述流動(dòng)路徑中靠近所述入口，以形成一恒定面積通道，該通道使來(lái)自所述入口的氣體在所述殼中基本上沿軸向流動(dòng)；(c)一測(cè)量筒被安裝在所述進(jìn)氣整流器的下游并與其毗鄰，還包括一測(cè)量轉(zhuǎn)子繞所述殼的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；所述測(cè)量轉(zhuǎn)子上以一定槳角裝有一些渦輪葉片，這些葉片使測(cè)量轉(zhuǎn)子以大致正比于流過(guò)所述殼的氣體速度的轉(zhuǎn)速，在相對(duì)于所述殼軸線的一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)；(d)一參考整流器被安裝在所述殼內(nèi)所述測(cè)量轉(zhuǎn)子下游，以形成一具有恒定面積的通道，該通道的面積基本上等于所述入口整流器形成的通道面積，使來(lái)自所述測(cè)量轉(zhuǎn)子的氣體在所述殼中基本上沿軸向流動(dòng)；(e)一參考轉(zhuǎn)子被安裝在所述參考整流器的下游并與其毗鄰以繞所述殼的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；所述參考轉(zhuǎn)子以一定槳角裝有一些渦輪葉片，這些渦輪葉片使所述參考轉(zhuǎn)子以大致正比于流過(guò)所述殼的氣體速度的轉(zhuǎn)速，在相反于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向的方向轉(zhuǎn)動(dòng)；(f)一測(cè)量信號(hào)發(fā)生器響應(yīng)于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子以產(chǎn)生正比于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的測(cè)量信號(hào)；(g)一參考信號(hào)發(fā)生器響應(yīng)于所述參考轉(zhuǎn)子，以產(chǎn)生正比于所述參考轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的參考信號(hào)；(h)一信號(hào)處理器響應(yīng)于所述測(cè)量信號(hào)發(fā)生器和參考信號(hào)發(fā)生器，它用于根據(jù)測(cè)量信號(hào)除以參考信號(hào)的商提供所述渦輪氣量計(jì)的精度指示。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述信號(hào)處理器包括一K因子的表示K測(cè)量，K測(cè)量是在渦輪氣量計(jì)工作條件下對(duì)所述測(cè)量轉(zhuǎn)子確定的，還包括一K因子的表示K參考，K參考是在所述渦輪氣量計(jì)工作條件下對(duì)所述參考轉(zhuǎn)子確定的，精度指示也是根據(jù)K參考除以K測(cè)量的商。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述渦輪氣量計(jì)在其工作條件下校準(zhǔn)時(shí)的精度表示，精度校準(zhǔn)被包含在所述信號(hào)處理器中，而精度指示則是由測(cè)量信號(hào)頻率除以參考信號(hào)頻率的商確定的，這個(gè)商乘以K參考被K測(cè)量除的商，并乘以精度校準(zhǔn)。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述信號(hào)處理器包括所述渦輪氣量計(jì)的要求精度表示，并提供所述渦輪氣量計(jì)的要求精度和指示精度之間差值的量度。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述信號(hào)處理器包括所述渦輪氣量計(jì)的要求精度表示，并提供所述渦輪氣量計(jì)的要求精度和指示精度之間差值的量度。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述信號(hào)處理器包括所述渦輪氣量計(jì)的要求精度表示，并提供所述渦輪氣量計(jì)的要求精度和指示精度之間差值的量度。
7.一種渦輪氣量計(jì)測(cè)量在其內(nèi)流過(guò)的氣流量，該氣量計(jì)包括(a).一種限定氣體流程的筒形細(xì)長(zhǎng)殼，所述殼有一入口、一個(gè)中心軸線和一出口；(b).一進(jìn)氣整流器被安裝在所述流動(dòng)路徑中靠近所述入口，以形成一具有恒定面積的通道，該通道使來(lái)自入口的氣體在所述殼中基本上沿軸向流動(dòng)；(c).一測(cè)量筒被安裝在所述進(jìn)氣整流器的下游并與其毗鄰，還包括一測(cè)量轉(zhuǎn)子繞所述殼的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；所述測(cè)量轉(zhuǎn)子上以一定槳角裝有一些渦輪葉片，這些渦輪葉片使測(cè)量轉(zhuǎn)子以大致正比于流過(guò)所述殼的氣體速度的轉(zhuǎn)速，在相對(duì)于所述殼軸線的一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)；(d).一參考整流器被安裝在所述殼內(nèi)所述測(cè)量轉(zhuǎn)子下游，以形成一具有恒定面積的通道，該通道面積基本上等于由所述入口整流器形成的通道面積，以使來(lái)自所述測(cè)量轉(zhuǎn)子的氣體在所述殼中基本上沿軸向流動(dòng)；(e)一參考轉(zhuǎn)子被安裝在所述參考整流器的下游并與其毗鄰，以繞所述殼軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；所述參考轉(zhuǎn)子上以一定槳角裝有一些輪葉渦片，這些渦輪葉片使所述參考轉(zhuǎn)子以大致正比于流過(guò)所述殼的氣體速度的轉(zhuǎn)速，在相反于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向的方向轉(zhuǎn)動(dòng)；(f)一測(cè)量信號(hào)發(fā)生器響應(yīng)于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子，以產(chǎn)生具有其頻率f測(cè)量正比于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的測(cè)量信號(hào)；(g)一參考信號(hào)發(fā)生器響應(yīng)于所述參考轉(zhuǎn)子，產(chǎn)生具有其頻率f參考正比于所述參考轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的參考信號(hào)；(h)一信號(hào)處理器響應(yīng)于所述測(cè)量信號(hào)發(fā)生器和所述參考信號(hào)發(fā)器，以根據(jù)下列公式確定所述渦輪氣量計(jì)的精度；
