CN102171540B - 用于检测在超声波流量计中的沉积物堆积的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测在超声波流量计中的沉积物堆积的方法和系统。至少一些说明性实施例是包括超声波流量计和电子部件的系统。所述超声波流量计包括：卷筒，被配置使得流体流通过；以及第一传感器对，被机械安装到所述卷筒，并且被配置使得流动地耦接到所述流体流(其中，所述第一传感器对包括上游传感器和与所述上游传感器具有工作关系的下游传感器，并且在其间限定了第一弦)。所述电子部件电耦接到所述第一传感器对。所述电子部件被配置使得检测在所述卷筒的内部表面上的沉积物堆积。

Description

用于检测在超声波流量计中的沉积物堆积的方法和系统

背景技术

在碳氢化合物从大地移出后，经由管线将流体流(例如原油或者天然气)从一个地方传送到另一个地方。期望精确地了解在这种流中流动的流体量，并且特别当所述流体交易时或者“交易计量(custodytransfer)”时更需要精确测量。但是，即使当未发生交易计量时，也期望精度测量。 

超声波流量计可以用于诸如交易计量的场合。在超声波流量计中，在一对或多对传感器之间的待测的整个流体流来回地发送声音信号。每个传感器对被安置在流量计主体或者卷筒(spool piece)中，使得从一个传感器向另一个传感器传播的声音信号以一个角度与流过流量计的流体相交。流量计中的电子部件测量声音信号从下游传感器向上游传感器传播所需要的传导时间和声音信号从上游传感器向下游传感器传播所需要的传导时间之间的差。然后，将在传导时间上的所述差用于计算通过流量计的流体的平均速度和容积流量。 

在管线中的超声波流量计的运行期间，可能在流量计的内部表面上形成沉积物。例如，液体超声波流量计可能用于测量通常会包含蜡的原油。随着时间的过去，在流量计的内部表面上逐渐堆积蜡沉积物。所述沉积物堆积可能引起在声音信号的所测量的传导时间上的不精确，并且减少了流量计的有效横截面流道面积，这两者都在所计算的通过流量计的容积流量上产生误差。 

发明内容

通过一种用于检测在超声波流量计中的沉积物堆积的方法和系统来至少部分地解决上述的问题。至少一些说明性实施例是包括超声波 流量计和电子部件的系统。所述超声波流量计包括：卷筒，所述卷筒被配置用来使流体流通过；以及第一传感器对，被机械地安装到所述卷筒上，并且被配置用来流动地耦接到所述流体流。所述电子部件电耦接到所述第一传感器对。所述第一传感器对包括上游传感器和与所述上游传感器具有工作关系的下游传感器，并且在其间限定了第一弦。所述电子部件被配置用来根据在所述第一传感器对之间传送的声音信号来确定诊断数据，所述诊断数据包括穿过所述流体的声速。所述电子部件还被配置用来根据穿过所述流体的声速的趋向(trend)来检测在所述卷筒的内部表面上的沉积物堆积。 

其他说明性实施例是用于检测在超声波流量计中的沉积物堆积的方法，所述方法包括根据在超声波流量计的传感器对之间传送的声音信号来确定诊断数据，所述诊断数据包括穿过流经所述超声波流量计的流体的声速。这些方法还包括：判定穿过所述流体的声速随着时间的趋向；并且，使用被判定了趋向的穿过所述流体的声速来检测在所述超声波流量计的内部表面上的沉积物厚度。 

其他说明性实施例是计算机可读介质，包括多个指令，所述指令当被处理器执行时使得所述处理器使用基于在传感器对之间传送的声音信号的诊断数据的趋向来检测在超声波流量计中的沉积物堆积，所述诊断数据包括穿过流过所述超声波流量计的流体的声速。 

所公开的系统和方法包括克服现有技术的缺陷的特征和优点的组合。在阅读了下面的详细说明后并且通过参考附图，如上所述的各个特征以及其他特征对于的本领域内的技术人员将是容易清楚的。 

