專利名稱：用于多路徑超聲波流率測量的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及超聲波流率(flow rate)測量，并且更具體地涉及多路徑超聲波 流量計。
背景技術：
超聲波流量計用于確定各種流體(例如，液體、氣體等)的流率(即，平均管道流 率(Vm))和不同大小和形狀的管道中流動的流體中的音速。有關流體的流率的知識能允許 確定流體的其它物理屬性或質量。例如，在一些密閉輸送應用中，流率能用于確定穿過管道 正在從銷售者輸送到購買者的流體(例如，石油或氣體)的量(Q)以便確定用于交易的成 本，其中所述量等于流率乘以管道的橫截面積(A)。在其它應用中，音速能用于確定管道中 流動的流體的平均分子量以便優(yōu)化和控制化學或燃燒過程。在采用渡越時間(transit time)流量計量的一種類型的超聲波流量計中，一對或 多對超聲波傳感器能附連到管道(或附連到管線的管段(spool piece))，其中，每對能包 含相對彼此位于上游和下游的傳感器，在它們之間形成超聲波路徑。每個傳感器在激勵時 穿過流動的流體沿超聲波路徑傳送超聲波信號(例如，聲波)，信號由另一傳感器接收并檢 測到。沿超聲波路徑平均的流體的路徑速度(即，路徑或弦速度(Vp))能確定為以下項之 間差異的函數(shù)(1)沿與流體流向相反的從下游傳感器向上游到上游傳感器的超聲波路徑 傳播的超聲波信號的渡越時間，以及(2)沿與流體流向一致的從上游傳感器向下游到下游 傳感器的超聲波路徑傳播的超聲波信號的渡越時間。由于路徑速度具有徑向分布，因此，沿傳感器對之間的一個或多個超聲波路徑平 均的流體的路徑速度(Vp)不一定表示流體跨管道的整個橫截面的流率(Vm)，其中，跨管道 的流速度不一定是均勻的(即，管道中的所有流體不以相同的路徑速度流動)。流速度的此 徑向分布通過其流量剖面(flow profile)(或流體速度剖面)來描述，其是幾個因素的函 數(shù)，包括雷諾數(shù)(民)。雷諾數(shù)(R6)是無因次數(shù)，其通過提供具有已知直徑⑶的封閉圓形 管道中流動的流體的慣性力(即，流率(Vm))與粘性力(即，運動粘度(ν))的比率的測量 來表征流過管道的流體的行為，并且等于流率與管道直徑的乘積除以流體的運動粘度(民 =(Vm*D)/v)。雷諾數(shù)的知識允許確定管道中流體流量的剖面(1)對于較低的雷諾數(shù)(例 如，Re < 2300)，層狀剖面(拋物線狀，其中，最大路徑速度是在管道的中心，并且流速度逐 漸減小到在管道壁的零)；(2)對于較高的雷諾數(shù)(例如，Re > 4000)，湍流剖面(平扁狀， 其中，除靠近管道壁的區(qū)域外，流速度實際上是恒定的)；以及(3)對于中間的雷諾數(shù)(例 如，2300 < Re < 4000)，過渡剖面(層狀和湍流的組合)。除了雷諾數(shù)(其通常是影響流量剖面的主要因素并取決于流體的運動粘度)，流量剖面也是幾個其它因素的函數(shù)，包括流體特性、管道粗糙度、管道配置(例如，直管、彎 管、肘管、T形管、閥、集管等)以及傳感器端口造成的干擾。因此，為了確定用于特定超聲 波流量計安裝的流量剖面，將要求安裝特定的多條信息，包括流體和管道的幾個物理屬性 的知識，其中一些屬性可隨時間改變(例如，相對管道壁粗糙度(ε /D))。
