截止调节器制造技术

本发明专利技术涉及传感器组件，用于对管道中碳氢化合物流体流中的介电属性进行测量，尤其是对所述流的盐度进行测量，所述传感器组件包括：微波空腔谐振器，用于放置在所述管道的壁中，以及被设计为在选择的谐振频率上工作。所述传感器组件还包括：距所述微波空腔谐振器一段距离的金属板，其中，所述板限定了波导，所述波导包围所述空腔谐振器传感器，所述波导沿所述管道的轴开放以用于允许所述流通过，所述波导具有比所述微波空腔谐振器的谐振频率高的截止频率。

Cut-off regulator

The invention relates to a sensor assembly, for measuring the dielectric properties of hydrocarbons in the fluid flow in the pipeline, especially on the stream salinity measurement, the sensor assembly includes a microwave cavity resonator, for placement in the duct wall, and is designed to work at the resonant frequency on the selection of. The sensor assembly also includes: from the microwave cavity resonator for a distance of the metal plate, wherein the plate defining a waveguide, the waveguide cavity surrounding the sensor, the waveguide along the duct axis open for allowing the flow through the waveguide with cut-off frequency ratio the resonant frequency of the microwave cavity resonator high.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及对管道中的流体流进行测量。更具体地，本专利技术涉及对管道中的流体流(特别是湿气或多相流)中的水体积分数(WVF)、液膜厚度、液膜流动速度和/或盐度进行测量，所述管道用于运输含碳氢化合物的流体，在许多情况下，所述流体附加地含有在石油和天然气储层的勘测中出现的水、盐或其他物质。
技术介绍
在市场上可获得对石油、水和天然气的混合物中的成分和属性进行测量的很多不同的商业流量计。一些流量计是基于放射性辐射的使用，一些流量计是电容性的，并且一些流量计是基于微波的使用。由于微波传感器不受与基于放射性辐射的流量计相关联的健康风险以及基于放射性辐射的流量计相当低的精度的限制，或者不受污染物对电容式传感器的不良影响的限制，因此，微波传感器是很受欢迎的。一个示例是第315584/US 6915707号专利中描述的湿气流量计，在该专利中，管道中的结构既可以用作用于产生压差的装置，也可以用作微波空腔谐振器传感器。该空腔谐振器对整个流量的介电常数进行测量，在整个流量中，液体(水和油)主要在气体中形成液滴。这被称之为雾状流。第328801/US8570050号专利中讨论了与本专利技术相关的此类传感器的另一个示例。该传感器原理上是由一件波导构成的空腔谐振器，该空腔谐振器的一端闭合且另一端开放。该波导填充有介电材料，考虑到前方是平坦的，将所述波导安装在套管的壁上，尽可能地与管道壁保持齐平。在壁上作为薄膜流动的湿气流中的任何液体也将流过传感器的前方。该液体将与谐振的边缘效应的电容电场相接触，从而影响谐振频率(fr)和品质(Q)因子。两个主要的变量是水量和水的电导率。该电导率取决于水的盐度(含盐量)和温度。通过测量fr和Q(以及温度)能够推导出所述盐度。与基于对流量的复介电常数进行测量的方法相比，使用对形成表面膜的液体的盐度进行测量的这种方法的优势是：fr和Q作为盐度的函数是单调变化的。对于测量水量的情况，水通常分布为液滴(例如雾状流)，这表明了：由球形液滴的电导率产生的复介电常数的虚部首先随着电导率的增加而增加，然后再开始减小。空腔谐振器传感器的谐振模式是基于圆柱形波导的波导模式TM01。电场图是圆对称的。因此，空腔谐振器的开路端没有辐射到它前面的空间。当在例如实验室的桌子上测量时，具有一个非常高的Q因子。然而，任何小的对称性的干扰(例如，由于在所述传感器的前表面上的一些小水滴)将引起辐射发生。这导致Q因子的下降，但是Q因子的下降不是盐或导电损失引起的，而是由于在传感器表面引入的不对称引起的。然而，当所述传感器安装在用于传输碳氢化合物和水的混合物的金属管(例如所谓的湿气或多相流量计的套管)的壁上时，通过设计所述传感器以至于所述传感器的谐振频率低于所有流状态下所述管道的微波截止频率，可以防止由于液滴引入的传感器不对称而产生的Q因子下降。这是因为谐振频率处的微波无法在管道中传播，因此该微波不能从传感器中逸出。如果所述谐振器以具有面对流体流的圆截面的圆柱形轮廓来构造，则所述谐振频率主要是由所述空腔谐振器传感器的直径确定的。所述谐振器的面对流体流的面积可以称之为所述谐振器的孔径。如果所述谐振器以任何其他几何轮廓(例如，立方体的、立方形的或棱柱形的)来构造，则所述谐振器的孔径的最大尺寸通常会限定谐振频率。所述空腔谐振器的谐振频率进一步取决于所述谐振器内部的介电填充材料的介电常数。垂直或近似垂直于所述孔径的高度或尺寸对所述谐振频率也有小的影响，且进一步影响所述传感器的灵敏度。这表明对于任何低介电常数值的填充材料而言，所述传感器必须具有一个不切实际的大直径以产生比所述管道的截止频率低的谐振频率。由于这个原因，且由于兼容性的原因，陶瓷材料(例如，使用具有介电常数为28的氧化锆)可能是更优选的。由于所述空腔谐振器传感器的尺寸必须基于所述管道的截止频率来选择，所述管道的截止频率取决于所述管道的内直径，因此，所述微波谐振器传感器需要按照所述管道尺寸来缩放比例。在实践中，如此做将导致需要针对很多不同的管道尺寸来制造不实用的大量版本的传感器。此外，由于根据不同的管道直径缩放的谐振器将在不同频率工作，且由于水的介电常数是依赖频率的，因此，对盐度的计算同样需要很多不同的数学模型，且不同的传感器通常必须在测试流回路中单独地进行校准。
