本技术涉及一种用于流量测量的装置，该装置包括壳体；换流通路，该换流通路设置在壳体内并具有入口和出口；和测量部段，该测量部段设置在换流通路的入口和出口之间。
背景技术：
1、流量测量可以在多个不同的实例中实施。例如，在制造或加工工业中，控制流过导管的特定流体的流量可能是相关的。另一个示例是自来水控制。再一个示例是在hvac应用（加热、冷却、通风和空气调节）中，其中例如可以控制房间或其他封闭空间中的温度以便提供舒适的室内环境。加热或冷却介质的流速可以通过一个或更多个阀来调节以实现期望的效果。可以适当地执行流量测量，并且流量测量的结果可以例如用作阀的调节或阀的校准等的反馈。
2、ep 3 063 507 a1公开了一种流量计，其中使球在测量腔室中循环。检测球的速度并将球的速度与流动的速度相关联。在球循环所在的测量腔室处，流动被径向向内引导。这种构型的缺点是，由于径向向内定向的流动，在测量腔室的中心部分中流动的速度将是最高。相反，在测量腔室的外围部分中，流动的速度将较低。在测量腔室的外围部分处的较低速度增加了灰尘积聚在测量腔室的外围中的风险，这可能降低测量的准确性或甚至阻止执行测量。
技术实现思路
0、发明概述
1、本发明的一个目的是至少部分地减轻现有技术的上述缺点。通过如所附独立权利要求中限定的用于流量测量的装置来实现在以下公开中将变得明显的该目的和其它目的。在从属权利要求中呈现了一些非限制性示例性实施例。
2、本发明基于这样的认识，即通过创建中心主体构型不仅用于引导球（或任何其他循环元件）以圆周运动，而且用于用作引导件，该引导件不是迫使流体在球的循环路径处径向向内流动，而是更多地在轴向方向上引导流体通过球的循环路径。特别地，发明人已经认识到，球的路径可以由上游中心主体部分和下游中心主体部分限定，而不是仅由中心主体和壳体壁限定。根据本公开，当流体从测量部段（球在其中循环）流动到出口时，下游中心主体部分使流体环绕下游中心主体部分。下面将进一步讨论总体发明构思和一些示例性实施例。
3、根据本公开的一个方面，提供了一种用于流量测量的装置，包括：
4、- 壳体；
5、- 换流通路，该换流通路设置在所述壳体内并且具有几何中心轴线，该几何中心轴线限定换流通路的轴向延伸方向，其中，换流通路包括入口和出口，流体能够通过入口被接收到换流通路中，流体能够通过出口离开换流通路，出口与入口是轴向分离的；
6、- 测量部段，该测量部段轴向地设置在换流通路的入口和出口之间，
7、其中，测量部段设置有第一窗口区域和第二窗口区域，第一窗口区域和第二窗口区域允许光束从第一窗口区域的外部穿过第一窗口区域，进入壳体的内部并穿过壳体的内部，然后通过第二窗口区域出来；
8、- 上游中心主体部分，该上游中心主体部分沿着壳体的内部轴向延伸并且设置有相对于几何中心轴线倾斜的多个通道，以便将从换流通路的入口流动的流体以相对于几何中心轴线的非零角度引导到测量部段中；和
9、- 下游中心主体部分，该下游中心主体部分沿着壳体的内部轴向延伸并且在流体从测量部段流动到换流通路的出口时使流体环绕下游中心主体部分；
10、- 循环元件，
11、其中，上游中心主体部分和下游中心主体部分一起限定用于围绕几何中心轴线周向地引导循环元件的路径，使得当循环元件经受从入口经由测量部段流动到出口的流体的力时，循环元件将重复且交替地经过第一窗口区域和第二窗口区域，以短暂地（momentarily）阻止穿过第一窗口区域的光束的至少一部分到达第二窗口区域。
12、通过该装置，在测量部段处可以保持相对高的流动速度，因此可以提高测量的准确性。此外，通过允许循环元件以更高的速度循环，循环元件本身也将有助于保持窗户区域清洁而无污垢。
13、循环元件可以适当地是对称的循环元件，用于实现围绕几何中心轴线的平滑和一致的循环。例如，循环元件可以是球。然而，也可以设想其他替代方案，诸如辊（roll）。
14、如上所述，循环元件每次经过第一窗口区域和第二窗口区域时将短暂地阻挡光束的至少一部分。在一些示例性实施例中，循环元件可以被设计尺寸成在经过所述窗口区域时阻挡整个光束。仅为了给出说明性和非限制性示例，穿过第二窗口区域的光束可以例如由光电晶体管检测，该光电晶体管将根据检测到的光的量输出特定电压。在循环元件覆盖100%光的理想情况下，来自光电晶体管的输出可以是0v，并且当没有光的遮挡时，输出可以是5v。当然，有利的是在高电压（例如，5v）和低电压（例如，0v）之间具有尽可能高的差以避免脉冲的错误检测。然而，即使循环元件不遮挡整个光束，而仅遮挡光束的一部分，例如光束的一半，输出电压（例如，2.5v）仍然可以与表示没有遮挡的高电压（例如，5v）清楚地区分。
