專利名稱：超聲波鉗位多相流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開大體上涉及流量計，但不以限制的方式，涉及其中的多相流量計。
背景技術(shù)：
與聯(lián)機(jī)流量計相比，鉗位流量計提供了強(qiáng)大的操作和經(jīng)濟(jì)優(yōu)點(diǎn)。這些鉗位流量計 中的一些設(shè)計為采用超聲波監(jiān)測單相流量。然而，這些流量計不可能用來監(jiān)測油氣工業(yè)中 常有的多相流量。對于多相流量，能夠測量容器或管道中的液相的厚度的一些超聲波技術(shù)是已知 的。例如，通過發(fā)射脈沖信號并測量來自氣/液界面的回波，脈沖信號的來回行程傳播時間 可以用來確定氣/液界面位置。然而，這種技術(shù)要求確定液相中的聲速。為了確定液相中的聲速，多種技術(shù)一般要求知道脈沖信號的傳播路徑的長度。然 而，在液相的厚度會在從數(shù)毫米到數(shù)厘米的范圍內(nèi)變化的油氣工業(yè)中，設(shè)計傳播路徑以便 可以根據(jù)傳播路徑確定典型的聲速是不實(shí)際的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一種實(shí)施方式描述了鉗位型流量計，其采用超聲波監(jiān)測油氣工業(yè)中常有 的多相流量。這種鉗位型流量計確定液相中的聲速，而不要求知道脈沖信號的傳播路徑的 長度。在多種實(shí)施方式中，這種鉗位型流量計能夠確定液相的流速、相分?jǐn)?shù)、聲速和聲阻抗， 這些可以合并確定液相的流量和液相中的不同成分的混合比。多個飛行時間測量值可以結(jié) 合，以確定液體層的厚度和液體層中的聲速。在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種用于確定在管道中流動的第一相的至少一 種特性的多相流量計，其中至少第二相也存在于所述管道中。該多相流量計包括構(gòu)造為確 定所述第一相的至少一種特性的處理器。該多相流量計還包括構(gòu)造為以相對于垂直于內(nèi)管 壁的直線的第一入射角將第一脈沖信號發(fā)射到所述第一相中的第一換能器，所述第一脈沖 信號位于超聲波范圍，并且所述第一換能器構(gòu)造為連接至外管壁；并且所述第一相中的所 述第一入射角的絕對值配置為至少為10度且最多為80度。此外，該多相流量計還包括構(gòu) 造為以相對于垂直于內(nèi)管壁的所述直線的第二入射角將第二脈沖信號發(fā)射到所述第一相 中的第二換能器，所述第二脈沖信號位于超聲波范圍，并且所述第二換能器構(gòu)造為連接至 所述外管壁；并且所述第二相中的所述第二入射角的絕對值配置為小于10度，即大致法向 入射。在另一種實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種用于確定在管道中流動的第一相的流量 的方法，其中至少第二相也存在于所述管道中。在一個步驟中，以相對于垂直于內(nèi)管壁的直線的第一入射角將第一脈沖信號發(fā)射到所述第一相中，所述第一脈沖信號位于超聲波范圍 內(nèi)。在另一步驟中，以相對于垂直于內(nèi)管壁的所述直線的第二入射角將第二脈沖信號發(fā)射 到所述第一相中，所述第二脈沖信號位于超聲波范圍內(nèi)。在又一步驟中，至少部分地基于所 述第一相中的平均流速的確定來確定所述第一相的流量。在又一種實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種用于確定在管道中流動的第一相的流量 的方法，其中至少第二相也存在于所述管道中。在一個步驟中，以相對于垂直于內(nèi)管壁的直 線的第一入射角在管壁的第一常規(guī)位置處產(chǎn)生第一激勵能量，以便將第一脈沖信號發(fā)射到 所述第一相中。在另一步驟中，在產(chǎn)生第二激勵能量的第二常規(guī)位置處接收所述第一脈沖 信號。在又一步驟中，以相對于垂直于所述內(nèi)管壁的所述直線的第二入射角在管壁的第二 常規(guī)位置處產(chǎn)生第二激勵能量，以便將第二脈沖信號發(fā)射到所述第一相中。此外，在一個步 驟中，在產(chǎn)生所述第一激勵能量的所述第一常規(guī)位置處接收所述第二脈沖信號。在另一步 驟中，產(chǎn)生第三激勵能量，以便在第三常規(guī)位置處以相對于垂直于所述內(nèi)管壁的所述直線 的第三入射角將第三脈沖信號發(fā)射到所述第一相中，所述第三脈沖信號在超聲波范圍內(nèi)。 在又一步驟中，在產(chǎn)生所述第三激勵能量的所述第三常規(guī)位置處接收所述第三脈沖信號。根據(jù)隨后提供的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它應(yīng)用方面將變得明顯。應(yīng)當(dāng)理解，雖然指 示了多個實(shí)施方式，但詳細(xì)的描述和具體實(shí)施例僅是用于說明目的，并且不是必須限制本 發(fā)明的保護(hù)范圍。


本發(fā)明結(jié)合隨附的附圖進(jìn)行描述圖IA至II圖示了根據(jù)本發(fā)明多個方面的流量計的實(shí)施方式的方塊示意圖；圖2A至21圖示了根據(jù)本發(fā)明多個方面的流量計的實(shí)施方式的功能圖；圖3A和3B圖示了根據(jù)本發(fā)明多個方面的流量計的實(shí)施方式的流量分布和多普勒 回波能量分布；圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明多個方面的流量計的實(shí)施方式的液相分布；圖5A和5B圖示了根據(jù)本發(fā)明多個方面的流量計的實(shí)施方式的垂直高頻換能器的 功能圖和響應(yīng)；圖6A和6B圖示了根據(jù)本發(fā)明多個方面的流量計的實(shí)施方式的傾斜板波換能器的 功能圖和響應(yīng)；圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明多個方面的流量計的實(shí)施方式的互相關(guān)速度分布的功能 圖；圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明多個方面的流量計的實(shí)施方式的時域脈沖回波方法的功 能圖和響應(yīng)；以及圖9圖示了根據(jù)本發(fā)明多個方面的用于確定在管道中流動的液相的流量的過程 的實(shí)施方式的流程。 在隨附的附圖中，相同的元件和/或特征具有相同的附圖標(biāo)記。而且，通過在附圖 標(biāo)記后面加上破折號和在類似的元件之間進(jìn)行區(qū)分的第二標(biāo)記而可以區(qū)別相同類型的不 同元件。如果在說明書中僅使用第一附圖標(biāo)記，則這種描述適用于任何具有相同的附圖標(biāo) 記而不考慮第二附圖標(biāo)記的類似元件。