附图说明

为了详细地说明各个实施例，现在参考附图，其中： 

图1图解了超声波流量计的剖视顶视图； 

图2图解了根据至少一些实施例的超声波流量计的端视图，其中包 括卷筒和弦路径A-D； 

图3图解了根据至少一些实施例的超声波流量计的顶视图，其包括安装有几对传感器的卷筒； 

图4描述了用于检测沉积物堆积的说明性方法实施例； 

图5A和5B示意地描述了具有沉积物堆积的超声波流量计的径向和轴向横截面视图；以及 

图6描述了一种用于量化沉积物堆积并且校正容积流量来说明沉积物堆积的说明性方法实施例。 

符号和命名 

在整个以下的说明书和权利要求中使用某些的术语来表示特定的系统部件。本文不打算区分名称不同而非功能不同的部件。 

在下面的说明书和在权利要求中，以按扩充的方式使用术语“包括”，因此术语“包括”应当被解释为“包括，但是不限于”。而且，术语“耦接”意欲表示间接连接或者直接连接。因此，如果第一装置耦接到第二装置，则该连接可以是直接连接，或者是通过经由其他装置和连接的间接连接。 

具体实施方式

图1图解了根据至少一些实施例的适合于测量诸如液体或者气体的流体流的超声波流量计。适合于布置在管线的各分段之间的卷筒100具有预定尺寸，并且限定了测量截面。传感器对120和130和它们各自的外壳125和135沿着卷筒100的长度定位。传感器120和130是超声波收发器，这表示它们都产生和接收超声波信号。在这个上下文中的“超声波”表示声音信号，在一些实施例中，所述声音信号具有大于大约20千赫兹的频率。在一些实施例中，超声波信号具有大约125千赫(用于气量计)和1兆赫(用于液体计)的频率。 

与频率无关，可以由在每个传感器中的压电元件来产生和接收声 音信号。为了产生超声波信号，所述压电元件被通过电来刺激，并且其通过振动来响应。所述压电元件的振动产生超声波信号，所述超声波信号通过卷筒100而传播穿过流体，到达传感器对的对应传感器。在被超声波信号冲击后，接收压电元件振动，并且产生电信号，所述电信号通过与所述流量计相关联的电子部件检测、数字化和分析。 

在传感器120和130之间相对于中线105成角度θ存在有时被称为“弦”的路径110。“弦”110的长度是在传感器120的表面到传感器130的表面之间的距离。点140和145限定了其中由传感器120和130产生的声音信号进入和离开流过卷筒100的流体的位置。可以通过角度θ、在传感器120和130之间测量的第一长度L、对应于在点140和145之间的轴向距离的第二长度X和对应于管道或者卷筒直径的第三长度D来限定传感器120和130的位置。在大多数情况下，在流量计制造期间，精确地确定距离D、X和L。而且，诸如120和130的传感器通常分别被布置在与点140和145特定距离处，而不论流量计大小(即卷筒直径)如何。 

起初，下游传感器120产生超声波信号，所述超声波信号传播到并且冲击上游传感器130。一段时间之后，上游传感器130产生返回超声波信号，所述返回超声波信号传播到并且冲击下游传感器120。因此，传感器120和130使用超声波信号115沿着弦路径110进行“收发”。在运行期间，对于每个传感器对，这个序列每分钟可以发生几千次。 

流体在卷筒100中沿方向150以速度分布(profile)152来流动。速度向量153-158说明了通过卷筒100的速度朝着中线105而增大。在传感器120和130之间的超声波信号115的传导时间部分地依赖于超声波信号115是否相对于流体流向上游或者下游传播。向下游(即在与所述流相同的方向上)传播的超声波信号115的传导时间小于当向上游传播时的传导时间(即与所述流相反)。上游和下游传导时间可以用于计算沿着弦路径110的平均速度，并且也可以用于计算在流体 流中的声速。在给定承载流体的流量计的横截面测量和平均速度的情况下，可以计算流过卷筒100的流体的体积。 

为了更精确地确定在流量计截面上的平均速度，超声波流量计包括多个路径。图2图解了多径超声波流量计。在这些实施例中，卷筒100在穿过流体流的不同级处，包括弦路径A 225、弦路径B 230、弦路径C 235和弦路径D 240。在替代实施例中，所述多径流量计可以包括不同数量的弦路径。每个弦路径A-D对应于交替作为发送器和接收器的两个传感器。同样示出的是控制电子部件160，其获取和处理来自四个弦路径A-D的数据。从图2中的视图中隐藏的是对应于弦路径A-D的四对传感器。 

可以通过参考图3更容易地理解所述四对传感器的布置。四对传感器端口被安装在卷筒100上。每对传感器端口对应于图2的单个弦路径110。卷筒100上安装了第一对传感器端口125和135以及与其相关联的传感器。包括端口165和175(在视图中仅仅部分地示出)的另一对传感器端口以及与其相关联的传感器被安装，使得其弦路径相对于传感器125和135的弦路径110宽松地形成“X”形。类似地，与传感器端口165和175平行地、但是处于不同的“级”地(即在管道或者流量计卷筒中的不同径向位置)布置传感器185和195。在图3中未明确地示出的是第四对传感器和传感器端口。 