在基于例如美國專利3564950和3940985中所述的一個或多個已知的數(shù)學技術 (例如，高斯求積、Chebycheff^Lobatto等)來確定平均流率(Vm)中，現(xiàn)有技術解決方案不 是確定流量剖面，而是使用多個路徑(Pi)和多個路徑速度(Vpi)，選擇傳感器對的位置(即， 超聲波路徑)和將指派到每個路徑速度(Vpi)的權重(Wi)。雖然這些現(xiàn)有技術解決方案將確定對于確定流量剖面所要求的一些安裝特定信 息的需要降到最低，但是這些解決方案對于要求描述它所要求的高次多項式的流量剖面 (即，流量剖面的復雜度越高，多項式的階次就越高)只提供適中到高的精確度，除非在超 聲波流量計中提供有足夠的超聲波路徑和傳感器以改進精確度。例如，如果要求15次多項 式來描述流量剖面，則對于改進的精確度能要求總共八((15+1)/2)個超聲波路徑和傳感 器對，這也將增加流量計的成本，增加在管道上空間約束條件下安裝大量傳感器的困難，以 及增加大量傳感器端口對流量造成的干擾。此外，由于幾個超聲波流量計應用要求高度精 確的流率(Vm)測量(例如，對于液態(tài)烴的密閉輸送應用常常要求0. 15%的精確度)，而該測 量不能始終通過這些現(xiàn)有技術解決方案中簡單地增加超聲波路徑和傳感器的數(shù)量來實現(xiàn)， 因此，總之要求使用基于流體和/或管道的幾個物理屬性的校準因素的復雜校準方案以實 現(xiàn)所要求的精確度，這增加了流量計的成本和復雜度。
將有利的是提供一種超聲波流量計，該流量計能提供高度精確的流率測量而不使 用復雜的流量計設計和校準方案。

發(fā)明內容
在一個實施例中，公開了一種用于確定導管中流體的流率的多路徑超聲波流量 計，該流量計包括在一個大于并且一個小于中半徑弦(mid-radius chord)的兩個弦位置附 連到導管的至少兩個傳感器對，其中，兩個路徑速度與流率的復合比率在雷諾數(shù)的范圍上 大致是恒定的。在另一個實施例中，公開了一種確定導管中流體的流率的方法，該方法包括以下 步驟通過確定多個路徑速度的加權平均值來確定復合速度；基于路徑速度來確定弦速度 比率；基于復合速度和弦速度比率來確定剖面校正因子；以及基于復合速度和剖面校正因 子來確定流率。


圖1是本發(fā)明的一個實施例中沿導管的直徑平面切割的超聲波流量計的橫截面。圖2示出沿圖1的截面A-A看到的圖1的超聲波路徑。圖3是示出對于各種弦位置、在雷諾數(shù)(Re)的范圍上比率(Vpi/Vm)的變化的圖。圖4是示出對于各對弦位置、在雷諾數(shù)(Re)的范圍上復合比率((Vpl+Vp2)/Vm)的變 化的圖。圖5是為各種相對管道壁粗糙度示出對于一對示范的弦位置、在雷諾數(shù)的范圍上 復合比率((vpl+vp2)/vm)的變化的圖。圖6是本發(fā)明的一個實施例中多路徑超聲波流量計的透視圖。圖7是在圖6中的多路徑超聲波流量計的端視圖。
具體實施例方式圖1示出采用渡越時間流量計量來確定流體的流率的超聲波流量計1。雖然圖1 示出附連到導管20形成單個超聲波路徑30的單獨一對傳感器40、50，但本領域的技術人員 將理解，各自形成單獨超聲波路徑的兩對或更多對傳感器40、50能用于形成多路徑超聲波 流量計?；诹黧w流向22，一個傳感器40能安裝在導管20上下游傳感器50的上游，導管 20能夠是管道的一段或熱接入(hot-tap)管線的單獨管段。超聲波路徑30能夠是在導管 20的中心上(即，直徑(D))或者是在弦路徑上(即，不在導管20的中心上的路徑)。每個 傳感器40、50在激勵時穿過流動的流體沿超聲波路徑30傳送超聲波信號，信號由另一傳感 器50、40接收并檢測到。沿超聲波路徑30平均的流體的路徑速度(Vp)能確定為超聲波信號的上游渡越時 間(tup)(即，超聲波信號沿與流體流向22相反的從下游傳感器50向上游到上游傳感器40 的超聲波路徑30傳播的時間)與下游渡越時間(tdn)(即，超聲波信號沿與流體流向22 — 致的從上游傳感器40向下游到下游傳感器50的超聲波路徑30傳播的時間)之間差異的函 數(shù)。在存在流體流量時，下游渡越時間(tdn)快于(或短于)上游渡越時間(tup)。由于渡越 時間差異(At)與流體的路徑速度(Vp)成比例，因此，沿超聲波路徑30平均的流體的路徑 速度(Vp)能確定為渡越時間差異(At)以及其它已知參數(shù)的函數(shù)，例如導管20直徑(D)、 超聲波路徑長度(P)和如圖1所示的超聲波路徑30與流體流向22之間形成的角度(θ ) C0Sθ =L/P(2)