具體實(shí)施例方式隨后的描述僅提供優(yōu)選的示例性實(shí)施方式，并且不是要限制本發(fā)明的保護(hù)范圍、 應(yīng)用性或構(gòu)造。更確切地說，優(yōu)選的示例性實(shí)施方式的隨后的描述將為本領(lǐng)域技術(shù)人員提 供用于實(shí)現(xiàn)優(yōu)選的示例性實(shí)施方式的有效描述。應(yīng)當(dāng)理解，在不背離如在隨附的權(quán)利要求 中提出的精神和范圍的前提下，可以在元件的功能和配置防止進(jìn)行各種改變。首先參照圖1A，示出了雙換能器流量計101的實(shí)施方式。傾斜多普勒換能器121 和垂直窄帶換能器122連接至用于確定管道中的液相的至少一種特性的控制器110。控制 器110連接至接口端口 111，控制器110接受來自接口端口 111的輸入，并產(chǎn)生用于液相的 至少一種特性的輸出。傾斜多普勒換能器121為可用于距離選通(range-gated)多普勒測量的窄帶換能 器。設(shè)計用于流速的距離選通多普勒測量的窄帶換能器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)例如已經(jīng)在名稱為“用 于多相流量的多普勒流量計”的美國專利No. 6，758，100中描述了，通過引用將其結(jié)合與此 用于各種目。如將更詳細(xì)地描述的那樣，傾斜多普勒換能器121產(chǎn)生流量分布和多普勒回 波能量分布。從這些分布中，至少可以確定飛行時間測定值。垂直窄帶換能器122具有相對于管道中心線的法向入射角。垂直窄帶換能器122 可以用于距離選通多普勒測量，以至少確定第二飛行時間測定值。垂直窄帶換能器122還 可以進(jìn)行時域脈沖回波測量，以確定管道壁中的并且來自氣液界面的飛行時間?？刂破?10可以包括處理單元、存儲器、輸入輸出端口、脈沖發(fā)生器-接收器和放 大電路以及時鐘電路?？刂破?10還可以包括用于轉(zhuǎn)換模擬信號并進(jìn)行頻域分析的模數(shù)轉(zhuǎn) 換器和信號處理器?？刂破?10控制傾斜多普勒換能器121和垂直窄帶換能器122，以進(jìn)行 各種測量，并確定液相的至少一種特性。接口端口 111可以連接至用于由控制器110確定的測定值的輸出的顯示器。接口 端口 111還可以通過通信接口或網(wǎng)絡(luò)有線或無線連接至遠(yuǎn)離流量計的系統(tǒng)，以能夠遠(yuǎn)程監(jiān) 測由控制器110確定的測定值。此外，接口端口 111可以接受來自按鈕按壓或鍵盤輸入的 輸入，以控制控制器的操作。接口端口 111還可以通過通信接口或網(wǎng)絡(luò)有線或無線接受來 自遠(yuǎn)離流量計的系統(tǒng)的輸入，以能夠遠(yuǎn)程控制控制器110的操作。參照圖1B，示出了三重?fù)Q能器板波流量計102的實(shí)施方式。三重?fù)Q能器板波流量 計102類似于圖IA中的雙重?fù)Q能器流量計101，因?yàn)樗鼈兌贾辽偈褂脙A斜換能器和垂直換 能器。三重?fù)Q能器板波流量計102包括兩個傾斜板波換能器123和垂直高頻寬帶換能器 124。板波換能器123產(chǎn)生具有從50kHz至IMHz的典型頻率范圍的有用激勵脈沖。所 述換能器設(shè)置為相互面對，以形成發(fā)送器和接收器對；它們之間的間距通常為數(shù)百毫米，并 且是可調(diào)節(jié)的。在通常的操作期間，第一板波換能器123-1產(chǎn)生在管壁中產(chǎn)生板波的激勵 脈沖。當(dāng)板波沿著管壁傳播時，超聲波能量發(fā)射到液相中。隨后第二板波換能器123-2接 收反射的超聲波能量以及板波。隨后，第二板波換能器123-2產(chǎn)生激勵脈沖，并且第一板波 換能器123-1作為接收器進(jìn)行工作?？梢栽谠搶?shí)施方式確定兩個飛行時間測定值，一個在 板波沿與液相的流動相同的方向傳播時確定，另一個在板波沿相反的方向傳播時確定。垂直高頻寬帶換能器124產(chǎn)生具有從IMHz至20MHz的典型頻率范圍的有用脈沖。如將更詳細(xì)地說明的那樣，垂直高頻寬帶換能器124進(jìn)行時域脈沖回波測量，以確定管壁 中的且來自氣液接口的飛行時間。接下來參照圖1C，示出了互相關(guān)/板波流量計103的實(shí)施方式。除了互相關(guān)/板 波流量計103采用垂直高頻換能器124和距離選通互相關(guān)裝置115之外，互相關(guān)/板波流 量計103類似于圖IB中的三重?fù)Q能器板波流量計102。該實(shí)施方式展示了一種產(chǎn)生液相的 速度分布的方式。每個垂直高頻換能器124都向液相中發(fā)射能量，并接收返回的能量。能量可以通 過位于液相的不同深度水平處的回波產(chǎn)生反射裝置發(fā)射回。距離選通互相關(guān)裝置115使得 能夠選擇從不同深度水平反射的能量，并且通過在由兩個換能器接收的能量之間進(jìn)行互相 關(guān)，可以在該實(shí)施方式中產(chǎn)生液相的速度分布。參照圖1D，示出了多普勒/板波流量計104的實(shí)施方式。除了多普勒/板波流量 計104采用傾斜高頻脈沖多普勒換能器125產(chǎn)生速度分布之外，多普勒/板波流量計104 類似于圖IB中的三重?fù)Q能器板波流量計102。傾斜高頻脈沖多普勒換能器125以與前述傾 斜多普勒換能器121類似的方式進(jìn)行操作。與互相關(guān)/板波流量計103相比，多普勒/板 波流量計104使得能夠采用較少的換能器產(chǎn)生速度分布。接下來參照圖1E，示出了接觸-換能器流量計105的實(shí)施方式。除了接觸-換能 器流量計105采用不同類型的接觸換能器126之外，接觸-換能器流量計105類似于圖IB 中的三重?fù)Q能器板波流量計102。在一種實(shí)施方式中，接觸-換能器流量計105可以使得能 夠采用聲阻抗測量檢測關(guān)閉后面的流體類型。在另一種實(shí)施方式中，接觸_換能器流量計 105 可以為更精確的平均速度測量提供沿著管道中的多個路徑的速度測量。接觸換能器126直接接觸管道。接觸表面可以為平坦的或彎曲的，以匹配管道的 外面。在接觸表面處，接觸材料可以用來去除換能器和管道之間的任何氣隙。用于接觸換 能器126的技術(shù)可以包括延遲線、雙元件等。延遲線換能器允許在接收到超聲波信號之前 完成超聲波信號的發(fā)送。雙元件換能器一般具有一個發(fā)送超聲波信號的獨(dú)立元件和另一個 接收超聲波信號的獨(dú)立元件。接觸換能器126可以以不同的角度設(shè)置在管道圓周附近。一 些接觸換能器126可以通過采用聲阻抗測量檢測管壁后面的流體類型。