CN103994796B - 检测声学流量计中的液体的系统 - Google Patents
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Abstract
提供了检测声学流量计中的液体的系统。该系统包括：限定具有半径的中心通道的测量计体，测量计体耦接到气体流以使得气体流过中心通道；包括机械耦接到测量计体的多个换能器对的流量计，每一换能器对限定横过中心通道的弦并且沿相应的弦传播和接收声信号，每一弦位于从中心通道的最低点算起的半径的5％的高度处的水平面的上方并且不与该水平面在中心通道内交叉；电耦接到流量计的处理器；耦接到处理器的存储器；及耦接到处理器的通信端口。处理器通过通信端口从流量计接收表示所测量的气流量的值并且在预定时间周期保持整个气体的气流量的流动总量。处理器还通过通信端口获得表示流量计下部的液体累积的数据，并且基于该数据确定液体是否存在。
Description
本专利申请是国际申请日为2009年4月20日、国家申请号为200980123396.6、发明名称为“检测声学流量计中的液体的方法和系统”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及液体检测，尤其涉及检测声学流量计中的液体的系统。
背景技术
在从地下取出天然气后，经由管道将气流从一个地方传输到另一地方。期望精确地知道流中流动的气体量，特别当流体买卖，或“监护运输(custody transfer)”时，要求特别的精确度。可以使用超声波流量计来测量在管道中流动的天然气量，并且超声波流量计具有足够的精度来用在密闭运输中。
在超声波流量计中，在待测的气流中来回发送声信号。基于所接收的声信号的参数，确定流量计中的几个不同高度的气流速率。基于流速和流量计的已知截面积，可以计算气流体积。
然而，在一些情形下，液体累积在测量天然气流的流量计的下半部分。液体可以是碳氢化合物或水。例如，取决于压力和露点，碳氢化合物可以从天然气流中沉淀，从而形成液体累积。如另一例子，可能通过用水填充线路，从而按流体静力学方式对管道进行测试，并且在一些情形下，在管道运送天然气前，未完全消除水。不管液体的属性，液体累积会减小流量计的横截面积，而减少的横截面积对流量测量有双重影响。对于通过流量计的恒定实际流量，减少的横截面积导致增大的测量流速。此外，流量计设定横截面积，并且基于所测量的流速和横截面积来确定流量。液体累积减小了实际横截面积，由此基于减少的横截面积，以及由于减小的横截面积，气流速率倾向于增加，从而使得实际容量将小于测量容量。
一些相关技术的超声波流量计试图通过换能器对(transducer pair)使声信号对准该测量计的最下部分，来确定液体是否累积在流量计中。当无液体存在时，由一个换能器产生的声信号经过该测量计，从该测量计的最下部分反射，然后传播到第二换能器。然而，当液体存在时，声信号与液体的表面相交，并且从液体的表面反射，而不是从测量计的最下部分反射，由此用于声信号的路径长度改变。声信号的参数表示变化的路径长度，由此存在液体。然而，用于液体检测的专用换能器对增加了流量计的成本和复杂度，并且尽管翻新现有的测量计(其声信号基本上水平地经过流量计)在理论上是可能的，但却非常地昂贵。因此，用于确定液体是否存在于测声计中的系统和方法将是有益的。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了一种检测声学流量计中的液体的系统。该系统包括：限定具有半径的中心通道的测量计体，所述测量计体被配置成耦接到气体流以使得气体流过所述中心通道；包括多个换能器对的流量计，所述多个换能器对机械耦接到所述测量计体，每一换能器对限定横过所述中心通道的弦，每一换能器对被配置成沿相应的弦传播和接收声信号，并且每一弦位于从所述中心通道的最低点算起的所述半径的5％的高度处的水平面的上方并且不与所述水平面在所述中心通道内交叉；电耦接到所述流量计的处理器；耦接到所述处理器的存储器；以及耦接到所述处理器的通信端口，其中，所述处理器从所述流量计接收表示所测量的气流量的值，所述接收通过所述通信端口；并且在预定时间周期保持整个气体的气流量的流动总量；以及所述处理器还通过所述通信端口获得表示在所述流量计的下部中的液体累积的数据；并且基于所述数据确定液体是否存在，所述处理器通过以下方式来进行所述确定：根据多个弦路中的每一弦路附近的气体流速的集合来计算参数；以及相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本来分析所述参数；其中，当所述处理器获得所述数据时，所述处理器获得横过所述流量计的中心通道而传播的声信号的表示。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种检测声学流量计中的液体的系统。该系统包括：所述声学流量计，所述声学流量计限定：限定具有半径的中心通道的测量计体，所述测量计体被配置成耦接到气体流以使得气体流过所述中心通道；以及机械耦接到所述测量计体的多个换能器对，每一换能器对限定横过所述中心通道的弦，每一换能器对被配置成沿相应的弦传播和接收声信号，并且每一弦位于从所述中心通道的最低点算起的所述半径的5％的高度处的水平面的上方并且不与所述水平面在所述中心通道内交叉；耦接到所述声学流量计的处理器；耦接到所述处理器的存储器；以及耦接到所述处理器的通信端口，其中，所述处理器从所述声学流量计接收表示所测量的气流量的值，所述接收通过所述通信端口；并且在预定时间周期保持整个气体的气流量的流动总量；以及所述处理器还通过所述通信端口获得表示在所述声学流量计的下部中的液体累积的数据；并且基于所述数据确定液体是否存在，所述处理器通过下述方式来进行所述确定：根据气体流速的集合来计算参数；以及相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本来分析所述参数；其中，当所述处理器获得所述数据时，所述处理器获得在所述声学流量计的每一弦路附近的气体流速的表示。