⑶圖1和2沿超聲波路徑30示出圖1的超聲波流量計1，其顯示出通過在導管20上 的Xi弦位置放置傳感器40、50而建立的超聲波路徑30之間的幾何關系。沿對應于Xi弦位 置的特定超聲波路徑30平均的路徑速度(Vpi)能表示為
⑷其中Vpoint是在沿超聲波路徑30的特定點的速度；y(rnn) = √R2-xi2 ；(5)y(max) = √R2 -Xi2 ；以及(6)R=導管(20)的半徑此外，已知對于形成良好的湍流流體流量(例如，通過超聲波流量計1之前和之后 具有極小干擾的管道的足夠長的直線長度的流體流量)，沿對應于Xi弦位置的特定超聲波 路徑30平均的路徑速度(Vpi)能表示為

(7)其中Vffl是流率(即，平均流率)；ε /D是相對管道壁粗糙度；Re是雷諾數(shù)；以及R=導管20的半徑。此等式能對于Xi弦位置如下重寫為沿特定超聲波路徑30平均的路徑速度(Vpi)與 流率(Vffl)的比率
(8)此等式可用于確定在雷諾數(shù)OU的范圍上對于各種Xi弦位置(即，單獨一對傳感 器40、50的位置)的路徑速度(Vpi)與流率(Vm)的比率的變化。例如，假設額定半徑是1(R =1)，并且相對管道壁粗糙度是10_5( ε /D = 10_5)，圖3示出在從2000到2000000的雷諾 數(shù)(Re)的范圍上對于 0. 00,0. 10,0. 20,0. 30,0. 34,0. 40,0. 50,0. 55,0. 60,0. 70 和 0. 80 的 xi弦位置的比率(Vpi/Vm)的變化。圖3所示的結果顯示在Xi = 0. 55的弦位置，比率(Vpi/ Vffl)在雷諾數(shù)OO的范圍、包括雷諾數(shù)OO的所有子范圍(例如，2000到500000)上大致是 恒定的。因此，如果單獨一對傳感器40、50在Xi = 0. 55的弦位置安裝，則在那個弦位置基 于沿超聲波路徑30平均的路徑速度(Vpi)來確定流率(Vm)將不一定要求流體的雷諾數(shù)OU 或運動粘度(ν)的知識。當在本文中使用時，中半徑弦(x )是其中比率(Vpi/Vm)在雷諾數(shù) (Re)的范圍上大致恒定的弦位置Xi。在中半徑弦x 使用單獨一對傳感器40、50和單個超 聲波路徑30不是優(yōu)選的，因為它未在一個或多個傳感器40、50的故障情況下提供冗余。圖3所示的結果也能用于標識能結合彼此使用的多個弦位置Xi,其中，在那些弦位 置基于沿超聲波路徑30平均的路徑速度(Vpi)來確定流率(Vm)將不一定要求流體的雷諾數(shù) (Re)或運動粘度(V)的知識。例如，圖3所示的結果顯示對于大于中半徑弦的弦位置Xi (例 如，Xi > xj，路徑速度(Vpi)與流率(Vm)的比率隨著雷諾數(shù)(Re)增加而增加，而對于小于 中半徑弦的弦位置Ui < xj，路徑速度(Vpi)與流率(Vm)的比率隨著雷諾數(shù)(Re)增加而 減小?；谶@些關系，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)大于中半徑弦x 的一個或多個弦位置Xi能和小于中 半徑弦x 的一個或多個弦位置Xi —起使用以便提供對于這些多(η)個路徑的路徑速度與 管道流率的復合比率(例如，(Vpl/Vm+Vp2/Vm+…Vpn/Vm)或(Vpl+Vp2+Vpn)/Vm)，所述復合比率在 雷諾數(shù)αυ的范圍上大致是恒定的。