自调整式超声波流量计制造技术

一种方法及相关的超声波流量计，对诸如峰值转换误差的传播时间的误差进行识别并校正。该方法包括以下步骤：从流体流的测量值中，计算一组诊断的数值，其中该测量值包括传播时间的测量值。根据诊断的数值，并根据这些数值是否落在它们各自的范围外，流量计能够识别出流量计或者流体流的各种问题，诸如是否有间歇峰值转换，永久峰值转换，或者存在噪声、流体流中的速度波动、温度分层，或者其它问题。如果流量计有问题，则该流量计自行调整，以使问题再次出现的机会降到最小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术公开的实施例总的涉及超声波传播时间测量中误差的检测。更具体地，本专利技术公开的实施例涉及超声波流量计的峰值选择中错误的识别和其它错误的识别，且本专利技术的另一方面涉及一种用于校正超声波流量计的测量误差的方法。
技术介绍
在从地层中取出诸如天然气的烃类物后，气流通常经由管线而从一个地方被运送到另一个地方。如本领域技术人员所理解的，期望确切地了解气流中的气体量。当气体(以及任何伴随的液体)转手、或者“存储(custody)”时，对气流测量要求特别精确。但是，即使在未发生储存交接时，也期望测量精确。已经研制出用以测定有多少气体流过管线的气体流量计。孔板流量计是一种公认的流量计，用以测量气流量。更近一些时候，研制出了另一类型的、用以测量气流的流量计。该更进一些时候研制出的流量计被称为超声波流量计。图1A显示了一种适合于测量气流的超声波流量计。适于放置在气体管线的节段之间的短管100具有预定的尺寸，从而限定出测量节段。或者，流量计可以被设计成借助于例如热开口(hot tapping)而联接在管线节段上。如这里所使用的，在参照超声波流量计使用时，术语“管线”还可以指供超声波信号发射通过的短管或者其它适当的壳体。沿该短管100的长度定位有一对换能器120和130，以及它们各自的壳体125和135。换能器120和130之间存在声路110，有时它被称为“弦”，其与中心线105形成角度θ。换能器120和130的位置可以被该角度限定，或者可以由换能器120和130之间所测得的第一长度L、与点140和145之间的轴向距离对应的第二长度X以及与管径对应的第三长度D来限定。在流量计制造期间，距离D、X和L被精确地确定。点140和150限定了由换能器120和130所产生的声音信号进入并离开流过短管100的气体(即进入短管孔)的位置。在大多数情况下，诸如120和130的流量计换能器分别被放置在离点140和150一定距离的位置上。一般为天然气的流体以速度断面图152沿方向150流动。速度矢量153-158表明气体通过短管100的速度随着接近该短管100的中心线105而增加。换能器120和130为超声波收发器，意味着它们都能产生和接收超声波信号。文中的“超声波”指的是频率在约20千赫以上的声波，如本申请所需要的。一般而言，借助于各换能器中的压电元件而产生和接收这些信号。为了产生超声波信号，电激励压电元件，而压电元件振动响应。压电元件的这种振动产生超声波信号，该超声波信号穿过短管到达所述一对换能器中的相对应的换能器上。类似的是，在受到超声波信号撞击后，接收压电元件振动，并产生电信号，该电信号通过与流量计相连的电子线路进行放大、数字化和分析。开始时，D(“下游”)换能器120产生超声波信号，该信号随后被U(“上游”)换能器130接收到。一段时间后，U换能器130产生返回的超声波信号，该信号随后被D换能器120接收到。从而，在超声波信号115沿弦声路110移动时，U和D换能器130和120扮演“发射和接收”的角色。在工作期间，这一过程每分钟可能发生数千次。换能器U130和D120之间的超声波115的传播时间部分地取决于超声波信号115相对于流动气体是向上游还是向下游移动。超声波信号向下游(即沿着与气流相同的方向)移动所用的传播时间小于当向上游(即逆气流)移动时的传播时间。具体是，超声波信号逆流体流移动的传播时间t1和超声波信号顺流体流移动的传播时间t2大致被认可定义如下t1=Lc-VxL---(1)]]>t2=Lc+VxL---(2)]]>其中，c＝流体流中的音速；V＝流体流在弦声路上沿轴向的平均速度；L＝声路长度；x＝在流量计孔内的L的轴向分量；t1＝逆流体流的超声波信号的传播时间；和t2＝顺流体流的超声波信号的传播时间。