15、如上所述，换流通路具有限定换流通路的轴向延伸方向的几何中心轴线。在圆柱形（r， φ，z）坐标系中，中心轴线可以沿着轴向z方向延伸。循环元件可以沿着圆周方向 φ方向循环，并且光束可以基本上沿径向r方向发射（然而可以设想从r方向有些偏离）。
16、该装置可以适当地可连接到上游管部段和下游管部段，或者可以直接连接到阀或其他部件。为此，该装置应该被安装成使得壳体的入口端部接收来自上游部件的流体，并且壳体的出口端部将水排出到下游部件。适当地，壳体可以设置有外螺纹或内螺纹或其他合适的连接元件，用于将装置连接到上游部件和下游部件。
17、如上所述，测量部段设置有第一窗口区域和第二窗口区域，以使光束能够进入并穿过壳体的内部。通过记录通过第二窗口区域的光束，特别是光束由于循环元件的循环而被阻挡的速率，可以计算通过装置的流体的流率。
18、应当理解，在至少一些示例性实施例中，装置可以被提供为独立单元，在测量时，可以将单独的光发射器和光接收器以及与其连接的处理电路安装到该独立单元。因此，光发射器、光接收器和处理电路可以被提供为可以临时安装到装置的一个或更多个可分离部件。然而，在其他示例性实施例中，光发射器、光接收器和处理电路可以形成装置的集成零件。在后一种情况下，该装置可以适当地称为流量测量装置。在这些示例性实施例中的任一个中，光发射器可以适当地是发光二极管（led），然而总体发明构思不限于该特定光发射器的使用。例如，红外发射器或激光器是其他可设想的选择。例如，光接收器可以是或包括光电晶体管。
19、还应该是，第一窗口区域和第二窗口区域可以表示为窗口区域对。在至少一些示例性实施例中，可以存在两个或更多个这样的窗口区域对，其中，两个或更多个光发射器可以通过第一窗口区域发射相应的光束，并且光束由第二窗口区域处的相应的光接收器接收。使用若干光发射器和光接收器可以提高测量的分辨率。
20、根据至少一个示例性实施例，第一窗口区域、第二窗口区域以及由上游中心主体部分和下游中心主体部分限定的路径位于垂直于所述几何中心轴线的公共几何平面中，其中，循环元件在受到流体的力时在所述公共几何平面中移动。通过窗口区域和路径的这种对齐，实现了精确的流量测量。
21、关于一起限定用于在测量部段中周向地引导循环元件的路径的上游中心主体部分和下游中心主体部分，可以注意到，在一些示例性实施例中，上游中心主体部分和下游中心主体部分可以形成为一个整体部件，而在其他示例性实施例中，上游中心主体部分和下游中心主体部分可以形成为两个不同的间隔开的部件。在这两种情况下，一般工作原理是相同的。具有一个整体的中心主体部件的优点是仅需要一个零件来产生上游中心主体部分和下游中心主体部分两者，这可以降低成本。另一个优点是可以减小生产样品之间的变化，因为在创建用于引导的路径中的公差仅取决于一个单个部件中的公差，而不是如果分成两个间隔开的部件则取决于几个部件中的公差。另一方面，具有两个不同的间隔开的部件的优点是窗口区域之间的空间可以被设计成没有任何可以干扰光束的结构。在该区域中没有任何结构的好处是降低了灰尘积聚的风险，灰尘积聚可能导致光束被阻挡。
22、根据至少一个示例性实施例，上游中心主体部分和下游中心主体部分可以形成连续的中心主体的一部分，上游中心主体部分和下游中心主体部分可以形成连续的中心主体的一部分，其中，中心主体还包括轴向地形成在上游中心主体部分和下游中心主体部分之间的腰部部分，其中，路径也由腰部部分限定。腰部部分的最大直径通常小于上游中心主体部分和下游中心主体部分的最大直径。通过提供具有腰部部分的连续的中心主体，可以通过选择腰部部分的适当直径来有效地选择路径的横向尺寸。
23、根据至少一个示例性实施例，这样的腰部部分可以配置成使得可以从第一窗口区域到第二窗口区域绘制一条直的假想线，该假想线不会被腰部部分遮挡。这可以通过不同的方式实现。例如，如果腰部部分足够细，则光束可以在腰部部分的一侧或两侧穿过。在其他示例性实施例中，腰部部分可以由允许光束穿过腰部部分的半透明或透明材料制成。根据至少另一示例性实施例，腰部部分可以包括用于允许光束穿过腰部部分的孔。这最后一个示例反映在下面的示例性实施例中。
24、根据至少一个示例性实施例，腰部部分可以包括通孔，通孔垂直于几何中心轴线延伸并且通孔与第一窗口区域和第二窗口区域对齐，以使得所述光束能够从第一窗口区域穿过通孔到达第二窗口区域。虽然具有相对细的腰部部分或半透明/透明腰部部分的前述其他示例可以是旋转独立的，相反，具有通孔的示例性实施例应该被适当地定向以获取光束的良好透射。因此，具有与第一窗口区域和第二窗口区域对齐的通孔的腰部部分的中心主体适当地设置有由壳体引导的安装元件，使得中心主体被安装在正确的旋转取向上。这种安装元件和匹配的引导元件当然可以提供给本发明总体构思的任何其他示例性实施例。
