專利名稱：用于時(shí)差法超聲波流量計(jì)的湍流調(diào)節(jié)器及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改變管道中的湍流結(jié)構(gòu)使得由湍流調(diào)節(jié)器下游的時(shí)差法超聲波流量 計(jì)測(cè)量出的流體速度的湍流變化被減小很多(如本文所使用的，對(duì)“本發(fā)明”或“發(fā)明”的 參考涉及示例性實(shí)施例但不一定涉及所附權(quán)利要求涵蓋的每個(gè)實(shí)施例)。湍流速度變化的 減小有利于超聲波流量計(jì)的“標(biāo)定”(確認(rèn)其針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的刻度)，從而與沒(méi)有湍流調(diào)節(jié)器并 使用相同的超聲波流量計(jì)和相同的校準(zhǔn)儀操作的情況相比，可以利用明顯更少的校準(zhǔn)儀試 航來(lái)確認(rèn)此刻度。
背景技術(shù)：
本部分意在向讀者介紹可能與本發(fā)明的各方面有關(guān)的技術(shù)的各方面。以下討論意 在提供便于更好地理解本發(fā)明的信息。因此，應(yīng)理解的是，據(jù)此來(lái)閱讀以下討論中的說(shuō)明， 而不是認(rèn)可以下討論作為現(xiàn)有技術(shù)。時(shí)差法超聲波流量計(jì)已在許多流量測(cè)量應(yīng)用中表現(xiàn)出優(yōu)良的可重復(fù)性和絕對(duì)準(zhǔn) 確度。然而，當(dāng)將這些流量計(jì)應(yīng)用于石油產(chǎn)品的交接測(cè)量時(shí)，這些流量計(jì)的測(cè)量性質(zhì)所固有 的特性帶來(lái)困難。當(dāng)一批特定產(chǎn)品的所有權(quán)改變時(shí)，進(jìn)行交接。在小規(guī)模情況下，在加油站 的所有者與其客戶之間，在加油站中的泵處進(jìn)行此類交接。在交接測(cè)量的工業(yè)實(shí)踐中，用獨(dú)立的裝置來(lái)“標(biāo)定”流量計(jì)，即準(zhǔn)確地確定其刻度。 校準(zhǔn)儀通常是具有精確確定的固定容積的設(shè)備。輸送由校準(zhǔn)儀限定的一定容積的產(chǎn)品所需 的時(shí)間由被產(chǎn)品從校準(zhǔn)儀的一端推到另一端的球狀物或活塞的渡越時(shí)間來(lái)準(zhǔn)確地確定。高 速換向閥觸發(fā)校準(zhǔn)儀試航并在球狀物到達(dá)其行程的結(jié)束時(shí)繞過(guò)校準(zhǔn)儀。在校準(zhǔn)儀的起始和 結(jié)束處的行程開(kāi)關(guān)使標(biāo)定操作與交接計(jì)量?jī)x的操作同步(該交接計(jì)量?jī)x用來(lái)測(cè)量被輸送 給特定用戶的產(chǎn)品的量)。將在標(biāo)定試航期間由交接計(jì)量?jī)x(在傳統(tǒng)實(shí)踐中，為渦流式流量 計(jì)或容積式流量計(jì))測(cè)量出的容積輸出與校準(zhǔn)儀的容積相比較并確定儀表校正因數(shù)(即刻 度修正)。在工業(yè)實(shí)踐中還執(zhí)行一組多次校準(zhǔn)儀試航(典型的是5次)以確定交接計(jì)量?jī)x的 儀表校正因數(shù)的“可重復(fù)性”。通常如下定義石油工業(yè)中的可重復(fù)性來(lái)自一組校準(zhǔn)儀試航 的高儀表校正因數(shù)與低儀表校正因數(shù)之間的差除以來(lái)自該組的低儀表校正因數(shù)。一組標(biāo)定 試航的可重復(fù)性(或用統(tǒng)計(jì)學(xué)術(shù)語(yǔ)表示為“極差”)是對(duì)由該組試航的結(jié)果的平均值所確 定的儀表校正因數(shù)的不確定度的度量。例如，校準(zhǔn)儀的5次試航中的0. 05%的可重復(fù)性表 示交接計(jì)量?jī)x的真實(shí)儀表校正因數(shù)在來(lái)自該試航組的平均儀表校正因數(shù)的士0. 027%區(qū)段 內(nèi)，置信度為95%。具有此準(zhǔn)確度的儀表校正因數(shù)是用于交接測(cè)量的公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。與渦流式或容積式流量計(jì)不同，時(shí)差法超聲波流量計(jì)不是連續(xù)地測(cè)量容積流量， 而是根據(jù)流體速度的多次采樣來(lái)對(duì)容積流量進(jìn)行推斷。具體而言，根據(jù)被投影到一個(gè)或多 個(gè)聲波路徑上的軸向流體速度的周期性測(cè)量來(lái)確定容積流量(沿著該路徑測(cè)量超聲波脈 沖的渡越時(shí)間)。根據(jù)適合于其在管道中的數(shù)目和位置的規(guī)則來(lái)組合路徑速度測(cè)量。許多 儀表采用依照特定的數(shù)值積分法布置的平行弦式路徑。
由路徑渡越時(shí)間、路徑數(shù)目以及時(shí)差法超聲波流量計(jì)本身的數(shù)據(jù)處理能力來(lái)確定 該時(shí)差法超聲波流量計(jì)收集一組速度測(cè)量結(jié)果(根據(jù)路徑數(shù)目，速度測(cè)量結(jié)果為一個(gè)或多 個(gè))的時(shí)間段。對(duì)于液體流量計(jì)而言，通常在5至100毫秒范圍內(nèi)的時(shí)間段內(nèi)收集流量樣 本，結(jié)果得到IOHz與200Hz之間的采樣頻率。這些數(shù)值對(duì)于不同的超聲波流量計(jì)設(shè)計(jì)而言 可能是不同的。因此，出于如下兩個(gè)原因，超聲波流量測(cè)量是樣本數(shù)據(jù)系統(tǒng)(1)它不是測(cè)量跨越管道橫截面各處的速度，而是僅僅測(cè)量沿著聲波路徑的速度， 以及(2)它不是連續(xù)地測(cè)量速度，而是取速度的一系列“快照(snapshot) ”，并根據(jù)該 速度的一系列“快照”來(lái)確定平均值。由于這些性質(zhì)，時(shí)差法超聲波流量計(jì)以與一般用于石油工業(yè)中的交接的其它流量 計(jì)不同的方式對(duì)類似于湍流的流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行響應(yīng)。更具體而言，時(shí)差法超聲波流量計(jì)的單 獨(dú)流量測(cè)量將受到局部流體速度的小規(guī)模隨機(jī)(即湍流)變化的影響。這些變化是時(shí)間和 空間上的，并且超聲波儀器必須進(jìn)行多次測(cè)量以確定真實(shí)平均流量(將由于湍流而引起的 隨機(jī)誤差減小至可接受的水平)。另一方面，渦流式流量計(jì)和容積式流量計(jì)總體上對(duì)管道中 的流場(chǎng)進(jìn)行響應(yīng)；空間和時(shí)間上的流體流速的融合是其響應(yīng)的本質(zhì)中所固有的。