CN116888468A - 用信号评估流体质量 - Google Patents

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Abstract

本发明提供评估流体质量的系统、设备和方法，所述系统包括含有流体的容器，设置至少一个传感器向所述流体内发射至少一个信号，一个温度传感器配置为检测所述流体的温度，一个计算机化设备与至少一个所述传感器和所述温度传感器连接，所述计算机化设备的处理器计算所述流体的至少一个流体特征，并根据至少一个所述信号和所述流体的检测的所述温度确定所述流体的质量，所述信号来自于至少一个所述传感器。所述系统在评估液体冷却中心和其他环境中使用的电介质流体的损耗方面具有有益效果。

Description

用信号评估流体质量
本发明总体上涉及流体监测，更具体地是涉及流体质量评估。
声学信号通常用于评估容器内的流体和其他材料，如在石油工业中用于储存石油和天然气的容器和管道。使用声波或其他类型的波或信号来测量容器或其他类型的外壳中的流体或材料的原因有很多。比如，一些容器不容易接近，如地下储罐和大型的多层燃料储存容器。再比如，一些容器内包含需要定期监测或评估的流体，因此实施手动流体评估效率低或不现实。
虽然存在各种各样的传感器和设备用于监测容器内的流体，但是许多设备要求传感器放在容器内。这可能是不现实的，因为通常很难进入容器的内部。此外，容器内的材料往往会导致浸没在其中的机电传感器的损耗和故障。例如，一些浸没在容器内的材料中的传感器可能会在其某些部分经历残留物或材料的堆积，因此它们不能提供准确或可靠的读数。
因此，针对上述缺陷和不足，行业中存在一个仍未解决的需求。
本发明的实施例提供评估流体质量的系统、设备和方法。简而言之，在结构上，本发明的一个实施例可以如下实施。所述系统包括一个含有流体的容器。至少一个传感器，所述传感器设置为向所述流体内发射至少一个信号。一个温度传感器，所述温度传感器配置为检测所述流体的温度。一个计算机化设备，所述计算机化设备与至少一个所述传感器和所述温度传感器连接，其中所述计算机化设备的处理器计算所述流体的至少一个流体特征，并根据至少一个所述信号和所述流体的检测的所述温度确定所述流体的质量，所述信号来自于至少一个所述传感器。
本发明还可视为提供一种用于评估电介质流体的流体质量的系统。简而言之，在结构上，本发明的一个实施例可以如下实施。一个含有电介质流体的容器。至少一个电子设备，所述电子设备浸没在所述电介质流体中。至少一个传感器，所述传感器设置为向所述电介质流体内发射至少一个信号。一个温度传感器，所述温度传感器配置为检测所述电介质流体的温度。一个计算机化设备，所述计算机化设备与至少一个所述传感器和所述温度传感器连接，其中所述计算机化设备的处理器，根据至少一个所述信号和所述流体的检测的所述温度，确定所述电介质流体的质量，所述信号来自于至少一个所述传感器。
本发明还可视为提供一种用于评估流体质量的方法。在这方面，所述方法的实施例之一可以大致概括为以下步骤：提供一个含有流体的容器；至少一个传感器靠近所述容器设置；至少一个传感器发射至少一个信号到所述流体中；用温度传感器检测所述流体的温度；使用计算机化设备的处理器，计算所述流体的至少一个流体特征，并根据至少一个所述信号和所述流体的检测的所述温度，确定所述流体的质量，所述计算机化设备与至少一个所述传感器和所述温度传感器连接，所述信号来自于至少一个所述传感器。
本发明的其他系统、方法、特征和优点对于本领域技术人员来说，在检查以下附图和详细描述后将是显而易见的。所有这些额外的系统、方法、特征和优点都旨在包括在本说明书中，在本发明的范围内，并受所附权利要求的保护。
参考以下附图可以更好地理解本发明的许多方面。附图中的组件不是按照实际比例绘制，重点在于清楚地说明本发明的原理。
此外，在附图的不同视图中，相同的附图标号代表对应的部件。
图1是根据本发明的第一实施例的用于评估流体质量的系统的示意图。
图2是根据本发明的第一实施例的用于评估流体质量的系统的示意图。
图3是根据本发明的第一实施例的用于评估流体质量的带有网络体系结构的系统的示意图。