25、根据至少一个示例性实施例，上游中心主体部分和下游中心主体部分中的至少一个设置有圆形边缘，该圆形边缘至少部分地限定所述路径，其中，循环元件在受到流动流体的力时围绕边缘绕圈。通过提供边缘，可以防止循环元件沿着路径脱离其圆形轨迹。所述中心主体部分中的一个上的边缘适当地设定尺寸，使得其与另一主体部分一起限定小于循环元件的直径的周向间隙，从而防止循环元件通过间隙脱离。应当理解，在一些示例性实施例中，上游中心主体部分和下游中心主体部分都可以设置有朝向另一个中心主体部分延伸的边缘，而在其他示例性实施例中，中心主体部分中仅一个设置有这样的边缘。
26、根据至少一个示例性实施例，壳体在测量部段处的内径小于或等于壳体在换流通路的入口处的内径。因为装置的构型使得在测量部段处的流动速度能够保持相对高，所以可以进行紧凑的布置，其中不需要测量部段的加宽。相反，如果流动将在测量部段处径向向内引导，从而使流动的速度变慢，则这种设计可能需要通过制造更宽的测量部段来增加速度而进行补偿，从而导致总体上更笨重的装置。
27、窗口区域可以以各种方式配置。例如，窗口区域可以被提供为仅覆盖开口、凹穴或用于容纳光发射器和/或光接收器的其他结构的局部窗口。因此，每个窗口区域可以包括不同的单独的透明/半透明元件。然而，在其他示例性实施例中，可以存在两个窗口区域共用的一个半透明/透明元件。这至少部分地反映在下面的示例性实施例中。
28、根据至少一个示例性实施例，装置还包括在壳体内延伸并与壳体同轴延伸的透明或半透明管道，其中，壳体设置有第一开口和第二开口，其中，管道与第一开口一起形成所述第一窗口区域，并且其中，管道与第二开口一起形成所述第二窗口区域。从制造的角度来看，提供透明或半透明的管道是有利的，因为它有助于装置的组装。适当地，密封圈可以设置在第一开口和第二开口的上游和下游并且与管道接触。
29、根据至少一个示例性实施例，所述上游中心主体部分和所述下游中心主体部分在所述管道内延伸。因此，当流穿过中心主体部分时，基本上笔直且不间断的外围可以界定流。
30、根据至少一个示例性实施例，所述管道的内半径与所述下游中心主体部分的最大半径之间的差小于循环元件的直径，适当地等于或小于循环元件的半径。通过这种尺寸构型，防止循环元件脱离并跟随流过下游中心主体部分的流。通过适当地选择下游中心主体部分和管道之间的间隙尺寸，可以在流速（随着间隙尺寸的增大而增大）和气旋增强效应（随着间隙尺寸的减小而增大）之间实现适当的平衡。还可以注意到，较小的间隙（面积）给出了循环元件的较高速度，但也在换流通路上产生了较高的压差降。可能期望减小换流通路上的压降，因为换流通路上的较高压降需要较高的泵压力，这增加了泵的能量使用。因此，当选择间隙尺寸时，也可以适当地考虑该能量影响方面。
31、根据至少一个示例性实施例，所述管道的内半径与腰部部分的最大半径之间的差大于循环元件的直径。因此，腰部部分应该足够细以允许循环元件围绕腰部部分循环。
32、根据至少一个示例性实施例，壳体设置有隔室，该隔室保持或被配置为保持用于测量流体流的温度的温度传感器。由于测量流体的温度允许补偿取决于流体温度而变化的流体性质，这是有利的，因为它能够实现用于计算流速的更高精度。这种流体性质的示例是粘度和密度。
33、根据至少一个示例性实施例，循环元件由硬度等于或小于95肖氏a，诸如90肖氏a的材料制成。这是有利的，因为与由较硬材料制成的循环元件相比，具有这种相对低硬度的材料不会产生噪声或产生较少噪声。循环元件可以例如包括橡胶或完全由橡胶制成。然而，也可以设想其它材料。例如，循环元件可以由具有柔软表面和密度接近水的任何材料制成（或者如果使用另一种流体代替水，则密度可以接近该流体的密度）。通过提供具有接近流体（例如水）密度的密度的循环元件，沿着其路径的循环可以更一致。例如，如果装置以几何中心轴线水平放置的方式安装，则循环元件在其循环期间将向上移动和移动。在这种装置中，如果循环元件具有比流体更高的密度，则循环元件的向上移动可能比向下移动慢。相反，如果循环元件具有比流体更低的密度，则向下移动可能比向上移动慢。
34、根据至少一个示例性实施例，壳体可以制成单件。从制造的观点来看，这是有利的。壳体可以适当地由金属或金属合金（诸如黄铜）制成。然而，也可以设想其他材料，诸如塑性材料外壳。如果壳体由塑料制成，则它可以适当地由透明/半透明塑性材料制成。在这种情况下，前面提到的透明或半透明管道将是多余的，并且可以适当地省略。也可以省略上述例示的密封圈。