另一方面， 時(shí)差法超聲波流量計(jì)不受累于類似旁路滲漏和摩擦的物理限制，并且因此可以提供較寬范 圍的速度和粘度條件下的測(cè)量能力。對(duì)于交接而言，流量計(jì)被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生從其中通過(guò)的流體的每單位容積脈沖(例如 1000脈沖/桶)。儀表校正因數(shù)MF由下式給出MF = V/NP這里，V是校準(zhǔn)儀的位于嵌入該校準(zhǔn)儀壁中的兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)之間的標(biāo)準(zhǔn)容積。當(dāng) 標(biāo)定試航被觸發(fā)時(shí)，流動(dòng)的流體轉(zhuǎn)向通過(guò)校準(zhǔn)儀并推動(dòng)球狀物或活塞通過(guò)上游開(kāi)關(guān)，從而 觸發(fā)試航，該試航在球狀物或活塞到達(dá)下游開(kāi)關(guān)時(shí)終止。NP是由校準(zhǔn)儀在從上游開(kāi)關(guān)被觸發(fā)時(shí)(時(shí)刻Tl)開(kāi)始到下游開(kāi)關(guān)被觸發(fā)時(shí)(時(shí)刻 T2)結(jié)束的時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生的脈沖的數(shù)目。超聲波流量計(jì)根據(jù)沿著一個(gè)或多個(gè)聲波路徑的流體速度的單獨(dú)測(cè)量結(jié)果來(lái)確定 以每秒的容積量為單位的流量Q。因此，超聲波流量計(jì)必須借助于以準(zhǔn)確地與容積流量成比 例的速率k產(chǎn)生脈沖的頻率轉(zhuǎn)換器來(lái)產(chǎn)生脈沖。因此，脈沖的數(shù)目NP由下式給出NP = kQ(T2-Tl)如果忽略標(biāo)準(zhǔn)的容積中的不確定度、頻率轉(zhuǎn)換器k、以及上游開(kāi)關(guān)和下游開(kāi)關(guān)的觸 發(fā)(這些項(xiàng)目通常比與流量?jī)x器校準(zhǔn)相關(guān)的不確定度小一個(gè)數(shù)量級(jí)。在更詳細(xì)的分析中， 不忽略這些項(xiàng)目)，則由下式給出對(duì)于95%置信水平而言儀表校正因數(shù)中的每單位不確定 度dMF/MF = 2dQ (N) /Q = 2 σ mean (N)其中，dQ(N)是在標(biāo)定期間收集的N個(gè)流量樣本的一個(gè)平均值標(biāo)準(zhǔn)差，或ο mean(N)。由下式給出在標(biāo)定試航期間獲取的N個(gè)代表性流量樣本的一個(gè)平均值標(biāo)準(zhǔn)差Omean(N) =S/(N)1/2這里，S是流量樣本的總體標(biāo)準(zhǔn)差，即在超聲波流量計(jì)的單獨(dú)流量測(cè)量中由湍流產(chǎn)生的從一個(gè)流量樣本到下一個(gè)樣本的隨機(jī)變化率的量化表征。以上等式的檢驗(yàn)顯示出為實(shí)現(xiàn)超聲波流量計(jì)中令人滿意的標(biāo)定性能而必須進(jìn)行控 制的變量是湍流強(qiáng)度，其與在每次標(biāo)定試航期間累計(jì)的樣本數(shù)目N相結(jié)合地影響流量樣本 的標(biāo)準(zhǔn)差S。這些參數(shù)必須使得Onrean(N)足夠小以保證所測(cè)量的儀表校正因數(shù)的范圍不超過(guò) 要求。計(jì)算表明如果可以使σ_(Ν)變小，則儀表將在99%以上的時(shí)間成功地進(jìn)行標(biāo)定。滿足這些要求不是簡(jiǎn)單的事。當(dāng)?shù)湫偷木€校準(zhǔn)儀以公稱流量操作時(shí)，單個(gè)標(biāo)定試 航的持續(xù)時(shí)間約為20秒左右。如果采取50Hz的采樣頻率，則在標(biāo)定試航期間將收集的樣 本的數(shù)目是20X50 = 1000。如在先前參考的專利中所述，雖然上游管道系統(tǒng)可能引起低 到1.2%或高達(dá)3%的變化，但4路弦式超聲波的流量測(cè)量中由于湍流而引起的隨機(jī)變化 在1.75%范圍內(nèi)(一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差或S)。替換1.2%數(shù)值，20秒標(biāo)定試航將產(chǎn)生約0.04%的 。_(Ν)。利用Omean(N)的該值，在0.05%范圍內(nèi)獲得一組5次標(biāo)定試航的概率小于40%， 其為本質(zhì)上符合實(shí)際標(biāo)定經(jīng)驗(yàn)的數(shù)值。經(jīng)驗(yàn)還證實(shí)了計(jì)算所顯示的內(nèi)容較高的湍流將產(chǎn) 生較低的成功概率。這就是問(wèn)題所在。諸如通常在石油產(chǎn)品管線中遇到的湍流不利地影響在短持續(xù)時(shí) 間校準(zhǔn)儀試航所測(cè)量的時(shí)差法超聲波流量計(jì)的儀表校正因數(shù)的可重復(fù)性。除非改變湍流的 特征，否則看起來(lái)用傳統(tǒng)校準(zhǔn)儀測(cè)量的超聲波流量計(jì)儀表校正因數(shù)將不會(huì)達(dá)到滿足石油工 業(yè)期望值的可重復(fù)性數(shù)值。美國(guó)專利No. 6，647，806是基于由Dryden提出的假設(shè)(Hugh L. Dryden和 G.B. Schubauer, The Use of Damping Screens for the Reduction of Wind Tunnel Turbulence, Journal of Aeronautical Science, April 1947)。他使由級(jí)聯(lián)的一系列的 一個(gè)或多個(gè)精細(xì)篩網(wǎng)產(chǎn)生的湍流的減少依賴于直徑非常小的渦流的產(chǎn)生，該渦流的能量在 一個(gè)或多個(gè)篩網(wǎng)下游的沉降室中作為熱量消散。由于用于抵抗由液體流產(chǎn)生的液壓力的篩 網(wǎng)在結(jié)構(gòu)上是不切實(shí)際的，所以該專利提出的裝置試圖產(chǎn)生與板中的相對(duì)小的孔相同的效 果。在下文復(fù)制的該專利的表1的數(shù)目中將看到所實(shí)現(xiàn)的改善很小。在先專利中提到的湍 流變化的最大程度的減小是由漸縮器單獨(dú)地或與具有小孔的板相結(jié)合地產(chǎn)生的。從美國(guó)專利6，647，806 Bl復(fù)制的表1 *較小的數(shù)值未被包括在參考的專利中，但反映了在該專利提交之后進(jìn)行的多次 測(cè)量。在水力紊亂處(諸如在彎管、復(fù)合彎管以及集管出口處)下游的5至10個(gè)直徑處可 以發(fā)現(xiàn)高于1.75%的標(biāo)準(zhǔn)差。