有效的是，對于大于中半徑弦1 的弦位置的雷諾數(shù) (Re)對路徑速度(Vpi)的影響被對于小于中半徑弦χ 的弦位置的雷諾數(shù)OO對路徑速度 (Vpi)的影響所抵消。因此，如果在適當選擇的多個弦位置Xi安裝幾對傳感器40、50，則在所 述弦位置基于沿超聲波路徑30平均的路徑速度(Vpi)來確定流率(Vm)將不一定要求流體的 雷諾數(shù)(Re)或運動粘度(ν)的知識。圖4為三對示范的弦位置(X1 = 0. 75和X2 = 0. 18 ； X1 = 0. 70 和 X2 = 0. 34 ；以及 X1 = 0. 65 和 X2 = 0. 45)示出從 2000 到 2000000 的雷諾數(shù) (Re)的范圍上復合比率((vpl+vp2)/vm)的變化。圖4的結果顯示，對于這些弦位置對的每對(\和&)，復合比率((Vpl+Vp2)/Vm)在雷諾數(shù)(Re)的范圍上大致是恒定的。 本領域的技術人員將理解，能選擇這些示例外的一些大于并且一些小于中半 徑弦X 的弦位置的幾個其它組合以產生雷諾數(shù)αυ的范圍上大致恒定的復合比率 ((vpl+vp2+vffl) /Vffl)。例如，雖然圖4所示的示范弦位置對的每對包括小于中半徑弦x 的單個 弦位置(例如，X1 = 0. 70)和大于中半徑弦的單個弦位置(X2 = 0. 34)，但其它組合能包括 大于和小于中半徑弦x 的多個弦位置。類似地，其它組合能包括不同的大于中半徑弦x 的弦位置的數(shù)量(例如，兩個)和小于中半徑弦弦位置的數(shù)量(例如，一個)，只要對 于這些多(η)個路徑的路徑速度與管道流率的復合比率在雷諾數(shù)OO的范圍上大致是恒 定的。發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，即使在相對管道壁粗糙度(ε /D)隨時間改變時，復合比率(例如， (Vpl+Vp2/Vffl)在雷諾數(shù)OU的范圍上也大致是恒定的?；诘仁?8)，圖5示出對于三個示范 相對管道壁粗糙度(ε /D = 10_3、10_5和10_8)，弦位置(X1 = 0. 70和X2 = 0. 34)在從2000 到2000000的雷諾數(shù)OO的范圍上復合比率((Vpl+Vp2)/Vm)的變化。圖5顯示，即使對于特 定管道的相對管道壁粗糙度(ε /D)在使用示范弦位置的超聲波流量計1的校準后將顯著 改變(即，從10_3到10_8)，該改變將不一定要求附加的校準，這是因為該改變將對超聲波流 量計1的精確度具有可忽略的影響。在圖6和7所示的多路徑超聲波流量計10的一個實施例中，通過在采用管段形式 的導管20上在以下示范弦位置=X1 = 0. 70,X2 = 0. 34,X3 = -0. 34和X4 = -0. 70的四對上 游傳感器41、42、43、44和下游傳感器51、52、53、54形成總共四個超聲波路徑(η = 4) (pi、 p2、p3*p4)31、32、33、34。這些弦位置Xi在導管的兩側選擇(一側0. 00 < Xi < 1. 00和 另一側0. 00 < Xi < -1. 00)，每側具有中半徑弦(例如，x 12 = 0. 55和x 34 = -0. 55)，使 得每側具有大于中半徑弦的至少一個弦位置Xi和小于中半徑弦的至少一個弦位置。如上 所述，兩對弦位置(即，X1和X2的每組能提供在雷諾數(shù)OU的范圍上大致恒定的 對于每對超聲波路徑的路徑速度與管道流率的復合比率((Vpl+Vp2/Vm)。