将图2和3结合来看，对所述传感器对进行布置，使得对应于弦A和B的上两对传感器形成“X”形，并且对应于弦C和D的下两对传感器也形成“X”形。根据传导时间，可以在每个弦A-D处确定流体的流速，以获得弦流速，并且可以组合所述弦流速，以确定在整个管道或者流量计卷筒100上的平均流速。然后可以将通过流量计卷筒100的容积流量确定为流量计卷筒100的平均流速和横截面面积的乘积。 

弦流速基于从四对传感器接收的一批传导时间。对于弦i，所述一批传导时间包括在上游传导时间T_1，i和下游传导时间T_2，i之间的、在传导时间上的一批差ΔT_i，其基本上由下面的等式产生： 

ΔT＝T_1，i-T_2，i    (1) 

ΔT_i的一批20个值可以用于确定ΔT_i的平均值。在替代实施例中，可以使用ΔT_i的不同数量的值。 

根据ΔT_i的平均值，可以如基本上通过下面的等式定义的那样，确定平均弦流速V_i： 

$V_i=\frac{L_i^2}{2X_i}\·\frac{\mathrm{\Δ}{T}_i}{T_{1,i}{T}_{2,i}}---\left(2\right)$

其中，i表示特定的弦，V_i是正被确定的弦流速(即，分别对应于弦A-D的V_A、V_B、V_C或者V_D)，L_i是在传感器之间的距离或者弦长度，并且X_i是在流中的轴向距离。而且，根据平均弦速度V_i，可以基本上通过下面的等式来确定通过管道或者流量计卷筒100的流体流的平均流速V： 

$V=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{W}_i{V}_i---\left(3\right)$

其中，W_i是用于弦i的弦相关(chord-dependent)的加权因子。 

使用平均流速V，可以通过下面的等式来确定通过流量计卷筒100的容积流量Q： 

Q＝VA_c            (4) 

其中，A_c是流量计卷筒100的横截面流道面积。可以通过下面的等式来确定所述横截面流道面积A_c： 

$A_c=\frac{\mathrm{\π}{D}^4}{4}---\left(5\right)$

其中，D是流量计卷筒100的内径，并且通常当开始制造卷筒100时被测量。 

在超声波流量计运行期间，与流量计相关联的电子部件执行多个功能，可包括激发(fire)传感器，使得接收来自一个或多个传感器的输出，并且计算每个弦的平均弦速度V_i、通过流量计的平均流速V和容积流量Q。然后，由所述电子部件计算的参数可以被发送到在流量计外部的电子装置，例如，监测控制和数据采集(SCADA)系统，并且被用作进一步计算的输入。可选地，可以通过与流量计相关联的电子部件或者通过远离所述流量计的电子部件来执行所有的计算。 

当流体通过流量计卷筒时，可能在其内部表面上开始形成沉积物。随着时间的过去，沉积物堆积会在所计算的平均弦速度V_i、测量的传导时间T_1，i、T_2，i的函数、流量计的横截面流道面积A_c上引起误差，并且因此在所计算的通过流量计的容积流量Q上引起误差。作为沉积物堆积，由传感器激发的声音信号在被另一个传感器接收之前必须穿过沉积物材料。因此，所测量的传导时间T_1，i、T_2，i被沉积物堆积影响，在所计算的平均弦速度V_i上产生误差。而且，沉积物堆积降低了流量计的有效横截面面积A_c。这两种误差在通过流量计的容积流量Q的计算上产生误差。 

由于不能在超声波流量计内部表面上的沉积物堆积上进行检测和量化，因此按常规的间隔来维护流量计成为必需。这经常导致费时和耗费成本的不必要的维护操作。而且，在现有技术中，不能够可靠地调整所计算的容积流量，以对在维护过程之间的沉积物堆积进行说明。本公开涉及用于检测和量化在超声波流量计中的沉积物堆积的方法和系统。所公开的方法和系统提供测量和计算的诊断数据，其允许当需要时而不是以固定的进度表来进行维护，以减少沉积物堆积。在不立即执行维护过程的情况下，所公开的方法和系统还允许对所计算的容 积流量进行校正，以对沉积物堆积进行说明。 

