專利名稱：用于在超聲波流量表中提供均勻的流體溫度的系統(tǒng)和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及用于在超聲波流量表中提供均勻的流體溫度的系統(tǒng)和裝置。
背景技術(shù)：
通過(guò)管道將天然氣從一個(gè)地方傳輸?shù)搅硪粋€(gè)地方。理想地是準(zhǔn)確地知道在管道中流動(dòng)的天然氣量，并且當(dāng)流體轉(zhuǎn)手或者保管交接(custody transfer)時(shí)要求特別的準(zhǔn)確度。然而，即使在不發(fā)生保管交接時(shí)，也期望測(cè)量準(zhǔn)確，并且在這些情況下可以使用流量表。超聲波流量表是可以用于測(cè)量管道中流動(dòng)的流體量的一類流量表。超聲波流量表具有足夠的準(zhǔn)確度用于保管交接。在超聲波流量表中，聲學(xué)信號(hào)穿過(guò)待測(cè)量的流體流來(lái)回發(fā)送?；诮邮盏穆晫W(xué)信號(hào)的參數(shù)，確定流量表中的流體流動(dòng)速度。根據(jù)確定的流動(dòng)速度和已知的流量表的橫截面積能夠確定流過(guò)流量表的流體量。超聲波流量表中聲學(xué)信號(hào)的渡越時(shí)間包括信號(hào)行進(jìn)通過(guò)流量表中流動(dòng)的流體所需要的時(shí)間、聲學(xué)信號(hào)在產(chǎn)生和檢測(cè)該信號(hào)的換能器中所花費(fèi)的時(shí)間、以及處理該信號(hào)所需要的時(shí)間。為了準(zhǔn)確地確定流體流動(dòng)速度，從而確定流體的值，信號(hào)渡越時(shí)間的每個(gè)上述組成部分必須準(zhǔn)確地被確定。

實(shí)用新型內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于在超聲波流量表中提供均勻的流體溫度的系統(tǒng)，包括:流量表，具有密封的腔室；攪動(dòng)器，布置在所述密封的腔室內(nèi)并被配置為在所述流量表中移動(dòng)流體；以及其中所述攪動(dòng)器在所述流量表內(nèi)移動(dòng)流體從而提供在所述流量表中的均勻的流體溫度。其中所述儀表還包括在所述密封的腔室的每個(gè)端部處的密封構(gòu)件，并且其中所述攪動(dòng)器被安裝到所述密封構(gòu)件中的一個(gè)。其中所述攪動(dòng)器被安裝在將所述攪動(dòng)器定位以使得流體流動(dòng)通過(guò)所述攪動(dòng)器的分隔裝置上。上述系統(tǒng)還包括被配置為分別測(cè)量在所述流量表內(nèi)的流體的溫度和壓力的溫度傳感器和壓力傳感器。其中所述攪動(dòng)器被配置為在所述流量表內(nèi)以0.5英尺每秒到2英尺每秒之間的速度移動(dòng)所述流體。其中所述攪動(dòng)器具有所述流量表的內(nèi)徑的10%到35%的直徑。其中所述攪動(dòng)器被布置在所述流量表中、所述流量表的換能器之間的聲學(xué)信號(hào)路徑的外部。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了 一種用于在超聲波流量表中提供均勻的流體溫度的裝置，所述裝置包括:流量表主體；蓋板，被配置為密封所述流量表主體的端部；以及所述流量表主體中的電風(fēng)扇，所述風(fēng)扇在所述流量表中流通流體并被布置在所述流量表的超聲波換能器之間的信號(hào)路徑外部的位置處。[0013]上述裝置還包括將所述風(fēng)扇從在所述流量表主體內(nèi)支撐所述風(fēng)扇的表面分開(kāi)的支架，所述支架被配置為允許流體流動(dòng)通過(guò)所述風(fēng)扇。上述裝置還包括被配置為將所述風(fēng)扇附接到所述流量表的內(nèi)部的表面的磁體。其中所述風(fēng)扇被附接到所述蓋板。其中所述蓋板包括端口，通過(guò)所述端口連接器向所述風(fēng)扇提供電功率。其中所述風(fēng)扇的直徑是所述流量表的內(nèi)徑的10%到35%。其中所述風(fēng)扇被配置為在所述流量表內(nèi)以0.5英尺每秒到2英尺每秒之間的速度流通流體。

為了詳細(xì)地描述本實(shí)用新型的示例性的實(shí)施例，將參考以下的附圖，其中:圖1A不出根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的超聲波流量表的立視截面圖；圖1B示出包括根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的多個(gè)弦路徑的超聲波流量表的立視圖；圖1C以示意圖形式示出根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的超聲波流量表的頂視圖；圖2以示意圖形式示出配置用于根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的干式校準(zhǔn)的超聲波流量表組件的截面圖；圖3示出根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的用于執(zhí)行超聲波流量表的干式校準(zhǔn)的系統(tǒng)的框圖；以及圖4示出根據(jù)各個(gè)實(shí)施例用于超聲波流量表的干式校準(zhǔn)的方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