本發(fā)明的湍流調(diào)節(jié)器所采用的用于減小湍流影響的方法不依賴于通過(guò)使非常小 的渦流消散來(lái)消除湍流。相反，本發(fā)明通過(guò)減小渦流的尺寸以在超聲波流量計(jì)的聲束內(nèi)有 效地使渦流的尺寸平均化來(lái)減小流量樣本的隨機(jī)偏差。由本發(fā)明的湍流調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的渦流尺寸的減小還導(dǎo)致由湍流產(chǎn)生的流體速度的 隨機(jī)變化頻率的增加。該頻率增加還通過(guò)使得在標(biāo)定試航期間所收集的N個(gè)速度測(cè)量的有 限樣本更能代表速度變化的總體而得到改善的標(biāo)定性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于確定管道中的流體流量的裝置。該裝置包括超聲波流量計(jì)，該超 聲波流量計(jì)通過(guò)至少一對(duì)孔與管道的內(nèi)部連通，其中，所述一對(duì)孔中的每個(gè)孔均具有有效 直徑。該裝置包括設(shè)置在具有開(kāi)口的管道中的湍流調(diào)節(jié)器，其中，開(kāi)口之間的節(jié)距是孔的有 效直徑的函數(shù)。本發(fā)明涉及用于管道的湍流調(diào)節(jié)器。該調(diào)節(jié)器具有開(kāi)口和節(jié)距。該調(diào)節(jié)器具有位 于開(kāi)口之間的壁，該壁的厚度是節(jié)距的函數(shù)。該調(diào)節(jié)器具有為節(jié)距的函數(shù)的長(zhǎng)度。本發(fā)明涉及用于確定管道中的流體流量的方法。該方法包括使流體流過(guò)設(shè)置在具 有開(kāi)口的管道中的湍流調(diào)節(jié)器的步驟，其中，開(kāi)口之間的節(jié)距是超聲波流量計(jì)的孔的有效 直徑的函數(shù)，所述超聲波流量計(jì)通過(guò)孔與管道的內(nèi)部連通。存在用流量計(jì)測(cè)量流量的步驟。本發(fā)明涉及用于制造與管道中的超聲波流量計(jì)一起使用的湍流調(diào)節(jié)器的方法。該 方法包括識(shí)別管道中的孔的有效直徑的步驟，所述流量計(jì)通過(guò)所述孔與管道的內(nèi)部連通。 存在根據(jù)有效直徑來(lái)確定調(diào)節(jié)器中的孔之間的節(jié)距的步驟。本發(fā)明涉及用于確定管道中的流體流量的裝置，該裝置包括時(shí)差法超聲波流量計(jì) 和改變湍流的湍流調(diào)節(jié)器，兩者均被設(shè)置在管道中。由該裝置進(jìn)行的湍流改變使得可以在 校準(zhǔn)儀(容積標(biāo)準(zhǔn))的幾次試航中確定滿足非常精確的準(zhǔn)確度要求的儀表校準(zhǔn)，否則這是 不可實(shí)現(xiàn)的能力。描述了將對(duì)湍流產(chǎn)生所需改變的多種湍流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)。還描述了裝置的 第二種布置。該第二種布置采用在湍流調(diào)節(jié)器的下游且在流量計(jì)的上游設(shè)置漸縮管嘴的結(jié) 構(gòu)。


圖IA是從上游看到的蜂窩式調(diào)節(jié)器，并且以虛線示出下游的弦式流量計(jì)的換能 器孔。圖IB是蜂窩式調(diào)節(jié)器的剖視圖(未示出弦式流量計(jì)，但該弦式流量計(jì)與下凸緣接
合)ο圖2是同樣在本文中描述的蜂窩式湍流調(diào)節(jié)器的透視圖，在下游具有弦式超聲波 流量計(jì)。圖3A是同樣在本文中描述的“蛋箱”湍流調(diào)節(jié)器的透視圖，在下游具有弦式超聲 波流量計(jì)。
7
圖3B是“蛋箱”湍流調(diào)節(jié)器的剖視圖。圖3C是“蛋箱”湍流調(diào)節(jié)器的側(cè)剖視圖。圖4A是同樣在本文中描述的“微管”湍流調(diào)節(jié)器的透視圖，在下游具有漸縮管嘴 和弦式流量計(jì)(和流量計(jì)下游的擴(kuò)張管嘴，以保持上游和下游的管道直徑)。圖4B是“微管”湍流調(diào)節(jié)器的剖視圖。圖4C是“蛋箱”湍流調(diào)節(jié)器的側(cè)剖視圖。圖5是示出與超聲波束相交的湍渦的示意圖，(a)沒(méi)有湍流調(diào)節(jié)器和(b)具有本 發(fā)明的湍流調(diào)節(jié)器。圖6是使用本文所述的蜂窩式湍流調(diào)節(jié)器和流量計(jì)獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，示出利用 流量樣本的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差測(cè)量出的流量變化的幅值與流量的關(guān)系。還示出了在沒(méi)有湍流調(diào)節(jié) 器的情況下通常將獲得的變化的幅值。圖7是實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，示出針對(duì)在測(cè)量期間存在的流量典型的標(biāo)定容積，利用本文 所述的蜂窩式湍流調(diào)節(jié)器和超聲波流量計(jì)獲得的一組5個(gè)儀表校正因數(shù)測(cè)量結(jié)果的平均 范圍與在標(biāo)定試航期間計(jì)算出的平均流量標(biāo)準(zhǔn)差的關(guān)系。圖8是實(shí)驗(yàn)結(jié)果的條形圖，示出在每組5次標(biāo)定試航的成功組的百分比與在標(biāo)定 試航期間計(jì)算出的平均流量標(biāo)準(zhǔn)差的關(guān)系。圖9是具有不同尺寸的孔的調(diào)節(jié)器的橫截面圖。圖10和11示出其中孔不具有相同尺寸的調(diào)節(jié)器。圖12是帶有具有2條邊的孔的調(diào)節(jié)器的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖，其中，相同的附圖標(biāo)記在多個(gè)視圖中自始至終指的是類似或相同 的部分，更具體而言，圖1A、1B、2、3A、3B、3C、4A、4B和4C示出了用于確定管道12中的流體 流量的示例性裝置10。裝置10包括通過(guò)至少一對(duì)孔18與管道12的內(nèi)部連通的超聲波流 量計(jì)14，其中，一對(duì)孔18中的每個(gè)孔18具有有效直徑。裝置10包括設(shè)置在具有開(kāi)口 22的 管道12中的湍流調(diào)節(jié)器16，其中，開(kāi)口 22之間的節(jié)距是孔18的有效直徑的函數(shù)。調(diào)節(jié)器16具有位于開(kāi)口 22之間的壁20，該壁20的厚度可以是所述節(jié)距的函數(shù)。 調(diào)節(jié)器16的長(zhǎng)度可以是所述節(jié)距的函數(shù)?？