為更精確的平均速 度測量，其它接觸換能器126可以沿著管道中的多個路徑設(shè)置速度測量。參照圖1F，示出了多間距板波流量計106的實(shí)施方式。除了多間距板波流量計106 采用第三傾斜板波換能器123-3之外，多間距板波流量計106類似于圖IB中的三重?fù)Q能器 板波流量計102。在第三傾斜板波換能器123-3和第二傾斜板波換能器123-2之間存在較 長的間距的情況下，第三傾斜板波換能器123-3提供附加的測量。雖然較短的間距為檢測 主回波提供更好的信號比，但較長的間距使得能夠檢測更多倍的流體界面回波。接下來參照圖1G，示出了上下板波流量計107的實(shí)施方式。除了上下板波流量計 107采用附加的傾斜板波換能器123之外，上下板波流量計107類似于圖IB中的三重?fù)Q能 器板波流量計102。附加的傾斜板波換能器123可以在它們之間形成用于附加測量的發(fā)送 器和接收器對。參照圖1H，示出了寬帶流量計108的實(shí)施方式。除了寬帶流量計108采用除垂直 窄帶換能器122之外或代替垂直窄帶換能器122的垂直寬帶換能器127之外，寬帶流量計 108類似于圖IA中的雙重?fù)Q能器流量計101。該實(shí)施方式使得能夠?qū)崿F(xiàn)可替換的測量方法或提供冗余測量。寬帶換能器127產(chǎn)生具有從IMHz至20MHz的典型頻率范圍的有用脈沖。如將更 詳細(xì)地描述的那樣，寬帶換能器127可以用來確定液相的聲阻抗和在液相中水的分?jǐn)?shù)。隨 后，在一種實(shí)施方式中，可以確定聲速和成層/分離液相的厚度。在另一種實(shí)施方式中，還 可以確定聲速和環(huán)形液相的厚度。接下來參照圖II，示出了多傾角流量計109的實(shí)施方式。除了多傾角流量計109 采用附加的傾斜多普勒換能器121之外，多傾角流量計109類似于圖IA中的雙重?fù)Q能器流 量計101。附加的傾斜多普勒換能器121可以以相互不同的角度和/或不同的頻率操作，使 得在一種實(shí)施方式中能夠?qū)崿F(xiàn)更穩(wěn)健的速度分布測定值。參照圖2A，示出了圖IA中的在功能上連接至管壁210的雙重?fù)Q能器流量計101 的實(shí)施方式。這種連接可以為可拆卸類型的，如夾緊。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到的那 樣，這種連接也可以是永久類型的，如通過將換能器殼體直接構(gòu)造在一段管道中。將雙重?fù)Q 能器流量計101固定至管道的其它方式可以包括采用環(huán)氧、在管道周圍纏繞帶子等。管道 中的多相流至少包括液體層240和氣體250。管道/液體界面220位于管壁210和液體層 240之間。此外，氣/液界面230位于液體層240和氣體250之間。傾斜多普勒換能器121構(gòu)造為以相對于垂直于管道/液體界面220處的內(nèi)管壁的 直線262的入射角260將脈沖信號發(fā)射到液體層240中。將會理解，管道/液體界面220處 的管壁可以不為圓筒形形式，并且可以不具有均勻的表面，因?yàn)樵摫砻婵赡芫哂胁煌暾浴?然而，管道/液體界面220的內(nèi)管壁通常為圓筒形，具有均勻的表面。如果脈沖的軸向傳播 方向與流動方向相反，人們可以將入射角260定義為正，并且如果脈沖的軸向傳播方向與 流動方向一致，則將入射角260定義為負(fù)。液體層240中的入射角260的絕對值一般至少 為10度且最多為80度。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到，在多種實(shí)施方式中可以使用液體層 240中的入射角260的其它絕對值，如至少為45度且最多為70度、至少為37度且最多為 58度、以及至少為18度且最多為80度。傾斜多普勒換能器121可以用來確定從脈沖信號發(fā)射時到從氣/液界面230上反 射的返回回波到達(dá)時的第一飛行時間。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到的那樣，脈沖信號的 發(fā)射逆著液體層240的流動傳播，返回回波順著流動傳播。此外，脈沖信號在管壁210中的 往返形成飛行時間例如可以采用校正測量確定。垂直窄帶換能器122也構(gòu)造為以相對于垂直于管道/液體界面220處的內(nèi)管壁的 直線262的入射角260將脈沖信號發(fā)射到液體層240中。液體層240中的入射角260的絕 對值偏離0度的程度一般小于10度。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到，可以在多種實(shí)施方式中 使用液體層240中的其它入射角260，如在士5度內(nèi)、在士 1. 5度內(nèi)、以及至少為-0. 5度且 最多為+0.5度。與傾斜多普勒換能器121類似，垂直窄帶換能器122可以用來至少確定第二飛行 時間測定值。流速對第二飛行時間測定值的影響不存在或者與用傾斜多普勒換能器121確 定的第一測定值不同。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到，在去除管壁中的對應(yīng)的飛行時間的情 況下，兩個飛行時間測定值可以形成下述兩個等式，其中c為液體層240中的聲速，h為液 體層240的厚度，且k為居于聲速和管壁210中的折射角的已知常數(shù)
通過合并來自傾斜多普勒換能器121和垂直窄帶換能器122的飛行時間測定值， 可以在該方式中確定液體層240中的聲速。根據(jù)聲速測定值，可以確定液體層240的厚度。 此外，液體層240中的聲速可以用來確定液體層240中水占的分?jǐn)?shù)。而且，液體層240的流 量可以基于平均流速和液體層240的厚度確定。在一些實(shí)施方式中，平均流速可以基于液 體層240的速度分布的測定值而確定。在本發(fā)明的一些方面中，速度分布可以通過傾斜(脈 沖)多普勒換能器121測量。接下來參照圖2Β，示出了圖IB中的在功能上連接至管壁210的三重?fù)Q能器板波流 量計102的實(shí)施方式。該實(shí)施方式與圖2Α中圖示的實(shí)施方式類似，因?yàn)樗鼈兌贾辽俨捎脙A 斜換能器和垂直換能器。兩個傾斜板波換能器123可以用于產(chǎn)生短程板波270并檢測短程板波270。第二 傾斜板波換能器123-2產(chǎn)生沿與液體層240的流動相同方向傳播的短程板波270，同時第一 傾斜板波換能器123-1作為接收器進(jìn)行工作。隨后，第一傾斜板波換能器123-1產(chǎn)生沿與 液體層240的流動相反方向傳播的板波，同時第二傾斜板波換能器123-2作為接收器進(jìn)行 工作。垂直高頻寬帶換能器124進(jìn)行時域脈沖回波測量，以確定氣液接口 230的飛行時間 測定值以及管壁210中的飛行時間測定值。傾斜板波換能器123可以用來確定第一飛行時間測定值和第三飛行時間測定值， 一個順著流動，一個逆著流動。如將更詳細(xì)地說明的那樣，大體上垂直于管道/液體界面 220處的內(nèi)管壁的垂直高頻寬帶換能器124可以用來確定不受流速影響的第二飛行時間測 定值。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到，所述三個液體中飛行時間測定值可以用在下述三個等 式中