35、根据至少一个示例性实施例，上游中心主体部分在换流通路的入口处固定到壳体。因此，无论上游中心主体部分是与下游中心主体部分分离的部件还是与下游中心主体部分一体形成，上游中心主体部分的入口端部可以适当地连接到壳体。因此，在流体已经经过连接接口并且然后沿着上游中心主体部分流动并且被上游中心主体部分引导到测量部段之后，对于流体将不存在干扰结构。
36、通常，权利要求中使用的所有术语将根据它们在技术领域中的通常含义来解释，除非本文另有明确定义。除非另有明确说明，否则对“一个（a）/一个（an）/所述（the）零件、部分、元件、部件、布置、装置等”的所有引用应公开地解释为指代零件、部分、元件、设备、部件、布置、装置等的至少一个实例。当研究所附权利要求和以下描述时，本发明构思的另外的特征和优势将变得明显。技术人员认识到，在不脱离本发明构思的范围的情况下，本发明构思的不同特征可以被组合以创建除了以下描述的那些实施例之外的实施例。
1.一种用于流量测量的装置，包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一窗口区域、所述第二窗口区域以及由所述上游中心主体部分和所述下游中心主体部分限定的所述路径位于垂直于所述几何中心轴线的公共几何平面中，其中，所述循环元件在受到所述流体的所述力时在所述公共几何平面中移动。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的装置，其中，所述上游中心主体部分和所述下游中心主体部分是两个不同且间隔开的部件。
4.根据权利要求1-2中任一项所述的装置，其中，所述上游中心主体部分和所述下游中心主体部分形成连续的中心主体的一部分，其中，所述中心主体还包括腰部部分，所述腰部部分轴向地形成在所述上游中心主体部分和所述下游中心主体部分之间，其中，所述路径也由所述腰部部分限定。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述腰部部分被配置成使得能够从所述第一窗口区域到所述第二窗口区域绘制一条直的假想线，所述假想线不被所述腰部部分遮挡。
6.根据权利要求4-5中任一项所述的装置，其中，所述腰部部分包括通孔，所述通孔垂直于所述几何中心轴线延伸并且所述通孔与所述第一窗口区域和所述第二窗口区域对齐，以使得所述光束能够从所述第一窗口区域穿过所述通孔到达所述第二窗口区域。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的装置，其中，所述上游中心主体部分和所述下游中心主体部分中的至少一个设置有圆形边缘，所述圆形边缘至少部分地限定所述路径，其中，所述循环元件在受到流动流体的所述力时围绕所述边缘绕圈。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的装置，其中，所述壳体在所述测量部段处的内径小于或等于所述壳体在所述换流通路的所述入口处的内径。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的装置，还包括在所述壳体内延伸并与所述壳体同轴延伸的透明或半透明管道，其中，所述壳体设置有第一开口和第二开口，其中，所述管道与所述第一开口一起形成所述第一窗口区域，并且其中，所述管道与所述第二开口一起形成所述第二窗口区域。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述上游中心主体部分和所述下游中心主体部分在所述管道内延伸。
11.根据权利要求9-10中任一项所述的装置，其中，所述管道的内半径和所述下游中心主体部分的最大半径之间的差小于所述循环元件的直径，适当地等于或小于所述循环元件的半径。
12.根据权利要求7-9中任一项所述的装置，其中，所述管道的内半径和所述腰部部分的最大半径之间的差大于所述循环元件的直径。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的装置，其中，所述壳体设置有隔室，所述隔室保持或被配置为保持用于测量流体流的温度的温度传感器。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的装置，其中，所述循环元件由硬度等于或小于95肖氏a、诸如90肖氏a的材料制成。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的装置，其中，所述壳体被制成单件。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的装置，其中，所述上游中心主体部分在所述换流通路的所述入口处固定到所述壳体。
