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专利名称：流量计和方法
技术领域：
本发明涉及用于检测具有管道的管中的流体流率(flow rate)的流量计，该管道 具有设置在管中的通道，管中的流体流过该通道并且由上游超声传感器和下游超声传感器 产生的平面波传播通过该通道。(如本文所使用的，对“本发明”或“发明”的引用表述涉及 示例性实施方案而不一定涉及所附权利要求书所涵盖的每个实施方案。)更具体地讲，本发 明涉及用于检测具有管道的管中的流体流率的流量计，该管道具有设置在管中的通道，管 中的流体流过该通道并且由上游超声传感器和下游超声传感器产生的平面波传播通过该 通道，其中，管道由吸声材料制成，使得本质上所有声音的非流体路径被吸收。
背景技术：
本部分旨在向读者介绍可能与本发明的各方面相关的领域的各方面。以下的讨论 内容旨在提供有助于更好理解本发明的信息。因此，应该理解，以下讨论内容中的陈述是在 就此而论的基础上阅读的而并不承认其是现有技术。当前的超声流量计布置在管的相对两端使用了两个传感器，其中，一个处于流体 流的上游，另一个处于流体流的下游，这两个传感器都发送和接收信号。每个传感器产生进 入流体并环绕管壁的平面波。上游信号和下游信号之间的渡越时间(transit time)差被 用于计算流率。因为声音在管壁中的传播速度比在流体介质中的传播速度快，所以接收传 感器具有噪声，这是由于声音进入管中并且在行进于液体中的声音之前的时候到达。噪声 水平是显著的，因为其降低了流量测量的精确度并且导致低流率时差的测量或不测量。此外，传统上，具有散射填料(如，金属或玻璃或微球体)的聚合物被用作超声传感 器的背衬块(backing mass)。由于使用衰减背衬块，通过从传感器背面吸收声音并且不允 许反射出现，提高了传感器发送的超声信号的带宽。据信，在使用超声渡越时间流量测量的 情况下，具有散射填料的聚合物从来没有作为管壁声衰减器被使用过。

发明内容
本发明可应用于利用超声渡越时间技术测量流率，尤其是低流率。本申请尤其应 用于监控海底油井中的化学流体注入。本发明涉及使用吸声管道来引导流。这种管道衰减 所有声学路径的声音，除了通过流体的路径之外。这种改进使得有可能通过非常小孔的管 在流率非常低时进行流动测量。


在附图中，图示说明本发明的优选实施方案以及实践本发明的优选方法，在附图中图1示出本发明的流量计。图2示出声信号路径。图3示出低流量计布置。图4示出具有lOOcSt油的4. 5mm直径管的渡越时间流量计性能的实例证明(3Mhz
信号)。
具体实施例方式现在参照附图，其中在多个视图中类似的附图标记始终表示类似的或相同的部 件，更具体地讲，参照其中的图1和图3，在图1和图3中示出用于检测管12中的流体流率 的流量计10。流量计10包括管道14，该管道14具有设置在管12中的通道，管12中的流 体流过该通道。流量计10包括上游超声传感器，该上游超声传感器接触管12并且被设置 成对准该通道使得上游传感器16产生的平面波传播通过该通道。流量计10包括下游超声 传感器，该下游超声传感器接触管12并且被设置成使得下游传感器18产生的平面波传播 通过该通道并且被产生上游传感器16信号的上游传感器16接收。下游传感器18从上游 传感器16接收平面波并且提供下游传感器18信号。流量计10包括控制器20，该控制器 20与上游传感器和下游传感器18进行通信，用于从上游传感器16信号和下游传感器18信 号计算流体流率。管道14可由吸声材料制成，使得本质上所有声音的非流体路径都被吸收。上游传 感器16和下游传感器18可以延伸通过管12的壁并且与管12的内部声学连通。管道14 可以与管12形成密封，从而本质上防止管12中的流体在管道14周围泄露。管道14可以由填充有衰减颗粒的聚合物制成。所述聚合物可以是环氧化物、尼 龙、PTFE或PEEK (聚芳基醚酮)。所述颗粒是金属、玻璃微球、金属氧化物或橡胶，其大小等 于或小于声波波长。管道可以具有长度L和直径开口 D，使得在其中Q>. 2升/小时的容积 流量条件下，当C>1400m/s时，管道尺寸L/D2大于1385/米。本发明涉及用于检测管12中的流体流率的方法。该方法包括使流体流过管12中 设置的管道14的通道的步骤。存在由上游传感器16产生平面波的步骤，该上游传感器16 接触管12并且被设置成对准该通道，使得平面波传播通过通道并且由产生下游传感器18 信号的下游传感器18接收。存在由下游传感器18产生平面波的步骤，该下游传感器18接 触管12并且被设置成使得平面波传播通过通道并且由产生上游传感器16信号的上游传感 器16接收。存在利用与上游传感器和下游传感器18进行通信的控制器20从上游传感器 16信号和下游传感器18信号计算流体流率的步骤。管道14可以由吸声材料制成，并且其中，由上游传感器16产生平面波的步骤可以 包括由上游传感器16产生平面波使得本质上所有声音的非流体路径被管道14吸收的步 骤，并且其中，下游传感器18产生平面波的步骤可以包括由下游传感器18产生平面波使得 本质上所有声音的非流体路径被管道14吸收的步骤。由上游传感器16产生平面波的步骤 可以包括由延伸通过管12的壁并且与管12的内部声学连通的上游传感器16产生平面波 的步骤，并且其中，由下游传感器18产生平面波的步骤可以包括由延伸通过管12的壁并且 与管12的内部声学连通的下游传感器18产生平面波的步骤。管道14可以与管12形成密封，从而本质上防止管12中的流体在管道14周围泄露。在本发明的操作过程中，当前的超声流量计布置是在管12中的管道14的相对两 端使用两个润湿的传感器，其中，一个处于流体流的上游而另一个处于流体流的下游，这两 个传感器都发送和接收信号(图1)。上游信号和下游信号之间的渡越时间的差被用于计算 流率。每个传感器产生进入流体并环绕管12的壁的平面波(图2)。声波的传播具有被称为 传感器束分布的分布。对于
