CN102016518A - 光滑孔、弦式时差法超声波流量计和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于分析管道中流体流量的装置，该装置包括具有多个换能器的超声波流量计。该装置包括流通元件，该流通元件具有：完全光滑孔，流体流经该完全光滑孔；以及多个空腔，在每个空腔内设置有多个换能器中的一个换能器，并且该空腔与流经孔的流体连通。一种分析管道中流体流量的装置包括具有多个换能器的超声波流量计。该装置包括流通元件，该流通元件具有：孔，其具有内径以及流体流经的表面；多个空腔，每个空腔在表面上具有开口。每个空腔内设置有多个换能器中的一个换能器。本发明还提供一种分析管道中流体流量的方法。

Description

光滑孔、弦式时差法超声波流量计和方法

技术领域

本发明涉及利用具有流通元件和多个换能器的超声波流量计来分析管道中的流体流量，所述流通元件具有流体流经的完全光滑孔(如本文使用的“本发明”或“发明”的引用涉及示例性实施例并且不一定涉及所附权利要求所涵盖的每一个实施例)。更具体而言，本发明涉及利用具有流通元件和多个换能器的超声波流量计来分析管道中的流体流量，所述流通元件具有流体流经的完全光滑孔，其中流通元件具有容纳流量计的换能器的空腔和封闭孔中空腔开口的衬套。

背景技术

本部分的目的是向读者介绍可能与本发明的各个方面相关的技术的各个方面。以下描述是为了提供便于更好地理解本发明的信息。因此，应理解的是，据此来阅读以下讨论中的说明，而不是认可以下讨论作为现有技术。

弦式时差法超声波流量计通过对在两个、四个或多个弦通路上测得的流体速度进行数值积分来确定容积流量。在较大的计量仪中该被测速度的数值积分结果通常与实际容积流量计大抵一致，即，表示理论流率与实际流率之差的因数大致落在几十分之一的范围内。

在具有较小内径和较大换能器空腔的计量仪中，当雷诺数(Reynolds Number)低于大约500,000时，理论与实际之间的一致性不是很好。偏差接近1％，并且随着雷诺数而变化。图1示出了该问题。图中绘出了内径从4英寸到10英寸范围内的计量仪集合的仪表校正因数数据与雷诺数的关系。在大约为500,000的雷诺数处，仪表校正因数接近理论值(即，1.000)，但随着图中的雷诺数减小，在雷诺数在30,000到50,000的范围内，与理论值之间的偏差增加到大约0.8％的最大值。

实验数据(具体而言，弦速度对雷诺数变化的响应)显示，仪表校正因数对雷诺数变化的非线性响应的原因与流场(流体速度分布)对换能器空腔的几何形状的响应有关。图2中示出了典型4通路计量仪的几何形状。在低至中间的雷诺数处，流体速度的分量进入空腔，该空腔以下述方式伸出在声波通路上：使得由通路观察到的流体速度高于当不存在空腔时占主导的流体速度。这种效应在最远离中心线的弦处最大。如图2中可以看到的那样，4通路计量仪的外通路的下游空腔的几何形状尤其有助于这种响应。

流场失真的程度取决于雷诺数，大概因为空腔附近的边界层的安装(或分离)取决于局部惯性力和粘性力的相对大小。无论如何，要求仪表校正因数小于理论值(1.000)以便校正高于预期的弦速度，校正量随雷诺数而变化。

仪表校正因数与雷诺数的非线性相关性提出了标定问题。如果这种计量仪被用于具有不同粘度的产品的流量的精确测量或如果应用覆盖了宽的流量范围，则计量仪所属的雷诺数范围广并且可能包括仪表校正因数对雷诺数值灵敏的区域。因此，计量仪必须在下述装置上标定：该装置具有在宽范围内改变雷诺数以便精确地确定仪表校正因数与雷诺数之间的关系的能力。这种装置极少，在美国已知仅存在两种。

此外，计量仪自身的算法必须包括：提供雷诺数校正，并且必须接收用以确定运动粘度的输入(在计量仪中已提供雷诺数、内径和流体速度等其它分量)。流体粘度不容易测量，而通常从诸如流体密度或声速和温度等其它变量来推算。测量这些变量的精度和这些变量与流体粘度之间的经验关系的精度影响雷诺数确定的精度，并因此影响调整“原始”仪表校正因数的精度。