其中在測(cè)量轉(zhuǎn)子和參考轉(zhuǎn)子的工作條件下，K測(cè)量是測(cè)量轉(zhuǎn)子的K因子，K參考是參考轉(zhuǎn)子的K因子，精度校準(zhǔn)是在校準(zhǔn)期間確定的測(cè)量轉(zhuǎn)子機(jī)械輸出的精度。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述信號(hào)處理器根據(jù)下列公式對(duì)精度校準(zhǔn)與渦輪計(jì)當(dāng)前的精度進(jìn)行比較
9.一種根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于信號(hào)處理器根據(jù)下列公式對(duì)精度校準(zhǔn)和渦輪計(jì)當(dāng)前精度之間差值與誤差極限值進(jìn)行比較
10.一種根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述測(cè)量信號(hào)發(fā)生器響應(yīng)于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子的所述渦輪葉片，以產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)，而所述參考信號(hào)發(fā)生器響應(yīng)于所述參考轉(zhuǎn)子上的所述渦輪葉片，以產(chǎn)生參考信號(hào)，并且所述信號(hào)處理器產(chǎn)生表示由所述轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生信號(hào)模式。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述測(cè)量信號(hào)發(fā)生器響應(yīng)于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子的所述渦輪葉片，以產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)，而所述參考信號(hào)發(fā)生器響應(yīng)于所述參考轉(zhuǎn)子上的所述渦輪葉片，以產(chǎn)生參考信號(hào)，并且所述信號(hào)處理器產(chǎn)生表示由所述轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生信號(hào)的信號(hào)模式。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述參考信號(hào)發(fā)生器響應(yīng)于所述參考轉(zhuǎn)子上的所述渦輪葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，以產(chǎn)生參考信號(hào)，而所述測(cè)量信號(hào)發(fā)生器響應(yīng)于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子上的所述渦輪葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，以產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)，所述信號(hào)處理器包括一放大器，以放大參考信號(hào)和測(cè)量信號(hào)，還包括一隔離器被連接在所述測(cè)量信號(hào)發(fā)生器和所述參考信號(hào)發(fā)生器兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器與放大器之間，以使所述測(cè)量信號(hào)發(fā)生器和所述參考信號(hào)發(fā)生器與所述放大器隔離開。
13.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述參考信號(hào)發(fā)生器響應(yīng)于所述參考轉(zhuǎn)子上的所述渦輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，以產(chǎn)生參考信號(hào)，而所述測(cè)量信號(hào)發(fā)生器響應(yīng)于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子上的所述渦輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，以產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)，并且所述信號(hào)處理器包括一放大器以放大參考信號(hào)和測(cè)量信號(hào)，還包括一隔離器被連接在所述測(cè)量信號(hào)發(fā)生器和所述參考信號(hào)發(fā)生器兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器和所述放大器之間，以使所述測(cè)量信號(hào)發(fā)生器和所述參考信號(hào)發(fā)生器與放大器隔離開。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述信號(hào)處理器用于確定所述渦輪氣量計(jì)精度的頻率f測(cè)量和f參考的數(shù)值，此時(shí)是取這些頻率測(cè)量值的多次采樣的平均值。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述信號(hào)處理器是一虛擬儀器帶有一前面板，該前面板能顯示流過(guò)所述渦輪氣量計(jì)的氣體流率，和所述渦輪氣量計(jì)的確定精度。
16.一種根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述信號(hào)處理器是一虛擬儀器帶有一前面板，所述前面板能顯示流過(guò)所述渦輪氣量計(jì)的氣體流率，所述渦輪氣量計(jì)的確定精度，精度校準(zhǔn)與所述渦輪氣量計(jì)當(dāng)前精度的比較結(jié)果，以及所述渦輪氣量計(jì)的精度校準(zhǔn)和當(dāng)前精度之間的差值與誤差極限值的比較結(jié)果。