根据本发明的又一个实施例，提供了一种检测声学流量计中的液体的系统。该系统包括：所述声学流量计，所述声学流量计包括：限定具有半径的中心通道的测量计体，所述测量计体被配置成耦接到气体流以使得气体流过所述中心通道；以及机械耦接到所述测量计体的多个换能器对，每一换能器对限定横过所述中心通道的弦，每一换能器对被配置成沿相应的弦传播和接收声信号，并且每一弦位于从所述中心通道的最低点算起的所述半径的5％的高度处的水平面的上方并且不与所述水平面在所述中心通道内交叉；耦接到所述声学流量计的处理器；耦接到所述处理器的存储器；以及耦接到所述处理器的通信端口，其中，所述处理器从所述声学流量计接收表示所测量的气流量的值，所述接收通过所述通信端口；并且在预定时间周期保持整个气体的气流量的流动总量；以及所述处理器还通过所述通信端口获得表示在所述声学流量计的下部中的液体累积的数据；并且基于所述数据确定液体是否存在，其中，当所述处理器获得所述数据时，所述处理器获得表示所述声学流量计内的气体的流速曲线图的参数，并且相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本来分析所述参数以确定流速曲线图在钟形的曲线图与较平坦的曲线图之间波动。
根据本发明的再一个实施例，提供了一种检测声学流量计中的液体的系统。该系统包括：所述流量计，所述流量计限定：限定具有半径的中心通道的测量计体，所述测量计体被配置成耦接到气体流以使得气体流过所述中心通道；以及机械耦接到所述测量计体的多个换能器对，每一换能器对限定横过所述中心通道的弦，每一换能器对被配置成沿相应的弦传播和接收声信号，并且每一弦位于从所述中心通道的最低点算起的所述半径的5％的高度处的水平面的上方并且不与所述水平面在所述中心通道内交叉；耦接到所述流量计的处理器；耦接到所述处理器的存储器；以及耦接到所述处理器的通信端口，其中，所述处理器从所述流量计接收表示所测量的气流量的值，所述接收通过所述通信端口；并且在预定时间周期保持整个气体的气流量的流动总量；以及所述处理器还通过所述通信端口获得表示在所述流量计的下部中的液体累积的数据；并且基于所述数据确定液体是否存在，其中，当所述处理器获得所述数据时，所述处理器获得表示在不与所述流量计的中心通道的中心轴平行的各方向上的气体的流速的参数，并且相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本来分析所述参数以确定流速曲线图在钟形的曲线图与较平坦的曲线图之间波动。
附图说明
为详细地描述示例性实施例，现在将参考附图，在附图中：
图1A表示根据至少一些实施例的流量计的俯视截面图；
图1B表示根据至少一些实施例的流量计的立面端视图；
图1C表示根据至少一些实施例的流量计的俯视图；
图2表示根据至少一些实施例的流量计的电子组件；
图3表示根据至少一些实施例的流量计的立面端视图；
图4A-4E表示流速曲线图(profile)的波动；
图5A-5E表示流速曲线图的波动；
图6表示根据至少一些实施例的方法；以及
图7表示耦接到根据至少一些实施例的多个流量计的流量计算机。
具体实施方式
关于概念和术语，在整个说明书和权利要求中使用某些术语来表示特定系统部件。如本领域的技术人员将意识到，测量计制造公司可以用不同名称来称呼某个部件。本文献不打算区分名称不同而功能相同的部件。
在下述论述和权利要求中，以开放形式使用术语“包括”和“包含”，因此该术语应当解释为是指“包括，但不限于…”。同时，术语“耦接”是指间接或直接连接。因此，如果第一设备耦接到第二设备，那么该连接可以通过直接连接，或通过经其他设备和连接的间接连接。
下面的讨论针对本发明的各个实施例。尽管这些实施例的一个或多个是优选的，但所公开的实施例不应当被解释或者用作限制包括权利要求的本公开内容的范围。此外，本领域的技术人员将理解到下述描述具有广泛应用，并且任一实施例的讨论仅表示该实施例的示例，而不表示包括权利要求的本公开内容的范围限于该实施例。
各种实施例用于提供用来确定液体是否累积在声学型流量计的中心通道的下部中的方法和系统。这种确定基于换能器对之间经过测量计而发送的声能的参数，其中，该声能不与液体交叉。图1A示出了声学流量计101的俯视截面图，以解释不同部件和关系。适合放在管道的区段之间的测量计体或管段100具有预定的大小并且限定被测气体(例如天然气)流过的中央管道102。图示的换能器对120和130以及它们各自的外壳125和135沿管段100的长度放置。换能器120和130是声学收发机，以及更具体的是超声波收发机，这指它们同时产生和接收具有大约20千赫以上的频率的声能。通过每一换能器中的压电元件来生成和接收声能。为生成声信号，通过正弦信号电刺激压电元件，并且压电元件通过振动来响应。压电元件的振动生成通过被测液体传送到换能器对的对应换能器的声信号。类似地，在声能(即，声信号和其他噪声信号)到达后，接收压电元件振动并生成由与该测量计有关的电子部件检测、数字化和分析的电信号。
路径110，有时称为“弦”或“弦路”，存在于图示的换能器120和130间，与中心线105成角度θ。弦110的长度是换能器120的面和换能器130的面之间的距离。点140和145定义由换能器120和130生成的声信号进入和离开流过管段100的气体的位置(即，管段腔的入口)。可以由角度θ、在换能器120和130间测量的第一长度L、对应于点140和145间的轴向距离的第二长度X、以及对应于管道内径的第三长度“d”来限定换能器120和130的位置。在大多数情形下，在测量计制作期间，精确地确定距离d、X、和L。此外，换能器，诸如120和130分别放在离点140和145特定距离处，而与测量计大小(即管段大小)无关。气体(例如，天然气)沿方向150按流速曲线图152流动。速度向量153-158示出了在一些情形下，朝管段110的中心线105，通过管段100的气体流速增加。