根据一些实施例，可以使用函数η(Eta)来检测在传导时间T_1，i、T_2，i上的误差，因此检测沉积物堆积。在通过引用被包含在此的美国专利US 6,816,808中提供了误差指示符η的背景和推导。对于分别具有基本上不同的弦长度L_A和L_B的两个弦A和B而言，将误差指示符η_AB表达为： 

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{AB}}=\frac{L_B{L}_A}{L_B-L_A}\·\frac{c_B-c_A}{c_B{c}_A}---\left(6\right)$

其中，c_A是所计算的沿着弦A穿过流体的声速；c_B是所计算的沿着弦B通过流体的声速。可以对于具有基本上不同的长度的其他弦的对写出类似的表达式，例如对于图2的弦B和D、弦C和A、以及弦C和D。 

用于弦A的声速c_A通过下式来确定： 

$c_A=\frac{L_A}{2}\·\frac{T_{1,A}+T_{2,A}}{T_{1,A}{T}_{2,A}}---\left(7\right)$

其中，T_1，A是沿着弦A的上游传导时间，T_2，A是沿着弦A的下游传导时间。可以类似地表达与弦B以及其他弦相关联的声速。 

如果在流量计中的穿过流体的声速是均一的，并且在传导时间T_1，A、T_2，A T_1，B、和T_2，B的测量上没有出现误差，则η_AB将是0。但是，如果在这些所测量的传导时间的任何一个中有误差，则η_AB将不是零。如上所述，沉积物堆积可能在所测量的传导时间上产生误差，并且因此使得η_AB不是零。因此，通过在时间上监控η_AB的值，可以检测在超声波流量计中的沉积物堆积。 

当为了检测沉积物堆积而在时间上计算η_AB时，应当考虑流体流状 况(regime)。当有很少或者没有流体流通过超声波流量计时，温度分层可能发生，这意味着流体温度在流量计中是不均匀的。例如，接近流量计顶部的流体可能比接近流量计底座的流体更热。因为穿过流体的声速是温度相关的，因此在存在温度分层的情况下，在流体中的声速将不是均一的。而且，穿过流体的不同声速将引起η_AB的值从一个弦到下一个弦发生改变。 

但是，当流体被良好地混合时，例如当存在通过流量计的湍急流体流时，可以最小化温度分层。因此，当为了检测沉积物堆积而在时间上计算η_AB时，优选的是，当流体流过超声波流量计时，测量传导时间T_1，A、T_2，A、T_1，B和T_2，B。 

图4示出了用于检测在超声波流量计中的沉积物堆积的说明性方法的流程图。当与流量计相关联的电子部件周期地测量在位于所述流量计中的至少两对传感器之间的传导时间T_1，i、T_2，i时，所述方法400开始(框405)。在一些实施例中，可以对于所有的传感器对测量传导时间T_1，i、T_2，i，而在其他实施例中，可以仅仅对于所选择的对测量传导时间T_1，i、T_2，i。 

可以对于其间具有基本上不同的弦长度的、并且对于其测量了传导时间T_1，i、T_2，i的任何两对传感器计算误差指示符η。例如，在图2中描述的超声波流量计中包含四对传感器，如果对于每对传感器测量传导时间T_1，i、T_2，i，则然后，可以对于与弦A和B、B和D、A和C与C和D相关联的传感器对计算η。 

在一些实施例中，在一个时段上重复地测量传导时间T_1，i、T_2，i，然后在那个时段上将传导时间T_1，i、T_2，i平均，由此，得到平均的传导时间T_1，i，avg、T_2，i，avg(框410)。然后，可以通过将平均的传导时间T_1，i，avg、T_2，i，avg和弦长度L_i代入等式(7)中，从而使用平均的传导时间T_1，i，avg、T_2，i，avg来计算声速c_i(框415)。继而，然后将声速c_i和适当的弦长度 代入等式(6)中以计算η(框420)。在某种意义上，所计算的η是平均的η或者η_avg，因为其是使用平均的传导时间T_1，i，avg、T_2，i，avg来被确定的。 

可选地，可以通过将所测量的传导时间T_1，i、T_2，i和弦长度L_i代入等式(7)中来计算声速c_i(框425)。继而，然后将声速c_i和适当的弦长度代入等式(6)中以计算η(框430)。可以在一个时段上重复这些计算，并且将η的计算值平均，由此得到平均的η或者η_avg(框435)。 