权利要求
1.一种用于检测管中的流体流率的流量计，所述流量计包括管道，所述管道具有设置在所述管中的通道，所述管中的流体流过所述通道；上游超声传感器，所述上游超声传感器接触所述管并且被设置成对准所述通道，使得 由所述上游传感器产生的平面波传播通过所述通道；下游超声传感器，所述下游超声传感器接触所述管并且被设置成对准所述通道，使得 由所述下游传感器产生的平面波传播通过所述通道并且被产生上游传感器信号的所述上 游传感器接收，所述下游传感器从所述上游传感器接收所述平面波并且提供下游传感器信 号；以及控制器，所述控制器与所述上游传感器和所述下游传感器进行通信，用于从所述上游 传感器信号和所述下游传感器信号计算流体流率。
2.根据权利要求1所述的流量计，其中，所述管道由吸声材料制成，使得本质上所有声 音的非流体路径被吸收。
3.根据权利要求2所述的流量计，其中，所述上游传感器和所述下游传感器延伸通过 所述管的壁并且与所述管的内部声学连通。
4.根据权利要求3所述的流量计，其中，所述管道与所述管形成密封，从而本质上防止 所述管中的流体在所述管道周围泄露。
5.根据权利要求4所述的流量计，其中，所述管道由填充有衰减颗粒的聚合物制成。
6.根据权利要求5所述的流量计，其中，所述聚合物是环氧化物、尼龙、PTFE或PEEK。
7.根据权利要求6所述的流量计，其中，所述颗粒是目径小于或等于声波波长的金属、 金属氧化物、玻璃微球或橡胶。
8.根据权利要求6所述的流量计，其中，所述管道具有长度L和直径开口D，使得在 Q>. 2升/小时的容积流动条件下，当C>1400m/s时，管道尺寸L/D2大于1385/米。
9.一种用于检测管中的流体流率的方法，所述方法包括以下步骤使流体流过设置在所述管中的管道的通道；由上游超声传感器产生平面波，所述上游超声传感器接触所述管并且被设置成对准所 述通道，使得所述平面波传播通过所述通道并且被产生下游传感器信号的所述下游传感器 接收；由下游超声传感器产生平面波，所述下游超声传感器接触所述管并且被设置成对准所 述通道，使得所述平面波传播通过所述通道并且被产生上游传感器信号的所述上游传感器 接收；利用与所述上游传感器和所述下游传感器进行通信的控制器从所述上游传感器信号 和所述下游传感器信号计算流体流率。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述管道由吸声材料制成，并且其中，所述上游 传感器产生所述平面波的步骤包括由所述上游传感器产生所述平面波使得本质上所有声 音的非流体路径被所述管道吸收的步骤，并且其中，所述下游传感器产生所述平面波的步 骤包括由所述下游传感器产生所述平面波使得本质上所有声音的非流体路径被所述管道 吸收的步骤。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述上游传感器产生所述平面波的步骤包括 由延伸通过所述管的壁并且与所述管的内部声学连通的所述上游传感器产生所述平面波的步骤，并且其中，所述下游传感器产生所述平面波的步骤包括由延伸通过所述管的壁并 且与所述管的内部声学连通的所述下游传感器产生所述平面波的步骤。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述管道与所述管形成密封，从而本质上防止 所述管中的流体在所述管道周围泄露。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述管道具有长度L和直径开口D，使得在 Q>. 2升/小时的容积流动条件下，当C>1400m/s时，管道尺寸L/D2大于1385/米。
全文摘要
一种用于检测管中的流体流率的流量计，该流量计包括管道，该管道具有设置在管中的通道，管中的流体流过该通道。该流量计包括上游传感器，该上游传感器接触管并且被设置成使得上游传感器产生的平面波传播通过通道。该流量计包括下游传感器，该下游传感器接触管并且被设置成使得下游传感器产生的平面波传播通过通道并且被产生上游传感器信号的上游传感器接收。下游传感器从上游传感器接收平面波并且提供下游传感器信号。该流量计包括控制器，该控制器与上游传感器和下游传感器进行通信，用于从上游传感器信号和下游传感器信号计算流体流率。一种用于检测管中的流体流率的方法。
文档编号G01F1/66GK102667419SQ201080057816
公开日2012年9月12日 申请日期2010年11月8日 优先权日2009年12月8日
发明者D·R·奥根斯坦, E·戈特利布 申请人:卡梅伦国际公司