初始地，下游换能器120生成声信号，所述声信号传播经过管段100中的液体，然后入射在上游换能器130并由其检测。短时间后(例如，在几毫秒内)，上游换能器130生成返回声信号，该声信号回传经过管段100中的液体，然后入射在下游换能器120上并由其检测。因此，换能器120和130沿弦路110，通过声信号115，进行“发收(pitch and catch)”。在操作期间，该序列每分钟可能发生上千次。
换能器120和130之间的声信号115的传输时间部分地取决于声信号115相对于气流是向上游行进还是向下游行进。用于向下游行进的声信号的传输时间(即，与气流相同的方向)小于用于向上游(即与气流相反)行进时的传输时间。能使用上游和下游传输时间来计算沿着弦和/或弦附近的气体的平均流速，并且能使用传输时间来计算被测气体中的声速。
声学流量计能够具有一个或多个弦。图1B示出了多路径声学流量计的一端的立面端视图。图1B的流量计包括处于管段100内的变化的等级处的四个弦路A、B、C和D。具体地，弦A是最上面的弦，弦B是中上的弦，弦C是中下的弦、以及弦D是最下面的弦。由于本说明书所关心的是检测累积的液体，在重力的作用下，在流量计的最下部，高度标定较上和较下以及变化等均参考重力。每一弦路A-D对应于交替充当发射机和接收机的换能器对。还示出了控制电子部件外壳160，在其内驻留控制电子部件，其采集和处理来自图示的四个弦路A-D的数据。因为凸缘，在图1B的视图中隐藏的是对应于弦路A-D的四对换能器和换能器端口。
图1C表示流量计101的俯视图，以图示各弦路的关系的另一方面。第一换能器端口对125和135(其可以对应于最上面的弦，弦A)包括换能器，与管段100的中心线105成非直角θ来定义弦路。另一对换能器端口165和175(其可以对应于中上的弦，弦B)包括换能器，定义如下弦路的换能器，所述弦路相对于换能器端口125和135的弦路，松散地形成“X”形状。类似地，第三对换能器端口185和195(其可以对应于中下的弦，弦C)同样地包括如下的换能器，所述换能器定义与用于换能器端口125和135的弦路平行的弦路，但该弦路在中心通道中比用于换能器端口125和135或换能器端口165和175的弦路更低。因为图示的管段100的曲率，在图1C中未清楚地示出的是第四对换能器端口(可以对应于最下面的弦，弦D)，其包括定义与用于换能器端口165和175的弦路平行的弦路的换能器。
结合图1B和1C，布置换能器对，使得对应弦A和B的较上两对换能器形成形状“X”，以及对应弦C和D的较下两对换能器也形成“X”形状。流量计确定在每一弦A-D附近的气体的流速，以获得弦的流速，并且组合弦的流速来确定整个中央通道的平均流速。从中央通道的平均流速和横截面积，可以由此确定在管段和管道中流动的气体量。
图2图示了根据至少一些实施例的声学流量计的控制电子部件200。控制电子部件200可以驻于图1B的电子部件外壳160中，电子部件外壳160可以耦接到管段100。可选地，电子部件外壳160可以同样装配在管段附近(即几英尺内)。控制电子部件200包括耦接到随机存取存储器(RAM)204、只读存储器(ROM)206、和通信端口(COM)208的处理器202。处理器202是在其内执行程序来实现不同实施例的任务的设备。ROM 206是存储操作系统程序，以及实现不同实施例的程序的非易失存储器。ROM 204是用于处理器202的工作存储器，在执行前，可以将程序和数据结构从ROM 206复制到RAM 204。在另外的实施例中，可以从ROM 206直接访问程序和数据结构。通信端口208是测量计与其他设备，诸如流量计算机(可以累积从多个流量计测量的流量)，和/或数据采集系统进行通信的机构。尽管处理器202、RAM204、ROM206、和通信端口208示为单个设备，在另外的实施例中，可以使用微控制器，其中，微控制器集成地包括处理核心、RAM、ROM和通信端口。
处理器202进一步耦接并控制多个设备，以发送和接收经过被测气体的声信号。特别地，处理器202分别通过控制线路218和220，耦接到换能器驱动器210、接收机212、和两个复用器214和216。在一些实施例中，换能器驱动器210包括振荡器电路和放大器电路。在换能器驱动器210具有内部振荡器的实施例中，换能器驱动器210产生初始信号，将该信号放大到足够的信号强度来驱动换能器，以及提供相对于换能器的阻抗匹配。在其他实施例中，换能器驱动器从处理器202接收所需频率的交流(AC)信号，放大该信号并相对于换能器提供阻抗匹配。接收机212同样地采用许多形式。在一些实施例中，接收机212是模数转换器，其获取由换能器产生的、表示所接收的声能的模拟波形，并将该信号转换成数字形式。在一些情况下，接收机212可以在数字化前或后，过滤和/或放大信号。然后，出于确定气流的目的，所接收的信号的数字化版本被传递到处理器202，以及还用于确定液体是否累积在流量计中(稍后详述)。
执行程序的处理器202有选择地控制复用器214和216，将每一换能器对222的每一换能器耦接到换能器驱动器210(以驱动该换能器来产生声信号)以及耦接到接收机212(以响应声能，接收由该换能器产生的电子信号)。在一些实施例中，处理器202，在示例性的一秒测量周期的范围内，指示每一换能器对发送约30个上游声信号以及30个下游声信号。对于每一换能器对，使用更多或更少的上游和下游声信号的集合，则相应地使用更长或更短的测量周期。
仍然参考图2，并且特别集中在作为所有换能器对222的代表的换能器对222A上。出于这里讨论的目的，换能器224是发送换能器，并且换能器226是接收换能器，然而，在实际的操作中，这些角色交替地改变。在处理器202的控制下，通过复用器214和216，将换能器驱动器210耦接到换能器224。由换能器驱动器210生成和/或放大的电子信号传播到换能器224中的压电元件，并刺激换能器224中的压电元件，进而换能器224生成声信号。声信号通过被测气体中换能器224和换能器226间的距离。为便于制图，未对齐图2的换能器对222A，但在操作中，换能器对基本上是同轴的，如图1A中所示。在换能器224和换能器226之间的声信号的传送时间(flight time)期间，处理器202改变复用器214和216的结构，以便将换能器226耦接到接收机212。换能器226接收声能(即，声信号和噪声信号)，并且对应于所接收的声能的电子信号传播到接收机212。