接着，可以评估每个所计算的η_avg，以确定是否在超声波流量计中有可检测的沉积物堆积(框440)。用于确定存在沉积物堆积的基础是假定每个所计算的η_avg将漂移大致相同的数量，并且超过预定阈值。 

如果未检测到沉积物堆积，则此时不需要校正动作。与超声波流量计相关联的电子部件可以继续采样传导时间T_1，i、T_2，i，并且不中断地计算两个或者更多传感器对的η_avg，直到检测到沉积物堆积。在检测到沉积物堆积的情况下，可以在该时间处采取校正动作。根据情况，可以中断超声波流量计的运行，以便允许进行维护，从而减少或者消除沉积物堆积(框445)。可选地，电子部件可以执行另外的计算，以确定经调整或者校正的经过流量计的容积流量，其对沉积物堆积进行说明(框450)。 

根据包括方法400的在此公开的方法来检测沉积物堆积的能力可以允许当必要时而不是在固定的进度表来对超声波流量计进行维护。而且，用于量化沉积物堆积和通过对通过流量计的所计算的容积流量进行校正来对堆积进行说明的能力可以允许无限期地延迟维护。在至少一些实施例中，η提供了用于量化沉积物堆积和对通过流量计的容积流量进行校正的基础。 

再一次参见等式(6)，η_AB是声速c_A和声速c_B的函数。假定由 于沉积物堆积而在传导时间T_1，A或者T_2，A的测量上存在定时误差ΔT_A，则在所计算的声速c_A上所导致的误差Δc_A是： 

$\mathrm{\Δ}{c}_A=-\frac{c^2}{L_A}\mathrm{\Δ}{T}_A---\left(8\right)$

因此，弦A的声速c_A可以被写为： 

$c_A=c+\mathrm{\Δ}{c}_A=c-\frac{c^2}{L_A}\mathrm{\Δ}{T}_A---\left(9\right)$

可以对于诸如图2的弦B、C和D写出类似的表达式。 

通过将等式(9)和弦B的类似的表达式代入等式(6)中，并且忽略表示ΔT_A和ΔT_B的乘积的高阶项，可以将η_AB表达为： 

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{AB}}=\frac{L_B\mathrm{\Δ}{T}_A-L_A\mathrm{\Δ}{T}_B}{L_B-L_A}---\left(10\right)$

如果沉积物形成在弦的相对端上的传感器的表面上，则这样的沉积物将导致在流体中的声速c上的误差。用于量化这种误差的一种方式是考虑沉积物在所测量的传导时间T上引起误差。假定沉积材料具有声速c_deposit，并且在每个传感器表面上的沉积物具有厚度t_deposit，则由沉积物堆积引起的在传导时间上的误差ΔT可以被定义为： 

$\mathrm{\ΔT}=2t_{\mathrm{deposit}}(\frac{1}{c_{\mathrm{deposit}}}-\frac{1}{c})---\left(11\right)$

如等式(11)所示，由沉积物堆积引起的在传导时间上的误差ΔT依赖于沉积物厚度t_deposit、穿过流体的声速c和穿过沉积材料声速c_deposit，而不是弦长度。而且，假定沉积物在超声波流量计中均匀地堆 积，由沉积物堆积引起的在传导时间上的误差ΔT独立于弦。因此，等式(10)的ΔT_A和ΔT_B分别独立于弦A和B，并且可以被简单地指定ΔT。然后，等式(10)简化为： 

η_AB＝ΔT    (12) 

组合等式(11)和(12)，可以在沉积物厚度t_deposit方面表达η_AB和由沉积物堆积引起的在传导时间上的误差ΔT： 

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{AB}}=\mathrm{\ΔT}=2t_{\mathrm{deposit}}(\frac{1}{c_{\mathrm{deposit}}}-\frac{1}{c})---\left(13\right)$

通过等式(13)的代数操作，可以将沉积物厚度t_deposit表达为： 

$t_{\mathrm{deposit}}=\frac{\mathrm{\ΔT}}{2}\·\frac{{\mathrm{cc}}_{\mathrm{deposit}}}{c-c_{\mathrm{deposit}}}---\left(14\right)$

如上参考图4所述，可以使用所测量的传导时间T_1，i、T_2，i来计算η_AB。在已经确定了η_AB并且从等式(13)知道η_AB等于定时误差ΔT时，然后可以使用等式(14)来确定沉积物厚度t_deposit。因此，等式(14)允许量化在超声波流量计中的沉积物堆积。 