此外，整組的四對弦 位置(Xl、X2、X3*X4)也能提供在雷諾數(shù)OU的范圍上大致恒定的對于所有超聲波路徑的 路徑速度與管道流率的復合比率((Vpl+Vp2+Vp3+Vp4)/Vm)。為了對超聲波流量計10提供形成良好的湍流流體流量，導管20應安裝成使得存 在超聲波流量計10之前和之后具有極小干擾的管道的足夠長的直線長度。每個傳感器連 接到流量計電子器件60，該電子器件能包括用于確定路徑速度和流率的微處理器、從傳感 器接收和傳送信號的電子控制器、用于顯示流率的顯示器以及用于外部通信的I/O端口。為了使用多路徑超聲波流量計10來確定流率，能沿多(η)個超聲波路徑的每個來 執(zhí)行測量以確定路徑速度(Vpl、Vp2、Vp3、Vp4、Vpn)。能將權重(Wi)指派到每個路徑速度(Vpi) 以通過計算加權的平均值來確定復合速度(V。)Vc = ∑WiVpi(9)在使用四個示范弦位置(即，X1= 0. 70、X2 = 0. 34、X3 = -0. 34、X4 = -0. 70)的 實施例中，能在確定復合速度(V。)中使用相等的權重(W1 = w2 = W3 = w4 = (1/η) = 1/4 =0. 25)
Fc = Σ (0.25)^,(10)
=Ι如以上等式所示的，通過使用示范弦位置，能確定此復合速度(V。)而無需雷諾數(shù) (Re)或影響流量剖面的幾個其它因素(例如，其它流體特性、管道粗糙度、管道配置(例如， 直管、彎管、肘管、T形管、閥、集管等)以及超聲波流量計傳感器造成的干擾)的知識。盡 管未將流量剖面考慮在內，此復合速度(V。)已證明是高度精確的，測量的復合速度(V。)與 用于校準的已知實際參考流率( 之間的誤差對于雷諾數(shù)αυ的廣范圍一般小于百分之 一，如實驗室測試中所確認的。然而，為了獲得超過通過僅使用復合速度(V。)所提供的精 確度的更精確的流率(Vm)，能使用簡單的根據(jù)經驗確定的剖面校正因子(K)來解決未知流 量剖面的影響。在用于校準多路徑超聲波流量計10的一個實施例中，在指定的時期(例如，1分 鐘)上為參考流率(例如，Vr = 1000加侖/分鐘)確定平均測量復合速度(V。(avg))和平均 實際參考流率(VHavg))。用于此參考流率(V)的剖面校正因子⑷能通過以下等式來確定K = j^-(11)
c{avg)此剖面校正因子(K)提供在參考流率(Vr)的復合速度(V。)的實際誤差百分比。 另外，在用于校準多路徑超聲波流量計10的一個實施例中，還能確定弦速度比率(RJ。在 使用四個示范弦位置(X1 = 0. 70,X2 = 0. 34,X3 = -0. 34,X4 = -0. 70)的實施例中，能通過 以下等式來確定弦速度比率(R。v) 此過程能在用于幾個不同參考流率OO的校準期間重復進行，每次將剖面校正因 子⑷與復合速度(V。)和弦速度比率(RJ相關聯(lián)。一旦在校準期間使用了足夠數(shù)量的參 考流率(V》，每個提供與復合速度(V。)和弦速度比率(RJ相關聯(lián)的剖面校準因素(K)，該 剖面校準因素⑷就能表示為復合速度(V。)和弦速度比率(R。v)的函數(shù)(例如，當Vc^PRct 已知時，K能在表中查詢)。K = f(Vc, RJ(13)為了在校準中將參考流率(V》的要求的數(shù)量降到最低，能使用插值為校準期間未 遇到的弦速度比率(RJ和復合速度(V。)的組合來提供剖面校正因子(K)。在此插值完成 時，此剖面校正因子(K)表或函數(shù)能存儲在流量計電子器件60的存儲器中。一旦校準后，在 多路徑超聲波流量計10測量復合速度(V。)和弦速度比率(R。v)時，剖面校正因子(K)能基 于存儲的表或函數(shù)來確定，并且應用到復合速度(V。)