17.一種渦輪氣量計(jì)測(cè)量在其內(nèi)流過(guò)氣流量，該氣量計(jì)包括(a)一限定氣體流程的筒形細(xì)長(zhǎng)殼，所述殼有一入口、一中心軸線和一出口；(b)一進(jìn)氣整流器被安裝在所述流程中靠近所述入口，以形成一具有恒定面積的通道，該通道使來(lái)自所述入口的氣體在所述殼中基本上沿軸向流動(dòng)；(c)一測(cè)量筒被安裝在所述進(jìn)氣整流器的下游并與其毗鄰，還包括一測(cè)量轉(zhuǎn)子繞所述殼軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；所述測(cè)量轉(zhuǎn)子上以一定槳角裝有一些渦輪葉片，這些渦輪葉片使所述測(cè)量轉(zhuǎn)子以大致正比于流過(guò)所述殼的速度的氣體的轉(zhuǎn)速，在相對(duì)于所述殼軸線的一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)；(d)一參考整流器被安裝在所述殼內(nèi)所述測(cè)量轉(zhuǎn)子下游，以形成一具有恒定面積的通道，所述通道的面積基本上等于由所述入口整流器形成的通道面積，以使來(lái)自所述測(cè)量轉(zhuǎn)子的氣體在所述殼中基本上沿軸向流動(dòng)；(e)一參考轉(zhuǎn)子被安裝在所述參考整流器的下游并與其毗鄰，以繞所述殼的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；所述考轉(zhuǎn)子在其上以大約18.5°槳角裝有一些渦輪葉片，這些渦輪葉片使所述參考轉(zhuǎn)子以大致正比于流過(guò)所述殼的氣體速度并小于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速，在相反于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向的方向轉(zhuǎn)動(dòng)；(f)一測(cè)量信號(hào)發(fā)生器響應(yīng)于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子，以產(chǎn)生正比于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的測(cè)量信號(hào)；(g)一參考信號(hào)發(fā)生器響應(yīng)于所述參考轉(zhuǎn)子產(chǎn)生正比于所述參考轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的參考信號(hào)；(h)一信號(hào)處理器響應(yīng)于所述測(cè)量信號(hào)發(fā)生器和所述參考信號(hào)發(fā)生器，以根據(jù)測(cè)量信號(hào)除以參考信號(hào)的商提供所述渦轉(zhuǎn)氣量計(jì)的精度指示。
18.一種根據(jù)權(quán)利要求17所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子的所述渦輪槳角被設(shè)置在大約45°。
19.一種根據(jù)權(quán)利要求17所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子的所述渦輪葉片的槳角被設(shè)置在大約30°。
20.一種渦輪氣量計(jì)測(cè)量在其內(nèi)流過(guò)的氣流量，該氣量計(jì)包括(a)一限定氣體流程的筒形細(xì)長(zhǎng)殼，所述殼包括一入口、一中心軸線和一出口。(b)一進(jìn)氣整流器被安裝在所述流動(dòng)路徑中靠近所述入口處，以形成一具有恒定面積的通道，該通道使來(lái)自入口的氣體在所述殼中基本上沿軸向流動(dòng)；(c)一測(cè)量筒被安裝在所述進(jìn)氣整流器的下游并與其毗鄰，還包括一測(cè)量轉(zhuǎn)子以繞所述殼軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；所述測(cè)量轉(zhuǎn)子上以一定槳角裝有一些渦輪葉片，這些渦輪葉片使所述測(cè)量轉(zhuǎn)子以大致正比于流過(guò)所述殼的氣體速度的轉(zhuǎn)速在相對(duì)于所述殼軸線的一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)；(d)一參考整流器被安裝在所述殼內(nèi)所述測(cè)量轉(zhuǎn)子下游，以形成一具有恒定面積的通道，該通道的面積基本上等于由所述入口整流器形成的通道面積，使來(lái)自所述測(cè)量轉(zhuǎn)子的氣體在所述殼內(nèi)基本上沿軸向流動(dòng)；所述參考整流器包括一中心殼，許多從所述中心殼沿徑向朝外伸出的翅片和一筒形導(dǎo)流管被安裝在所述翅片的徑向端并在所述參考轉(zhuǎn)子范圍內(nèi)延伸；(e)一參考轉(zhuǎn)子被安裝在所述參考整流器下游并與其毗鄰，以繞所述殼軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；所述參考轉(zhuǎn)子上以一定槳角裝有一些渦輪葉片，這些渦輪葉片使所述參考轉(zhuǎn)子以大致正比于流過(guò)所述殼的氣體速度的轉(zhuǎn)速，在相反于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向的方向轉(zhuǎn)動(dòng)；(f)一測(cè)量信號(hào)發(fā)生器響應(yīng)于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子，以產(chǎn)生正比于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的測(cè)量信號(hào)；(g)一參考信號(hào)發(fā)生器響應(yīng)于所述參考轉(zhuǎn)子，產(chǎn)生正比于參考轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的參考信號(hào)；和(h)一信號(hào)處理器響應(yīng)于所述測(cè)量信號(hào)發(fā)生器和參考信號(hào)發(fā)生器，以根據(jù)測(cè)量信號(hào)除以參考信號(hào)的商提供所述渦輪氣量計(jì)的精度指示。