尽管不期望，但在某些情形下，当被测气体(例如，天然气)流过流量计时，液体聚集在流量计的最下部。液体可以是从流动气体沉淀的碳氢化合物、从上游设备(例如润滑油的压缩机)引入的碳氢化合物、从静水压试验剩余的水、或来自其他源头的液体。不考虑是何种源头，流量计中的液体累积减小测量计的横截面积，其导致气流速增大(对恒定容量流)和相应的流容量计算误差(基于增大的流速和减小的横截面积)。各种实施例用于间接地检测液体累积的存在。即，不是通过设置弦路与液体的表面(如果存在液体的话)交叉的专用换能器对，各个实施例基于从驻于流量计中的液体累积的表面所定义的水平面之上且不与该水平面交叉的弦路径而检测的参数来检测液体。
图3示出了流量计101的立面端视图，以便更全面地描述弦路与流量计中的液体累积的关系。特别地，图3示出了中心通道102，以及图示的四个弦A，B，C和D。中心通道具有半径R。根据不同的实施例，弦A，B，C和D的每一个位于在中心通道102的最下部(相对于重力G)累积的液体300的表面的上面，并且不与该表明交叉。因为根据液体量，液体表面的中心通道的高度发生改变，本说明书进一步定义，即，每一弦位于如从中心通道的最低点测量的中心通道的半径R的百分之五(5％)处的高度所定义的水平面302的上面，并且不与水平面302交叉(在中心通道内)。在图3中，每一弦A，B，C和D基本上示为水平(另外说明，平行于水平面302)；但弦不必水平，并且可使用弦的任何空间方位角，只要弦在中心通道内不与液体的表面交叉。
本发明人已经发现即使未直接检测到液体(例如，反射离液体的表面的弦路)，仍然可以通过对基于弦的流速而计算的参数进行分析，从而确定液体的存在。特别地，发明人已经发现液体可以依照流速曲线图和流量计内的横向流动(cross-flow)这二者而证明其自身。将依次论述这些的每一个。
如参考图1A的俯视截面图所述，利用流量计，气流定义流速曲线图。通过流过中心通道的气体(例如天然气)，流速曲线图呈现“钟”形，其中，最高流速位于中心，以及较小流速在壁的附近，如图1A的俯视图中的流速曲线图152，以及图4A的侧面的立面视图中的流速曲线图400所示。关于流速曲线图，发明人已经确定通过更多的钟形曲线图，以及诸如图4B的示例性流速曲线图402所示的较平坦的曲线图之间的流速曲线图的快速波动，至少可以部分地证明液体累积其自身。具体地，如由图4A-4E所示，如随时间“t”的推移所图示的，在相对小的时间周期上，流速曲线图在更加像钟形的曲线图和较平坦的曲线图之间来回波动。另外说明，在存在液体的情况下，被测气体流速曲线图倾向于呈现出像游动的水母的曲线图。
波动是快速的，由此在测量周期上可以发生许多次波动；然而，在测量周期上，波动倾向于平均到预期值，由此迄今未被看成为作为存在液体的表示。例如，在一秒的示例性测试周期内，流量计可以在每一弦上发送30个上游和30个下游声信号(即，在一秒的测量周期中，每4.16毫秒，生成、传播、和接收声信号)。在发送整个声信号集合后(即每一弦上的一个上游和一个下游声信号)，或对四弦测量计，约每33毫秒后，可以建立流速曲线图。根据至少一些实施例，以一些方式对测量周期内的流速曲线图进行分析，以确定波动是否存在。
在一些实施例中，特别是处理器202(图2)的计算能力相对高的情况下，可以通过流速曲线图的图形分析，确定液体是否存在于测量计中。在其他实施例中，为特定测量集合，计算表示流速曲线图的参数，并且相对于先前(或随后)计算的该参数的版本(例如，在同一测量周期内)，来分析该参数，以确定液体是否存在于测量计中。在一些实施例中，采用多个这些参数的标准偏差，并且如果标准偏差高于预定阈值，则液体存在于测量计中，在其他的实施例中，计算该参数与该参数的先前计算的版本间的差的大小，如果该差大于预定阈值，则液体存在于测量计中。
表示流速曲线图的参数同样可采用许多形式。在一些实施例中，参数是表示流速曲线图的平坦度的无量纲曲线图因子。对四弦流量计，曲线图因子参数采用以下形式：
其中，VA是最上面的弦处的流速，VB是中上的弦处的流速，VC是中下的弦处的流速，以及VD是最下面的弦处的流速。
作为例子，考虑一秒的测量周期和四弦测量计。如上，流量计可以在约33毫秒中做出整个流速集合(所有四弦)确定，并且从每一集合计算曲线图因子的值。根据至少一些实施例，在测量周期上获得参数的标准偏差(例如，在一秒测量周期中的约30个值)，以及将标准偏差与预定值进行比较。例如，如果曲线图因子的标准偏差高于0.08，则液体存在于流量计中，以及流量计由此进一步采取动作来提醒用户/所有者。例如，进一步动作可以包括断言输出信号来触发本地警报，或向其他设备(例如，SCADA系统)发送电子消息，表示存在液体。在另外的实施例中，可以确定曲线图因子的值的量值之差(例如，最大值和最小值间)，并且与预定值进行比较。如果量值差超出预定值，则流量计进一步采取动作来提醒用户/所有者。这些情形仅是例子，并且在确定中，可以使用更长或更短的测量周期，相应地，使用更大或更小的值。
至此所述的流速曲线图集中在“钟”形流速曲线图上，以及有液体存在时钟形如何波动；然而，可以按与流速曲线图相关的其他方式来证明液体其自身。具体地，本发明人已经发现在流量计中存在液体的情况下，钟形本身的峰值可能交替并快速地偏离中心通道的中心线(称为“不对称”)，然后移回。峰值偏离中心线可能与如上所述的钟形流速曲线图的波动同时发生。具体地，如由图5A-5E所示，如随时间“t”的推移所图示的，在相对小的时间周期中，流速曲线图可能在中心峰值和偏心峰值间波动。该波动是快速的，由此在测量周期，可能发生许多次波动；然而，在测量周期上，波动倾向于平均到预期值，由此至今未被看成为作为存在液体的表示。