第一和第三飛行時間測定值之間的差值二4么ι k V,
h)2第一和第三飛行時間測定值的和=4么，以及
c 小-(k.c) 其中c為液體層240中的聲速，h為液體層240的厚度，V為液體層240的平均流 速，P為管壁210中的已知的板波速率，k為基于管壁210中的聲速和折射角的常數(shù)。根據(jù) 這三個飛行時間測定值，可以在該實(shí)施方式確定液體層240的聲速、厚度和平均流速。參照圖2C，示出了圖IC中的在功能上連接至管壁210的互相關(guān)/板波流量計103
的實(shí)施方式。除了高頻換能器124可以用來通過以距離選通的方式互相關(guān)由兩個換能器接收的回波能量之外，該實(shí)施方式類似于圖2B中示出的實(shí)施方式。該實(shí)施方式展示了一種產(chǎn) 生液體層240的速度分布的方式。接下來參照圖2D，示出了圖ID中的在功能上連接至管壁210的多普勒/板波流量 計104的實(shí)施方式。除了傾斜高頻脈沖多普勒換能器125可以用來產(chǎn)生速度分布之外，該 實(shí)施方式類似于圖2B中示出的實(shí)施方式。該實(shí)施方式展示了另一種用較少的換能器產(chǎn)生 液體層240的速度分布的方式。傾斜高頻脈沖多普勒換能器125構(gòu)造為以相對于垂直于管道/液體界面220處的 內(nèi)管壁的直線的入射角260將脈沖信號發(fā)射到液體層240中。液體層240中的入射角260 的絕對值一般至少為10度且最多為80度。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到，在多種實(shí)施方式 中可以使用液體層240中的入射角260的其它絕對值，如至少為45度且最多為70度、至少 為27度且最多為58度、以及至少為58度且最多為80度。參照圖2E，示出了圖IE中的在功能上連接至管壁210的接觸-換能器流量計105 的實(shí)施方式。除了使用多種類型的接觸換能器126之外，該實(shí)施方式類似于圖2B中圖示的 實(shí)施方式。在一種實(shí)施方式中，可以用聲阻抗測量檢測管壁后面的流體類型。在另一種實(shí) 施方式中，可以用沿著管道中的多個路徑的速率測量來提供更精確的平均速率測量。接觸換能器126可以以不同的角度設(shè)置在管道圓周附近。管道頂部上的接觸換能 器126-4可以與管道底部上的接觸換能器126-1形成發(fā)送器和接收器對。同樣地，管道一 個側(cè)部上的接觸換能器126-2可以與管道的相對的側(cè)部上的接觸換能器126-5形成另一發(fā) 送器和接收器對。類似地，管道頂部上的接觸換能器126-10、126-4還可以與管道底部上的 接觸換能器126-7、126-1形成發(fā)送器和接收器對。當(dāng)液體層240填充管道時可能有間隔， 使得在發(fā)送器和接收器對之間能夠進(jìn)行直接傳輸。接下來參照圖2F，示出了圖IF中的在功能上連接至管壁210的多間距板波流量 計106的實(shí)施方式。除了該實(shí)施方式采用第三傾斜板波換能器123-3之外，該實(shí)施方式類 似于圖2B中示出 實(shí)施方式。第三傾斜板波換能器123-3使得能夠產(chǎn)生和接收長距離板 波271。長距離板波271可以允許在該實(shí)施方式中確定更多關(guān)于流動的信息。參照圖2G，示出了圖IG中的在功能上連接至管壁210的上下板波流量計107的 實(shí)施方式。除了在該實(shí)施方式中使用附加的傾斜板波換能器123之外，該實(shí)施方式類似于 圖2B中示出的實(shí)施方式。管道頂部上的傾斜板波換能器123-3、123-4可以與管道底部上 的傾斜板波換能器123-2、123-1形成附加的發(fā)送器和接收器對。接下來參照圖2H，示出了圖IH中的在功能上連接至管壁210的寬帶流量計108的 實(shí)施方式。除了該實(shí)施方式附加或代替垂直窄帶換能器122采用垂直寬帶換能器127之外， 該實(shí)施方式類似于圖2A中圖示的實(shí)施方式。該實(shí)施方式可以能夠采用可替換的測量方法 或提供冗余測量。參照圖21，示出了圖II中的在功能上連接至管壁210的多傾角流量計109的實(shí)施 方式。除了在該實(shí)施方式中使用以相互不同的角度和/或不同的頻率工作的附加傾斜多普 勒換能器121之外，該實(shí)施方式類似于圖2A中圖示的實(shí)施方式。該實(shí)施方式可以使得能夠 實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)健的速度分布測定。垂直傾斜多普勒換能器121 (具有基本為零度的入射角260) 可以基于測量的多普勒回波能量分布(向窄帶換能器122)提供管道/液體界面220和/ 或氣/液界面230的替換測定值。
接下來參照圖3A，示出了流量分布300。記錄時間軸310表示脈沖信號的發(fā)射和返 回回波到達(dá)之間的延遲時間。流量分布300的具有零速率的下段對應(yīng)于換能器和管壁210 內(nèi)的區(qū)域，因?yàn)樵谶@些區(qū)域沒有移動的回波產(chǎn)生反射裝置。如果由可檢測的移動回波產(chǎn)生 反射裝置，如液體層240中的固體粒子、小氣泡或液滴，則能夠被反射，并產(chǎn)生液體層240范 圍內(nèi)的速度分布。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到，由于來自通常比液體層240傳播得快的氣 體250的牽制效應(yīng)，速率向著氣/液界面230明顯增加。參照圖3B，示出了多普勒回波能量分布301。類似于圖3A中的流量分布300，記錄 時間軸310表示脈沖信號的發(fā)射和返回回波到達(dá)之間的延遲時間。同樣地，多普勒回波能 量分布301的具有零能量的下段對應(yīng)于換能器內(nèi)部和管壁210內(nèi)部的區(qū)域。在液體層240 中流動的回波產(chǎn)生反射裝置引起某些能級被反射。能級取決于諸如回波產(chǎn)生反射裝置和液 體層240之間的阻抗失配或液體層240中的相應(yīng)的采用體積中的回波產(chǎn)生反射裝置的濃度 或尺寸分布之類的因數(shù)。在氣/液界面230處，能級顯著增加，因?yàn)闅?液界面230為非常 大的反射面。接下來參照圖4，示出了左側(cè)的水平管道440和右側(cè)的垂直管道450。