梢詫⒊暡髁坑?jì)14設(shè)置為在調(diào)節(jié)器16下 游位于距調(diào)節(jié)器16的距離為管道12的內(nèi)徑的3倍處。所述節(jié)距可以小于孔18的有效直 徑。壁20可以具有在節(jié)距的1/4與1/10之間的厚度。所述長(zhǎng)度可以是節(jié)距的5至20倍。 所述節(jié)距可以是超聲波流量計(jì)14的直徑的函數(shù)。所述節(jié)距可以是超聲波流量計(jì)14的最大 速度的函數(shù)。所述節(jié)距可以是超聲波流量計(jì)14的采樣率的函數(shù)。孔可以具有兩條邊或更多條邊的橫截面。圖12示出具有兩條邊的孔?；蛘?，如圖 4a和4b所示，孔可以具有圓形橫截面?？梢栽诠艿?2中將過(guò)濾器26設(shè)置在調(diào)節(jié)器16的 上游?？梢栽诠艿?2中設(shè)置管嘴24，該管嘴24位于流量計(jì)14的上游且位于調(diào)節(jié)器16的 下游。超聲波流量計(jì)14和調(diào)節(jié)器16可以滿足對(duì)最大和最小流動(dòng)速度的標(biāo)定要求，該流量 計(jì)是針對(duì)該流動(dòng)速度而設(shè)計(jì)的。調(diào)節(jié)器16和超聲波流量計(jì)14可以滿足5次標(biāo)定試航中的 +/-0. 027%不確定度的標(biāo)定要求。如圖認(rèn)、讓、2、3々、38、3(、44、48和4(所示，本發(fā)明涉及用于管道12的湍流調(diào)節(jié)器16。調(diào)節(jié)器16具有開(kāi)口 22和節(jié)距。調(diào)節(jié)器16具有位于開(kāi)口 22之間的壁20，該壁20的厚 度是所述節(jié)距的函數(shù)。調(diào)節(jié)器16具有為節(jié)距的函數(shù)的長(zhǎng)度。本發(fā)明涉及用于確定管道12中的流體流量的方法。該方法包括使流體流過(guò)設(shè)置 在具有開(kāi)口 22的管道12中的湍流調(diào)節(jié)器16的步驟，其中，開(kāi)口 22之間的節(jié)距是超聲波流 量計(jì)14的孔18的有效直徑的函數(shù)，該超聲波流量計(jì)14通過(guò)孔18與管道12的內(nèi)部連通。 存在用超聲波流量計(jì)14測(cè)量流量的步驟。使流體流過(guò)湍流調(diào)節(jié)器16的步驟可以包括使流體流過(guò)如下湍流調(diào)節(jié)器16的步 驟，其中，調(diào)節(jié)器16具有位于開(kāi)口 22之間的壁20，該壁20的厚度是所述節(jié)距的函數(shù)。使 流體流過(guò)湍流調(diào)節(jié)器16的步驟可以包括使流體流過(guò)其長(zhǎng)度是所述節(jié)距的函數(shù)的湍流調(diào)節(jié) 器16的步驟。使流體流過(guò)湍流調(diào)節(jié)器16的步驟可以包括使流體流過(guò)這樣的湍流調(diào)節(jié)器16 的步驟該調(diào)節(jié)器16設(shè)置為在調(diào)節(jié)器16上游位于距調(diào)節(jié)器的距離為管道12的內(nèi)徑的3倍 處。使流體流過(guò)湍流調(diào)節(jié)器16的步驟可以包括使流體流過(guò)其中所述節(jié)距小于孔18的 有效直徑的湍流調(diào)節(jié)器16的步驟。使流體流過(guò)湍流調(diào)節(jié)器16的步驟可以包括使流體流過(guò) 這樣的湍流調(diào)節(jié)器16的步驟壁20具有在所述節(jié)距的1/4至1/10之間的厚度。使流體流 過(guò)湍流調(diào)節(jié)器16的步驟可以包括使流體流過(guò)其長(zhǎng)度是所述節(jié)距的5至20倍的湍流調(diào)節(jié)器 16的步驟。使流體流過(guò)湍流調(diào)節(jié)器16的步驟可以包括使流體流過(guò)其中孔具有兩條邊或更多 條邊的橫截面的湍流調(diào)節(jié)器16的步驟?；蛘?，使流體流過(guò)湍流調(diào)節(jié)器16的步驟可以包括 使流體流過(guò)其中孔具有圓形橫截面的湍流調(diào)節(jié)器16的步驟。使流體流過(guò)湍流調(diào)節(jié)器16的步驟可以包括使流體流過(guò)在管道12中設(shè)置在調(diào)節(jié)器 16的上游的過(guò)濾器26的步驟。使流體流過(guò)湍流調(diào)節(jié)器16的步驟可以包括使流體流過(guò)設(shè)置 在管道12中的管嘴24的步驟，該管嘴24位于流量計(jì)14的上游且位于調(diào)節(jié)器16的下游。 該測(cè)量步驟可以包括用滿足標(biāo)定要求的超聲波流量計(jì)14測(cè)量流量的步驟。該測(cè)量步驟可 以包括用在5次標(biāo)定試航中滿足+/-0. 027%不確定度的標(biāo)定要求的超聲波流量計(jì)14來(lái)測(cè) 量流量的步驟。本發(fā)明涉及一種用于制造供管道12中的超聲波流量計(jì)14使用的湍流調(diào)節(jié)器16 的方法。該方法包括識(shí)別管道12中的孔的有效直徑的步驟，流量計(jì)14通過(guò)孔與管道12的 內(nèi)部連通。存在根據(jù)有效直徑來(lái)確定調(diào)節(jié)器16中的孔之間的節(jié)距的步驟?？梢源嬖诟鶕?jù)節(jié)距來(lái)確定開(kāi)口之間的壁厚的步驟?？梢源嬖诟鶕?jù)節(jié)距來(lái)確定調(diào)節(jié) 器16的長(zhǎng)度的步驟?？梢源嬖跇?gòu)建具有在確定步驟中所確定的節(jié)距、壁厚和長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)器 16的步驟。該構(gòu)建步驟可以包括制造具有孔22的中心部分35，將該中心部分切割至滿足 針對(duì)節(jié)距、壁厚和長(zhǎng)度所確定的設(shè)計(jì)參數(shù)的長(zhǎng)度和直徑、并將凸緣37安裝于中心部分35， 因此可以將該中心部分承座在管道12中。本發(fā)明涉及用于確定管道12中的流體流量的裝置10，該裝置10包括改變湍流的 湍流調(diào)節(jié)器16和時(shí)差法超聲波流量計(jì)14，湍流調(diào)節(jié)器16和時(shí)差法超聲波流量計(jì)14這兩者 均被設(shè)置在管道12中。該布置有利于在與競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)的流量計(jì)(渦流式流量計(jì)或容積式流 量計(jì))所要求的次數(shù)相當(dāng)或更少次數(shù)的校準(zhǔn)儀試航中“標(biāo)定”超聲波流量計(jì)14(這是用超聲 波流量計(jì)14的傳統(tǒng)布置不可能實(shí)現(xiàn)的)。