21.一種根據(jù)權(quán)利要求20所述的渦輪氣量計(jì)，該氣量計(jì)包括參考轉(zhuǎn)子軸承被安裝在中央殼內(nèi)和一軸把所述參考轉(zhuǎn)子連接到參考轉(zhuǎn)子軸承上；所述參考整流器，所述參考轉(zhuǎn)子軸承和參考轉(zhuǎn)子構(gòu)成一整體部件，該部件可以從所述殼中取出。
22.一種根據(jù)權(quán)利要求21所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于包括所述筒形導(dǎo)流管所述延伸部分的所述整體部件是這樣構(gòu)造的，使所述整體部件從所述殼中取出之后，所述參考轉(zhuǎn)子仍能保持其校準(zhǔn)精度。
23.一種根據(jù)權(quán)利要求21所述的渦輪氣量計(jì)，該氣量計(jì)包括測(cè)量轉(zhuǎn)子軸承，被安裝在所述測(cè)量筒內(nèi)，和一軸把所述測(cè)量轉(zhuǎn)子連接到所述測(cè)量轉(zhuǎn)子軸承上，所述參考轉(zhuǎn)子軸承是自動(dòng)潤(rùn)滑的，且具有比所述測(cè)量轉(zhuǎn)子軸承更長(zhǎng)的正常使用壽命。
24.一種根據(jù)權(quán)利要求23所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述參考轉(zhuǎn)子軸承均用環(huán)繞所述軸承的相當(dāng)牢固的結(jié)構(gòu)被安裝在所述中心殼內(nèi)的。
25.一種根據(jù)權(quán)利要求23所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述參考轉(zhuǎn)子軸承是由氮化硅材料構(gòu)造的。
26.一種根據(jù)權(quán)利要求20所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述參考轉(zhuǎn)子的所述渦輪葉片的槳角使所述參考轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速率低于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速率。
27.一種根據(jù)權(quán)利要求23所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述參考轉(zhuǎn)子的所述渦輪葉片的槳角使所述參考轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速率低于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速率，且所述自動(dòng)潤(rùn)滑軸承是由氮化硅材料制成的。
28.一種渦輪氣量計(jì)測(cè)量在其內(nèi)流過(guò)的氣流量，該氣量計(jì)包括(a)一限定氣體流動(dòng)路徑的筒形細(xì)長(zhǎng)殼，所述殼有一入口、一中心軸線和一出口；(b)一進(jìn)氣整流器被安裝在所述流動(dòng)路徑中靠近所述入口，以形成一具有恒定面積的通道，該通道使來(lái)自入口的氣體在所述殼中基本上沿軸向流動(dòng)；(c)一測(cè)量筒被安裝在所述進(jìn)氣整流器下游并與其毗鄰，還包括一測(cè)量轉(zhuǎn)子在其上游端繞所述殼軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；測(cè)量轉(zhuǎn)子有一些渦輪葉片，其上游葉尖向所述入口延伸，并在其上以一定槳角裝有一些渦輪葉片，這些渦輪葉片使所述測(cè)量轉(zhuǎn)子以大致正比于流過(guò)所述殼的氣體速度的轉(zhuǎn)速在相對(duì)于所述殼軸線的一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)；(d)所述測(cè)量筒有一內(nèi)表面形成被測(cè)氣體流動(dòng)路徑，所述內(nèi)表面的軸向截面是錐形的，在預(yù)定長(zhǎng)度上以約5°和約7°之間的一角度從其上游端漸縮地遠(yuǎn)離所述渦輪葉片；(e)一機(jī)構(gòu)算作所述測(cè)量筒一部分，它把所述渦輪葉片的所述上游葉尖相對(duì)所述筒的所述錐形內(nèi)表面設(shè)在一要求的固定位置上；(f)一參考整流器被安裝在所述殼中所述測(cè)量轉(zhuǎn)子上游，以形成一具有恒定面積的通道，該通道面積大致等于由所述入口整流器形成的通道面積，以使來(lái)自所述測(cè)量轉(zhuǎn)子的氣體在所述殼中基本上沿軸向流動(dòng)；(g)一參考轉(zhuǎn)子被安裝在所述參考整流器的下游并與其毗鄰，以繞所述殼的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；所述參考轉(zhuǎn)子在其上以一定槳角裝有一些渦輪葉片，這些渦輪葉片使所述參考轉(zhuǎn)子以大致正比于流過(guò)所述殼的氣體速度的轉(zhuǎn)速在相反于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向的方向轉(zhuǎn)動(dòng)；(h)一測(cè)量信號(hào)發(fā)生器響應(yīng)于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子，以產(chǎn)生正比于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的測(cè)量信號(hào)；(i)一參考信號(hào)發(fā)生器響應(yīng)于所述參考轉(zhuǎn)子產(chǎn)生正比于所述參考轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的參考信號(hào)；(j)一信號(hào)處理器響應(yīng)于所述測(cè)量信號(hào)發(fā)生器和參考信號(hào)發(fā)生器，以根據(jù)測(cè)量信號(hào)除以參考信號(hào)的商提供渦輪氣量計(jì)的精度指示。
29.一種根據(jù)權(quán)利要求28所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子葉片的上游葉尖和所述測(cè)量筒的所述錐形內(nèi)表面之間的間隙可以通過(guò)把所述上游葉尖設(shè)在約0.010英寸到約0.045英寸范圍內(nèi)的位置上進(jìn)行調(diào)節(jié)。