如果流速相 對低，則水平管道440可以用作天然的重力沉降分離器，其產(chǎn)生分層分布410，其中液體層 240占據(jù)管道的下部，氣體250占據(jù)管道的上部。換能器構(gòu)造以如果管道水平則連接至管道 的下側(cè)。采用垂直管道450，流動調(diào)節(jié)裝置可以用來產(chǎn)生環(huán)形分布420，其中液體層240形 成管道/液體界面220周圍的環(huán)形流動圖案，且氣體250形成管道中心處的柱形圖案。對于分層分布410，液體截面由平行的水平線分成子區(qū)域。對應(yīng)環(huán)形分布420，液 體截面分成與速度分布上的非零速率點(diǎn)的數(shù)量一樣多的同心環(huán)形區(qū)域。因此，可以在該實(shí) 施方式中確定液體層240中的飛行時間，其指定為液體飛行時間430。液體層240的流量也 可以基于每段的面積和流速的測定來確定。在某些方面中，分層流動可以出現(xiàn)在大體水平的管道等中。在本發(fā)明的其它方面 中，本概念的方法和設(shè)備可以用來獲得管道中的回旋流的測定、特征和/或測量值?；匦?的特征/測量值特性的思想在申請人的共同未決美國專利申請公開No. US2008/0223146中 描述了，將起全部內(nèi)容結(jié)合于此，用于多種目的。通常，為了有效地特征化多相流動，如果多相流體混合物展現(xiàn)出預(yù)定類型的流動， 這是有用的。例如，如果已知混合物例如為分層、攪乳或均勻化的，則可以對用在流體的計 算/特征化和/或流體流量的關(guān)系進(jìn)行恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整。照這樣，在本發(fā)明的多種實(shí)施方中，可 以調(diào)節(jié)混合物，以展現(xiàn)出回旋流，這將液體與氣體分開。例如，導(dǎo)管可以具有漩渦元件，如螺 旋插入件或葉片組，用于引起混合物展現(xiàn)出回旋流。漩渦元件可以包括沿著導(dǎo)管沿流體流 動方向顏色的一個或多個螺旋行構(gòu)件。優(yōu)選地，螺旋形構(gòu)件位于導(dǎo)管的壁上，當(dāng)沿著導(dǎo)管的 軸線觀看時，剩下未被阻礙的導(dǎo)管的中心芯體(即，它們不向內(nèi)徑向延伸到導(dǎo)管的中心軸 線)?？商鎿Q地，漩渦元件可以通過至導(dǎo)管的切向流入口形成。回旋流的好處在于它相對容易誘發(fā)和維持(不像在典型的測量距離范圍內(nèi)可能 不穩(wěn)定的分層或均勻化流動)。而且，例如與模型化分層或攪拌流相比，通過文丘里管模型 化回旋流的特征相對簡單。而且，回旋流通常關(guān)于流動軸線對稱，使得流動的某些測量獨(dú)立 于角定向。誘發(fā)混合物展現(xiàn)出回旋流分離混合物的液相和氣相?；匦魇沟没旌衔锏囊合嘁葡?qū)Ч艿谋?，如靠近?dǎo)管壁形成液體環(huán)，氣體芯留在管道的中心。參照圖5A和5B，示出了垂直高頻脈沖-回波測量示意圖及其響應(yīng)。圖5A中的示 意圖示出了將能量發(fā)射到管壁210中的垂直高頻寬帶換能器124。響應(yīng)時，一些能量從管 道/液體界面220反射回，剩余的能量發(fā)射到液體層240中。一些能量能夠隨后從氣/液 界面230反射回。響應(yīng)在圖5B中的電壓-時間圖上示出。接收到從管道/液體界面220反射的第 一能量和接收到從氣/液界面230反射的第一能量之間的時間差為液體層240中的飛行時 間，其指定為液體飛行時間430。這種飛行時間測定不受流速的影響。參照圖6A和6B，示出了傾斜板波測量示意圖及其響應(yīng)。圖6A中的示意圖示出了 作為接收器工作的第一傾斜板波換能器123-1、以及產(chǎn)生沿與液體層240的流動相同的方 向傳播的短程板波270的第二傾斜板波換能器123-2。在響應(yīng)時，當(dāng)短程板波270沿著管壁 210傳播時，超聲波能量以入射角260發(fā)射到液體層240中，并作為氣/液界面回波610從 氣/液界面230反射回。入射角260相對于垂直于管道/液體界面220處的內(nèi)管壁的直線 定義。液體層240中的入射角260的絕對值一般至少為3度且最多為80度。本領(lǐng)域技術(shù) 人員將會認(rèn)識到，在多種實(shí)施方式中可以使用其它入射角260，如至少為45度且最多為70 度、至少為7度且最多為58度、以及至少為58度且最多為80度。響應(yīng)在圖6B中的電壓-時間圖上示出。在第一傾斜板波換能器123-1處接收到 短程板波270和接收到氣/液界面回波610之間的時間差為液體層240中的飛行時間。該 飛行時間指定為間距-捕獲飛行時間620。隨后，第二板波換能器1 23-2作為接收器工作， 并且第一板波換能器123-1產(chǎn)生激勵脈沖，這產(chǎn)生了沿與圖6A中示出的方向相反的方向傳 播的板波。因此，可以確定兩個飛行時間測定值，一個為順著液體層240的流動的傳播時的 間距-捕獲飛行時間620-1，另一個為逆著液體層240的流動的傳播時的間距-捕獲飛行時 間 620-2。參照圖7，示出了互相關(guān)速率測量示意圖700。每個垂直高頻換能器124都將脈沖 能量發(fā)射到液體層240中，并接收返回的回波能量。回波能量可以由處于液體層240中的 不同深度水平處的回波產(chǎn)生反射裝置710反射回?；夭óa(chǎn)生反射裝置710的例子可以包括 固體粒子、小氣泡或液滴，由于回波產(chǎn)生反射裝置和液體層240之間的阻抗失配，這些回波 產(chǎn)生反射裝置710使得能量被反射。距離選通互相關(guān)裝置115首先選擇從不同深度水平反 射的能量，隨后，在每個距離選通深度，在由兩個換能器接收的能量之間進(jìn)行互相關(guān)，以產(chǎn) 生液體層240的速度分布。接下來參照圖8A和8B，示出了時域脈沖回波測量示意圖及其響應(yīng)。類似于圖7中 的前述垂直高頻寬帶換能器124，圖8A中的示意圖示出了將脈沖能量發(fā)射到管壁210中的 垂直寬帶換能器127。在響應(yīng)時，一些能量從管道/液體界面220反射回，剩余的能量發(fā)射 到液體層240中。一些能量從氣/液界面230反射回。多個回波事實(shí)上從每個界面上反射。例如，當(dāng)能量從管道/液體界面220上反射 回時，一些能量隨后進(jìn)一步從管壁210的外部向著管道/液體界面220反射回。這樣的多 個回波指定為管道/液體界面回波810。同樣地，當(dāng)能量從氣/液界面230反射回時，一些 能量隨后進(jìn)一步從管道/液體界面220向著氣/液界面230反射回。這樣的多個回波 定 為氣/液界面回波820。因?yàn)槟芰渴怯捎诼曌杩沟氖涠瓷涞模瑒t可以基于界面回波810的振幅衰變速度確定液體層240的聲阻抗。響應(yīng)在圖8B中的電壓-時間圖上示出。如果液體層240中的諸如油和水之類的 獨(dú)立成分的聲阻抗是已知的，則可以基于液體層240的聲阻抗的確定來確定液體層240中 的水占的分?jǐn)?shù)。此外，如果液體層240中的聲速已知，則液體層240的厚度可以基于管道/ 液體界面回波810的第一回波的到達(dá)和氣/液界面回波820的第一回波的到達(dá)之間的時間