在以下說(shuō)明和權(quán)利要求通篇中使用特定術(shù)語(yǔ)來(lái)指示特定的系統(tǒng)部件。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，公司可以通過(guò)不同的名稱指示部件。本文檔并不旨在區(qū)分名稱不同而非功能不同的部件。在以下說(shuō)明中和在權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)“包括”和“包含”以開(kāi)放的方式使用，
從而應(yīng)該被解釋為意指“包括，但不限于......”。此外，術(shù)語(yǔ)“耦合”意在指間接或直接的
連接。因此，如果第一設(shè)備或部件耦合到第二設(shè)備或部件，該連接可以是通過(guò)兩者之間的直接接合或者是通過(guò)經(jīng)由其它中間設(shè)備、部件和/或連接的間接連接。以下討論針對(duì)本實(shí)用新型的各個(gè)實(shí)施例。盡管這些實(shí)施例中的一個(gè)或者多個(gè)是優(yōu)選的，但是公開(kāi)的實(shí)施例不應(yīng)該被解釋為或者另外地使用為限制包括權(quán)利要求在內(nèi)的本公開(kāi)的范圍。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解以下的說(shuō)明具有寬泛的應(yīng)用，并且對(duì)任何實(shí)施例的討論僅僅意在對(duì)該實(shí)施例的示范，而不意在暗示包括權(quán)利要求在內(nèi)的本公開(kāi)的范圍限制于該實(shí)施例。圖1A和IB示出說(shuō)明其基本部件和關(guān)系的超聲波流量表110的實(shí)施例。儀表主體111適合于放置在管道的各部分之間，其具有預(yù)定的尺寸并且限定被測(cè)量的流體(例如，待測(cè)氣體和/或液體)流動(dòng)所通過(guò)的中央通道。示例的換能器對(duì)112和113以及它們各自的殼體114和115沿著儀表主體111的長(zhǎng)度布置。換能器112和113是聲學(xué)收發(fā)器，更具體來(lái)說(shuō)是超聲波收發(fā)器，這意味著它們都產(chǎn)生和接收具有超過(guò)20K赫茲的頻率的聲學(xué)能量。聲學(xué)能量可以通過(guò)每個(gè)換能器中的壓電元件產(chǎn)生和接收。要產(chǎn)生聲學(xué)信號(hào)，壓電元件通過(guò)正弦信號(hào)被電激發(fā)并通過(guò)振動(dòng)作出響應(yīng)。壓電元件的振動(dòng)產(chǎn)生行進(jìn)通過(guò)被測(cè)量的流體到達(dá)換能器對(duì)的相應(yīng)換能器的聲學(xué)信號(hào)。相似地，在受到聲能(即聲學(xué)信號(hào)和其它噪音信號(hào))的沖擊時(shí)，接收壓電元件進(jìn)行振動(dòng)并產(chǎn)生由與該儀表相關(guān)聯(lián)的電子裝置檢測(cè)、數(shù)字化和分析的正弦電信號(hào)。路徑117，有時(shí)被稱為“弦(chord)”，相對(duì)于中央線120成角度Θ存在于圖示的換能器112和113之間?！跋摇?17的長(zhǎng)度是換能器112的表面和換能器113的表面之間的距離。點(diǎn)118和119限定換能器112和113所產(chǎn)生的聲學(xué)信號(hào)進(jìn)入和離開(kāi)流動(dòng)通過(guò)儀表主體111 (即:儀表主體內(nèi)徑(bore)的入口)的流體的位置。換能器112和113的位置可以通過(guò)角度Θ、測(cè)量的換能器112和113之間的第一長(zhǎng)度L、對(duì)應(yīng)于點(diǎn)118和119之間的軸向距離的第二長(zhǎng)度X以及對(duì)應(yīng)于管道內(nèi)徑的第三長(zhǎng)度d來(lái)限定。在絕大多數(shù)情況下，距離d、X和L在儀表制造過(guò)程中被精確確定。此外，不管儀表尺寸(即儀表主體尺寸)如何，諸如112和113的換能器通常放置于分別距點(diǎn)118和119特定的距離。被測(cè)量的流體，例如天然氣，以速度輪廓123沿方向122流動(dòng)。