图4是根据本发明的第一实施例的用于评估流体质量的带有网络体系结构的系统的示意图。
图5是根据本发明的第一实施例的用于评估流体质量的系统的示意图。
图6是根据本发明的第一实施例的评估流体质量的方法的流程图。
声波或信号，以及其他类型的波或信号，有利于用于测量，特别是用于测量金属外壳和其他声学透明外壳的内部的流体和其他材料。本发明中的流体可包括任何类型的液体、气体、泥状体、糊状体、石蜡或类似材料，它们在受到剪应力或外力时持续流动或变形。这些类型的外壳可能在各种商业和工业环境中普遍存在，如加工厂、核电站、电网变压器和数据中心，以及在处理汽车液体的设施中，如制动液和机油。这些外壳可能包括地下或埋藏的容器，就像许多气罐的情况一样，或者它们可能处在难以进入的环境中，例如，在危险的环境中或在塔的高处。
在一个特定的实施例中，在数据中心和大尺度运算环境中使用电介质流体来浸没电子元件是常见的。电介质流体是一种不导电的液体，具有很高的电击穿电阻。在这些设施中，单独的电子设备或与机械部件结合的电子设备被封闭在容器内，并浸没在电介质流体中，这通常需要在受控区域中的特殊运用，比如危险环境。例如，在电气设备中，电介质流体可以防止电火花或过热，使得危险环境中点燃气体或灰尘。此外，使用电介质流体可以提供额外的好处，例如通过控制电子器件内的温度变化和粘度变化来增加组件的寿命以及最大限度地减少腐蚀。
然而，当使用电介质流体时，主要的风险是对流体的质量控制，例如，以确保它具有所需的性能，并处于容器的正确高度。随着时间的推移，电介质流体倾向于发生损耗或质量下降，这可能会导致浸没其中的电子设备的效率低下和故障。此外，如果容器内的电介质流体的物理高度过低，可能会导致电子设备的组成部分暴露在周围的大气中，从而使它们倾向于过热或产生火花。例如，随着时间的推移，容器内电介质流体的泄漏，会减少电介质流体的量，最终暴露电子设备，在危险环境中增加发热、腐蚀以及潜在的点火风险。此外，并非所有的电介质流体都是兼容的。当替换电介质流体时，不相容的混合物会导致加速损耗，进而反过来导致电子设备和系统部件的保护降低，甚至损坏。
应当注意，由于电子设备处理过程产生热量的不可预测性，电子设备产生的热量强度可能会随时间的推移而变化。在计算机数据中心，浸没在电介质流体或其他冷却液中的计算机硬件，运行的任务由该数据中心客户的需求决定。因此，难以对这一过程进行建模，并且测量电介质流体的温度以及流体质量，以实时确定电介质流体的冷却能力十分重要。
为改进这个问题，本发明提供一个用于评估流体质量的系统10。图1是用于评估流体质量的系统10的示意图，而图2是根据本发明的第一实施例的用于评估流体质量的系统10的示意图。关于图1和图2的所述用于评估流体质量的系统10，在这里简称为“系统10”，包括一个含有流体12的容器20。所述容器20可以包括能够容纳或运输所述流体12或其他材料的任何类型的容器或类似的结构。所述容器20可以是用于液体冷却电子设备中心的许多类似容器中的一个，例如一个容纳计算机或网络服务器或类似的容器。图1-图3中，所述容器20描绘为一个装有电介质流体的容器，其中电子设备30浸没在内。所述容器20可以是用于液体冷却电子设备中心的许多类似容器中的一个，例如一个容纳计算机或网络服务器或类似的容器。
至少一个传感器40设置在所述容器20上或在所述容器20内。一个或多个所述传感器40可以设置在所述容器20的外表面上，附着于所述容器20的侧壁或底部的外表面，如图1所示。图2所示的所述传感器设置在所述容器20的内部。例如，所述传感器40可以浸没在所述容器20内的所述流体12中。所述传感器40可以认为是流体识别传感器，并包括各种不同类型的传感器中的一个或多个，通常是声学传感器，但也可以使用诸如光学、电气或其他类型的其他传感器。为了在本发明中清晰表述，所述传感器40描述为具有一个或多个换能器的声学传感器，所述换能器能够向所述流体12内发射一个或多个声波或信号。