差確定。參照圖9A和9B，示出了用于確定與管道中的多相一起流動的作為液體的第一相 的流量的過程的實(shí)施方式。如果管道垂直定位，則該過程的圖示部分在塊910中開始初始 確定。如果這樣，在一些實(shí)施方式中，多相流成漩渦以使在塊915中第一相形成管壁附近的 環(huán)形分布。圖9A—般可以由圖1A和2A中的實(shí)施方式進(jìn)行。在塊920中，第一脈沖信號以相 對于垂直于內(nèi)管壁的直線的第一入射角發(fā)射到第一相中，并在塊925中接收到。在塊930 中，第二脈沖信號也以相對于垂直于內(nèi)管壁的直線的基本為零度的第二入射角發(fā)射到第一 相中，并在塊932中接收到。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到，在一些實(shí)施方式中，在塊920、 925,930和932中執(zhí)行的過程可以同時進(jìn)行或者以不同的順序進(jìn)行。對接收到的脈沖信號的處理使得至少可以確定兩個飛行時間測定值。在塊940中 確定第一飛行時間測定值。在一些實(shí)施方式中，這種確定基于來自第一相中的深度水平的 第一返回回波信號的能級的多個測定值。在其它實(shí)施方式中，這種確定基于可以從來自第 一相中的深度水平的第一返回回波信號導(dǎo)出的平均流速值的多個測定值。在塊945中，第 一相的多普勒液體速度分布的確定基于來自第一相中的深度水平的第一返回回波信號的 多普勒頻移的多個測定值。類似地，第二飛行時間測定值在塊950中確定。在一些實(shí)施方 式中，這種確定基于來自第一相中的距離選通深度水平的第二返回信號的能級的多個測定 值。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將認(rèn)識到，在一些實(shí)施方式中，在塊940和塊950中執(zhí)行的過程可以 同時進(jìn)行或者以不同的順序進(jìn)行。在確定至少兩個飛行時間測定值之后，第一相中的聲速可以在塊960中確定。在 一些實(shí)施方式中，第一相的平均軸線速率可以根據(jù)在塊945中測量的多普勒液體速度分布 來確定。根據(jù)聲速測定值，在塊965中可以確定第一相的厚度。此外，聲速確定還使得能夠 在塊967中確定作為液體的第一相的液體中的水的比率。隨后可以根據(jù)在塊965中確定的 第一相的厚度和在塊945中確定的第一相的平均軸向速率的確定在塊970中確定第一相流 量。在另一種實(shí)施方式中，圖9B—般可以由圖1B和2B中的實(shí)施方式進(jìn)行。根據(jù)在管 壁中產(chǎn)生的、并以在塊920中以相對于垂直于內(nèi)管壁的直線的第一入射角發(fā)射到第一相中 的第一脈沖信號，可以在塊940中根據(jù)在塊925中接收到的第一脈沖信號確定第一飛行時 間測定值。同樣地，根據(jù)在管壁中產(chǎn)生的、并以在塊930中以基本上與第一入射角成鏡像的 第二入射角發(fā)射到第一相中的第二脈沖信號，可以在塊950中根據(jù)在塊932中接收到的第 二脈沖信號確定第二飛行時間測定值；根據(jù)在塊935中以基本上為零度的第三入射角發(fā)射 到第一相中的第三脈沖信號，可以在塊955中根據(jù)在塊937中接收到的第三脈沖信號確定 第三飛行時間測定值。隨后可以在塊962中基于第一飛行時間測定值、第二飛行時間測定 值和第三飛行時間測定值確定第一相的至少一種特性。這些特性中的一些包括作為液體的第一相的聲速、厚度和平均流速。隨后在塊970確定第一相的流。此外，聲速確定也使得能 夠在塊967中確定作為液體的第一相的液體中的水的比率。還可以使用所公開的實(shí)施方式的多種變形和修改。例如，存在于管道中的多相可 以包括較輕和較重的氣體、其它類型的液體或液體混合物類型。其它類型的液體可以包括 水、果汁、酒精、血液、汽油或各種類型的油。液體可以相對臟或相對干凈，并且可以相對平 靜或相對湍急。在上述描述了給出了具體的細(xì)節(jié)，以提供對各實(shí)施方式的充分理解。然而，應(yīng)當(dāng)理 解，各實(shí)施方式可以不以這些具體的細(xì)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。例如，在方塊示意圖中沒有必要在細(xì)節(jié)上 示出電路，以避免搞混各實(shí)施方式。在其它例子中，沒有必要在細(xì)節(jié)上示出熟知的電路、工 藝、算法、結(jié)果和技術(shù)，避免搞混各實(shí)施方式?？梢砸愿鞣N方式進(jìn)行上述技術(shù)、步驟和措施的執(zhí)行。例如，這些技術(shù)、方塊、步驟和 措施可以在硬件、軟件或其組合中執(zhí)行。對于應(yīng)將執(zhí)行，處理單元可以在一個或?qū)Ｓ眉呻?路(ASIC)、數(shù)字信號處理器(DSP)、數(shù)字信號處理裝置(DSPD)、可編程邏輯器件(PLDs)JS 場可編程門陣列(FPGAs)、處理器、控制器、微控制器、微處理器、其它設(shè)計為進(jìn)行上述功能 的電子部件和/或其組合內(nèi)實(shí)現(xiàn)。而且，注意到，實(shí)施方式可以描述為作為流程圖、流動示意圖。結(jié)構(gòu)示意圖或方塊 示意示的過程。雖然流程圖可以將操作描述為順序過程，但多種操作可以并行或同時 進(jìn)行。此外，可以重新配置操作順序。當(dāng)其操作完成時過程終止，但可以具有不包括在附圖 中的其它步驟。過程可以對應(yīng)于方法、功能、程序、子程序、輔程序等。當(dāng)過程對應(yīng)于功能時， 它的結(jié)束對應(yīng)于功能返回至調(diào)用功能或主功能。而且，各實(shí)施方式可以由硬件、軟件、腳本語言、固件、中間件、微碼、硬件描述語言 和/或其組合執(zhí)行。當(dāng)在軟件、固件、中間件、腳本語言和/或微碼中執(zhí)行時，進(jìn)行必要任務(wù) 的程序代碼或代碼片段可以存儲在諸如存儲介質(zhì)之類的機(jī)器可讀介質(zhì)中。代碼片段或機(jī)器 可執(zhí)行指令可以表示程序、功能、輔程序、程序、例行程序、子程序、模塊、軟件包、腳本、類、 或指令、數(shù)據(jù)結(jié)果和/或程序片段的任何組合。代碼片段可以通過傳遞和/或接收信息、數(shù) 據(jù)、變元、參數(shù)和/或存儲內(nèi)容而耦接至另一代碼片段或硬件電路。