30.一種根據(jù)權(quán)利要求28所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于，確定所述轉(zhuǎn)子葉片的所述上游葉尖位置的所述機(jī)構(gòu)至少包括一個(gè)用于安裝所述測(cè)量轉(zhuǎn)子的調(diào)整墊。
31.一種渦輪氣量計(jì)測(cè)量在其內(nèi)流過(guò)的氣流量，該氣量計(jì)包括(a).一限定氣體流程的筒形細(xì)長(zhǎng)殼，所述殼有一入口、一個(gè)中心軸線和一出口；(b).一進(jìn)氣整流器被安裝在所述流動(dòng)路徑中靠近所述入口處，以形成一個(gè)具有恒定面積的通道，該通道使來(lái)自所述入口的氣體在所述殼中基本上沿軸向流動(dòng)；(c).一測(cè)量筒被安裝在所述進(jìn)氣整流器的下游并與其毗鄰，還包括一測(cè)量轉(zhuǎn)子，繞所述殼軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；所述測(cè)量轉(zhuǎn)子在其上以一定槳角裝有一些渦輪葉片，這些渦輪葉片使所述測(cè)量轉(zhuǎn)子以大致正比于流過(guò)所述殼的氣體速度的轉(zhuǎn)速在相對(duì)于所述殼軸線的一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)；(d)所述測(cè)量轉(zhuǎn)子被安裝在所述測(cè)量筒的上游端，包括一筒形轉(zhuǎn)子套，所述渦輪葉片被安裝在所述轉(zhuǎn)子套上；(e)所述測(cè)量筒包括一筒室，與所述轉(zhuǎn)子同心，該筒室有一上游端和一個(gè)下游端，通過(guò)所述上游端裝有所述測(cè)量轉(zhuǎn)子，所述筒室的外徑略小于所述轉(zhuǎn)子套的內(nèi)徑，所述筒室的長(zhǎng)度是這樣的，當(dāng)所述測(cè)量室被安裝在所述測(cè)量筒內(nèi)時(shí)所述其上游端延伸在所述轉(zhuǎn)子套的下面，且所述測(cè)量室的外表面在所述轉(zhuǎn)子附近的部分是連續(xù)而光滑的，使得污染物不能積累在所述轉(zhuǎn)子套和所述筒室之間的縫隙附近；(f)所述測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子軸承和一軸連接所述測(cè)量轉(zhuǎn)子到所述軸承上；(g)所述筒室包括一結(jié)構(gòu)，其內(nèi)所述轉(zhuǎn)子軸承被安裝在所述位置的下游，所述位置就是所述軸與所述測(cè)量轉(zhuǎn)子連接的位置，當(dāng)所述軸承被安裝在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)時(shí)，在所述結(jié)構(gòu)的下游端接近于氣體流過(guò)所述渦輪氣量計(jì)的正常流率；(h)一參考整流器被安裝在所述殼中所述測(cè)量轉(zhuǎn)子下游，以形成一具有恒定面積的通道，該通道的面積大致等于由所述進(jìn)氣整流器形成的通道面積，以使來(lái)自所述測(cè)量轉(zhuǎn)子的氣體在所述殼中基本上沿軸向流動(dòng)；(i)一參考轉(zhuǎn)子被安裝在所述參考整流器的下游并與其毗鄰，以繞所述殼的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；所述參考轉(zhuǎn)子在其上以一定槳角裝有一些渦輪葉片，這些渦輪葉片使所述參考轉(zhuǎn)子以大致正比于流過(guò)所述殼氣體速度的轉(zhuǎn)速在相反于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向的方向轉(zhuǎn)動(dòng)；(j)一測(cè)量信號(hào)發(fā)生器響應(yīng)于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子，以產(chǎn)生正比于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的測(cè)量信號(hào)；(k)一參考信號(hào)發(fā)生器響應(yīng)于所述參考轉(zhuǎn)子，產(chǎn)生正比于所述參考轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的參考信號(hào)；(l)一信號(hào)處理器響應(yīng)于所述測(cè)量信號(hào)發(fā)生器和所述參考信號(hào)發(fā)生器，以根據(jù)測(cè)量信號(hào)除以參考信號(hào)的商提供所述渦輪氣量計(jì)的精度指示。
32.一種根據(jù)權(quán)利要求31所述的渦輪氣量計(jì)，該氣量計(jì)包括一技術(shù)器測(cè)量流過(guò)所述渦輪氣量計(jì)的氣體流率；所述測(cè)量筒包括一聯(lián)接室，位于所述軸承座下游；一聯(lián)接器，位于所述接室內(nèi)并被聯(lián)接在轉(zhuǎn)子軸和所述計(jì)數(shù)器之間，和一蓋板，被固定在所述測(cè)量室的下游端以防止氣體流入所述聯(lián)接室。
33.一種根據(jù)權(quán)利要求32所述的渦輪氣量計(jì)，該氣量計(jì)包括一板孔在所述蓋板中和一過(guò)濾筒被安裝在所述板孔中，以使熱量和壓力能消散，同時(shí)防止污染物進(jìn)入所述聯(lián)接室。
34.一種根據(jù)權(quán)利要求28所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于(a)所述測(cè)量轉(zhuǎn)子是被安裝在所述測(cè)量筒內(nèi)且位于所述測(cè)量筒的上游端，還包括一筒形轉(zhuǎn)子套，所述渦輪葉片被安裝所述轉(zhuǎn)子套上；(b)所述測(cè)量筒包括一筒室與所述轉(zhuǎn)子同心，所述筒室有一上游端和一下游端，所述測(cè)量轉(zhuǎn)子通過(guò)該上游端進(jìn)行安裝，所述筒室的外徑略小于所述轉(zhuǎn)子套的內(nèi)徑，所述筒室的長(zhǎng)度是這樣的，當(dāng)所述測(cè)量室被安裝在所述測(cè)量筒中時(shí)，所述筒室的上游端延伸在所述轉(zhuǎn)子套的下面，同時(shí)所述測(cè)量室外表面在所述轉(zhuǎn)子附近的部分是連續(xù)而光滑的，使得污染物不能積累在所述轉(zhuǎn)子套和所述筒室之間的縫隙附近；(c)所述測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子軸承和軸，聯(lián)接所述測(cè)量轉(zhuǎn)子到所述軸承；(d)所述筒室包括一結(jié)構(gòu)，其內(nèi)把所述轉(zhuǎn)子軸承安裝在所述位置的下游，所述位置就是所述軸與所述測(cè)量轉(zhuǎn)子連接的位置，當(dāng)所述軸承被安裝在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)時(shí)，所述結(jié)構(gòu)的下游端接近于氣體流過(guò)所述渦輪氣量計(jì)的正常流率。