以提供要顯示的更精確的流率(Vm)Vm = K(Vc)(14)如以上等式所示，能執(zhí)行此簡化的校準，并且能確定流率(Vm)而無需雷諾數(shù)(Re) 或影響流量剖面的幾個其它因素(例如，其它流體特性、管道粗糙度、管道配置(例如，直 管、彎管、肘管、T形管、閥、集管等)以及超聲波流量計傳感器造成的干擾)的知識。盡管 未將流量剖面考慮在內，此流率(Vm)已證明是高度精確的，校準校正的流率(Vm)與用于校 準的已知實際參考流率(V,)之間的誤差在雷諾數(shù)(Re)的范圍上一般小于0. 15%，如實驗室 測試中所確認的。此外，如上所述和圖5所示，即使對于特定管道的相對管道壁粗糙度(ε /D)在使用示范弦位置的超聲波流量計10的校準后將顯著改變(即，從10_3到10_8)，該改變 將不一定要求附加的校準，這是因為該改變將對超聲波流量計10的精確度具有可忽略的影響。此書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使得本領域的技術人 員能夠進行和使用本發(fā)明。本發(fā)明的可取得專利的范圍由權利要求來定義，并且可包括本 領域技術人員可想到的其它示例。如果此類其它示例具有并非與權利要求的書面語言不同 的結構要素，或者如果它們包括具有與權利要求的書面語言非實質不同的等效結構要素， 則它們旨在在于權利要求的范圍內。部件列表 1-超聲波流量計10-多路徑超聲波流量計20-導管22-流體流向30-超聲波路徑31-超聲波路徑pi32-超聲波路徑p233-超聲波路徑p334-超聲波路徑p440-上游傳感器41-用于超聲波路徑pi的上游傳感器42-用于超聲波路徑p2的上游傳感器43-用于超聲波路徑p3的上游傳感器44-用于超聲波路徑p4的上游傳感器50-下游傳感器51-用于超聲波路徑pi的上游傳感器52-用于超聲波路徑p2的上游傳感器53-用于超聲波路徑p3的上游傳感器54-用于超聲波路徑p4的上游傳感器60-流量計電子器件。
權利要求
一種用于確定導管中流體的流率的多路徑超聲波流量計，包括所述導管具有中半徑弦位置，其中沿所述中半徑弦平均的所述流體的路徑速度與所述流率的比率在雷諾數(shù)的范圍上大致是恒定的；第一傳感器對，附連到所述導管，在離所述導管的中心的第一距離處的第一弦位置形成第一超聲波路徑，其中所述第一距離大于所述中半徑弦到所述中心的距離；第二傳感器對，附連到所述導管，在離所述導管的所述中心的第二距離處的第二弦位置形成第二超聲波路徑，其中所述第二距離小于所述中半徑弦到所述中心的所述距離；流量電子器件，用于確定沿所述第一超聲波路徑平均的所述流體的第一路徑速度和沿所述第二超聲波路徑平均的所述流體的第二路徑速度，其中所述第一路徑速度和所述第二路徑速度與所述流率的復合比率在雷諾數(shù)的所述范圍上大致是恒定的。
2.如權利要求1所述的多路徑超聲波流量計，還包括第三傳感器對，附連到所述導管，在離所述導管的所述中心的第三距離處的第三弦位 置形成第三超聲波路徑，其中所述第三距離大于所述中半徑弦到所述中心的所述距離； 所述流量電子器件，用于確定沿所述第三超聲波路徑平均的所述流體的第三路徑速度，其中所述第一路徑速度、所述第二路徑速度和所述第三路徑速度與所述流率的復合比 率在雷諾數(shù)的所述范圍上大致是恒定的。
3.如權利要求1所述的多路徑超聲波流量計，還包括第三傳感器對，附連到所述導管，在離所述導管的所述中心的第三距離處的第三弦位 置形成第三超聲波路徑，其中所述第三距離小于所述中半徑弦到所述中心的所述距離； 所述流量電子器件，用于確定沿所述第三超聲波路徑平均的所述流體的第三路徑速度，其中所述第一路徑速度、所述第二路徑速度和所述第三路徑速度與所述流率的復合比 率在雷諾數(shù)的所述范圍上大致是恒定的。
4.如權利要求1所述的多路徑超聲波流量計，其中雷諾數(shù)的所述范圍是從2000到 2000000。