信息、變元、參數(shù)、數(shù)據(jù) 等可以經(jīng)由包括存儲器共享、信息傳遞、令牌傳遞、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)鹊娜魏芜m合的措施傳遞、轉(zhuǎn) 發(fā)或傳輸。對于固件和/或軟件執(zhí)行，方法可以由進(jìn)行在此描述的功能的模塊(如，程序、功 能等等)來執(zhí)行。任何機(jī)器可讀介質(zhì)確實(shí)執(zhí)行的指令可以用于執(zhí)行在此描述的方法。例如， 軟件代碼可以存儲在存儲器中。存儲器可以在處理器內(nèi)或處理器外實(shí)現(xiàn)。在此使用的術(shù)語 “存儲器”涉及任何類型的長期、短期、非易失或其它存儲介質(zhì)，并且不限于任何特定類型的 存儲器或存儲器數(shù)量、或者存儲存儲器的媒介的類型。而且，如在此公開的，術(shù)語“存儲介質(zhì)”可以表示用于存儲數(shù)據(jù)的一種或多種存儲 器，包括只讀存儲器(ROM)、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、磁性RAM、磁心存儲器、磁盤存儲介質(zhì)、 光存儲介質(zhì)、閃存裝置和/或其它用于存儲信息的機(jī)器可讀介質(zhì)。術(shù)語“機(jī)器可讀介質(zhì)”包 括但不限于便攜或固定存儲裝置、光存儲裝置、無線信道和/或各種能夠存儲的包含或攜 帶指令和/或數(shù)據(jù)的其它存儲介質(zhì)。
權(quán)利要求
一種用于確定在管道中流動的第一相的至少一種特性的多相流量計，其中至少第二相也存在于所述管道中，該多相流量計包括處理器，構(gòu)造為確定所述第一相的至少一種特性；第一換能器，構(gòu)造為以相對于垂直于內(nèi)管壁的直線的第一入射角將第一脈沖信號發(fā)射到所述第一相中，所述第一脈沖信號位于超聲波范圍，其中所述第一換能器構(gòu)造為連接至外管壁；并且所述第一相中的所述第一入射角的絕對值配置為至少為10度且最多為80度；以及第二換能器，構(gòu)造為以相對于垂直于內(nèi)管壁的所述直線的第二入射角將第二脈沖信號發(fā)射到所述第一相中，所述第二脈沖信號位于超聲波范圍，其中所述第二換能器構(gòu)造為連接至所述外管壁；并且所述第一相中的所述第二入射角的絕對值配置為小于10度，從而所述第二入射角的絕對值配置為具有大致法向的入射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于確定在管道中流動的第一相的至少一種特性的多相流 量計，其中所述第一相的所述至少一種特性包括所述第一相的流量；并且 所述第一相的流量基于所述第一相的平均流速和層厚度的確定而確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于確定在管道中流動的第一相的至少一種特性的多相流 量計，其中，所述第一相中的平均流速基于至少兩個飛行時間測定值確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于確定在管道中流動的第一相的至少一種特性的多相流 量計，其中所述第一相的所述至少一種特性包括所述第一相中的聲速；并且 所述第一相中的聲速基于至少兩個飛行時間測定值確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于確定在管道中流動的第一相的至少一種特性的多相流 量計，其中所述第一相的所述至少一種特性包括所述第一相的厚度；并且 所述第一相的厚度基于所述第一相中的聲速的確定而確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于確定在管道中流動的第一相的至少一種特性的多相流 量計，其中所述管道為水平管道；所述第一換能器構(gòu)造為連接至所述水平管道的底側(cè)；并且 所述第二換能器構(gòu)造為連接至所述水平管道的底側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于確定在管道中流動的第一相的至少一種特性的多相流 量計，其中所述管道為垂直管道；所述第一換能器構(gòu)造為連接至所述垂直管道；并且 所述第二換能器構(gòu)造為連接至所述垂直管道。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于確定在管道中流動的第一相的至少一種特性的多相流 量計，還包括流動調(diào)節(jié)裝置，用于產(chǎn)生環(huán)形流動圖案，使得所述第一相在所述垂直管道的內(nèi)管壁周 圍形成環(huán)形分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于確定在管道中流動的第一相的至少一種特性的多相流 量計，其中所述第一換能器構(gòu)造為可拆卸地連接至所述外管壁；并且所述第二換能器構(gòu)造為可拆卸地連接至所述外管壁。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于確定在管道中流動的第一相的至少一種特性的多相流 量計，其中，所述第一相中的所述第一入射角的絕對值配置為至少為15度且最多為60度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于確定在管道中流動的第一相的至少一種特性的多相流 量計，其中，所述第一相中的所述第二入射角的絕對值配置為小于5度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于確定在管道中流動的第一相的至少一種特性的多相流 量計，其中由所述第一換能器產(chǎn)生的第一脈沖信號和接收的第一返回回波信號用來確定第一飛 行時間測定值，其中所述第一飛行時間測定值基于處于多個第一深度水平處的第一相的第 一特性的確定；并且由所述第二換能器產(chǎn)生的第二脈沖信號和接收的第二返回回波信號用來確定第二飛 行時間測定值，其中所述第二飛行時間測定值基于處于多個第二深度水平處的第一相的第 二特性的確定。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于確定在管道中流動的第一相的至少一種特性的多相流 量計，其中由所述第一換能器產(chǎn)生的第一脈沖信號和接收的第一返回回波信號用來確定第一飛 行時間測定值，其中所述第一飛行時間測定值基于所述第一相的流速分布圖和/或基于第 一多普勒回波能量分布圖；并且由所述第二換能器產(chǎn)生的第二脈沖信號和接收的第二返回回波信號用來確定第二飛 行時間測定值，其中所述第二飛行時間測定值基于從所述第一相的多個深度水平返回的信 號的第二多普勒回波能量分布圖。