35.一種渦輪氣量計(jì)測(cè)量氣流的流量，該氣量計(jì)包括(a)一限定氣體流程的筒形細(xì)長(zhǎng)殼，所述細(xì)長(zhǎng)殼有一入口、一中心軸線和一出口；(b)一整流裝置被安裝在所述殼內(nèi)并靠近所述入口，以形成一個(gè)具有恒定面積的通道，使來(lái)自所述入口的氣體在所述殼內(nèi)基本上沿軸向流動(dòng)；(c)一測(cè)量筒被安裝在所述殼中靠近所述整流裝置；(d)一測(cè)量轉(zhuǎn)子安裝在所述測(cè)量筒內(nèi)且在所述測(cè)量筒的上游端；(e)所述測(cè)量轉(zhuǎn)子在其上以一定槳角裝有一些渦輪葉片，這些渦輪葉片使所述測(cè)量轉(zhuǎn)子以大致正比于流過(guò)所述殼的氣體速度的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，所述渦輪葉片有伸向所述入口的上游葉尖；(f)所述測(cè)量筒有一形成被測(cè)氣體流動(dòng)路徑的內(nèi)表面，所述內(nèi)表面的軸向截面是錐形的，在預(yù)定長(zhǎng)度上以約5°和約7°之間范圍的斜度從其上游端漸縮地遠(yuǎn)離所述渦輪葉片；(g)一機(jī)構(gòu)算作所述測(cè)量筒一部分，該機(jī)構(gòu)把所述渦輪葉片的所述上游葉尖相對(duì)所述筒的所述錐形內(nèi)表面設(shè)在一固定位置。
36.一種根據(jù)權(quán)利要求35所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于設(shè)置所述轉(zhuǎn)子葉片的所述上游葉尖位置的所述機(jī)構(gòu)至少包括一用于安裝所述測(cè)量轉(zhuǎn)子的調(diào)整墊。
37.一種根據(jù)權(quán)利要求35所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子葉片的上游葉尖與測(cè)量筒錐形內(nèi)表面之間的間隙可以通過(guò)把所述轉(zhuǎn)子葉片上游葉尖的位置設(shè)在約0.010英寸至約0.045英寸范圍內(nèi)來(lái)調(diào)節(jié)。
38.一種渦輪氣量計(jì)測(cè)量在其內(nèi)流過(guò)的氣流的流量，該氣量計(jì)包括(a)一限定氣體流程的筒形細(xì)長(zhǎng)殼，所述細(xì)長(zhǎng)殼有一入口和一出口；(b)一整流裝置被安裝在上述殼內(nèi)并靠近入口，以形成一具有恒定面積的通道，使來(lái)自所述入口的氣體在所述殼中基本上沿軸向流動(dòng)；(c)一測(cè)量筒被安裝在所述殼內(nèi)靠近所述第一整流裝置；(d)一測(cè)量轉(zhuǎn)子被安裝在所述測(cè)量筒內(nèi)并在所述測(cè)量筒上游端；(e)所述測(cè)量轉(zhuǎn)子在其上以一定槳角裝有一些渦輪葉片，這些渦輪葉片使所述測(cè)量轉(zhuǎn)子以正比于流過(guò)所述殼的氣體速度的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，所述渦輪葉片有向入口延伸的上游葉尖；(f)所述測(cè)量筒有限定被測(cè)定氣體動(dòng)路徑的內(nèi)表面，所述內(nèi)表面是錐形的，在靠近所述渦輪葉片的所述上游葉尖所在的位置，在預(yù)定的長(zhǎng)度上，所述內(nèi)表面的直徑以約5°和約7°之間范圍的斜度從所述測(cè)量筒的上游端逐漸增加到這樣一個(gè)程度，使得可以通過(guò)改變所述渦輪葉片和所述殼內(nèi)表面之間的間隙來(lái)改變所述渦輪計(jì)的精度；和(g)一機(jī)構(gòu)，算作所述測(cè)量筒一部分，該機(jī)構(gòu)把所述測(cè)量轉(zhuǎn)子的所述渦輪葉片的所述上游葉尖的軸向固定位置設(shè)在所述內(nèi)表面的預(yù)定距離內(nèi)。
39.一種權(quán)利要求38所述的渦輪氣量計(jì)，其特征在于所述渦輪葉片的上游葉尖和所述筒的所述錐形內(nèi)表面之間的間隙可以通過(guò)把所述上游葉尖設(shè)在約0.010英寸到約0.045英寸的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
40.一種渦輪氣量計(jì)測(cè)量流過(guò)管道氣流的流量，該氣量計(jì)包括(a)一限定氣體流程的細(xì)長(zhǎng)殼，所述細(xì)長(zhǎng)殼有一入口和一出口；(b)一整流器被安裝在所述殼內(nèi)靠近所述入口；(c)一測(cè)量筒被安裝在所述殼內(nèi)所述第一整流器的下游并與其毗鄰；(d)一測(cè)量轉(zhuǎn)子被安裝在所述測(cè)量筒內(nèi)并在所述測(cè)量筒上游端，還包括一筒形轉(zhuǎn)子套和被安裝在所述轉(zhuǎn)子套上的許多渦輪葉片；(e)所述測(cè)量筒包括一筒室與所述轉(zhuǎn)子同心，筒室有一上游端和一下游端，所述測(cè)量轉(zhuǎn)子通過(guò)所述上游端進(jìn)行安裝，所述筒室的外徑略小于所述轉(zhuǎn)子套的內(nèi)徑，所述筒室的軸向長(zhǎng)度是這樣的，當(dāng)所述測(cè)量轉(zhuǎn)子被安裝在所述測(cè)量筒內(nèi)時(shí)，所述筒室上游端延伸在所述轉(zhuǎn)子套的下面并且所述筒室的外表面在所述轉(zhuǎn)附近的那部分是連續(xù)而光滑的，以使污染物不能積累在所述轉(zhuǎn)子套與所述筒室之間的縫隙附近；(f)所述測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子軸承和一軸聯(lián)接所述測(cè)量轉(zhuǎn)子與所述軸承；和(g)所述筒室包括一結(jié)構(gòu)，其內(nèi)把所述轉(zhuǎn)子軸承安裝在一個(gè)位置的下游，該位置就是所述軸與所述測(cè)量轉(zhuǎn)子連接的位置，當(dāng)所述軸承被安裝在所述結(jié)構(gòu)中時(shí)，所述結(jié)構(gòu)的下游端接近于流過(guò)所述渦輪氣量計(jì)的氣體正常流率。