描述了用于湍流調(diào)節(jié)器16的多種替換結(jié)構(gòu)。還可以將湍流調(diào)節(jié)器16應(yīng)用于封閉管道和在現(xiàn)有技術(shù)中已描述的超聲波流量計(jì)14的替換布 置，并且在超聲波流量計(jì)14的上游且在湍流調(diào)節(jié)器16的下游采用管嘴24式漸縮器，標(biāo)定 結(jié)果比先前用此布置實(shí)現(xiàn)的更好。圖1A、1B和2示出本發(fā)明所描述的由本發(fā)明采用的在下游具有弦式超聲波流量計(jì) 14的多個(gè)替換湍流調(diào)節(jié)器16之一。已對(duì)具有六條邊的稱為“蜂窩”的結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試以證 明本發(fā)明的能力。在稍后的段落中將描述結(jié)果。本發(fā)明的示例性實(shí)施例的關(guān)鍵尺寸要求如 下1.在圖示的結(jié)構(gòu)中，蜂窩式湍流調(diào)節(jié)器16的節(jié)距(開(kāi)口 22的中心之間的間距) 是超聲波流量計(jì)14的孔18的有效直徑的二分之一(1/4A英寸節(jié)距比1/2英寸孔)；雖然 通常該節(jié)距應(yīng)小于孔18的有效直徑。如果包含超聲波換能器組件的管道12穿透的鉆孔等 于或幾乎等于換能器組件的直徑，則孔18的直徑等于換能器組件的直徑。在某些超聲波流 量計(jì)14的設(shè)計(jì)中，超聲波能量通過(guò)的管道12的內(nèi)壁20中的開(kāi)口 22的小直徑小于換能器 組件的直徑。在這種情況下，開(kāi)口 22的此小直徑是孔18的有效直徑。已經(jīng)用1/4英寸節(jié) 距與1/2英寸孔18的比率獲得流量變化的顯著減小。然而，如果節(jié)距與孔18的比小于二 分之一，則甚至可以使流量變化進(jìn)一步的減小。2.蜂窩湍流調(diào)節(jié)器16的壁20的厚度是節(jié)距的一小部分(約1/10)。計(jì)算顯示 壁厚相對(duì)于湍流調(diào)節(jié)器16的節(jié)距而言較薄的壁20 (壁厚在節(jié)距的1/4至1/10范圍內(nèi))將 為湍流調(diào)節(jié)器16提供適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度。由于壁20是薄的，所以產(chǎn)生的渦流具有極小的直 徑(小到足以不影響由超聲波流量計(jì)14測(cè)量的流動(dòng)速度的凈統(tǒng)計(jì)數(shù)值)(因?yàn)闇u流相對(duì)于 孔18的直徑而言非常小)。在此方面，本發(fā)明所涵蓋的蜂窩結(jié)構(gòu)和其它湍流調(diào)節(jié)器16的結(jié) 構(gòu)固有地優(yōu)于先前參考的專利的板式調(diào)節(jié)器16，在板式調(diào)節(jié)器16中，聯(lián)結(jié)件(ligaments) 的尺寸與孔的尺寸處于同一數(shù)量級(jí)。3.湍流調(diào)節(jié)器16的軸向長(zhǎng)度在節(jié)距的5至20倍范圍內(nèi)。此長(zhǎng)度足以消除由調(diào) 節(jié)器16的管道上游的特征產(chǎn)生的全局渦流，從而不再需要附加的流動(dòng)調(diào)節(jié)。通常為渦流式 流量計(jì)和超聲波流量計(jì)14提供采用具有孔的大直徑管或板的湍流調(diào)節(jié)器16以消除全局渦 流。利用本發(fā)明所提出的湍流調(diào)節(jié)器16，將不需要這些。5 1至20 1的長(zhǎng)度與節(jié)距 比還提供軸向剛性的結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生不在流動(dòng)流中顯著偏斜且強(qiáng)到足以經(jīng)受住流動(dòng)力的結(jié) 構(gòu)。本文所述的湍流調(diào)節(jié)器16的計(jì)算壓降與傳統(tǒng)管式流量調(diào)節(jié)器的壓降相當(dāng)。本文所述 的湍流調(diào)節(jié)器16的壓降小于如先前參考的專利中所述的板式湍流調(diào)節(jié)器16的壓降。4.在圖2中，超聲波流量計(jì)14在湍流調(diào)節(jié)器16的下游近似地位于距調(diào)節(jié)器的距 離為管道12的內(nèi)徑的1倍處。稍后討論的數(shù)據(jù)顯示用此結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)定性能的明顯改善。 位于管道12的內(nèi)徑的3倍的范圍內(nèi)的間隔將產(chǎn)生令人滿意的性能。較大的間隔將允許渦 流聚集成較大的渦流和形成新渦流，從而降低超聲波流量計(jì)14的聲束在對(duì)湍渦的旋轉(zhuǎn)速 度平均化時(shí)的有效性。短于1/2直徑的軸向距離可以促使由湍流調(diào)節(jié)器16產(chǎn)生或保持的 局部速度剖面攝動(dòng)被超聲波流量計(jì)14“看到”，并且降低以數(shù)字方式對(duì)軸向速度剖面求積分 的能量。圖3A、3B、3C、4A、4B和4C示出滿足上述要求的湍流調(diào)節(jié)器16的替換結(jié)構(gòu)。對(duì)于 每個(gè)設(shè)計(jì)而言，假定可以使得圖3A、3B、和3C的蛋箱和圖4A、4B、4C的管束充當(dāng)板，從而可以 在管之間傳導(dǎo)下游端處的拉應(yīng)力，則調(diào)節(jié)器16的軸向長(zhǎng)度提供將軸向撓曲和應(yīng)力降低至非常小的值的剛性。對(duì)于圖4A、4B、和4C的管束設(shè)計(jì)而言，這用冗余手段來(lái)實(shí)現(xiàn)(a)通過(guò)在插入管束之前對(duì)封閉管道12加熱100° F產(chǎn)生的冷縮配合，在管之間 產(chǎn)生能夠經(jīng)受住趨向于使它們移位的液壓力的摩擦力，以及(b)在管束的下游端附近的相鄰管之間實(shí)施點(diǎn)焊，保證該管束充當(dāng)單個(gè)結(jié)構(gòu)?；?者，可以通過(guò)焊接來(lái)實(shí)現(xiàn)管之間的結(jié)合。還將使用點(diǎn)焊來(lái)加強(qiáng)圖3A和3B的蛋箱調(diào)節(jié)器16的下游角部。由于石油管道存在碎屑(例如沉淀的蠟或浙青烯)，并且由于本發(fā)明中所描述的 調(diào)節(jié)器16具有相對(duì)小的開(kāi)口 22，在本文所描述的湍流調(diào)節(jié)器16的上游距調(diào)節(jié)器16的距離 為5倍或更多倍直徑處安裝箱型流過(guò)濾器26或細(xì)孔粗濾器是有益的。