如图1所示，所述传感器40可以包括两个换能器42、44，它们设置为向所述流体12中发射一个或多个声学信号或声波46。在图1中，所述传感器40表示从所述容器20的底部向所述容器20的顶部发射一个声波46。所述传感器40中的所述换能器42可以识别所述容器20内的所述流体12的材料特征，反过来，所述容器20又用于确定所述流体12的质量。例如，发射所述声学信号46到所述容器20内的所述流体12中，以识别外壳内的所述流体12是电介质流体或另一种流体材料类型，然后可以用来确定该材料流体是否在可接受的质量水平内。这可以通过所述传感器40识别在所述容器20中检测到的所述流体12的材料是否对应于高质量流体或低质量流体来实现。
在将含有电介质流体的容器作为所述流体12的所述容器20操作时，特定的流体类型可以是已知的或未知的。例如，所述容器20内的所述流体12可以是充满的某种已知的化学物质或材料，或者所述容器20内的所述流体12的类型可能是未知的。如果流体类型未知，则所述传感器40可能能够准确地识别所述电介质流体12。例如，声学传感器可以使用已知的声学指标来识别特定的液体类型，声学指标针对数据库进行温度补偿。其他类型的传感器可以使用其他指标来确定流体特征。
应当注意，用于确定材料特性的所述换能器42发出的所述声波46可以穿过所述容器20内的任何方向，例如从底部到顶部、从一侧到另一侧、从顶部到底部、对角线或者另一个方向，或者所述声学信号46不穿过流体，在所述容器20的侧壁上检测到流体参数。此外，所述声波46可以沿着所述容器20内的横截面或方向线穿过所有的所述流体12，或者仅穿过所述流体12的一部分。例如，如图2所示，可能有一个或多个信号46A用高频波只部分穿过所述流体12，以及第二信号46B通过基本上所有的所述流体12发射，例如，从所述容器20的底部到顶部。仅部分穿过所述流体12的所述声波或波46A可以允许检测所述流体12的足够特性以确定其特征，而不需要穿过所述容器20的清晰视线。这对于具有许多设备30的所述容器20特别有利，其中穿过所述容器20有少量通畅的信号通路。
穿过所述流体12的完整路径的所述声波46B可由另一个换能器44发射，并可用于确定所述容器20内的所述流体12的填充水平或量。对于所述换能器44，所述信号46B可以从所述流体12的底表面穿过到顶面的表层14，并向下反射到所述传感器40，从而可以确定流体位是否已经改变和/或所述容器20内的所述流体12的体积。该测定结果是对容器内所述流体12的极精确的填充水平测量。
应当注意，所述传感器40可以包括任何额外数量的传感器，可用于提供重复的检测能力，或检测周围设置的其他方面。例如，所述传感器40可以使用额外的传感器来检测所述流体12在多个方向上的完整路径，例如，上和下、一侧到另一侧等，或者传感器可以用来检测所述容器20本身的材料特性，例如所述容器20侧壁的结构状况以及温度分布，并绘制整个所述容器20的流体损耗。可以使用任意数量的所述传感器40或者换能器，所有这些都包含在本发明的范围内。
所述系统10还包括温度传感器50，所述温度传感器50配置为检测所述容器20内的所述流体12的温度。应当注意，可能有多个所述温度传感器50在所述容器20内或其他地方的多个位置检测所述流体的温度。图1显示所述温度传感器50安装在所述容器20内部以确定所述流体12的温度，但需要注意，所述温度传感器50可以位于所述容器20壁的内部、外部或容器壁内，或位于其他位置。所述流体12的温度可以通过直接的温度测量来获得，例如，从所述温度传感器50，或从环境温度计算或其他技术。可以使用所有类型的所述温度传感器50，包括红外温度传感器、热敏电阻、其他温度传感设备，或它们的任何组合。通过确定所述流体12材料的类型，流体特征的任何变化或流体液位的变化都可能表明潜在的问题情况。对于电介质流体，一个潜在的风险是，由于电介质流体的损耗或电介质流体低于必要的高度或少于必要的体积，电子元件设备可能受到损害或降低效率。