在一些实施例中，特别是在处理器202(图2)的计算能力相对高的情况下，可以通过流速曲线图的图形分析，特别是对流速曲线图的不对称性的图形分析，来确定液体是否存在于测量计中。在其他实施例中，为特定测量集合计算表示不对称性的参数，以及相对于先前(或随后)计算的参数版本(例如在同一测量周期内)来分析该参数，以便确定液体是否存在于测量计中。在一些实施例中，基于参数(相对于多个先前计算的版本)来计算标准偏差，并且如果标准偏差高于预定阈值，那么液体存在于测量计中。在其他实施例中，计算该参数和先前计算的该参数的版本间的量值差，以及如果该差高于预定阈值，那么液体存在于测量计中。
在通过计算作为表示不对称性的值的参数，确定液体的存在的实施例中，对四弦测量计，不对称性参数采用如下形式：
其中，VA是最上面的弦处的流速，VB是中上的弦处的流速，VC是中下的弦处的流速，以及VD是最下面的弦处的流速。
例如，考虑一秒的测量周期和四弦测量计。如上，流量计可以在约33毫秒中做出整个流速集合(所有四弦)的确定，并且从每一集合计算不对称性的值。根据至少一些实施例，在测量周期上获得参数的标准偏差(例如，在一秒测量周期中的约30个值)，并且将标准偏差与预定值进行比较。例如，如果不对称性的标准偏差高于0.08，那么液体存在于流量计中，以及流量计由此进一步采取动作来提醒用户/所有者。在另外的实施例中，可以确定不对称性的值的量值差(例如最大值和最小值之间的差)，并且与预定值进行比较。如果量值差超出预定值，那么流量计进一步采取动作来提醒用户/所有者。这些情形仅是例子，并且在确定中，可以使用更长或更短的测量周期，相应地，使用更大或更小的值。
除了或代替基于流速曲线图的波动来确定液体的存在，本发明人还发现以流量计内的横向流动(cross-flow)的形式来证明液体本身。具体地，流量计中的气体的流动方向在大多数情形下，平行于中心通道的轴向中心线，或中心轴。然而，在存在液体的情况下，气流倾向于与平行于中心轴的流动发生波动，从而在不平行于中心轴的方向中流动。该波动是快速的，由此在测量周期上，可能发生许多次波动；然而，在测量周期上，波动倾向于平均到预期值，由此迄今未被看成为存在液体的表示。
在一些实施例中，为特定测量集合计算表示横向流动的参数，并且相对于先前(或随后)计算的参数版本(例如在同一测量周期内)来分析该参数，以确定液体是否存在于测量计中。在一些实施例中，获得参数的标准偏差(相对于多个先前计算的版本)，以及如果标准偏差高于预定阈值，那么液体存在于测量计中。在其他的实施例中，计算该参数与先前计算的参数的版本间的量值差，以及如果该差大于预定阈值，那么液体存在于测量计中。
在通过计算作为表示横向流动的值的参数，确定液体的存在的实施例中，对四弦测量计，横向流动参数采用以下形式：
其中，VA是最上面的弦处的流速，VB是中上的弦处的流速，VC是中下的弦处的流速，以及VD是最下面的弦处的流速。
例如，考虑一秒的测量周期和四弦测量计。如上，流量计可以在约33毫秒中做出整个流速集合(所有四弦)的确定，并且从每一集合计算横向流动的值。根据至少一些实施例，在测量周期上获得参数的标准偏差(例如在一秒测量周期中的约30个值)，并且将标准偏差与预定值进行比较。例如，如果横向流动的标准偏差高于0.08，那么液体存在于流量计中，并且流量计由此进一步采取动作来提醒用户/所有者。在另外的实施例中，可以确定不对称性的值的量值差(例如最大值和最小值之间的差)，并且与预定值进行比较。如果量值差超出预定值，那么流量计进一步采取动作来提醒用户/所有者。这些情形仅是例子，并且在确定中，可以使用更长或更短的测量周期，相应地，使用更大或更小的值。
迄今所述的各个实施例分析了用于液体的存在的特定参数；然而，在其他实施例中，可以组合使用各个参数。例如，如果横向流动的标准偏差高于正常值(例如0.2)，但仍低于决定性地表示液体存在的预定阈值，则可以使用表示流速曲线图因子(例如曲线图因子，不对称性)中的一个来检验存在或不存在液体。可选地，即使用单一参数表示液体(例如，曲线图因子和/或不对称性)，那么流量计可以使用另一参数(例如，横向流动)来检验该确定。因此，可以以任何组合来使用各个参数，从而断定流量计中存在或不存在液体。
图6示出了根据至少一些实施例的方法。具体地，(在块600处)该方法开始，并进而使气态物质流过测量计体的中心通道(块604)。例如，气态物质可以是以天然气形式的碳氢化合物，但也可以使用任何气态物质。然后该方法进而通过中心通道上的各个弦路，发送声信号，并且没有一个弦路与中心通道的下部交叉，其中，如果在气态物质的流动期间出现液体，则该液体积累在所述下部(块608)。基于声信号沿各个弦路的传输时间，该方法进而计算每一弦路附近的气态物质的流速(块612)。然后，基于每一弦路附近的流速，确定在下部中是否存在累积的液体(块616)，并且(在块620处)该方法结束。确定可以采用许多形式。在一些实施例中，计算和分析表示流速曲线图的参数(例如曲线图因子，不对称性)。在其他实施例中，计算和分析表示流量计内的横向流动的参数。
到此的说明书的描述已经假定确定液体的存在发生在流量计中。然而，在另外的实施例中，与液体有关的确定可能发生在与流量计耦接的其他设备中。图7图示了另外的实施例，在其中，可通信地耦接到流量计的另一设备来确定存在或不存在液体。具体地，图7图示了耦接到多个流量计702的流量计算机700。
图7示例说明耦接到多个流量计702的流量计算机700。流量计算机被配置成累积在预定时间周期上由每一超声波流量计测量的液体流量(即，保持流动总量)。基本上如上所述，可以构造和操作每一流量计702。然而，每一测量计702可以具有不同的大小(即，每一管段定义不同大小的中央通道)。例如，在发电厂运行的天然气测量计可以包括多个并行和独立的计量段，将每一段优化为用于天然气流率的特定范围。流量计算机700由此累积来自每一流量计502的测量气流，以确定进入发电厂的总天然气流。