由過(guò)濾器26或粗濾 器、湍流調(diào)節(jié)器16、和超聲波流量計(jì)14本身所產(chǎn)生的聚集壓力損失比競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)的小。渦流 式超聲波流量計(jì)14也受益于類似的過(guò)濾器26和具有類似壓降的流調(diào)節(jié)器，并且渦流式超 聲波流量計(jì)本身產(chǎn)生壓降，而超聲波流量計(jì)14不產(chǎn)生的壓降。容積式流量計(jì)14通常也具 有過(guò)濾器26，并且雖然其通常不具有湍流或流量調(diào)節(jié)器，但其本身產(chǎn)生的壓力損失比本文 所述的湍流調(diào)節(jié)器16所產(chǎn)生的壓力損失大。圖5A和5B示出本發(fā)明的原理。時(shí)差法超聲波流量計(jì)測(cè)量從發(fā)送換能器發(fā)送到接 收換能器的超聲波能量的脈沖的行進(jìn)時(shí)間。在圖中，發(fā)送換能器已產(chǎn)生沿著流動(dòng)的方向傾 斜地跨越流動(dòng)流行進(jìn)的脈沖。脈沖的渡越時(shí)間由換能器之間的距離除以超聲波的傳播速度 而得到的商給出。對(duì)于沿圖所示方向的傳輸而言，傳播速度是超聲波在靜止流體中的速度 與投影到聲波路徑上的流體速度的和。當(dāng)在相反的方向上產(chǎn)生第二傳輸時(shí)(即，從圖中的 下游換能器到上游換能器)，傳播速度是超聲波在靜止流體中的速度與投影到聲波路徑上 的流體速度之間的差。因此，已知路徑長(zhǎng)度，兩次渡越時(shí)間測(cè)量提供具有下述兩個(gè)未知數(shù)的 二元二次方程靜止流體中的超聲波速度和投影到聲波路徑上的流體速度。但是，如圖5A 所示，不僅由平均軸向速度的投影(需要測(cè)量的變量)，而且由來(lái)自加速或延遲在其路徑上 的脈沖的多個(gè)湍渦的凈投影來(lái)確定投影到聲波路徑上的流體速度。沿相反方向的傳輸也受 到湍流的影響，但通常不受相同渦流(其可能已在傳輸之間移動(dòng))的影響。因此，對(duì)于圖5A 所示的條件而言，需要進(jìn)行多次測(cè)量以求得湍渦的效果的平均值并從而確定沿著該路徑的 平均軸向流體速度。當(dāng)使得最大渦流直徑明顯小于形成超聲波的脈沖沿著行進(jìn)的聲波路徑的換能器 孔的直徑時(shí)，在每次傳輸中趨向于消除由渦流的切向速度產(chǎn)生的對(duì)超聲波傳播速度的干 擾。這在圖5B中示出。在超聲波的聲束內(nèi)，促進(jìn)超聲波傳輸?shù)臏u流的分量被使超聲波傳輸 延遲的同一渦流的分量抵消。渦流通常以接近于平均流體速度的速度(通常約為100英寸 /秒的速度)移動(dòng)。超聲波的傳播速度約為50，000英寸/秒的數(shù)量級(jí)。因此，在由(典型 的)0. 5英寸超聲波傳輸聲束產(chǎn)生的0. 7英寸投影軸向?qū)挾葍?nèi)的渦流在脈沖渡越期間的位 移小到可以忽略。因此，規(guī)則是湍流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)應(yīng)僅允許明顯小于孔徑的那些渦流通過(guò)，并 應(yīng)驅(qū)散較大的渦流，使得只產(chǎn)生直徑明顯小于孔徑的渦流。如上所述，在本發(fā)明中，通過(guò)減小湍渦的尺寸以在超聲波流量計(jì)14的聲束內(nèi)有效 地使湍渦的尺寸平均化來(lái)使得超聲波流量計(jì)14的流量樣本的隨機(jī)偏差變小。圖6的數(shù)據(jù)示 出這樣的情況即，在具有約1/2英寸直徑的換能器孔18的6英寸雙超聲波流量計(jì)14(雙 超聲波流量計(jì)14由兩個(gè)本質(zhì)上獨(dú)立的各自為4路的超聲波流量計(jì)14組成)中，由如圖IA
11所示的1/4英寸蜂窩式湍流調(diào)節(jié)器16所產(chǎn)生的流量樣本的隨機(jī)偏差的減小。應(yīng)看到，在 9 1的流量范圍內(nèi)，湍流調(diào)節(jié)器16對(duì)于單獨(dú)流量樣本產(chǎn)生約1/2%的標(biāo)準(zhǔn)差(與1.2%的 標(biāo)準(zhǔn)差相比，可以預(yù)期該結(jié)果來(lái)自沒(méi)有在湍流調(diào)節(jié)器16的直管道12中操作的同一超聲波 流量計(jì)14)。流量樣本中的標(biāo)準(zhǔn)差的減小轉(zhuǎn)化為標(biāo)定性能的改善。通過(guò)檢驗(yàn)每組5次標(biāo)定試航 的組中的超聲波流量計(jì)14的因數(shù)范圍來(lái)測(cè)量具有蜂窩式調(diào)節(jié)器16的標(biāo)定性能。以兩種不 同的流量并用兩種不同的標(biāo)定容積對(duì)兩個(gè)4路超聲波流量計(jì)14中的每一個(gè)執(zhí)行十組的5 次試航試驗(yàn)(總共對(duì)兩個(gè)超聲波流量計(jì)14中的每一個(gè)進(jìn)行30組5次試航)。對(duì)于20個(gè)此 類試航組而言，采用20桶的校準(zhǔn)儀容積，分別以每小時(shí)3400桶和2700桶進(jìn)行10組試航。 對(duì)于其余試航而言，采用具有每小時(shí)3400桶的流量的10桶的校準(zhǔn)儀容積。對(duì)于兩種流量 而言，10至20桶范圍內(nèi)的標(biāo)定容積是典型的。在圖7中示出在具有圖1的湍流調(diào)節(jié)器16的測(cè)試期間收集的標(biāo)定數(shù)據(jù)。圖7的 橫坐標(biāo)是在前面部分中獲得的流量可變性的統(tǒng)計(jì)特征2Χ σ mean,即在標(biāo)定試航期間測(cè)量 的單獨(dú)流量樣本的標(biāo)準(zhǔn)差除以該試航期間獲取的樣本數(shù)目N的平方根而得到的商的兩倍。 N被計(jì)算為超聲波流量計(jì)14的采樣率(約50Hz)與試航的持續(xù)時(shí)間的乘積。圖7的縱坐標(biāo) 是標(biāo)定試航的平均范圍。數(shù)據(jù)的線性趨勢(shì)顯示來(lái)自一組5次標(biāo)定試航的數(shù)據(jù)的平均范圍近 似等于2X σ·η?？梢允褂迷撢厔?shì)線來(lái)投影標(biāo)定性能。如果測(cè)量結(jié)果的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差是士0.025%， 則正態(tài)分布顯示出一次試航將超出包括平均值的0. 05%區(qū)段的幾率是二十分之一。其余 4次試航中的任何一次將超出該區(qū)段的相對(duì)端的幾率是四十分之一。因此，獲得相差大于 0. 05% 的兩個(gè)結(jié)果的幾率是(1/20) X (1/40)+ (1/20) X (1/40) + (1/20) X (1/40) + (1/20) X (1/40) = 0. 005。根據(jù)2Χ σ mean = 0. 025%，5次標(biāo)定試航組在99. 5%的時(shí)間應(yīng)在所規(guī) 定的0. 