从而，在10英寸内径或更小的计量仪中仪表校正因数与雷诺数的相关性导致花费增加(需要进行专门的标定以鉴定仪表校正因数)，并且精度降低(这是由于与使用根据流场内的数据推算的雷诺数来校正仪表校正因数相关的不确定性)。

发明内容

本发明涉及对经过管道的流动流体的分析。利用超声波流量计来进行分析，该超声波流量计具有布置在流通元件的空腔中的换能器。管道中的流体流经流通元件，流量计在此期间分析流动流体。

附图说明

在附图中，说明了本发明的优选实施例和实现本发明的优选方法，其中：

图1是现有技术中典型的10英寸内径和更小内径的4通路弦式流量计的仪表校正因数线性度的图表。

图2是典型的4通路常规超声波流量计的现有技术构造，示出由容纳换能器壳体的空腔形成的孔。

图3是“光滑孔”4通路弦式超声波流量计的图片。

图4a和图4b是“光滑孔”超声波流量计的衬套布置的示意图。

图5是本发明的装置的示意图。

图6和图7示出了4通路流量计的外弦通路的能量传输几何图形。

图8是在图5的保持充满系统的产品声速中10％的阶跃变化对应的恢复时间的图表。

图9是图5的保持充满系统的信号强度产生3dB的衰减对应的产品温度变化率的图表。

图10是旁路流与产品雷诺数关系的图表。

图11是“光滑孔”4通路弦式流量计的仪表校正因数线性度与具有常规空腔构造的4通路流量计的仪表校正因数线性度相比的图表。

具体实施方式

下面参考附图，其中在所有的附图中相同的附图标记指示相似或相同的部分，更具体地说是参考附图中的图4b和图5，图中示出了用于分析管道12中的流体流量的装置10。装置10包括具有多个换能器16的超声波流量计14。装置10包括流通元件18，该流通元件18具有流体流经的完全光滑孔20和多个空腔22，每个空腔22分别具有一个设置在其内的换能器16并且与流经孔20的流体连通。

本发明涉及用于分析管道12中的流体流量的装10。装置10包括具有多个换能器16的超声波流量计14。装置10包括流通元件18，该流通元件18具有：孔20，其具有内径和流体流经的表面24；多个空腔22，每个空腔22具有在表面24上的开口26。每个空腔22内设置有一个换能器16。装置10包括衬套28，该衬套28封闭空腔22的开口26以防止流经孔20的流体进入空腔22。

装置10可以包括与空腔22流体连通的保持充满系统30，该保持充满系统30用同样流经元件18的流体来填充空腔22。保持充满系统30可以包括：流入口32，其设置在管道12中位于元件18的上游；以及上游管道34，其与流入口32和空腔22流体连通，管道12中的流动流体通过该上游管道34流经空腔22。保持充满系统30可以包括：流出口36，其设置在管道12中位于元件18的下游；以及下游管道38，其与流出口36和空腔22流体连通，流经空腔22的流体通过该下游管道38排入管道12。元件18可以具有流体通路40，流体通路40贯穿空腔22并且与上游管道34和下游管道38流体连通，流体通过该流体通路40流经空腔22。这里可以有通过空腔22连接通道44的中间管道42。流体通路可以具有由双阀隔离件52封住的出口。

衬套28可以包括安装在元件18上的多个带状件46。衬套28可以相对于换能器16声学屏蔽。在一个实施例中的衬套由钢制成。衬套28的厚度可以在0.001英寸到0.010英寸之间。在空腔22的上游可以设置过滤器48。过滤器48可以包括至少两个滤网50。

本发明涉及用于分析管道12中流体流量的方法。该方法包括下述步骤：使流体流经具有完全光滑孔20的流通元件18以及多个空腔22。还包括下述步骤：用设置在空腔22中的超声波流量计14的换能器16确定流体流量。

该流动步骤可以包括下述步骤：使流体流经具有衬套28的光滑孔20，衬套28封闭空腔22的开口26以防止流经孔20的流体进入空腔22。可以包括下述步骤：利用同样流经元件18的流体填充空腔22。该填充步骤可以包括下述步骤：使来自管道12的流体流入布置在管道12中位于元件18的上游的流入口32，并且流经与流入口32和空腔22流体连通的上游管道34，管道12中的流动流体通过该上游管道34流经空腔22。