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于確定在管道中流動的第一相的至少一種特性的多相流 量計，還包括第三換能器，構(gòu)造為以相對于垂直于所述內(nèi)管壁的所述直線的第三入射角將第三脈沖 信號發(fā)射到所述第一相中，所述第三脈沖信號位于超聲波范圍內(nèi)，其中所述第三換能器構(gòu)造為連接至所述外管壁；所述第三換能器還構(gòu)造為使得所述第三換能器接收所述第一脈沖信號；并且所述第一換能器接收所述第三脈沖信號；并且所述第一相中的所述第三入射角的絕對值配置為至少為10度且最多為80度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于確定在管道中流動的第一相的至少一種特性的多相 流量計，其中，所述第一相的所述至少一種特性基于至少三個飛行時間測定值確定。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于確定在管道中流動的第一相的至少一種特性的多相 流量計，其中，所述第一相中的所述第三入射角的絕對值配置為至少為15度且最多為60度。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于確定在管道中流動的第一相的至少一種特性的多相 流量計，其中所述第一換能器構(gòu)造為在管壁中產(chǎn)生頻率至少為50kHz且最多為IMHz的第一激勵能 量；并且所述第三換能器構(gòu)造為在所述管壁中產(chǎn)生頻率至少為50kHz且最多為IMHz的第二激 勵能量。
18.一種用于確定在管道中流動的第一相的流量的方法，其中至少第二相也存在于所 述管道中，該方法包括下述步驟以相對于垂直于內(nèi)管壁的直線的第一入射角將第一脈沖信號發(fā)射到所述第一相中，所 述第一脈沖信號位于超聲波范圍內(nèi)；以相對于垂直于內(nèi)管壁的所述直線的第二入射角將第二脈沖信號發(fā)射到所述第一相 中，所述第二脈沖信號位于超聲波范圍內(nèi)；以及至少部分地基于所述第一相中的平均流速的確定來確定所述第一相的流量。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于確定在管道中流動的第一相的流量的方法，還包括下 述步驟基于至少兩個飛行時間測定值確定所述第一相中的所述平均流速。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于確定在管道中流動的第一相的流量的方法，還包括下 述步驟基于至少兩個飛行時間測定值確定所述第一相中的聲速。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于確定在管道中流動的第一相的流量的方法，還包括下 述步驟至少部分地基于所述第一相中的聲速的確定來確定所述第一相的厚度。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于確定在管道中流動的第一相的流量的方法，其中所述 第一相為多相流，還包括下述步驟使所述多相流渦旋，從而使得所述第一相在內(nèi)管壁周圍形成環(huán)形分布。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于確定在管道中流動的第一相的流量的方法，還包括下 述步驟基于來自所述第一相中的深度水平的第一返回信號的多普勒頻移的多個測定值來確 定第一飛行時間測定值；以及基于來自所述第一相中的深度水平的第二返回信號的能量水平的多個測定值來確定 第二飛行時間測定值。
24.一種用于確定在管道中流動的第一相的流量的方法，其中至少第二相也存在于所 述管道中，該方法包括下述步驟在管壁的第一常規(guī)位置處產(chǎn)生第一激勵能量，以便以相對于垂直于內(nèi)管壁的直線的第 一入射角將第一脈沖信號發(fā)射到所述第一相中；在產(chǎn)生第二激勵能量的第二常規(guī)位置處接收所述第一脈沖信號；在管壁的第二常規(guī)位置處產(chǎn)生第二激勵能量，從而以相對于垂直于所述內(nèi)管壁的所述 直線的第二入射角發(fā)射第二脈沖信號；在產(chǎn)生所述第一激勵能量的所述第一常規(guī)位置處接收所述第二脈沖信號； 產(chǎn)生第三激勵能量，從而在第三常規(guī)位置處以相對于垂直于所述內(nèi)管壁的所述直線的 第三入射角將第三脈沖信號發(fā)射到所述第一相中，所述第三脈沖信號在超聲波范圍內(nèi)；以 及在產(chǎn)生所述第三激勵能量的所述第三常規(guī)位置處接收所述第三脈沖信號。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的用于確定在管道中流動的第一相的流量的方法，還包括下 述步驟采用所述第一脈沖信號確定第一飛行時間測定值； 采用所述第二脈沖信號確定第二飛行時間測定值；以及 采用所述第三脈沖信號確定第三飛行時間測定值。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的用于確定在管道中流動的第一相的流量的方法，還包括下 述步驟基于所述第一飛行時間測定值、第二飛行時間測定值和第三飛行時間測定值來確定所 述第一相的所述至少一種特性。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的用于確定在管道中流動的第一相的流量的方法，其中 第一激勵能量的頻率至少為50kHz且最多為IMHz ；并且第二激勵能量的頻率至少為50kHz且最多為IMHz ；并且 第三激勵能量的頻率至少為500kHz且最多為20MHz。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于確定在管道中流動的第一相的至少一種特性的多相流量計，其中至少第二相也存在于所述管道中。該多相流量計包括處理器，構(gòu)造為確定所述第一相的至少一種特性；第一換能器，構(gòu)造為以相對于垂直于內(nèi)管壁的直線的第一入射角將第一脈沖信號發(fā)射到所述第一相中，所述第一脈沖信號位于超聲波范圍，并且所述第一換能器構(gòu)造為連接至外管壁；并且所述第一相中的所述第一入射角的絕對值配置為至少為10度且最多為80度；以及第二換能器，構(gòu)造為以大致法向入射將第二脈沖信號發(fā)射到所述第一相中。
文檔編號G01F1/66GK101883967SQ200880118515
公開日2010年11月10日 申請日期2008年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月5日
發(fā)明者伊恩·艾金森, 謝成鋼, 黃松明 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司