41.一種根據(jù)權(quán)利要求40所述渦輪氣量計(jì)，該氣量計(jì)包括一計(jì)數(shù)器，測(cè)量流過(guò)所述渦輪氣量計(jì)的氣體流率；所述測(cè)量筒包括一聯(lián)接室，位于所述軸承座的下游；一聯(lián)接器，位于所述聯(lián)接室內(nèi)并被聯(lián)接在所述轉(zhuǎn)子軸和所述寄存器之間；和一蓋板，被固定在所述測(cè)量室下游端，以防止氣體流入所述聯(lián)接室。
42.一種根據(jù)權(quán)利要求41所述的渦輪氣量計(jì)，該氣量計(jì)包括一板孔在所述端板中和一濾筒被安裝在所述板孔中，以使熱量和壓力能消散，同時(shí)防止污染物進(jìn)入聯(lián)接室。
43.一種方法利用計(jì)算機(jī)處理器分析一渦輪氣量計(jì)精度，該渦輪氣量計(jì)有一測(cè)量轉(zhuǎn)子和一參考轉(zhuǎn)子基本上與測(cè)量轉(zhuǎn)子影響無(wú)關(guān)而轉(zhuǎn)動(dòng)，該方法包括以下一些步驟(a)選擇來(lái)自測(cè)量轉(zhuǎn)子且大致正比于測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的測(cè)量信號(hào)；(b)選擇來(lái)自參考轉(zhuǎn)子且大致正比于參考轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的參考信號(hào)；(c)利用信號(hào)處理器確定流過(guò)渦輪氣量計(jì)的流率，并把流率調(diào)節(jié)到確定渦輪計(jì)精度所要求水平；(d)利用信號(hào)處理器處理測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)，以便根據(jù)測(cè)量信號(hào)除以參考信號(hào)的商來(lái)確定渦輪氣量計(jì)的精度。
44.一種方法利用計(jì)算機(jī)處理器分析一渦輪氣量計(jì)精度，該渦輪氣量計(jì)有一測(cè)量轉(zhuǎn)子和一基本上與測(cè)量轉(zhuǎn)子影響無(wú)關(guān)而轉(zhuǎn)動(dòng)的參考轉(zhuǎn)子，該方法包括以下一些步驟(a)選擇來(lái)自測(cè)量轉(zhuǎn)子且其頻率f測(cè)量大致正比于測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的測(cè)量信號(hào)；(b)選擇來(lái)自參考轉(zhuǎn)子且其頻率f參考大致正比于參考轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的參考信號(hào)；(c)利用信號(hào)處理器處理測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)，以便根據(jù)下列公式確定該渦輪氣量計(jì)的精度
其中在測(cè)量轉(zhuǎn)子和參考轉(zhuǎn)子的工作條件下，K測(cè)量是測(cè)量轉(zhuǎn)子的K因子，K參考是參考轉(zhuǎn)子的K因子，精度校準(zhǔn)是在渦輪計(jì)的校準(zhǔn)期間確定的測(cè)量轉(zhuǎn)子精度。
45.一種根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法包括根據(jù)下列公式把精度校準(zhǔn)與渦輪計(jì)當(dāng)前精度進(jìn)行比較的步驟
46.一種根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法包括以下一些步驟(1)根據(jù)下列公式把精度校準(zhǔn)和渦輪計(jì)當(dāng)前精度之間的差值與誤差極限值進(jìn)行比較
和(2)顯示這一比較結(jié)果的指示。
47.一種根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法包括對(duì)該渦輪計(jì)根據(jù)下列公式確定氣體流率的步驟
顯示該流率，并調(diào)整該流率至測(cè)試該渦輪計(jì)精度的水平。
48.一種根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法包括這些步驟利用一探測(cè)器產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)，該探測(cè)器傳感測(cè)量轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，利用一探測(cè)器產(chǎn)生參考信號(hào)，該探測(cè)器傳感參考轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，并產(chǎn)生表示轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子葉片所產(chǎn)生信號(hào)的信號(hào)模式。
49.一種方法利用計(jì)算機(jī)處理器分析多個(gè)渦輪氣量計(jì)中任何一個(gè)渦輪計(jì)的精度，每個(gè)渦輪計(jì)都有一測(cè)量轉(zhuǎn)子和一參考轉(zhuǎn)子基本上與測(cè)量轉(zhuǎn)子影響無(wú)關(guān)而轉(zhuǎn)動(dòng)，該方法包括以下一些步驟(a)選擇要分析精度的渦輪氣量計(jì)；(b)從被選定的渦輪氣量計(jì)中選擇來(lái)自測(cè)量轉(zhuǎn)子且大致正比于測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的測(cè)量信號(hào)；(c)從被選定的渦輪氣量計(jì)中選擇來(lái)自參考轉(zhuǎn)子且大致正比于參考轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的參考信號(hào)；(d)利用信號(hào)處理器確定通過(guò)該選定渦輪氣量計(jì)的流率，并把該流率調(diào)節(jié)到確定該渦輪計(jì)精度所要求的水平；(e)利用信號(hào)處理器處理測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)，以便根據(jù)測(cè)量信號(hào)除以參考信號(hào)的商確定該選定渦輪氣量計(jì)的精度。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，該方法包括儲(chǔ)存表示該選定渦輪氣量計(jì)精度信號(hào)的步驟。