在一些实施例中，用于对于超声波流量计执行维护以减少沉积物堆积的决定可以依赖于沉积物厚度t_deposit。例如，可以定义阈值，以便当沉积物厚度t_deposit超过所述阈值时执行维护。在未执行用于减少或者消除沉积物堆积的维护的情况下，可以校正通过流量计的容积流量，来说明沉积物堆积。 

通过下式来给出通过流量计的容积流量： 

Q＝VA_c    (15) 

其中，A_c是横截面流道面积，并且V是平均流速。如上所述，沉积物堆积将在平均流速V和横截面流道面积A_c两者中产生误差。因此，在容积流量上的相对偏差(uncertainty)ΔQ/Q可以被表达为： 

$\frac{\mathrm{\ΔQ}}{Q}=\frac{\mathrm{\ΔV}}{V}+\frac{\mathrm{\Δ}{A}_c}{A_c}---\left(16\right)$

其中，ΔV/V和ΔA_c/A_c分别是在平均流速V和横截面流道面积A_c上的相对偏差。为了确定在容积流量上的相对偏差ΔQ/Q，并且因此确定由沉积物堆积引起的在容积流量Q中产生的误差ΔQ，分别评估在平均流速和横截面流道面积上的相对偏差ΔV/V、ΔA_c/A_c。 

横截面流道面积A_c是： 

$A_c=\frac{\mathrm{\π}{D}^2}{4}---\left(17\right)$

其中，D是在没有沉积物堆积的情况下测量的流量计卷筒的内径。沉积物堆积减少了流量计卷筒的有效内径。因此，在横截面流道面积上的相对偏差ΔA_c/A_c可以被表达为： 

$\frac{\mathrm{\Δ}{A}_c}{A_c}=\frac{1}{A_c}\·\frac{\∂A_c}{\∂D}\mathrm{\ΔD}---\left(18\right)$

使用等式(17)来以D的形式代入A_c，并且注意ΔD等于-2t_deposit，在横截面流道面积上的相对偏差ΔA_c/A_c是： 

$\frac{\mathrm{\Δ}{A}_c}{A_c}=-\frac{4t_{\mathrm{deposit}}}{D}---\left(19\right)$

通过下式来给出平均流速V： 

$V=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{W}_i{V}_i---\left(20\right)$

其中，W_i是用于弦i的弦相关的加权因子。因此，在平均流速上的相对偏差ΔV/V可以被表达为： 

$\frac{\mathrm{\ΔV}}{V}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{W}_i\frac{\mathrm{\Δ}{V}_i}{V_i}---\left(21\right)$

通过下式来给出平均弦流速V_i： 

$V_i=\frac{L_i^2}{2X_i}\·\frac{T_{1,i}-T_{2,i}}{T_{1,i}{T}_{2,i}}---\left(22\right)$

其中，L_i是弦i的长度，X_i是L_i的轴向分量，T_1，i是上游传导时间(表示从下游传感器沿着弦i向上游传感器传播的声音信号的传导时间)，并且T_2，i是下游传导时间。因此，弦i的在平均流速上的相对偏差ΔV/V可以被表达为： 

$\frac{\mathrm{\Δ}{V}_i}{V_i}=\frac{1}{V_i}(\frac{\∂V_i}{\∂X_i}\mathrm{\Δ}{X}_i+\frac{\∂V_i}{T_{1,i}}\mathrm{\ΔT}+\frac{\∂V_i}{\∂T_{2,i}}\mathrm{\ΔT})---\left(23\right)$

其中，如上所述，在传导时间T_1，i和T_2，i上的误差是ΔT。使用等式(22)，可以简化上述的表达式： 

$\frac{\mathrm{\Δ}{V}_i}{V_i}=-\frac{\mathrm{\Δ}{X}_i}{X_i}-\frac{2c}{L_i}\mathrm{\ΔT}---\left(24\right)$

其中，c是在流体中的声速。 

通过下式来给出轴向分量X_i： 

$X_i=\frac{D\sqrt{1-f_i^2}}{\tan \mathrm{\θ}}---\left(25\right)$

其中，θ是弦i相对于流方向的角度，并且f_i是弦i的测量平面与流量计的中心平面的相对微小距离。图5A和5B示意地图解了相对微小距离f_i和具有弦长度L_i的弦i的轴向范围X_i。沉积物堆积在流量计的有效直径和相对微小距离f_i上产生误差，其中，弦i的测量平面与流量计的中心平面相距f_i。因此，在轴向范围上的相对偏差ΔX_i/X_i可以被表达为： 