所述填充步骤可以包括下述步骤：使来自空腔22的流体流经与空腔22流体连通的下游管道38，并且通过与下游管道38流体连通的流出口36将来自空腔22的流体排入管道12中。该填充步骤还可以包括下述步骤：使流体沿着贯穿空腔22并且与上游管道34和下游管道38流体连通的流体通路40流动，流体通过该流体通路40流经空腔22。可以包括下述步骤：使管道12中的流体流经布置在空腔22的上游的过滤器48。

在本发明的操作中，常规弦式时差法超声波流量计的仪表校正因数可以随着雷诺数而变化，由此增加了它们的标定的不确定性以及标定过程的复杂性。本发明涉及下述弦式时差法超声波流量计的构造：该流量计消除了仪表校正因数与雷诺数的相关性，并且提高了多弦式超声波流量计的可维护性。

时差法流量计通过对在换能器16对之间的上游和下游倾斜地行进的脉冲的次数进行计算来确定流体速度。在常规弦式流量计14中，换能器16位于与流通元件18的内径相交的空腔22中。换能器空腔22和流通元件18的内径之间相交的几何形状是复杂的，这是因为相交一般发生在弦上而不在中心线上(图2示出了典型的相交构造)。由换能器空腔22和流通元件18的内径相交产生的开口26用作传输和接收超声波能量的孔。仪表校正因数与雷诺数存在相关性只是由于流动流体与空腔22的相互作用。

图3的图片中示出了本文所公开的本发明的构造，并且图示在图4a和4b中。本发明通过衬套28(流通元件18的内径上的薄金属衬托)实质上消除了流体与空腔22的相互作用。由于流动流体没有受到其流经的流通元件18的壁的干扰，因此将该构造称为“光滑孔”流量计。

利用诸如图5中所示的“保持充满”系统以过程流体填充在衬托之后的空腔22。该过程流体与处理流体具有相同的标称物理特性并且处于相同的标称压力下。因此，封闭空腔22的衬套28没有受到明显的压力载荷并且仅仅用于消除流动的过程流体和空腔22中的流体的相互作用。

图5示出了表示流入口32的流通元件18的上游入口。还示出了包括换能器空腔22和换能器壳体的流通元件18，并且示出了表示流出口的流通元件18的下游出口。

在本文所公开的流量计14的构造中，超声波能量必须从发送换能器开始行经每个声波通路：

(1)经过在发送换能器之前的空腔中的基本静止的流体，

(2)经过将空腔与流动流体分隔的衬套28，

(3)此后，经过流动流体自身，然后

(4)经过将接收换能器的空腔与流动流体分隔的衬套28，

(5)经过接收换能器空腔到达接收换能器。

流量计14所使用的将渡越时间转换为流体速度的已知算法要求：到达接收换能器的能量要足以进行可靠的脉冲检测并且上述声波通路是可预测的。从而下述情况是可适用的。

(a)衬套28应该声学屏蔽。即，它应该如覆盖隔膜一样响应于超声波，能量发送不受衬套28的材料特性的影响。为了满足这些要求，衬套28中声能的波长应该大于衬套28的厚度。

(b)弦式流量计的算法假定：从发送换能器进入流体的能量经由连接发送换能器和接收换能器的直线到达接收换能器。衬套28之后的流体的声学性质和过程流体的声学性质间的差异将引起折射，从而引起被发送能量的偏转，经过算法通路的发送能量的量减小。应该限制性质的差异，从而使到达接收换能器的发送能量的部分足以进行可靠的信号检测。

(c)所公开发明的一个构造采用“保持充满”系统，其使用过程流体的速位差来驱动流体经过衬套28之后的空腔22(图5中示出了这种布置)。这种布置的主要目的是保证空腔流体性质和过程流体性质之间的差异无论如何都满足上述(b)的要求。然而，图5的“保持充满”装置构成了绕过(bypass)超声波流量测量的流体通路40(流经空腔22的流体基本与声束垂直从而没有被经过的超声波“发现”)。在所有操作条件下，绕过测量的流量不会显著地影响流量测量的精度。

