[发明专利]用于测量管道中的流体的流量特性的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声波流量测量，特别地，涉及用于测量例如管道中的流体的流速和/或吞吐量等流量特性的设备和方法。

背景技术

在管道中流动的流体的超声波流量测量在本领域中是公知的。主要地，其包括在发射机和接收机之间传送超声波(ultrasonic sound wave)，在管道的轴向上、在流体流动的下行(downstream)方向上及在流体流动的上行(upstream)方向上将发射机和接收机隔开。测量超声波的通行时间。通过下行方向的超声波和上行方向的超声波的通行时间的差别，可以基于管道的已知几何结构来计算平均流速或吞吐量。该流体是例如天然气等气体、水蒸气或液体。

除了流速，所测量的通行时间还依赖于管道中的流体的流动剖面。涡旋、横流(cross flow)、剖面不对称及速度随时间波动是理想流动剖面的已知的畸变，在弯曲等之后，该种畸变实际上经常发生，例如发生在复杂的管道系统结构中。

所测量和计算的流速的最终可靠性依赖于许多参数，如所覆盖的距离、声波路径配置、所传送的超声波类型及计算方法本身。现有技术中已知许多声波路径配置。

已知的声波路径配置之一是具有中间半径弦(midradius chord)的三角形路径，其中，由发射机发射的超声波在由接收机接收之前在内侧管道壁上反射两次。例如，US-A-5,546,812已经公开了一种用于确定通道中的介质的流动特性的方法和设备，包括限定了对于涡旋确定的互相偏移的两个三角形路径以及对于不对称确定的也互相偏移的三个单个的反射轴路径的变换器装置。根据该专利的商业上可利用的流量仪表中，第一三角形路径具有顺时针方向的定位，第二三角形路径具有逆时针方向的定位。

尽管这些已知设备的优良性能已被公认，但是某些测试已经显示出，在特定流速以及例如涡旋角和源于涡旋路径的不对称或它们的组合等诊断信息中，所测量的特性的准确性在某些情况下仍有待提高。如果在某个方向上存在不对称或如果流动剖面沿着三角形声波路径的轴向距离改变，则该情况特别明显，从而影响流量测量准确性。使用这些已知设备，不可能将该种影响充分补偿或消除到可接受的等级。此外，总地来说，对于降低流量仪表的不确定性和提高流量仪表的准确性的要求仍然在增加。因此，存在对于提高超声波流量仪表的准确性并降低其不确定性的持续的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声波流量测量设备和方法，即使在流动剖面是不对称和/或流动剖面在声波路径(特定地，三角形路径中)的轴向距离发生改变的情况下，该设备和方法也具有改善了的准确性。

因此，在权利要求1和权利要求5中分别限定根据本发明的用于测量管道中的流体的流速的设备和方法。

简言之，根据本发明的设备包括管道体和至少四对超声波变换器，其中，每一对限定了涡旋感测声波路径。在管道的轴向上沿着平行于管道轴的假想的线间隔地布置每一对的变换器。具有沿着管道体的相同侧上的假想的线的变换器的两个涡旋感测声波路径形成一对声波路径，下文也将其称为成对路径。根据本发明的设备包括两组成对路径，沿着不同的平行线设置这两组成对路径。变换器能够单独作为发射机和接收机以沿着它们各自的声波路径传送超声波并将其接收。该设备还包括用于测量所传送的超声波的通行时间并用于根据所测量的通信时间确定流量特性的部件。