示例性流量计算机700包括耦接到RAM 706、ROM 708、通信端口710、和通信端口712的处理器704。处理器704是在其内执行程序以执行流量累积以及确定液体是否存在于流量计702的任何一个中的任务的设备。ROM 708是非易失存储器，其存储操作系统程序，以及实现不同实施例的程序。RAM 706是用于处理器704的工作存储器，在执行前，一些程序和/或数据结构可以从ROM 708复制到RAM 704。在另外的实施例中，可以从ROM 708直接存取一些程序和数据结构。通信端口710是通过其使流量计算机700与上游设备(诸如数据采集系统)进行通信的机构。同样地，通信端口712是流量计算机700与流量计702进行通信的机构。在可选的实施例中，流量计算机可以具有用于每一超声波流量计702的单个通信端口712，以及在其他的实施例中，单一通信端口可以用来与超声波流量计和上游设备进行通信。虽然处理器704、RAM 706、ROM 708、和通信端口710，712被示为单独的设备，但是在另外的实施例中，可以使用微控制器，其中，微控制器集成地包括处理核心、RAM、ROM和通信端口。
根据这些实施例，流量计702的至少一个被配置成发送表示气量计的下部中的液体累积的数据。在一些情况下，发送到流量计算机700的数据是所接收的声能的电子表示。在其他情形下，发送到流量计算机700的数据是流量计的每一弦路附近的气体流速的表示。在其他情形下，发送到流量计算机700的数据是表示流量计内的流速曲线图的参数。相应地，流量计算机700，特别是处理器704和通信端口712被配置成用于接收数据。根据示例性实施例，流量计算机700被配置成使用上述技术的任何一个，以确定液体是否存在于相关的流量计中。因此，如果流量计不具有充足的计算能力来执行计算以确定液体是否存在，则可以通过该测量计所耦接的流量计算机执行这些计算。
从在此提供的描述中，本领域的技术人员很容易能将如上所述而创建的软件与适当的通用或专用计算机硬件组合，从而创建根据不同实施例的计算机系统和/或计算机子部件；创建用于执行不同实施例的方法的计算机系统和/或计算机子部件；和/或创建用于存储实现不同实施例的方法方面的软件程序的计算机可读介质。
上述论述旨在示出本发明的原理和不同实施例。只要完全地理解上述公开内容，对本领域的技术人员来说，许多变形和改进将是显而易见的。下述权利要求应该被理解为包含所有这些变形和改进。
发明构思
本发明提供了如下发明构思：
1.一种方法，包括：
使气态物质流过测量计体的中心通道；
沿横过所述中心通道的相应各弦路发送声信号，所述弦路的任何一个均不与所述中心通道的下部交叉，其中，如果在所述气态物质的流动期间存在液体，则所述液体累积在所述下部；
基于声信号沿所述相应各弦路的传输时间，计算每一所述弦路附近的所述气态物质的流速；以及
基于每一弦路附近的流速，确定在所述下部累积的液体的存在。
2.如发明构思1所述的方法，其中，所述确定进一步包括：
计算表示所述气态物质的流速曲线图的参数；以及
相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本来分析所述参数。
3.如发明构思2所述的方法，进一步包括：
其中，所述分析进一步包括使用所述参数和所述参数的多个先前计算的版本，来计算标准偏差；以及
当所述标准偏差高于预定阈值时，指出液体的存在。
4.如发明构思2所述的方法，进一步包括：
其中，所述分析进一步包括计算所述参数和所述参数的一个或多个先前计算的版本之间的量值差；以及
当所述量值差高于预定阈值时，指出液体的存在。
5.如发明构思1所述的方法，其中，所述确定进一步包括：
计算用来表示在不与流动路径的中心轴平行的各方向所述气态物质的流速的参数；以及
相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本，分析所述参数。
6.如发明构思5所述的方法，进一步包括：
其中，所述分析进一步包括使用所述参数和所述参数的多个先前计算的版本来计算标准偏差；以及
当所述标准偏差高于预定阈值时，指出存在液体。
7.如发明构思5所述的方法，进一步包括：
其中，所述分析进一步包括计算所述参数和所述参数的一个或多个先前计算的版本之间的量值差；以及
当所述量值高于阈值时，指出存在液体。
8.一种系统，包括：
测量计体，所述测量计体限定具有半径的中心通道，所述测量计体被配置成耦接到气体流，以使得气体流过所述中心通道；
多个换能器对，所述多个换能器对机械耦接到所述测量计体，每一换能器对限定横过所述中心通道的弦，每一换能器对被配置成沿相应弦来传播和接收声信号，以及在所述中心通道内，每一弦位于所述中心通道的最低点测量的半径的5％的高度处的水平面的上面，并且不与所述水平面交叉；
处理器，所述处理器电耦接到所述多个换能器对；
存储器设备，所述存储器设备电耦接到所述处理器，所述存储器设备存储可由所述处理器执行的程序；
程序，当由所述处理器执行所述程序时，使所述处理器获得所接收的声信号的表示，并且基于所接收的声信号来确定每一弦附近的气体的流速；以及
所述程序进一步使所述处理器基于所述流速来确定液体是否累积在所述中心通道的最低点。
9.如发明构思8所述的系统，其中，当所述处理器确定液体是否累积时，所述程序使得所述处理器计算表示所述中心通道中的气体的流速曲线图的参数，以及相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本来分析所述参数。
10.如发明构思9所述的系统，其中，当所述处理器进行分析时，所述程序使所述处理器基于所述参数和所述参数的多个先前计算的版本来计算标准偏差，并且当所述标准偏差高于预定阈值时，断言表示存在液体的警告。
11.如发明构思9所述的系统，其中，当所述处理器进行分析时，所述程序使所述处理器计算所述参数和所述参数的一个或多个先前计算的版本间的量值差，当所述量值差高于预定阈值时，断言表示液体存在的警告。
12.如发明构思8所述的系统，其中，当所述处理器确定液体是否已经累积时，所述程序使所述处理器计算表示在不与所述中心通道的中心轴平行的各方向的气体的流速的参数，并且相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本来分析所述参数。
13.如发明构思12所述的系统，进一步包括，其中，当所述处理器分析所述参数时，所述程序使所述处理器基于所述参数和所述参数的多个先前计算的版本计算标准偏差，以及当所述标准偏差高于预定阈值时，指出存在液体。