确认所公开发明的效能的测试采用了图3中所示的构造。该构造使用300系列不锈钢衬套材料。超声波的波长λ由传播速度C和超声波的频率f的商给出。

(Cl)λ＝C/f。

为了确定衬套28的厚度上限，要求波长最小，从而传播速度最低并且频率最高。对于不锈钢衬套来说，超声波的最低传播速度是大约125,000英寸/秒的剪应力波(纵向应力波的传播速度高出大约1.8倍)。用于测量流体流量的超声波频率的上限大约为2兆赫兹。因此，不锈钢衬套中超声波的最小波长λ＝125,000/2,000,000＝0.0625英寸(1/16英寸)。声学“透明度”要求衬套小于该数字的1/4。测试了若干衬套28的厚度，以确定它们减弱发送波的程度。已发现厚度在0.001英寸到0.010英寸范围内的衬套不会显著减弱超声波。另一方面，发现厚度为1/8英寸(两个波长)的衬套会产生难以接受的高度减弱。本发明的流量测试选择了0.005英寸的厚度，该厚度提供合理的结构整体性以及可接受的小幅减弱。

通过相交的几何形状和空腔流体与过程流体的声速来确定在空腔流体和过程流体之间的边界处的声波的折射。如果采用了诸如图5中的保持充满系统，则在静止状态下两个声速将相等，然而在空腔22中流体的性质和过程流体的性质之间的时滞可能引起差异产生(时滞的产生是因为经过保持充满系统的流体速度远小于经过流量计的流体速度。对于随后段落中描述的分析，假定空腔流体的声速C_CAVITY遵循根据一阶微分方程的过程流体声速C_FLUID:C_FLUID＝τd/dt(C_CAVITY)+C_CAVITY。此处τ是保持充满系统的时间常数，其通过用它的容积除以它的流量来近似)。过程流体的声速将随着它的温度而及时变化。另外，在多产品管道中，一批次的声速一般可能不同于它之前的批次的声速。保持充满系统30必须确保声速差不干扰流量计的操作。

折射边界的几何形状是复杂的(再次参考图2)。对于4通路弦式流量计而言，包含4个声波通路的平面是最极限的情况，且外通路比内通路具有更多的几何形状限制。图6中示出了外通路几何形状的放大图。空腔流体和过程流体之间的边界(由衬套28保持)限定了折射角。根据斯涅耳定律(Snell’s law)，介质1中的入射线相对于所述边界的法线的角度θ₁与折射线相对于同一法线的角度θ₂相关。这个定律表示为：

(C2)Sinθ₁/C₁＝Sinθ₂/C₂

此处C₁和C₂分别为入射介质(空腔流体)和折射介质(过程流体)中的声传播速度。由下式给出由于空腔流体和过程流体中的传播速度之差

导致的入射角和折射角之差

$\left(C3\right),\∂{\mathrm{\θ}}_2=\tan {\mathrm{\θ}}_1\∂C_2/C_1$

图7示出了入射角和折射角。在具有1/2英寸内径换能器16的6英寸4通路流量计中，入射角θ₁大约为68度。如图6中所示，入射角和折射角之间的可允许差异取决于发送波束模式。通常将波束的角宽(由角α给出)设计得窄，从而使由接收换能器捕获的那部分发送能量最大化。波束宽度α近似为：

(C4)α＝λ/d弧度

此处λ是过程流体中超声波的波长并且d是空腔的直径。

窄波束宽度对折射角的小变化的容忍度较小，这是因为θ₂中的小变化能导致大部分发送能量远离接收换能器。对于1/2英寸的空腔、50,000英寸/秒的典型过程流体声速和频率为2兆赫兹的超声波来说，波束宽度α大约为3度。波束偏转大约1/2α将使接收信号减少30％(3dB)。利用1/2α和图6的几何形状计算得到大约500英寸/秒的差，作为空腔声速和过程流体声速之间的可接受差的保守基准。该数字大约为典型石油产品的声速的1％并且对应该产品的大约5华氏度的温度变化。

这种限制在流量计性能方面意味着什么？图8和图9回答了这个问题。图8绘出了在产品声速变化10％之前将被接收信号恢复到的主导值的3dB(70％)以内所需的时间。石油产品的典型声速大约为50,000英寸/秒。10％的变化(50,000英寸/秒)表示所谓的柴油声速和汽油声速之差。图8表示，在多产品管道中占主导的雷诺数(50,000或更大)将在小于1分钟的时间内恢复到3dB以内。