应当注意，所述系统10的运行和功能可以通过将所述传感器40、50设置在所述容器20的外壁上或在所述容器20的内部空间或隔室内来实现，从而使得所述传感器40、50与所述流体12直接接触。例如，如图2所示，所述传感器40可以粘附或以其他方式设置在所述容器20的内部，或者如图1所示，所述传感器40可以安装或以其他方式设置在所述容器20的外部。类似地，所述温度传感器50可以设置在所述容器20的内部或外部，以便于方便地传导所述流体12的温度。当所述传感器40、50安装在外部时，所述容器20不需要被清空或以其他方式打开来配置所述系统10。在其他实施例中，所述温度传感器50可以设置在其他位置，并且不一定需要与所述流体12或所述容器20接触。
计算机化设备60与所述传感器40和所述温度传感器50通过无线或有线通信线路62连接，使得所述计算机化设备60的处理器能够接收来自所述传感器40和所述温度传感器50的数据和信息。该数据由所述处理器接收，然后计算或确定所述流体12的流体特征。例如，利用来自所述传感器40、50的数据，所述处理器可以确定所述流体12的材料特性是一种特定类型的电介质流体。根据此确定内容，所述处理器可以确定所述流体12的质量，例如，如果所述流体12遭受了任何损耗或其他可能影响其质量的故障。例如，任何流体损耗或污染，或流体添加剂，都可能导致流体特征的变化，以便所述系统10可以区分未被污染或未降解的流体和已被污染或已降解的流体。因此，用这种方法识别所述流体12的流体参数的质量是可检测的，这进而用于评估所述流体12的整体质量。虽然所述系统10可以与各种各样的所述流体12一起使用，以确定流体的各种质量参数，但所述系统10在评估在液体冷却中心和其他设置中使用的电介质流体损耗方面可能具有特别的优点。
此外，流体质量的确定可以通过由计算机化设备60或其他计算或处理系统完成的计算来实现。为了评估所述电介质流体12的损耗，所述计算机化设备60的处理器可以根据填充液位的高度和温度，以两次或更多次或预定时间间隔确定所述流体12的特征，所述填料高度是由用于流体识别的所述传感器40提供的，所述温度是由所述温度传感器50提供的。所述计算机化设备60可以通过来自传感器的所述通信线路62接收所检测到的信息，这些信息可以是有线的、无线的或它们的任何组合。所述计算机化设备60可以是手持式计算设备，如平板电脑、智能手机、阅读器、笔记本电脑或固定计算设备，或能够接收信号并使用算法和处理计算数据的任何其他电子设备。所述计算机化设备60可以包括向人类用户提供相关信息的显示屏或GUI(图形用户界面)，或者它可以通过网络或因特网与另一个计算设备互连，以将相关信息传输到其他地方。
当确定所述流体12的质量或流体时，所述计算机化设备60可以与警报器70或警报设备连接，如图1所示，以提醒人员有关情况。所述警报器70或警告设备可包括电子信息，如电子邮件、电话呼叫、声音或视觉警告，或对该设施的控制系统的其他类型的警报器。有了这个警报器，用户就可以采取适当的行动来纠正这个问题。虽然引起警报的情况类型可能根据流体的类型而改变，但对于电介质流体，在质量、条件、温度、粘度和/或体积上的变化可能导致警报的触发。例如，控制系统一旦收到警报，就可以根据所提供的警报来执行特定的操作。这可能包括通过一组特定的关闭步骤关闭或直接关闭浸没在电介质流体中的电子设备关闭整个设施或其单元的电源。此外，所述计算机化设备60可以在一段时间内跟踪流体的质量，并就即将发生的问题向用户发出警告或警报。
所述计算机化设备60也可以根据从所述传感器40、50接收到的数据进行额外的评估和/或预测分析，并提供预期情况的预先通知。例如，所述计算机化设备60可以确定所述容器20内的所述流体12的体积，或者所述流体12的剩余部分的体积。根据已知的液体密度和所述流体12的识别特征，所述计算机化设备60可以向系统体系结构的其他组件或部分发出通知。还可以评估所述流体12在所述容器20内的预定速率或流动模式，以提供更准确的评估，例如，在对特定流体检测到100个处理周期后，该流体被确定为损耗。还可以在一段时间内跟踪所述流体12的质量，从而确定每个周期、每周、每月之后的所述流体12的质量。
