超声传感器、流量计和方法技术

一种用于管的超声传感器，该传感器包括产生平面波的超声源。该传感器包括具有这样的面的外壳，该面的至少一部分被弯曲，由设置在所述外壳中的所述超声源产生的所述平面波通过该面的至少一部分向外地被发射并导向管的内壁，如此可以测量所述管的内部的整个横截面。一种用于检测管中的流体流率的流量计。一种用于检测管中的流体流率的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用超声传感器确定管中的流体流率(flowrate)。(如本文所使用的，对“本专利技术”或“专利技术”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，本专利技术涉及使用如下的超声传感器确定管中的流体流率，其中，该传感器的面具有这样的一部分，所述部分被成形以致所述部分使得由该传感器产生的平面波向外地被导向管的内壁，如此可以测量管内部的整个横截面。
技术介绍
本部分g在向读者介绍可能与本专利技术的各方面相关的领域的各方面。以下的讨论内容g在提供有助于更好理解本专利技术的信息。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木。本专利技术可应用于利用超声渡越时间技术(ultrasonic transit timetechnology)(例如,超声流量计或UFM)测量流率(flow rate)。具体地,本申请是针对流量计改进的，用于监控海底油井中的化学注入(通常注入单こニ醇或MEG)。这种专门的海底应用的流率范围为100升/小时至30，000升/小吋。对于这个流动范围和产品粘度-雷诺数范围从层流(laminar flow)直至全瑞流(fully turbulent flow)。雷诺数的这个范围形成从抛物线变至几近平坦的速度分布。作为流量计，必须測量平均速度(例如，速度分布的积分除以面积)。在一个实施方案中，当前的超声流量计布置在管/管道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，另ー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的平面波。上游信号和下游信号之间的渡越时间差被用于计算这两个传感器之间的速度。这种渡越时间差反映了投射到声学路径上的平均流体速度。除非传感器大于管/管道的直径，否则声学路径测量代表小于管/管道的整个横截面的面积的速度。只有在传感器大于管道本身时，才可以测量整个横截面。大得足以完全覆盖管/管道横截面的传感器不是一直可能或实际可行的，这取决于管/管道的尺寸或压カ(例如，所要求的壁厚度)。ー些UFM已使用多次反弹(bounce);但这些多次反弹无法获得整个横截面。通过测量整个横截面，解决了速度分布效应(例如，由于液压导致的任何变形或者由于从层流转变成湍流导致的速度分布变化)
技术实现思路
本专利技术涉及对流过管的流体的測量。这种测量是利用渡越时间超声流量计执行的，该流量计具有被设置成与通过管的流体流对准的传感器。由传感器产生的平面波的辐射图案传播通过管中的流动的流体，并且被流量计用于确定流体的流率。附图说明在附图中，图示说明本专利技术的优选实施方案以及实践本专利技术的优选方法，在附图中图I是本专利技术的标准设计。图2是带锥形面的传感器的实施例。 图3示出传感器面角度的计算方法。图4示出图2所示传感器的天线福射图(antenna pattern)。图5a示出插入式传感器构造。图5b不出端盖式(end cap)传感器构造。图6是通过整合整个横截面提高线性可能的实施例。图7示出即使在200:1的雷诺数范围内，粘度从IOcSt变成20cSt再变成50cSt对线性度没有影响。图8示出线性度对于液压变化的不敏感性。具体实施例方式现在參照附图，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，參照其中的图2，在图2中示出用于管12的超声传感器10。传感器10包括产生平面波的超声源14。传感器10包括具有面18的外壳16，面18的至少一部分被弯曲，从设置在外壳16中的超声源14产生的平面波通过该部分向外地被发射并导向管12的内壁26，如此可以測量管12内部的整个横截面。參见图3。传感器10是从众多供应商可获得的标准传感器10，唯一的差别在于，面18的所述至少一部分如上所述地被成形。在ー个实施方案中，由不锈钢制成的面18的成形部分造成平面波在其依照斯涅尔定律(Snell’ slaw)传播通过面18并且向外地导向管12的内壁26时，发生折射。类似地，在接收时，与面18的成形部分成各种角度的平面波依照斯涅尔定律被折射回去，形成能被传感器10捕获的角度，从而如本领域所公知的，生成基于流率的信号。面18的至少一部分可以是锥形的一部分。在一个实施方案中，面18可以以成锥形的方式被成形。锥形的所需角度^iVsired可以由下式定义本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.19 US 12/653,9131.一种用于管的超声传感器，所述超声传感器包括 超声源，所述超声源产生平面波；以及 外壳，所述外壳具有这样的面，所述面的至少一部分被弯曲/成形，由设置在所述外壳中的所述超声源产生的所述平面波通过所述面的至少一部分向外地被发射并导向所述管的内壁，如此可以测量所述管的内部的整个横截面。2.根据权利要求I所述的传感器，其中，所述面的至少一部分是一锥形的一部分。3.根据权利要求2所述的传感器，其中，所述面是以成锥形的方式成形的。4.根据权利要求3所述的传感器，其中，所述锥形的所需角度OVsired可以由下式定义5.一种用于检测管中的流体流率的流量计，所述流量计包括 上游超声传感器，所述上游超声传感器具有这样的面，所述面的至少一部分被弯曲，所述面的至少一部分与所述管的内部连通并且被设置成使得由所述上游传感器产生的平面波向外地被导向所述管的内壁并且沿着所述管的内部传播，如此可以测量所述管的内部的整个横截面；以及 控制器，所述控制器与所述上游传感器进行通信，从已沿着所述管的内部传播的所述平面波计算流体流率。6.根据权利要求5所述的流量计，所述流量计包括 下游超声传感器，所述下游超声传感器具有这样的面，所述面的至少一部分被弯曲/成形，所述面的至少一部分与所述管的内部连通并且被设置成使得由所述下游传感器产生的平面波向外地被导向所述管的内壁并且沿着所述管的内部传播，如此可以测量所述管的内部的整个横截面，并且由所述下游传感器产生的所述平面波由产生上游传感器信号的所述上游传感器接收，所述下游传感器接收来自所述上游传感器的所述平面波并且提供下游传感器信号，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，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。...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·R·奥根斯坦，B·W·格里菲思，
申请(专利权)人：卡梅伦国际公司，
类型：发明
国别省市：