技术实现思路
为此，结论是所述空腔谐振器传感器的谐振频率必须低于所述管道的截止频率。除此之外，另一个限制是：从机械/实用的角度考虑，谐振器或传感器可以被允许多大。使用氧化锆作为材料，这些限制之间具有一些空间。例如，使用3个不同直径的传感器可以覆盖尺寸为2英寸到8英寸的管道。考虑到还可能希望针对不同的应用具有不同灵敏度的传感器，例如具有低含水量的湿气(需要高的灵敏度)，或具有高的含水量的多相流。因此，传感器的版本总数变得非常巨大，这些版本的传感器需要覆盖具有不同管道尺寸和不同灵敏度的整个产品范围。从而，本专利技术的目的是提供一个更灵活的解决方案，并且还降低不同传感器的数量。例如，当来自几个井的流相混合且在一根管道中运输时，管道尺寸甚至可以大于8英寸。那么，上述提到的3种尺寸的传感器全都不能使用。为适合大的管道尺寸而设计的传感器不仅不切实际地大，而且制造昂贵。从而，本专利技术的另一个目的是提供一种用于大的管道尺寸的解决方案。因此，本专利技术旨在盐度传感器，正如前述提到的美国专利US8570050中讨论的，所述盐度传感器构成微波空腔谐振器传感器，所述微波空腔谐振器传感器安装在管道或类似物的壁中。所述传感器的谐振频率低于所述管道的截止频率，从而避免辐射引起的损失，所述辐射例如是由传感器上的水滴引起的，这可以被理解为是由盐度引起的。因为所述管道截止频率随着管道直径的增加而降低，所以更大的管道将具有更低的截止频率。所述空腔谐振器传感器的谐振频率取决于所述传感器直径，从而，更大直径将产生低的谐振频率。从而，更大的管道直径将需要更大的传感器直径。然而，就大型管道而言，这可能并不切实际。因此，本专利技术的主要目的是提供具有增大的使用范围的微波传感器。将显示出通过以下说明和权利要求书来解决该目的以及现有技术的其他限制。为了简单起见且不限制或不失一般性地，我们将可交换地使用例如，微波空腔谐振器、微波谐振器、谐振器、空腔谐振器传感器、或传感器等术语。我们将在不限制所述谐振器或传感器的几何形状或不丧失所述谐振器或传感器的几何形状的一般性的情况下，进一步使用术语谐振器直径来指示沿所述传感器或谐振器的孔径的最大尺寸。正如之前讨论的，所述传感器或谐振器的谐振频率取决于沿所述传感器的孔径的最大尺寸。从而，直径指示的是圆形表面的最大尺寸，对于矩形或正方形表面，所述直径将是对角线的长度。因此，为简单起见，我们将可互换地使用例如所述传感器的直径和所述传感器的最大尺寸等术语，以指示沿所述传感器或谐振器的孔径的最大尺寸。通过在传感器前方提供一个插入物而划界出所述管道的一部分，使得所述传感器看到相比主管道具有更高截止频率的管道部分，本专利技术解决了该目的。这样，在大型管道中可以使用小的传感器。尽管本专利技术目前的讨论主要涉及基于具体实施例的盐度测量，然而，本领域技术人员很清楚，本专利技术也可以用于其他测量。正如上述提到的，例如，所述传感器可以用于对流体流中的水体积分数(WVF)、液膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器组件，用于对管道中碳氢化合物流体流的介电属性进行测量，尤其是对所述流的盐度进行测量，所述传感器组件包括：微波空腔谐振器，用于放置在所述管道的壁中，以及被设计为在选择的谐振频率上工作；所述传感器组件还包括：距所述微波空腔谐振器一段距离的金属板，其中，所述板限定了波导，所述波导包围所微波空腔谐振器，所述波导沿所述管道的长度开放以用于允许所述流通过，所述波导具有比所述微波空腔谐振器的谐振频率高的截止频率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.03 NO 201406891.一种传感器组件，用于对管道中碳氢化合物流体流的介电属性进行测量，尤其是对所述流的盐度进行测量，所述传感器组件包括：微波空腔谐振器，用于放置在所述管道的壁中，以及被设计为在选择的谐振频率上工作；所述传感器组件还包括：距所述微波空腔谐振器一段距离的金属板，其中，所述板限定了波导，所述波导包围所微波空腔谐振器，所述波导沿所述管道的长度开放以用于允许所述流通过，所述波导具有比所述微波空腔谐振器的谐振频率高的截止频率。2.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述金属板沿着所述管道的长度延伸了所述微波空腔谐振器面对所述流的表面的最大尺寸的至少2倍。3.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述金属板沿着所述管道的长度延伸了所述微波空腔谐振器面对所述流的表面的最大尺...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃伯·古斯塔夫·耐福斯，
申请(专利权)人：朗盛流量测量公司，
类型：发明
国别省市：挪威;NO