在具有多个所述容器20或具有较大的所述容器20的设施中，可以允许不同的所述传感器40、50直接或间接地相互通信。图3是根据本发明的第一实施例的用于评估流体质量的带有网络体系结构的系统的示意图。如图3所示，设置了多个所述容器20，其中所述传感器40、50可以形成网状网络，其中一个所述传感器40中检测到的情况可以直接通过一个或多个通信线路62，或间接通过所述计算机化设备60提供给另一个所述传感器40。在另一实施例中，图4是根据本发明的第一实施例的用于评估流体质量的带有网络体系结构的系统的示意图，其中大的所述容器20可以具有两个或多个位于相对两端的用于材料识别的所述传感器40，并且当一个所述传感器40检测到材料特征的变化时，它可以将该变化传递给另一个所述传感器40。
在图1-图4中，所述传感器40描述为在所述容器20的底部，这样一个或多个所述信号46可以向上朝所述流体12的顶面的表层14传输，也可以将所述传感器40设置在所述容器20的侧壁上。为此，图5是根据本发明的第一实施例的用于评估流体质量的系统的示意图，其中所述传感器40位于所述容器20的侧壁上，使得所述传感器40可以检测所述容器20中的所述流体12的填料高度。例如，如图5所示，用于流体识别的所述传感器40位于所述容器20的外部，这将暴露所述电子设备30或其他系统组件。虽然图示了带有两个换能器42、44的所述传感器40，但可以使用任意位置和任意方向的任意数量的传感器，它们的所有组合都包含在本发明的范围内。在本实施例中，如果所述流体12的液位下降到所述传感器40以下，则可以发出警报，表明所述电子设备30存在从所述流体12中暴露的危险。
沿着所述容器20在不同的高度上提供多个传感器可能是有益的，这样就可以在所述流体12的不同高度上发出不同的警告。在另一实施例中，可以在没有所述电子设备30或其中的其他设备的情况下检测所述流体12的特征，以识别所述流体12的质量。例如，所述系统10可用于确定化学处理池中的化学品的质量，所述化学处理池中不是连续地有设备。
虽然可以使用多个所述传感器40，但所述传感器40的确切数量可能取决于所述系统10的设计和实现。例如，在某些情况下，由于效率和较低的材料费用，位于所述容器20的底壁上的单个所述声学传感器40可能是有利的。然而，对于不允许进入其底壁的所述容器20，例如位于地面上的容器，将所述传感器40设置在侧壁上可能更有益。所述特征传感器40也可以安装在所述容器20的顶部水平面上，以确保所需的电介质流体覆盖了所述容器20内的所有所述电子设备30。在这些特定的液位位置中，所述传感器40识别适当的电介质流体，并确定所述容器20中的填料高度足以为所述设备30提供所需的供电保护。
还应当注意，考虑到所述容器20内的电介质流体的特性、所述容器的壁的导热性，以及所述容器20内的电介质流体的流型，可以评估浸没在液体中的电路的温度。电介质流体的流型是可预测的，因此可能需要应用更多的热传感器，从而能够准确地确定所述容器20内的温度分布。另外，由于电介质流体中的电子设备产生的热量的不可预测性，测量所述容器20的壁的内表面的流体的质量，然后使用穿过所述容器20的信号作为内部温度梯度的指示器可能是有益的。
图6是根据本发明的第一实施例的评估流体质量的方法的流程图100。应当注意，所述流程图中的任何过程描述或块应理解为表示模块、段、代码部分，或包括在过程中的一个或多个实现特定逻辑功能的指令的步骤，并且替代实现包括在本发明的范围内，其中功能可以按所示或讨论的顺序执行，包括基本上同时或相反的顺序执行，包括根据所涉及的功能，正如本公开领域的合理技术人员所理解的那样。
如方框102所示，提供一个含有流体的容器。至少一个传感器靠近所述容器设置(方框104)。至少一个传感器发射至少一个信号到所述流体中(方框106)。通过温度传感器检测所述流体的温度(方框108)。使用计算机化设备的处理器计算所述流体的至少一个流体特征，并根据至少一个所述信号和所述流体的检测的所述温度确定所述流体的质量，所述计算机处理器与至少一个所述传感器和所述温度传感器连接，所述信号来自于至少一个所述传感器(方框110)。任何的附加步骤、功能、过程或其变体都包括在该方法中，包括与本发明的任何特征相关的任何公开。