速度向量124-129圖示了通過(guò)儀表主體111的流體速度朝向中央線120而增加。最初，下游換能器112產(chǎn)生傳播穿過(guò)儀表主體111中的流體、然后入射在上游換能器113上并由上游換能器113檢測(cè)的聲學(xué)信號(hào)。短時(shí)間以后(例如，幾毫秒內(nèi))，上游換能器113產(chǎn)生傳播回來(lái)穿過(guò)儀表主體111中的流體、然后入射在上游換能器112上并由上游換能器112檢測(cè)的返回聲學(xué)信號(hào)。這樣，換能器112和113用信號(hào)130沿著弦路徑117進(jìn)行“一發(fā)一收(pitch and catch)”。在操作中，該序列(sequence)每分鐘可以發(fā)生成千上萬(wàn)次。聲學(xué)信號(hào)130在換能器112和113之間的渡越時(shí)間(即聲能行進(jìn)所需要的時(shí)間)部分取決于聲學(xué)信號(hào)130關(guān)于流體流動(dòng)向上游還是向下游行進(jìn)。聲學(xué)信號(hào)向下游(即和流體流動(dòng)相同的方向)行進(jìn)的渡越時(shí)間小于其當(dāng)向上游(即逆著流體流動(dòng))行進(jìn)時(shí)的渡越時(shí)間?？梢允褂脤?duì)于弦的上游渡越時(shí)間和下游渡越時(shí)間來(lái)計(jì)算平均流體流動(dòng)速度以及聲音在被測(cè)流體中對(duì)于該弦的平均速度。超聲波流量表能夠具有一個(gè)或多個(gè)聲學(xué)信號(hào)路徑。圖1B圖示出超聲波流量表110的一個(gè)端部的立視圖。如圖1B所示，超聲波流量表110實(shí)際包括在儀表主體111內(nèi)部不同水平面的四個(gè)弦路徑A、B、C和D。每個(gè)弦路徑A-D對(duì)應(yīng)于輪流地作為發(fā)送器和接收器工作的換能器對(duì)。圖中還示出儀表控制電子裝置封裝140，其包括獲取和處理來(lái)自四個(gè)弦路徑A-D的數(shù)據(jù)的控制電子裝置。圖1B的視圖中隱藏了對(duì)應(yīng)于弦路徑A-D的四對(duì)換能器。參考圖1C可能更容易理解四對(duì)換能器的配置。四對(duì)換能器的端口(ports)安裝在儀表主體111上。每對(duì)換能器端口對(duì)應(yīng)于圖1B的單個(gè)弦路徑。第一對(duì)換能器端口 114和115包括換能器112和113(見(jiàn)圖1A)。換能器以相對(duì)于儀表主體111的中央線120成非垂直角度Θ安裝。另一對(duì)換能器端口 134和135 (僅部分可以看到)和相關(guān)聯(lián)的換能器被安裝成使得其弦路徑關(guān)于換能器114和115的弦路徑松散地形成“X”形狀。相似地，平行于換能器端口 134和135放置換能器端口 138和139，但是在不同的“水平面”(即在儀表主體或者管道的不同徑向位置)上。圖1C中未明顯示出第四對(duì)換能器和換能器端口。將圖1B和圖1C結(jié)合到一起，換能器對(duì)被布置成使得對(duì)應(yīng)于弦A和B的上部的兩對(duì)換能器形成“X”形狀，對(duì)應(yīng)于弦C和D的下部的兩對(duì)換能器也形成“X”形狀?？梢栽诟鱾€(gè)弦A-D確定流體的流動(dòng)速度以獲得弦流動(dòng)速度，并且結(jié)合弦流動(dòng)速度以確定儀表110的平均流動(dòng)速度。通過(guò)儀表110的容積流動(dòng)速率是對(duì)于儀表110的平均流動(dòng)速度和儀表110的截面積的乘積。[0034]通常，控制電子裝置(例如，控制電子裝置封裝140)引起換能器(例如112、113)發(fā)動(dòng)，接收換能器的輸出，計(jì)算對(duì)于每個(gè)弦的平均流動(dòng)速度，計(jì)算對(duì)于儀表的平均流動(dòng)速度，并且計(jì)算通過(guò)儀表的容積流動(dòng)速率。然后，容積流動(dòng)速率和可能的其它被測(cè)量和被計(jì)算的值(例如，流動(dòng)速度和聲音速度)被輸出到在儀表110的外部的附加設(shè)備，例如流量計(jì)算機(jī)。如上所述，每個(gè)超聲波換能器112、113通常包括壓電晶體。壓電晶體是發(fā)射和接收聲能的有源元件。壓電晶體包括諸如鋯鈦酸鉛(PZT)的壓電材料和在壓電材料的表面上的電極。電極通常是諸如銀或鎳的導(dǎo)電材料的薄層。施加在電極之間的電壓差在壓電材料中感應(yīng)出電場(chǎng)，該電場(chǎng)使得壓電材料改變形狀并發(fā)射聲能。入射(impinging)到壓電材料上的聲能使得壓電材料改變形狀并在電極之間產(chǎn)生電壓。壓電晶體通常密封在環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)，環(huán)氧樹(shù)脂將壓電晶體保持在適當(dāng)位置，保護(hù)壓電晶體，并提供匹配層以改善聲能在壓電晶體和儀表110中的流體之間的耦合。對(duì)于給定的弦，弦流動(dòng)速度V給出如下:
權(quán)利要求1.一種用于在超聲波流量表中提供均勻的流體溫度的系統(tǒng)，包括: 流量表，具有密封的腔室； 攪動(dòng)器，布置在所述密封的腔室內(nèi)并被配置為在所述流量表中移動(dòng)流體；以及 其中所述攪動(dòng)器在所述流量表內(nèi)移動(dòng)流體從而提供在所述流量表中的均勻的流體溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述儀表還包括在所述密封的腔室的每個(gè)端部處的密封構(gòu)件，并且其中所述攪動(dòng)器被安裝到所述密封構(gòu)件中的一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述攪動(dòng)器被安裝在將所述攪動(dòng)器定位以使得流體流動(dòng)通過(guò)所述攪動(dòng)器的分隔裝置上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括被配置為分別測(cè)量在所述流量表內(nèi)的流體的溫度和壓力的溫度傳感器和壓力傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述攪動(dòng)器被配置為在所述流量表內(nèi)以0.5英尺每秒到2英尺每秒之間的速度移動(dòng)所述流體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述攪動(dòng)器具有所述流量表的內(nèi)徑的10%到35%的直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述攪動(dòng)器被布置在所述流量表中、所述流量表的換能器之間的聲學(xué)信號(hào)路徑的外部。
8.一種用于在超聲波流量表中提供均勻的流體溫度的裝置，所述裝置包括: 流量表主體； 蓋板，被配置為密封所述流量表主體的端部；以及 所述流量表主體中的電風(fēng)扇，所述風(fēng)扇在所述流量表中流通流體并被布置在所述流量表的超聲波換能器之間的信號(hào)路徑外部的位置處。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，還包括將所述風(fēng)扇從在所述流量表主體內(nèi)支撐所述風(fēng)扇的表面分開(kāi)的支架，所述支架被配置為允許流體流動(dòng)通過(guò)所述風(fēng)扇。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，還包括被配置為將所述風(fēng)扇附接到所述流量表的內(nèi)部的表面的磁體。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述風(fēng)扇被附接到所述蓋板。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述蓋板包括端口，通過(guò)所述端口連接器向所述風(fēng)扇提供電功率。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述風(fēng)扇的直徑是所述流量表的內(nèi)徑的10%到35%。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述風(fēng)扇被配置為在所述流量表內(nèi)以0.5英尺每秒到2英尺每秒之間的速度流通流體。
專利摘要本實(shí)用新型涉及用于在超聲波流量表中提供均勻的流體溫度的系統(tǒng)和裝置。一種用于校準(zhǔn)超聲波流量表的系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括流量表，具有密封的腔室；攪動(dòng)器，布置在密封的腔室內(nèi)并被配置為在流量表中移動(dòng)流體；以及校準(zhǔn)邏輯，被配置為確定所測(cè)量的、由流量表的部件引發(fā)的等待時(shí)間所導(dǎo)致的聲學(xué)信號(hào)渡越時(shí)間的一部分；其中基于攪動(dòng)器在流量表內(nèi)移動(dòng)流體從而提供在流量表中的均勻的流體溫度來(lái)確定所測(cè)量的聲學(xué)信號(hào)渡越時(shí)間的一部分。
文檔編號(hào)G01F1/66GK202974353SQ20122004494
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月11日
發(fā)明者小亨利·C·斯特勞布 申請(qǐng)人:丹尼爾測(cè)量和控制公司