$\frac{\mathrm{\Δ}{X}_i}{X_i}=\frac{1}{X_i}(\frac{{\∂X}_i}{\∂D}\mathrm{\ΔD}+\frac{\∂X_i}{\∂f_i}\mathrm{\Δ}{f}_i)---\left(26\right)$

如上，可以以沉积物厚度t_deposit的形式来表达ΔD： 

ΔD＝-2t_deposit    (27) 

而且，在相对微小距离中的误差Δf_i/f_i是： 

$\frac{\mathrm{\Δ}{f}_i}{f_i}=\frac{2t_{\mathrm{deposit}}}{D}---\left(28\right)$

使用等式(27)和(28)，将在等式(26)中的ΔD和Δf_i/f_i代入，在轴向范围ΔX_i/X_i中的相对偏差是： 

$\frac{\mathrm{\Δ}{X}_i}{X_i}=-\frac{2t_{\mathrm{deposit}}}{D(1-f_i^2)}---\left(29\right)$

而且，使用等式(29)，将在等式(24)中的ΔX_i/X_i代入，对于弦i的流速ΔV_i/V上的相对偏差可以被简化为： 

$\frac{\mathrm{\Δ}{V}_i}{V_i}=2t_{\mathrm{deposit}}(\frac{1}{D(1-f_i^2)}-\frac{2}{L_i}\·\frac{c-c_{\mathrm{deposit}}}{c_{\mathrm{deposit}}})---\left(30\right)$

如上参考图4所述，可以使用测量的传导时间T_1，i、T_2，i来计算η_AB。使用等式(13)，可以根据η_AB来确定沉积物厚度t_deposit。然后，可以将沉积物厚度t_deposit用作等式(19)和(30)的输入，以分别确定ΔA_c/A_c和ΔV_i/V_i。最后，可以使用等式(16)来评估在容积流量上的相对误差ΔQ/Q。 

为了说明沉积物堆积，已校正的通过流量计的容积流量Q_c是： 

Q_c＝Q+ΔQ    (31) 

其中，Q是在没有沉积物堆积的情况下通过流量计的容积流量，并且可以使用等式(15)而被确定。 

图6示出了说明性方法500的流程图，所述方法500用于量化在超声波流量计中的沉积物堆积，并且对通过流量计的容积流量进行校正，来说明沉积物堆积。方法500以按照上面参考图4所述的方法400的检测沉积物堆积来开始(框505)。方法400的一个产物是η_avg，然后，其可以被代入等式(13)中，并且计算沉积物厚度t_deposit(框510)。 

接着，方法500使用沉积物厚度t_deposit来以一系列步骤计算已校正的通过流量计的容积流量Q_c。使用等式(19)来计算在横截面流道面积ΔA_c/A_c上的相对偏差(框515)。使用等式(30)来计算每个弦i的平均弦流速上的相对偏差ΔV_i/V_i(框520)。然后将所有的弦i的计算值ΔV_i/V_i代入等式(21)中，以确定平均流速的相对偏差ΔV/V(框525)。使用等式(16)，从ΔA_c/A_c和ΔV/V的计算值确定在容积流量上的相对偏差ΔQ/Q(框530)。 

可以使用等式(15)来确定在没有沉积物堆积的情况下通过流量 计的容积流量Q(框535)。然后，可以组合ΔQ/Q和Q的计算值以得到由于沉积物堆积导致的在容积流量上的误差ΔQ(框540)。最后，可以使用等式(31)来确定已校正的通过流量计的容积流量Q_c(框545)。 

从在此提供的说明，本领域内的技术人员能够容易地组合所述的方法来产生软件，所述软件当与适当的通用或者专用计算机硬件组合时可以用于建立体现本发明的计算机系统和/或计算机子部件，建立用于执行本发明的方法的计算机系统和/或计算机子部件，并且/或者建立用于存储用于实现本发明的方法方面的软件程序的计算机可读媒体。使用这样的软件，可以基于周期地或者在需要时执行在此所述的方法。 

上述讨论意欲说明本发明的原理和各个实施例。一旦完全理解了上述公开，则多种改变和修改将对于本领域内的技术人员将变得显而易见。本发明旨在使得所附的权利要求被解释为涵盖所有这样的改变和修改。 

Claims (16)