应该注意，衰减超过3dB的接收信号不一定引起流量计发生故障；然而当信号强度超过该边界时，流量计精度可以小于它的设计值。

图9示出了在将接收信号维持在它的标定值的3dB之内时，图5的保持充满系统可容许的产品温度的变化率。产品温度变化主要是因为环境温度的变化而发生的，环境温度影响地面上管道中的产品温度并且变化缓慢。图9示出了在低雷诺数下可接受的最极限的处理温度变化率的情况。在实际应用中，在运送重原油的小管道中可能产生低雷诺数(在10,000到20,000的范围内)。图9示出了在10华氏度/小时范围内的温度变化将不使信号强度产生可接受的损失。由昼夜温度变化引起的产品温度的典型变化在该值以下。

图10示出了经过图5的保持充满系统并根据产品雷诺数而变化的旁路渗漏。对于可能适用于本文所公开的发明的所有雷诺数(5,000到500,000)，旁路渗漏小于经过流量计的流量的0.03％。可以在流量计中或设备中校正由旁路流量引起的潜在误差。此外，如果特殊应用需要空腔流体声速更迅速地响应于过程流体声速的变化，则可以增加“保持充满”系统的流率(通过增加系统流道的直径)。

对于验证原理的测试，利用阀门的手动操作和管道以过程流体填充空腔22。从而空腔流体的化学性质和温度(可能在100英寸/秒或200英寸/秒内)都接近过程流体。整个测试过程中，信号强度保持在可接受范围内。

图11示出了图3的具有光滑孔20的流量计的仪表校正因数与雷诺数的相关性。同时示出了典型的常规弦式流量计的仪表校正因数(空腔22向过程流体开放)。线性度有显著的改善。常规流量计中仪表校正因数在雷诺数接近0.8％时出现变化，具有光滑孔20的流量计的灵敏度小于0.1％。此外，该小灵敏度是可预测的，即将对该图的雷诺数范围内的展开曲线求数值积分所得的理论灵敏度减小大约0.1％，这种弱非线性的校正不需要雷诺数测量；可以利用流量计自身的弦速测量来施加影响，具体而言用外弦速与内弦速的比例。

衬套28的材料应该是坚硬的以抵抗磨损，并且是耐腐蚀的以防止表面24粗糙度的变化。应该容易获得具有满足上述波长规格的厚度(对于用于测试的不锈钢衬套大约为0.005英寸)的薄板。备选材料为：300系列不锈钢、钛和铬镍铁合金。应该注意，弦位置的尺寸规格必须考虑到衬套对流量计内径的影响。还应该注意，内径或换能器孔20不需要精加工，这是因为经过流量计的流场没有与这些表面24接触。

如图3中所示以及在测试中所做的，在生产流量计时将衬套28通过突出部固定在流通元件18的前凸缘上。如图4b所示，焊缝要焊得尽可能小并且设置为远离任何声波通路。轧制过程(类似于将管道件轧成管板，但是在更大的规模内)保证流通元件18和衬套28的基材金属之间的间隙最小化。抵抗石油产品侵袭的并且布置在衬套28的前缘和后缘附近的两圈环氧粘合剂带为将带固定在适当位置上提供了额外的保证。

以上描述了保持充满系统的设计规格，具体而言：

a.经过保持充满系统的流率应该使在换能器壳体和衬套28之间的空腔22中的流体的更新足够快，以便在瞬时条件下限制空腔流体的声速和流动产品的声速之差。空腔声速和产品声速之差不允许大到足以防止发送的超声波束“照射”接收换能器的程度(即，在空腔/产品界面处的光束的折射必须限于可接受的值)。该要求确定了一个最小可接受保持充满流率。该要求适用的最大限制条件通常发生在最小产品流率和最大产品粘度处，该最小产品流率和最大产品粘度都用于减小保持满流量(通过分别减小驱动扬程和增加保持充满回路的流阻)。

b.经过保持充满系统30的流量不是由弦式超声波流量计测量，因此造成了其流量测量中的误差。虽然可以通过保持充满流量的估计值来减小误差的大小，然而应该限制旁路流量以确保流量计满足其精度规格。该要求设定了最大保持充满流率。该要求适用的最大限制条件通常发生在最大产品流率和最小产品粘度处，最大产品流率和最小产品粘度将用于增加保持充满流量(通过分别增大驱动扬程和减小保持满回路的流阻)。