05%范圍內(nèi)。圖8示出實(shí)際上成功的5次試航標(biāo)定組的百分比(滿足對(duì)5次標(biāo)定的0. 05%范圍 的要求)。如上文所預(yù)計(jì)的，該圖顯示出當(dāng)2X 是0.025%或更小時(shí)，100%的5次試 航組是成功的。當(dāng)2 X σ mean在0. 045 %范圍內(nèi)時(shí)，約50 %至70 %的5次試航組是成功的。 這些后來(lái)的結(jié)果大致上也符合統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)。圖7和8的性能明顯比利用沒(méi)有湍流調(diào)節(jié)器16的相同弦式流量計(jì)14獲得的性能 更好。在沒(méi)有調(diào)節(jié)器16的情況下，2 ο mean將在0. 06%范圍內(nèi)，至少對(duì)于20桶標(biāo)定而言如 此，意味著成功率小于50%，這也符合經(jīng)驗(yàn)。如前所述，可以將諸如前文參考的專利(美國(guó)專利6，647，806，其通過(guò)引用的方式 并入本文)所述的漸縮管嘴24應(yīng)用于本文所述的湍流調(diào)節(jié)器16以進(jìn)一步提高標(biāo)定性能。 圖4示出位于漸縮管嘴24上游的滿足本文所規(guī)定的尺度參數(shù)的管束湍流調(diào)節(jié)器16，并且超 聲波流量計(jì)14位于漸縮管嘴24的下游。超聲波流量計(jì)14下游的擴(kuò)張擴(kuò)散器以最小的損 失使上游管道12直徑恢復(fù)。在流量管嘴24的結(jié)構(gòu)中，超聲波流量計(jì)14位于管嘴24的圓 筒形喉部中，這增加被超聲波流量計(jì)14視為比壓平方的倒數(shù)的平均流體速度。比壓是管嘴 24喉部直徑除以上游管道12直徑而得到的商。由于下述緣故而發(fā)生湍流的減小雖然管 嘴24增大了平均流體速度，但其未顯著改變湍渦的切向速度。因此，減小了作為平均流體 速度的百分比的湍流。試驗(yàn)已經(jīng)證明具有0. 67的比壓的管嘴24具有如預(yù)期的那樣將單獨(dú)流量測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差減小二分之一的能力，這是因?yàn)?1/0. 67)2 1/2。通過(guò)使用位于湍流調(diào) 節(jié)器16的下游且位于流量計(jì)14的上游的管嘴24將使圖6的流量的標(biāo)準(zhǔn)差從0. 5%減小至 0. 25%。該布置將使圖7和8的數(shù)據(jù)減半(2 σ meJ，即使用10桶標(biāo)定容積，也得到100%的 成功。應(yīng)注意的是節(jié)距不必是固定的。圖9示出調(diào)節(jié)器16的橫截面的某一部分中的較 大孔。圖10和11顯示開(kāi)口 22不具有相同的尺寸，而開(kāi)口的尺寸是不同的。雖然已出于解釋的目的在前述實(shí)施例中詳細(xì)描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解的是此類細(xì) 節(jié)僅僅是用于解釋的目的，除了如所附權(quán)利要求所描述的情況以外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可 以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對(duì)其進(jìn)行變更。
權(quán)利要求
一種用于確定管道中的流體流量的裝置，包括超聲波流量計(jì)，其通過(guò)至少一對(duì)孔與所述管道的內(nèi)部連通，其中，所述一對(duì)孔中的每個(gè)孔均具有有效直徑；以及湍流調(diào)節(jié)器，其設(shè)置在具有開(kāi)口的所述管道中，所述開(kāi)口之間的節(jié)距是所述孔的有效直徑的函數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述湍流調(diào)節(jié)器具有位于所述開(kāi)口之間的壁，所述 壁的厚度是所述節(jié)距的函數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述湍流調(diào)節(jié)器具有為所述節(jié)距的函數(shù)的長(zhǎng)度。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述超聲波流量計(jì)被設(shè)置成在所述湍流調(diào)節(jié)器下 游位于距所述湍流調(diào)節(jié)器的距離為管道的內(nèi)徑的3倍處。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述節(jié)距小于所述孔的有效直徑。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述壁的厚度在所述節(jié)距的1/4至1/10之間。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述長(zhǎng)度是所述節(jié)距的5至20倍。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述孔具有兩條邊或更多條邊的橫截面。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述孔具有圓形橫截面。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，包括在所述湍流調(diào)節(jié)器的上游設(shè)置在所述管道中的過(guò)
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，包括設(shè)置在所述管道中的管嘴，所述管嘴位于所述超 聲波流量計(jì)的上游且位于所述湍流調(diào)節(jié)器的下游。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述節(jié)距是所述超聲波流量計(jì)的最大速度的函數(shù)。
13.一種用于管道的湍流調(diào)節(jié)器，所述湍流調(diào)節(jié)器具有開(kāi)口和節(jié)距并且具有位于所述 開(kāi)口之間的壁，所述壁的厚度是所述節(jié)距的函數(shù)，所述湍流調(diào)節(jié)器具有為所述節(jié)距的函數(shù) 的長(zhǎng)度。
