[发明专利]流量计和方法

说明书

相关申请的交叉引用：本申请要求2009年12月8日提交的、题目为“Flowmeter and Method（流量计和方法）”的美国专利申请No.12/653,087的优先权，该专利申请的全文以引用方式并入本文。

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。

附图说明

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100cSt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。