图8、图9和图10示出了对于产品范围、产品温度和产品雷诺数而言满足这些要求的特定保持充满系统30的性能(即，流率和粘度)。附图所基于的计算响应是对于具有图5所示的保持充满系统30的6英寸4弦流量计，并且具有下述特性：

由流入和流出提供的驱动扬程H

H＝(效率){(面向上游的局部速位差)}-(面向下游的局部速位差)

H＝η[(+1/2V²/g)-(-1/2V²/g)]＝ηV²/g

此处η是流入/流出分布的效率，并且基于达尔管式流量计的经验η而取值为0.7。

V是在流量计14的壁的附近的产品速度，取值为平均产品速度的1/2。

g是重力常数

从容易获得和耐腐蚀性角度考虑，选择不锈钢管道。对于样品例中的6英寸流量计，选择1/4英寸的管道直径(0.21英寸的管道内径)。对于该流量计尺寸中所要求的长度和构造，管道流阻以及入口、出口和弯曲处的损耗导致满足以上a和b标准的流率覆盖操作条件的较宽范围。

应该强调，必须选择适于各种应用的管道尺寸和其它设计细节；较大的流量计通常需要较大的管道。

流入口和流出口的宽度大约为4倍管道直径；流入口和流出口的高度大约为1倍管道直径。这些尺寸使得对流场产生干扰较小，仍可捕获大部分局部速位差。流入口32和超声波流量计的声波通路之间的距离设置成由流入口产生的对轴向速度分布的干扰将在超声波脉冲感应到分布时消失。由径向伸入流路的小干扰d产生的流场畸变在下游时一般将消失10d到20d。图5所示的系统满足该要求。面向流出口的下游必须同样与由声波通路采样的流场远离，尽管分离距离没必要很大(距声波通路1/2D(D是流通元件18的内径)的距离被认为是足够的。)。

以下列出本文引用的性能所基于的图5的样品保持充满系统30的其它数据。利用通过引用并入本文的Crane公司的技术文件410“经过阀、装配件和管道的流体的流量”来进行流阻和流量的计算。

·上游空腔供给装置的上游管道的长度：最大为2¹/₂倍流量计直径(15英寸)。如图5中所示该管道设置在流通元件18自身的外部。流通元件18自身的壁上的压应力不允许沿流通元件18的轴向在通道上钻孔。然而，将管道与流入口32连接的0.25英寸的径向穿孔不需要加强(因为它的尺寸相对于壁厚来说较小)。对于具有较大管道的较大流通元件18中的穿孔可能需要加强。

·用于四个上游换能器空腔22的0.21英寸供给装置的长度为1倍流量计直径(6英寸)。在Caldon标准石油流量计主体中包含四个换能器16的“鞍形件”的尺寸使供给装置不需要加强。

·将上游空腔供给装置与四个下游换能器空腔22的供给装置连接的管道的长度为3倍流量计直径(18英寸)。因为复杂的通路，该连接在流量计主体自身的外部进行。

·四个下游换能器空腔22的0.21英寸供给装置的长度，为1倍流量计直径(6英寸)。同上游头部，不需要加强。

·将下游供给装置的流出口与面向保持充满系统30的流出口的下游连接的管道的长度最大为2¹/₂倍流量计直径(15英寸)。

同样的原因，与输入管道一样，该管道设置在流通元件18的外部。同样，流出口的1/4英寸的径向穿孔不需要加强。

·保持充满回路中骤胀的数量：9。

·保持充满回路中骤缩的数量：9。

·保持充满回路中弯曲90度的数量：11。

如上述设计的保持充满系统内的静压平均约等于流通元件18中的静压，并且决不大于在产品的静压之上的速位差的1/2。1或2个磅/平方英寸的压差不会使覆盖换能器22的衬套28发生明显的变形。