需要强调的是，本发明的上述实施例，尤其是“优选”的实施例，仅仅是可能的实施例，仅为了使本发明的原理更加清楚明白而提出。在实质上不脱离本发明的精神和原则的情况下，可以对本发明的上述实施例进行许多变化和修改。所有这些修改和变化均应包含在本说明书和本发明的范围内，并受所附权利要求保护。

Claims (15)

1.一种评估流体质量的系统，其特征在于，包括：
含有流体的容器；
靠近所述容器设置至少一个传感器，所述传感器发射至少一个信号至所述流体中；
温度传感器配置为检测所述流体的温度；以及
计算机化设备，所述计算机化设备与至少一个所述传感器和所述温度传感器连接，所述计算机化设备的处理器计算所述流体的至少一个流体特征，并根据至少一个所述信号和所述流体的检测的所述温度，确定所述流体的质量，所述信号来自于至少一个所述传感器。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计算机化设备的处理器还计算所述容器中的流体的填料高度。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述流体包括电介质流体。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，处理器确定的所述电介质流体的质量确认所述电介质流体的损耗。
5.根据权利要求1，2，3或4所述的系统，其特征在于，至少一个传感器或温度传感器还包括若干传感器，其中每个所述传感器与另一个直接或间接的相连。
6.一种评估电介质流体的流体质量的系统，其特征在于，包括：
含有电介质流体的容器；
至少一个电子设备浸没在所述电介质流体中；
至少一个传感器，所述传感器设置为发射至少一个信号至所述电介质流体中；
温度传感器配置为检测所述电介质流体的温度；以及
计算机化设备，所述计算机化设备与至少一个所述传感器和所述温度传感器连接，所述计算机化设备的处理器计算所述电介质流体的至少一个流体特征，并根据至少一个所述信号和所述流体的检测的所述温度，确定所述流体的质量，所述信号来自于至少一个所述传感器。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述计算机化设备的处理器还计算所述容器中的所述电介质流体的填料高度。
8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，处理器确定的所述电介质流体的质量确认所述电介质流体的损耗。
9.根据权利要求6或7或8所述的系统，其特征在于，至少一个所述传感器或所述温度传感器还包括若干传感器，其中每个所述传感器与另一个直接或间接的相连。
10.一种评估流体质量的方法，其特征在于，所述方法包括：
提供一个含有流体的容器；
至少一个传感器靠近所述容器设置；
至少一个所述传感器发射至少一个信号到所述流体中；
用温度传感器检测所述流体的温度；
使用计算机化设备的处理器，计算所述流体的至少一个流体特征，并根据至少一个所述信号和所述流体的检测的所述温度，确定所述流体的质量，所述计算机化设备与至少一个所述传感器和所述温度传感器连接，所述信号来自于至少一个所述传感器。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括用所述计算机化设备的处理器，计算所述容器内的所述流体的填料高度。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述流体包括电介质流体。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括确定所述电介质流体的损耗。
14.根据权利要求10，11，12或13所述的方法，其特征在于，所述至少一个传感器靠近所述容器设置，还包括：
至少一个所述传感器设置在所述容器的外部；或者
至少一个所述传感器在所述容器的内部空间内。
15.根据权利要求10，11，12，13或14所述的方法，其特征在于，至少一个所述传感器或所述温度传感器，还包括若干传感器，其中每个所述传感器与另一个直接或间接相连。
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