1.一种用于检测在超声波流量计中的沉积物堆积的系统，包括超声波流量计和电子部件，所述超声波流量计包括：

卷筒，所述卷筒被配置使得流体流通过；以及

第一传感器对，机械地安装到所述卷筒，并且被配置使得流动地耦接到所述流体流，所述第一传感器对包括上游传感器和与所述上游传感器具有工作关系的下游传感器并且在其间限定了第一弦，并且

所述电子部件电耦接到所述第一传感器对，所述电子部件被配置用来：根据在所述第一传感器对之间传送的声音信号来确定诊断数据，所述诊断数据包括穿过所述流体的声速；以及根据穿过所述流体的声速的趋向来检测在所述卷筒的内部表面上的沉积物堆积。

2.根据权利要求1的系统，其中，所述电子部件的至少一些被容纳在所述流量计中。

3.根据权利要求1的系统，其中，所述电子部件的至少一些远离所述流量计。

4.根据权利要求1的系统，其中，所述电子部件还被配置使得确定所述沉积物堆积的厚度。

5.根据权利要求4的系统，其中，所述电子部件还被配置使得当所述沉积物堆积的厚度超过阈值时产生信号。

6.根据权利要求1的系统，其中，所述电子部件还被配置用来确定由所述沉积物堆积引起的、经过所述流量计的容积流量的改变。

7.根据权利要求1的系统，其中，所述诊断数据还包括在所述第一传感器对之间的传导时间，并且其中，所述电子部件还被配置用来计算穿过所述流体的声速。

8.根据权利要求1的系统，其中，所述电子部件还被配置用来存储所述诊断数据。

9.一种用于检测在超声波流量计中的沉积物堆积的方法，包括：

根据在超声波流量计的传感器对之间发送的声音信号来确定诊断数据，所述诊断数据包括穿过流经所述超声波流量计的流体的声速；

判定穿过所述流体的声速随着时间的趋向；并且，

使用判定了趋向的穿过所述流体的声速来检测在所述超声波流量计的内部表面上的沉积物堆积。

10.根据权利要求9的方法，还包括：确定所述沉积物堆积的厚度。

11.根据权利要求10的方法，还包括：当所述沉积物堆积的厚度超过阈值时产生信号。

12.根据权利要求10的方法，其中，通过下面的等式来确定所述沉积物堆积的厚度：

$t_{\mathrm{deposit}}=\frac{\mathrm{\ΔT}}{2}\·\frac{c_{\mathrm{fluid}}{c}_{\mathrm{deposit}}}{c_{\mathrm{fluid}}-c_{\mathrm{deposit}}}$

其中，ΔT是由所述沉积物堆积引起的定时误差；c_deposit是穿过所述沉积物的声速；并且，c_fluid是在流经所述超声波流量计的流体中的声速。

13.根据权利要求9的方法，还包括：计算由所述沉积物堆积引起的经过所述流量计的流体的容积流量的改变。

14.根据权利要求13的方法，其中，通过下面的等式来确定所述容积流量的改变：

ΔQ/Q＝ΔV/V+ΔA_c/A_c

其中，Q、V、和A_c分别是在没有沉积物堆积的情况下的容积流量、与所述传感器对相关联的平均流速和横截面流道面积；并且，ΔQ、ΔV和ΔA_c分别是由所述沉积物堆积引起的所述容积流量的误差、与所述传感器对相关联的所述平均流速的误差和所述横截面流道面积的误差。

15.根据权利要求14的方法，其中，通过下面的等式来确定ΔA_c/A_c：

ΔA_c/A_c＝-4t_deposit/D

其中，D是在没有沉积物堆积的情况下的所述超声波流量计的内径，且t_deposit是所述沉积物堆积的厚度。

16.根据权利要求14的方法，其中，通过下面的等式来确定ΔV/V：

$\frac{\mathrm{\ΔV}}{V}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{2W}_i{t}_{\mathrm{deposit}}(\frac{1}{D(1-{f_i}^2)}-\frac{2}{L_i}\·\frac{{c-c}_{\mathrm{deposit}}}{c_{\mathrm{deposit}}})$

其中，i表示在所述传感器对中的上游和下游传感器之间的弦，t_deposit是所述沉积物堆积的厚度；D是在没有沉积物堆积的情况下的所述超声波流量计的内径；W_i是用于弦i的弦相关加权因子；L_i是在没有沉积物堆积的情况下的弦i的长度；f_i是在包含所述弦i的平面和通过所述超声波流量计的中心的平面之间的相对微小距离；c是穿过所述流体的声速；并且，c_deposit是穿过所述沉积物的声速。

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