協(xié)調(diào)流量計的測量子系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】協(xié)調(diào)流量計的測量子系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)
[0001]本申請為于2010年11月25日提交、申請?zhí)枮?00980119167.7、發(fā)明名稱為“協(xié)調(diào)流量計的測量子系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)”的中國專利申請的分案申請。所述母案申請的國際申請日為2009年6月9日，優(yōu)先權(quán)日為2008年7月9日，國際申請?zhí)枮镻CT/US2009/046711。
【背景技術(shù)】
[0002]在已從地底取出碳氫化合物之后，經(jīng)由管道到將流體流(例如原油或天然氣)從一個地方傳輸?shù)搅硪粋€地方。希望準確地知道在流中流動的流體量，特別是當流體易主時、或者“密閉輸送”時，更要求精確度。超聲流量計可用于測量在管道中流動的流體量，并且超聲流量計具有足夠的精確度以用于密閉輸送。
[0003]在高容量天然氣管道中，以密閉輸送而“易主”的氣體的價值每天可達到百萬美元或更多。因此，在有些密閉輸送情形下，單個表體容納兩個獨立的超聲流量計。兩個儀表在一個儀表失效的情況下實現(xiàn)冗余使用(redundancy)，并且在兩個流量計可供使用的情形下，可通過比較兩個獨立的測量來檢驗記錄的流量的精度。然而，在同一個表體中具有兩個獨立的超聲波流量計會在儀表操作和/或測量中產(chǎn)生困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種流量計，包括:管段，所述管段限定中心通道；第一組四個換能器對，所述第一組四個換能器對機械地耦聯(lián)至所述管段；第一控制電子設(shè)備，所述第一控制電子設(shè)備電耦聯(lián)至所述第一組四個換能器對，所述第一控制電子設(shè)備被構(gòu)造成以多路復(fù)用器的方式有選擇地啟動所述第一組四個換能器對的每個換能器對，并且所述第一控制電子設(shè)備被構(gòu)造成使用僅來自所述第一組四個換能器對的換能器對來確定橫跨整個中心通道的第一平均流速；第二組四個換能器對，所述第二組四個換能器對機械地耦聯(lián)至所述管段；第二控制電子設(shè)備，所述第二控制電子設(shè)備不同于所述第一控制電子設(shè)備，所述第二控制電子設(shè)備電耦聯(lián)至所述第二組四個換能器對，所述第二控制電子設(shè)備被構(gòu)造成以多路復(fù)用器的方式有選擇地啟動所述第二組四個換能器對的每個換能器對，并且所述第二控制電子設(shè)備被構(gòu)造成使用僅來自所述第二組四個換能器對的換能器對來確定橫跨整個中心通道的第二平均流速；所述第一和第二控制電子設(shè)備被通信地耦聯(lián)，并且被構(gòu)造成用于協(xié)調(diào)它們相應(yīng)的換能器對的啟動。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供了一種方法，包括:操作流量計的第一測量子系統(tǒng)，所述第一測量子系統(tǒng)包括耦聯(lián)至管段的第一組四個換能器對，并且所述第一測量子系統(tǒng)使用僅來自所述第一組四個換能器對的換能器對來確定橫跨所述流量計的整個中心通道的第一平均流速；操作所述流量計的第二測量子系統(tǒng)，所述第二測量子系統(tǒng)包括耦聯(lián)至所述管段的第二組四個換能器對，并且所述第二測量子系統(tǒng)使用僅來自所述第二組四個換能器對的換能器對來確定橫跨所述流量計的整個中心通道的第二平均流速；以及在所述第一與第二測量子系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)換能器對的啟動。
【附圖說明】
[0006]為了示例性實施例的詳細說明，現(xiàn)在將對附圖進行參考，其中:
[0007]圖1示出根據(jù)至少一些實施例的流量計的透視圖；
[0008]圖2示出根據(jù)至少一些實施例的流量計的俯視局部剖視圖；
[0009]圖3示出根據(jù)至少一些實施例的，和相對于第一測量子系統(tǒng)的流量計的的立面端視圖；
[0010]圖4示出根據(jù)至少一些實施例的，和相對于第一測量子系統(tǒng)的流量計的俯視圖；
[0011]圖5示出根據(jù)至少一些實施例的，和相對于第二測量子系統(tǒng)的流量計的立面端視圖；
[0012]圖6示出根據(jù)至少一些實施例的，和相對于第二測量子系統(tǒng)的流量計的俯視圖；
[0013]圖7示出根據(jù)至少一些實施例的流量計的俯視圖；
[0014]圖8示出根據(jù)至少一些實施例的控制電子設(shè)備；
[0015]圖9示出根據(jù)至少一些實施例的控制電子設(shè)備；
[0016]圖10示出根據(jù)至少一些實施例的控制電子設(shè)備；
[0017]圖11示出根據(jù)至少一些實施例的控制電子設(shè)備；