上游和下游传播时间通常被分开来计算，作为一批诸如20个的测量值的平均值。然后，借助于以下公式，可以用这些上游和下游传播时间的平均值来计算沿信号通道的平均速度V=L22xt1-t2t1t2---(3)]]>变量定义如上。根据以下公式，上游和下游的传播时间还可以被用来计算流体流中的音速c=L2t1+t2t1t2---(4)]]>为了更近似，公式(3)可以被重新表述成 V=c22xΔt---(5)]]>其中，Δt＝t1-t2(6)这样，为了在低速下更近似，速度V与Δt直接成比例。给出运送气体的流量计的截面测量值，可以用流量计孔的面积上的平均速度来得到流过流量计或者管线100的气体体积。另外，超声波气体流量计可以具有一个或者多个声路。单声路的流量计一般包括一对换能器，这对换能器在穿过短管100的轴线(即中心)的单声路上发射超声波。具有一个以上声路的超声波流量计除了有单声路超声波流量计所提供的优点外，还具有其它的优点。这些优点使多声路超声波流量计可期望用于储存交接应用，在这种应用中，精确度和可靠性是至关紧要的。现在参照图1B，显示了多声路超声波流量计。短管100包括四个弦声路A、B、C和D，它们处于穿过气流的不同水平面上。每个弦声路A-D都对应于交替地作为发送器和接收器的两个收发器。还显示了电子模块160，该模块160获取并处理来自于四个弦声路A-D的数据。在美国专利4,646,575中描述了这种布置，该专利的教导内容在此作为参考引入。在图1B中隐去了与这些弦声路A-D对应的四对换能器。参照图1C可以更容易地理解这四对换能器的精确布置。在短管100上安装了四对换能器口。这几对换能器口中的每一对都对应于图1B所示的一个弦声路。第一对换能器口125和135包括在短管100上略微凹入的换能器120和130。这些换能器与短管100的中心线105成非垂直的角度θ安装。包括关联的换能器的另一对换能器口165和175被安装成使其弦声路与换能器口125和135的弦声路以没有束缚的形式形成“X”形。类似的，换能器口185和195平行于换能器口165和175放置，但是位于不同的“水平面”(即管线或者流量计短管中不同的径向位置)上。在图1C中未明确显示第四对换能器和换能器口。将图1B和1C放在一起，这几对换能器被布置成使得与弦A和B对应的上面两对换能器形成X形，而与弦C和D对应的下面两对换能器也形成X形。现在参照图1B，可以确定在每个弦A-D处的气体流动速度，从而得到弦流动速度。为了得到整个管线上的平均流动速度，将弦流动速度乘以一组预定常数。这些常数是公知的，并被理论上确定。从而，时差式超声波流量计测量超声波信号沿上游和下游方向在两个换能器之间移动所花费的时间。这个信息连同流量计的元件的几何尺寸允许计算出那个声路的流体的音速和平均流体速度。在多声路流量计中，将每个声路的结果的组合起来，从而给出流量计中的流体的平均速度和平均音速。将平均速度乘以流量计的截面面积，从而算出实际的体积流速。由于气体流动速度和音速的测量值取决于所测得的传播时间，t，因而重要的是精确测量传播时间。更具体而言，超声波流量计的特征是所要求的定时精度值基本上比超声波信号的周期小得多。例如，气体超声波流量计的定时精度的数量级为0.010微秒，但是超声波信号的频率为100,000到200,000赫兹，这对应于从10.00本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用以校正超声波信号传播时间测量中的误差的方法，包括：ａ）测量超声波信号在装有流体流的管线中的飞行时间；ｂ）计算对该超声波信号的至少一个诊断；ｃ）将所述至少一个诊断与一组相应的期望值作比较，以确定用于所述至少一个诊 断的数值是否小于、等于或者大于该相应的期望值；ｄ）根据所述比较步骤，确定在所述飞行时间的所述测量中是否存在一个或者多个误差；ｅ）如果所述一个或者多个误差包括在所述超声波信号的至少一个测量中的错误识别超声波信号到达时间，则校正 所述一个或者多个误差。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉姆R弗罗因德，克劳斯J赞克，盖尔P默里，
申请(专利权)人：丹尼尔工业公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]