14.如发明构思12所述的系统，进一步包括当所述处理器分析所述参数时，所述程序进一步使所述处理器计算所述参数和所述参数的一个或多个先前计算的版本间的量值差，当所述量值高于预定阈值时，指出存在液体。
15.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储程序，当所述程序由处理器执行时，使所述处理器：
获得沿流量计中的弦传播的声信号的表示；
基于所述声信号的表示，确定每一弦附近的气体的流速；以及
基于所述流速，确定液体是否累积在作为所述流量计基底的所述中心通道的最低点。
16.如发明构思15所述的计算机可读存储介质，其中，当所述处理器确定液体是否累积时，所述程序使所述处理器计算表示所述中心通道中的气体的流速曲线图的参数，并且相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本来分析所述参数。
17.如发明构思16所述的计算机可读存储介质，其中，当所述处理器进行分析时，所述程序使所述处理器基于所述参数和所述参数的多个先前计算的版本计算标准偏差，并且当所述标准偏差高于预定阈值时，断言表示存在液体的警告。
18.如发明构思16所述的计算机可读存储介质，其中，当所述处理器进行分析时，所述程序使所述处理器计算所述参数和所述参数的一个或多个先前计算的版本之间的量值差，当所述量值差高于预定阈值时，断言表示液体存在的警告。
19.如发明构思16所述的计算机可读存储介质，其中，当所述处理器计算所述参数时，所述程序使所述处理器基本上使用下述公式来进行计算：
其中，VA是最上面的弦处的流速，VB是中上的弦处的流速，VC是中下的弦处的流速，以及VD是最下面的弦处的流速。
20.如发明构思16所述的计算机可读存储介质，其中，当所述处理器计算所述参数时，所述程序使所述处理器基本上使用下述公式来进行计算：
其中，VA是最上面的弦处的流速，VB是中上的弦处的流速，VC是中下的弦处的流速，以及VD是最下面的弦处的流速。
21.如发明构思21所述的计算机可读存储介质，进一步包括：其中，当所述处理器确定液体是否已经累积时，所述程序使所述处理器计算表示在不与所述中心通道的中心轴平行的各方向的气体的流速的参数，并且相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本来分析所述参数。
22.如发明构思21所述的计算机可读存储介质，进一步包括，其中，当所述处理器分析所述参数时，所述程序使所述处理器基于所述参数和所述参数的多个先前计算的版本计算标准偏差，以及当所述标准偏差高于预定阈值时，指出存在液体。
23.如发明构思21所述的计算机可读存储介质，进一步包括，当所述处理器分析所述参数时，所述程序进一步使所述处理器计算所述参数和所述参数的一个或多个先前计算的版本之间的量值差，当所述量值高于预定阈值时，指出存在液体。
24.如发明构思21所述的计算机可读存储介质，其中，当所述处理器计算所述参数时，所述程序使所述处理器基本上使用下述公式来进行计算：
其中，VA是最上面的弦处的流速，VB是中上的弦处的流速，VC是中下的弦处的流速，以及VD是最下面的弦处的流速。
25.一种系统，包括：
处理器；
耦接到所述处理器的存储器，所述存储器存储可由所述处理器执行的程序；
耦接到所述处理器的通信端口；
所述程序使所述处理器从气量计接收表示所测量的气流量的值，所述接收通过所述通信端口；并且在预定时间周期保持整个气体的气流量的流动总量；以及
所述程序进一步使所述处理器通过所述通信端口获得表示在所述气量计的下部中的液体累积的数据；并且基于所述数据，确定液体是否存在。
26.如发明构思25所述的系统，其中，当所述处理器获得所述数据时，所述程序使所述处理器获得横过所述气量计的中心通道而传播的声信号的表示。
27.如发明构思26所述的系统，其中，当所述处理器确定液体是否存在时，所述程序使所述处理器计算表示所述气量计内的气体的流速曲线图的参数，并且相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本来分析所述参数。
28.如发明构思26所述的系统，其中，当所述处理器确定液体是否存在时，所述程序使所述处理器计算表示在不平行于所述中心通道的中心轴的各方向的气体的流速的参数，并且相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本来分析所述参数。
29.如发明构思25所述的系统，其中，当所述处理器获得所述数据时，所述程序使所述处理器获得在所述气量计的每一弦路附近的气体流速的表示。
30.如发明构思29所述的系统，其中，当所述处理器确定液体是否存在时，所述程序使所述处理器计算表示所述气量计内的气体的流速曲线图的参数，并且相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本来分析所述参数。
31.如发明构思29所述的系统，其中，当所述处理器确定液体是否存在时，所述程序使所述处理器计算表示在不与所述中心通道的中心轴平行的各方向上气体的流速的参数，并且相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本来分析所述参数。
32.如发明构思25所述的系统，其中，当所述处理器获得所述数据时，所述程序使所述处理器获得表示所述气量计内的气体的流速曲线图的参数，并且相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本来分析所述参数。
33.如发明构思25所述的系统，其中，当所述处理器获得所述数据时，所述程序使所述处理器获得表示在不与所述中心通道的中心轴平行的各方向上的气体的流速的参数，并且相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本来分析所述参数。
Claims (8)
1.一种检测声学流量计中的液体的系统，包括：