应该注意，所公开的发明可以在仪表校正因数和雷诺数之间有很少或没有相关性的情况下应用，即内径大于10英寸的流量计并且雷诺数在500,000以上的情况。一些过程流体，尤其是原油，包含能进入换能器空腔22的蜡和其它污染物。这些沉淀物能够使所接收的信号减弱并发生失真。衬套28和“保持充满”系统的使用提供了防止这种沉淀物的方法。

然而，在这些应用中有必要对图5中的“保持充满”系统进行特定变型。具体而言，可将过滤器48加在流入口的下游且在空腔22的上游的位置处，以防止保持充满流在衬套28内引入有害的沉淀物。过滤器48的滤网被选择为将微粒污染物的尺寸限制在可以接受的尺寸。极有可能使用“双”过滤器48设计，以便在允许保持充满流仍流经一个网的同时将第二个网拿去清洗，然后再更换。另外，用作保持充满系统的流入口的“入口”的设计可以不同于图5的设计。在流通元件18的上游的较高压位置处的冲洗设计是可取的(以防止微粒聚集及可能堵塞保持充满管道)。

虽然出于说明的目的已在上述的实施例中详细地描述了本发明，但应该理解，这些细节仅用于该目的，本领域的技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行改变，除非可以通过所附的权利要求书来进行描述。

Claims (19)

1.一种用于分析管道中流体流量的装置，包括：

超声波流量计，其具有多个换能器；以及

流通元件，其具有：完全光滑孔，流体流经所述完全光滑孔；以及多个空腔，在每个所述空腔内设置有所述多个换能器中的一个换能器并且所述空腔与流经所述光滑孔的流体连通。

2.一种用于分析管道中流体流量的装置，包括：

超声波流量计，其具有多个换能器；

流通元件，其具有：孔，其具有内径以及流体流经的表面；以及多个空腔，每个所述空腔具有在所述表面上的开口，在每个所述空腔内设置有所述多个换能器中的一个换能器；以及

衬套，其封闭所述空腔的开口，以防止流经所述孔的流体进入所述空腔。

3.根据权利要求2所述的装置，包括，

保持充满系统，其与所述空腔流体连通并且以同样流经所述元件的流体来填充所述空腔。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，

所述保持充满系统包括：流入口，其设置在管道中位于所述元件的上游；以及上游管道，其与所述流入口和所述空腔流体连通，管道中的流动流体通过所述上游管道流经所述空腔。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，

所述保持充满系统包括：流出口，其设置在管道中位于所述元件的下游，以及下游管道，其与所述流出口和所述空腔流体连通，流经所述空腔的流体通过所述下游管道排入管道中。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，

所述元件具有贯穿所述空腔并且与所述上游管道和所述下游管道流体连通的流体通路，流体通过所述流体通路流经所述空腔。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，

所述衬套包括安装在所述元件上的多个带状件。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，

所述衬套相对于所述换能器声学屏蔽。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，

所述衬套由钢制成。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，

所述衬套的厚度在0.001英寸和0.010英寸之间。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，

在所述空腔上游设置有过滤器。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，

所述过滤器包括至少两个滤网。

13.一种用于分析管道中流体流量的方法，包括以下步骤：

流动步骤，使流体流经具有完全光滑孔和多个空腔的流通元件；以及

确定步骤，利用设置在所述空腔中的超声波流量计的换能器来确定流体流量。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，

所述流动步骤包括下述步骤：使流体流经具有用于封闭所述空腔开口的衬套的所述光滑孔，所述衬套防止流经所述光滑孔的流体进入所述空腔。

15.根据权利要求14所述的方法，包括，

填充步骤，以同样流经所述元件的流体填充所述空腔。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，

所述填充步骤包括下述步骤：使来自管道的流体流入设置在管道中位于所述元件上游的流入口，并且流经与所述流入口和所述空腔流体连通的上游管道，管道中的流动流体通过所述上游管道流经所述空腔。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，

所述填充步骤包括下述步骤：使来自所述空腔的流体流经与所述空腔流体连通的下游管道并且通过与所述下游管道连通的流出口将来自所述空腔的流体排入管道内。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，

所述填充步骤包括下述步骤：使流体沿贯穿所述空腔且与所述上游管道和所述下游管道流体连通的流体通路流动，流体通过所述流体通路流经所述空腔。

19.根据权利要求18所述的方法，包括以下步骤：

使管道中的流体流经设置在所述空腔上游的过滤器。

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