[0018]圖12示出根據(jù)至少一些實施例的控制電子設(shè)備；
[0019]圖13示出根據(jù)至少一些實施例的耦聯(lián)至流量計算機的控制電子設(shè)備；
[0020]圖14示出根據(jù)至少一些實施例的耦聯(lián)至計算機網(wǎng)絡(luò)的控制電子設(shè)備；
[0021]圖15示出根據(jù)至少一些實施例的時序圖；
[0022]圖16示出根據(jù)至少一些實施例的時序圖；
[0023]圖17示出根據(jù)至少一些實施例的時序圖；以及
[0024]圖18示出根據(jù)至少一些實施例的方法。
[0025]注釋和命名法
[0026]在整個以下的說明和權(quán)利要求中使用某些術(shù)語，以指示特定的系統(tǒng)部件。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所意識到的，儀表制造公司可通過不同的名稱來指示部件。該文件不用于區(qū)分在名稱上不同，而在功能上相同的部件。
[0027]在以下的討論中和在權(quán)利要求中，術(shù)語“包括”和“包含”以無限制的方式使用，并因此應(yīng)解釋成表示“包括，但不局限于...”。此外，術(shù)語“耦聯(lián)”用于表示間接的或直接的連接。因此，如果第一裝置耦聯(lián)至第二裝置，則該連接可以是通過直接連接、或經(jīng)由其他裝置和連接的間接連接。
[0028]“管段(spool piece) ”和/或“表體”應(yīng)指示由單個鑄件銑成的部件。通過(例如凸緣連接、焊接)耦聯(lián)到一起的分離的鑄件形成的管段和/或表體不應(yīng)被認為是用于本發(fā)明和權(quán)利要求的“管段”或“表體”。
[0029]關(guān)于換能器對的“啟動”指的是以下情形中的一種或兩者:通過換能器對的第一換能器對聲信號進行的發(fā)射；和通過換能器對的第二換能器對聲信號進行的接收。
【具體實施方式】
[0030]以下的討論涉及本發(fā)明的各種實施例。盡管這些實施例中的一個或多個是優(yōu)選的，但公開的實施例不應(yīng)解釋成、或以另外的方式用作限制包括權(quán)利要求的本發(fā)明的范圍。另外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，以下的說明具有廣泛的應(yīng)用，并且任何實施例的討論僅表示該實施例的示例，而不用于暗示包括權(quán)利要求的本發(fā)明的范圍限于該實施例。此外，在測量碳氫化合物流(例如原油、天然氣)的情況下開發(fā)各種實施例，并且針對開發(fā)背景進行說明；然而，描述的系統(tǒng)和方法等價地適用于任何流體流動(例如低溫物質(zhì)、水)的測量。
[0031]圖1圖解能夠進行冗余(redundant)流量測量的包括足夠數(shù)量的換能器對的流量計100的透視圖。具體地，表體或管段102被構(gòu)造成被布置在管道的段之間，例如，通過凸緣104將管段102而連接至管道。管段102具有預(yù)定的尺寸，并限定被測流體流過的中心通道106。流量計100還包括多個換能器對。在圖1的透視圖中，圖示的八個換能器對中的每個換能器對中僅一個換能器可見。具體地，外殼110中的換能器108與外殼112中的換能器(不可見)配對。同樣地，外殼110中其余的換能器與外殼112中的換能器(不可見)配對。類似地，外殼116中的換能器114與外殼118中的換能器(不可見)配對。同樣地，外殼116中其余的換能器與外殼118中的換能器(不可見)配對。
[0032]圖2圖示了圖1的系統(tǒng)的俯視局部剖視圖。具體地，圖2示出的是，圖示的換能器對108A和108B沿管段102的長度設(shè)置。換能器108A和108B是聲學收發(fā)器，并且更具體地是超聲收發(fā)器，意味著它們產(chǎn)生和接收具有大約20千赫以上的頻率的聲能。聲能由每個換能器中的壓電元件產(chǎn)生和接收。為了產(chǎn)生聲信號，通過正弦信號電刺激壓電元件，并且壓電元件通過振動響應(yīng)。壓電元件的振動產(chǎn)生聲信號，所述聲信號穿過在中心通道106中的被測流體而傳播至換能器對中對應(yīng)的換能器。類似地，在被聲能(即，聲信號及其他噪聲信號)到達時，接收的壓電元件振動并產(chǎn)生由與儀表相關(guān)的電子設(shè)備檢測、數(shù)字化、并分析的電信號。
[0033]在圖示的換能器108A與108B之間存在的，與中心線122成角度Θ的路徑120有時被稱為“弦”或“弦通路”。弦120的長度是換能器108A的面與換能器108B的面之間的距離。流體(例如原油、天然氣、液化天然氣)沿方向150流動。初始地，下游換能器108B產(chǎn)生聲信號，該聲信號橫跨管段102中的流體傳播，然后入射到上游換能器108A上并由該上游換能器108A檢測。短時間之后(例如在幾毫秒之內(nèi))，上游換能器108A產(chǎn)生返回的聲信號，該返回的聲信號橫跨管段102中的流體傳播，然后入射到下游換能器108B上并由該下游換能器108B檢測。因此，圖示的換能器108A和108B通過沿弦路徑120的聲信號進行“發(fā)收”。在操作期間，該序