14.一種用于確定管道中的流體流量的方法，包括步驟使流體流過(guò)設(shè)置在具有開(kāi)口的管道中的湍流調(diào)節(jié)器，其中，所述開(kāi)口之間的節(jié)距是超 聲波流量計(jì)的孔的有效直徑的函數(shù)，所述超聲波流量計(jì)通過(guò)所述孔與所述管道的內(nèi)部連 通；以及用所述超聲波流量計(jì)來(lái)測(cè)量流量。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，使流體流過(guò)湍流調(diào)節(jié)器的步驟包括使流體流過(guò) 下述湍流調(diào)節(jié)器的步驟所述湍流調(diào)節(jié)器具有位于所述開(kāi)口之間的壁，并且所述壁的厚度 是所述節(jié)距的函數(shù)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，使流體流過(guò)湍流調(diào)節(jié)器的步驟包括使流體流過(guò) 下述湍流調(diào)節(jié)器的步驟所述湍流調(diào)節(jié)器具有為所述節(jié)距的函數(shù)的長(zhǎng)度。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，使流體流過(guò)湍流調(diào)節(jié)器的步驟包括使流體流過(guò) 下述湍流調(diào)節(jié)器的步驟所述湍流調(diào)節(jié)器設(shè)置成在調(diào)節(jié)器上游位于距所述調(diào)節(jié)器的距離為 管道的內(nèi)徑的3倍處。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，使流體流過(guò)湍流調(diào)節(jié)器的步驟包括使流體流過(guò) 下述湍流調(diào)節(jié)器的步驟在所述湍流調(diào)節(jié)器中，所述節(jié)距小于所述孔的有效直徑。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，使流體流過(guò)湍流調(diào)節(jié)器的步驟包括使流體流過(guò) 下述湍流調(diào)節(jié)器的步驟在所述湍流調(diào)節(jié)器中，所述壁的厚度在所述節(jié)距的1/4至1/10之 間。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，使流體流過(guò)湍流調(diào)節(jié)器的步驟包括使流體流過(guò) 下述湍流調(diào)節(jié)器的步驟在所述湍流調(diào)節(jié)器中，所述長(zhǎng)度是所述節(jié)距的5至20倍。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，使流體流過(guò)湍流調(diào)節(jié)器的步驟包括使流體流過(guò) 下述湍流調(diào)節(jié)器的步驟在所述湍流調(diào)節(jié)器中，所述孔具有兩條邊或更多條邊的橫截面。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，使流體流過(guò)湍流調(diào)節(jié)器的步驟包括使流體流過(guò) 下述湍流調(diào)節(jié)器的步驟在所述湍流調(diào)節(jié)器中，所述孔具有圓形橫截面。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，使流體流過(guò)湍流調(diào)節(jié)器的步驟包括使流體流過(guò) 過(guò)濾器的步驟，所述過(guò)濾器設(shè)置在所述管道中，位于所述湍流調(diào)節(jié)器的上游。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，使流體流過(guò)湍流調(diào)節(jié)器的步驟包括使流體流過(guò) 管嘴的步驟，所述管嘴設(shè)置在所述管道中，位于所述超聲波流量計(jì)的上游且位于所述湍流 調(diào)節(jié)器的下游。
25.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述測(cè)量步驟包括用滿足標(biāo)定要求的流量計(jì)來(lái) 測(cè)量流量的步驟。
26.一種用于制造與管道中的超聲波流量計(jì)一起使用的湍流調(diào)節(jié)器的方法，包括步驟識(shí)別所述管道中的孔的有效直徑，所述超聲波流量計(jì)通過(guò)所述孔與所述管道的內(nèi)部連 通；以及根據(jù)所述有效直徑來(lái)確定所述湍流調(diào)節(jié)器中的孔之間的節(jié)距。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，包括根據(jù)所述節(jié)距函數(shù)確定開(kāi)口之間的壁厚的步驟。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，包括根據(jù)所述節(jié)距函數(shù)確定所述湍流調(diào)節(jié)器的長(zhǎng)度的步驟。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，包括構(gòu)建具有在確定步驟中確定的節(jié)距、壁厚和長(zhǎng)度 的湍流調(diào)節(jié)器的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種用于確定管道中的流體流量的裝置、用于確定管道中的流體流量的方法及用于制造湍流調(diào)節(jié)器的方法。該裝置包括通過(guò)至少一對(duì)孔與管道的內(nèi)部連通的超聲波流量計(jì)，該一對(duì)孔中的每個(gè)孔均具有有效直徑。該裝置包括設(shè)置在具有開(kāi)口的管道中的湍流調(diào)節(jié)器，開(kāi)口之間的節(jié)距是孔的有效直徑的函數(shù)。用于管道的湍流調(diào)節(jié)器具有開(kāi)口和節(jié)距。該調(diào)節(jié)器具有位于開(kāi)口之間的壁，該壁的厚度是節(jié)距的函數(shù)。該調(diào)節(jié)器具有為節(jié)距的函數(shù)的長(zhǎng)度。用于確定流體流量的方法包括使流體流過(guò)設(shè)置在具有開(kāi)口的管道中的湍流調(diào)節(jié)器的步驟，開(kāi)口之間的節(jié)距是超聲波流量計(jì)的孔的有效直徑的函數(shù)，該超聲波流量計(jì)通過(guò)孔與管道的內(nèi)部連通。存在用流量計(jì)測(cè)量流量的步驟。
文檔編號(hào)G05B13/02GK101918902SQ200880125090
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2008年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者唐納德·R·奧根斯坦, 基思·伯格斯特龍, 格雷戈?duì)枴げ祭? 赫伯特·埃斯特拉達(dá) 申請(qǐng)人:卡梅倫國(guó)際有限公司