限定具有半径的中心通道的测量计体，所述测量计体被配置成耦接到气体流以使得气体流过所述中心通道；
包括多个换能器对的流量计，所述多个换能器对机械耦接到所述测量计体，每一换能器对限定横过所述中心通道的弦，每一换能器对被配置成沿相应的弦传播和接收声信号，并且每一弦位于从所述中心通道的最低点算起的所述半径的5％的高度处的水平面的上方并且不与所述水平面在所述中心通道内交叉；
电耦接到所述流量计的处理器；
耦接到所述处理器的存储器；以及
耦接到所述处理器的通信端口，
其中，所述处理器从所述流量计接收表示所测量的气流量的值，所述接收通过所述通信端口；并且在预定时间周期保持整个气体的气流量的流动总量；以及
所述处理器还通过所述通信端口获得表示在所述流量计的下部中的液体累积的数据；并且基于所述数据确定液体是否存在，所述处理器通过下述方式来进行所述确定：
根据多个弦路中的每一弦路附近的气体流速的集合来计算参数；以及
相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本来分析所述参数；
其中，当所述处理器获得所述数据时，所述处理器获得横过所述流量计的中心通道而传播的声信号的表示。
2.如权利要求1所述的系统，其中，当所述处理器计算参数时，所述处理器计算表示所述流量计内的气体的流速曲线图的参数，并且相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本来分析所述参数以确定流速曲线图在钟形的曲线图与较平坦的曲线图之间波动。
3.如权利要求1所述的系统，其中，当所述处理器计算参数时，所述处理器计算表示在不平行于所述中心通道的中心轴的各方向的气体的流速的参数。
4.一种检测声学流量计中的液体的系统，包括：
所述声学流量计，所述声学流量计限定：
限定具有半径的中心通道的测量计体，所述测量计体被配置成耦接到气体流以使得气体流过所述中心通道；以及
机械耦接到所述测量计体的多个换能器对，每一换能器对限定横过所述中心通道的弦，每一换能器对被配置成沿相应的弦传播和接收声信号，并且每一弦位于从所述中心通道的最低点算起的所述半径的5％的高度处的水平面的上方并且不与所述水平面在所述中心通道内交叉；
耦接到所述声学流量计的处理器；
耦接到所述处理器的存储器；以及
耦接到所述处理器的通信端口，
其中，所述处理器从所述声学流量计接收表示所测量的气流量的值，所述接收通过所述通信端口；并且在预定时间周期保持整个气体的气流量的流动总量；以及
所述处理器还通过所述通信端口获得表示在所述声学流量计的下部中的液体累积的数据；并且基于所述数据确定液体是否存在，所述处理器通过下述方式来进行所述确定：
根据气体流速的集合来计算参数；以及
相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本来分析所述参数；
其中，当所述处理器获得所述数据时，所述处理器获得在所述声学流量计的每一弦路附近的气体流速的表示。
5.如权利要求4所述的系统，其中，当所述处理器计算参数时，所述处理器计算表示所述声学流量计内的气体的流速曲线图的参数，并且相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本来分析所述参数以确定流速曲线图在钟形的曲线图与较平坦的曲线图之间波动。
6.如权利要求4所述的系统，其中，当所述处理器计算参数时，所述处理器计算表示在不与所述声学流量计的中心通道的中心轴平行的各方向上气体的流速的参数。
7.一种检测声学流量计中的液体的系统，包括：
所述声学流量计，所述声学流量计包括：
限定具有半径的中心通道的测量计体，所述测量计体被配置成耦接到气体流以使得气体流过所述中心通道；以及
机械耦接到所述测量计体的多个换能器对，每一换能器对限定横过所述中心通道的弦，每一换能器对被配置成沿相应的弦传播和接收声信号，并且每一弦位于从所述中心通道的最低点算起的所述半径的5％的高度处的水平面的上方并且不与所述水平面在所述中心通道内交叉；
耦接到所述声学流量计的处理器；
耦接到所述处理器的存储器；以及
耦接到所述处理器的通信端口，
其中，所述处理器从所述声学流量计接收表示所测量的气流量的值，所述接收通过所述通信端口；并且在预定时间周期保持整个气体的气流量的流动总量；以及
所述处理器还通过所述通信端口获得表示在所述声学流量计的下部中的液体累积的数据；并且基于所述数据确定液体是否存在，
其中，当所述处理器获得所述数据时，所述处理器获得表示所述声学流量计内的气体的流速曲线图的参数，并且相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本来分析所述参数以确定流速曲线图在钟形的曲线图与较平坦的曲线图之间波动。
8.一种检测声学流量计中的液体的系统，包括：
所述流量计，所述流量计限定：
限定具有半径的中心通道的测量计体，所述测量计体被配置成耦接到气体流以使得气体流过所述中心通道；以及
机械耦接到所述测量计体的多个换能器对，每一换能器对限定横过所述中心通道的弦，每一换能器对被配置成沿相应的弦传播和接收声信号，并且每一弦位于从所述中心通道的最低点算起的所述半径的5％的高度处的水平面的上方并且不与所述水平面在所述中心通道内交叉；
耦接到所述流量计的处理器；
耦接到所述处理器的存储器；以及
耦接到所述处理器的通信端口，
其中，所述处理器从所述流量计接收表示所测量的气流量的值，所述接收通过所述通信端口；并且在预定时间周期保持整个气体的气流量的流动总量；以及
所述处理器还通过所述通信端口获得表示在所述流量计的下部中的液体累积的数据；并且基于所述数据确定液体是否存在，
其中，当所述处理器获得所述数据时，所述处理器获得表示在不与所述流量计的中心通道的中心轴平行的各方向上的气体的流速的参数，并且相关于所述参数的一个或多个先前计算的版本来分析所述参数以确定流速曲线图在钟形的曲线图与较平坦的曲线图之间波动。
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