51.一種方法利用計(jì)算機(jī)處理器分析多個(gè)渦輪氣量計(jì)中任何一個(gè)渦輪計(jì)的精度，每個(gè)渦輪計(jì)都有一測(cè)量轉(zhuǎn)子和一參考轉(zhuǎn)子基本上與測(cè)量轉(zhuǎn)子影響無(wú)關(guān)而轉(zhuǎn)動(dòng)，該方法包括以下一些步驟(a)選擇要分析精度的渦輪氣量計(jì)；(b)從選定渦輪氣量計(jì)中選擇來(lái)自測(cè)量轉(zhuǎn)子且頻率f測(cè)量大致正比于測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的測(cè)量信號(hào)；(c)從選定渦輪氣量計(jì)中選擇來(lái)自參考轉(zhuǎn)子且頻率f參考大致正比于參考轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的參考信號(hào)；(d)利用信號(hào)處理器處理測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)，以便根據(jù)下列公式確定該選定渦輪氣量計(jì)的精度
其中在測(cè)量轉(zhuǎn)子和參考轉(zhuǎn)子工作條件下，K測(cè)量是測(cè)量轉(zhuǎn)子的K因子，K參考是參考轉(zhuǎn)子的K因子，精度校準(zhǔn)是在渦輪計(jì)的校準(zhǔn)期間確定的測(cè)量轉(zhuǎn)子精度。
52.一種渦輪氣量計(jì)測(cè)量在其內(nèi)流過(guò)的氣體流量，這種渦輪計(jì)適合于使用響應(yīng)于測(cè)量信號(hào)發(fā)生器和參考信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)處理器，兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器均為該渦輪氣量計(jì)的構(gòu)件，用于根據(jù)測(cè)量信號(hào)除以參考信號(hào)的商提供渦輪氣量計(jì)的精度指示，該渦輪氣量計(jì)包括(a)一限定氣體流程的筒形細(xì)長(zhǎng)殼，所述殼有一入口、一中心軸線和一出口；(b)一進(jìn)氣整流器被安裝在所述流程中并靠近入口處，以形成一具有恒定面積的通道，使來(lái)自所述入口的氣體在所述殼中基本上沿軸向流動(dòng)；(c)一測(cè)量筒被安裝在所述進(jìn)氣整流器的下游并與其毗鄰，還包括一測(cè)量轉(zhuǎn)子繞所述殼的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；所述測(cè)量轉(zhuǎn)子在其上以一定槳角裝有一些渦輪葉片，這些渦輪葉片使所述測(cè)量轉(zhuǎn)子以大致正比于流過(guò)所述殼的氣體速度的轉(zhuǎn)速相對(duì)于所述殼軸線的一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)；(d)一參考整流器被安裝在所述殼內(nèi)在測(cè)量轉(zhuǎn)子下游，以形成一具有恒定面積的通道，該通道面積大致等于由所述進(jìn)氣整流器形成的通道面積，使來(lái)自所述測(cè)量轉(zhuǎn)子的氣體在所述殼內(nèi)基本上沿軸向流動(dòng)；(e)一參考轉(zhuǎn)子被安裝在所述參考整流器的下游并與其毗鄰，以繞所述殼軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，所述參考轉(zhuǎn)子在其上以一定槳角裝有一些渦輪葉片，這些渦輪葉片使所述參考轉(zhuǎn)子以小于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在相反于測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大致正比于流過(guò)所述殼的氣體速度；(f)一測(cè)量信號(hào)發(fā)生器適合于與信號(hào)處理器耦合，并響應(yīng)于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子以產(chǎn)生正比于所述測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的測(cè)量信號(hào)；和(g)一參考信號(hào)發(fā)生器適合于與信號(hào)處理器耦合，并響應(yīng)于所述參考轉(zhuǎn)子產(chǎn)生正比于所述參考轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的參考信號(hào)。
全文摘要
渦輪氣量計(jì)包括一測(cè)量簡(jiǎn),該測(cè)量簡(jiǎn)有一測(cè)量轉(zhuǎn)子和一參考轉(zhuǎn)子,測(cè)量轉(zhuǎn)子以大致正比于氣體流過(guò)渦輪氣量計(jì)的速度的轉(zhuǎn)動(dòng)速率在一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng),而安裝在測(cè)量轉(zhuǎn)子下游的參考轉(zhuǎn)子則在與測(cè)量轉(zhuǎn)子相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。在測(cè)量轉(zhuǎn)子上游的一進(jìn)氣整流器使氣體在渦輪氣量計(jì)中基本上沿軸向流動(dòng),安裝在測(cè)量轉(zhuǎn)子和參考轉(zhuǎn)子之間的一參考整流器也使氣體在渦輪計(jì)中基本上沿軸向流動(dòng)。根據(jù)測(cè)量信號(hào)被參考信號(hào)除的商,信號(hào)處理器提供渦輪氣量計(jì)的精度指示,測(cè)量信號(hào)正比于測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速率,參考信號(hào)正比于參考轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)運(yùn)速率。
文檔編號(hào)G01F1/115GK1251167SQ98803477
公開日2000年4月19日 申請(qǐng)日期1998年1月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月24日
發(fā)明者斯奇亞博·威廉姆·M 申請(qǐng)人:美國(guó)儀表公司