5.如權利要求1所述的多路徑超聲波流量計，其中雷諾數(shù)的所述范圍是從2000到 500000。
6.一種為多路徑超聲波流量計確定用于確定導管中流體的流率的弦位置的方法，包括 以下步驟確定所述導管中的中半徑弦位置，其中沿所述中半徑弦平均的所述流體的路徑速度與 所述流率的比率在雷諾數(shù)的范圍上大致是恒定的；確定附連到所述導管、在離所述導管的中心的第一距離形成第一超聲波路徑的第一傳 感器對的第一弦位置，其中所述第一距離大于所述中半徑弦到所述中心的距離；確定附連到所述導管、在離所述導管的所述中心的第二距離形成第二超聲波路徑的第 二傳感器對的第二弦位置，其中所述第二距離大于所述中半徑弦到所述中心的所述距離；確定沿所述第一超聲波路徑平均的所述流體的第一路徑速度和沿所述第二超聲波路 徑平均的所述流體的第二路徑速度，其中選擇所述第一弦位置和所述第二弦位置，使得所述第一路徑速度和所述第二路徑 速度與所述流率的復合比率在雷諾數(shù)的所述范圍上大致是恒定的。
7.如權利要求6所述的方法，還包括以下步驟確定附連到所述導管、在離所述導管的所述中心的第三距離形成第三超聲波路徑的第 三傳感器對的第三弦位置，其中所述第三距離大于所述中半徑弦到所述中心的所述距離； 確定沿所述第三超聲波路徑平均的所述流體的第三路徑速度， 其中選擇所述第三弦位置，使得所述第一路徑速度、所述第二路徑速度和所述第三路 徑速度與所述流率的復合比率在雷諾數(shù)的所述范圍上大致是恒定的。
8.如權利要求6所述的方法，還包括以下步驟確定附連到所述導管、在離所述導管的所述中心的第三距離形成第三超聲波路徑的第 三傳感器對的第三弦位置，其中所述第三距離小于所述中半徑弦到所述中心的所述距離； 確定沿所述第三超聲波路徑平均的所述流體的第三路徑速度， 其中選擇所述第三弦位置，使得所述第一路徑速度、所述第二路徑速度和所述第三路 徑速度與所述流率的復合比率在雷諾數(shù)的所述范圍上大致是恒定的。
9.如權利要求6所述的方法，其中雷諾數(shù)的所述范圍是從2000到2000000。
10.如權利要求6所述的方法，其中雷諾數(shù)的所述范圍是從2000到500000。
11.一種確定導管中流體的流率的方法，包括以下步驟確定沿多個超聲波路徑平均的所述流體的路徑速度，所述多個超聲波路徑由在多個弦 位置的多個傳感器對來形成；通過確定所述路徑速度的加權平均值來確定復合速度； 基于所述路徑速度來確定弦速度比率；基于所述復合速度和所述弦速度比率來確定剖面校正因子；以及 基于所述復合速度和所述剖面校正因子來確定所述流率。
全文摘要
本發(fā)明名稱為“用于多路徑超聲波流率測量的方法和系統(tǒng)”。在一個實施例中，公開了一種用于確定導管中流體的流率的多路徑超聲波流量計，該流量計包括在一個大于并且一個小于中半徑弦的兩個弦位置附連到導管的至少兩個傳感器對，其中，兩個路徑速度與流率的復合比率在雷諾數(shù)的范圍上大致是恒定的。在另一個實施例中，公開了一種確定導管中流體的流率的方法，該方法包括以下步驟通過確定多個路徑速度的加權平均值來確定復合速度；基于路徑速度來確定弦速度比率；基于復合速度和弦速度比率來確定剖面校正因子；以及基于復合速度和剖面校正因子來確定流率。
文檔編號G01F1/66GK101839736SQ201010144028
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月11日 優(yōu)先權日2009年3月11日
發(fā)明者B·E·麥唐納, E·R·富隆, L·沈, N·J·莫羅, O·A·赫拉科夫斯基, R·卡拉瓦娜, X·S·敖 申請人:通用電氣基礎設施傳感公司