CN102636226B - 确定超声波流量表的延迟时间 - Google Patents

Abstract

本发明涉及确定超声波流量表的延迟时间。一种用于校准超声波流量表的系统和方法。在一个实施例中，一种方法包括在流量表内布置流体流通设备。通过流体流通设备的操作在流量表中流通流体。在流通过程中测量在流量表内的声学信号渡越时间。基于该测量，确定由流量表的部件引发的等待时间所导致的声学信号渡越时间的一部分。

Description

确定超声波流量表的延迟时间

背景技术

通过管道将天然气从一个地方传输到另一个地方。理想地是准确地知道在管道中流动的天然气量，并且当流体转手或者保管交接(custodytransfer)时要求特别的准确度。然而，即使在不发生保管交接时，也期望测量准确，并且在这些情况下可以使用流量表。

超声波流量表是可以用于测量管道中流动的流体量的一类流量表。超声波流量表具有足够的准确度用于保管交接。在超声波流量表中，声学信号穿过待测量的流体流来回发送。基于接收的声学信号的参数，确定流量表中的流体流动速度。根据确定的流动速度和已知的流量表的横截面积能够确定流过流量表的流体量。

超声波流量表中声学信号的渡越时间包括信号行进通过流量表中流动的流体所需要的时间、声学信号在产生和检测该信号的换能器中所花费的时间、以及处理该信号所需要的时间。为了准确地确定流体流动速度，从而确定流体的值，信号渡越时间的每个上述组成部分必须准确地被确定。

附图说明

为了详细地描述本发明的示例性的实施例，将参考以下的附图，其中：

图1A示出根据各个实施例的超声波流量表的立视截面图；

图1B示出包括根据各个实施例的多个弦路径的超声波流量表的立视图；

图1C以示意图形式示出根据各个实施例的超声波流量表的顶视图；

图2以示意图形式示出配置用于根据各个实施例的干式校准的超声波流量表组件的截面图；

图3示出根据各个实施例的用于执行超声波流量表的干式校准的系统的框图；以及

图4示出根据各个实施例用于超声波流量表的干式校准的方法的流程图。

具体实施方式

在以下说明和权利要求通篇中使用特定术语来指示特定的系统部件。本领域技术人员将会理解，公司可以通过不同的名称指示部件。本文档并不旨在区分名称不同而非功能不同的部件。在以下说明中和在权利要求中，术语“包括”和“包含”以开放的方式使用，从而应该被解释为意指“包括，但不限于......”。此外，术语“耦合”意在指间接或直接的连接。因此，如果第一设备或部件耦合到第二设备或部件，该连接可以是通过两者之间的直接接合或者是通过经由其它中间设备、部件和/或连接的间接连接。

以下讨论针对本发明的各个实施例。尽管这些实施例中的一个或者多个是优选的，但是公开的实施例不应该被解释为或者另外地使用为限制包括权利要求在内的本公开的范围。此外，本领域技术人员将理解以下的说明具有宽泛的应用，并且对任何实施例的讨论仅仅意在对该实施例的示范，而不意在暗示包括权利要求在内的本公开的范围限制于该实施例。

图1A和1B示出说明其基本部件和关系的超声波流量表110的实施例。仪表主体111适合于放置在管道的各部分之间，其具有预定的尺寸并且限定被测量的流体(例如，待测气体和/或液体)流动所通过的中央通道。示例的换能器对112和113以及它们各自的壳体114和115沿着仪表主体111的长度布置。换能器112和113是声学收发器，更具体来说是超声波收发器，这意味着它们都产生和接收具有超过20K赫兹的频率的声学能量。声学能量可以通过每个换能器中的压电元件产生和接收。要产生声学信号，压电元件通过正弦信号被电激发并通过振动作出响应。压电元件的振动产生行进通过被测量的流体到达换能器对的相应换能器的声学信号。相似地，在受到声能(即声学信号和其它噪音信号)的冲击时，接收压电元件进行振动并产生由与该仪表相关联的电子装置检测、数字化和分析的正弦电信号。

路径117，有时被称为“弦(chord)”，相对于中央线120成角度θ存在于图示的换能器112和113之间。“弦”117的长度是换能器112的表面和换能器113的表面之间的距离。点118和119限定换能器112和113所产生的声学信号进入和离开流动通过仪表主体111(即：仪表主体内径(bore)的入口)的流体的位置。换能器112和113的位置可以通过角度θ、测量的换能器112和113之间的第一长度L、对应于点118和119之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。在绝大多数情况下，距离d、X和L在仪表制造过程中被精确确定。此外，不管仪表尺寸(即仪表主体尺寸)如何，诸如112和113的换能器通常放置于分别距点118和119特定的距离。被测量的流体，例如天然气，以速度轮廓123沿方向122流动。速度向量124-129图示了通过仪表主体111的流体速度朝向中央线120而增加。

最初，下游换能器112产生传播穿过仪表主体111中的流体、然后入射在上游换能器113上并由上游换能器113检测的声学信号。短时间以后(例如，几毫秒内)，上游换能器113产生传播回来穿过仪表主体111中的流体、然后入射在上游换能器112上并由上游换能器112检测的返回声学信号。这样，换能器112和113用信号130沿着弦路径117进行“一发一收(pitch and catch)”。在操作中，该序列(sequence)每分钟可以发生成千上万次。

声学信号130在换能器112和113之间的渡越时间(即声能行进所需要的时间)部分取决于声学信号130关于流体流动向上游还是向下游行进。声学信号向下游(即和流体流动相同的方向)行进的渡越时间小于其当向上游(即逆着流体流动)行进时的渡越时间。可以使用对于弦的上游渡越时间和下游渡越时间来计算平均流体流动速度以及声音在被测流体中对于该弦的平均速度。

超声波流量表能够具有一个或多个声学信号路径。图1B图示出超声波流量表110的一个端部的立视图。如图1B所示，超声波流量表110实际包括在仪表主体111内部不同水平面的四个弦路径A、B、C和D。每个弦路径A-D对应于轮流地作为发送器和接收器工作的换能器对。图中还示出仪表控制电子装置封装140，其包括获取和处理来自四个弦路径A-D的数据的控制电子装置。图1B的视图中隐藏了对应于弦路径A-D的四对换能器。

参考图1C可能更容易理解四对换能器的配置。四对换能器的端口(ports)安装在仪表主体111上。每对换能器端口对应于图1B的单个弦路径。第一对换能器端口114和115包括换能器112和113(见图1A)。换能器以相对于仪表主体111的中央线120成非垂直角度θ安装。另一对换能器端口134和135(仅部分可以看到)和相关联的换能器被安装成使得其弦路径关于换能器114和115的弦路径松散地形成“X”形状。相似地，平行于换能器端口134和135放置换能器端口138和139，但是在不同的“水平面”(即在仪表主体或者管道的不同径向位置)上。图1C中未明显示出第四对换能器和换能器端口。将图1B和图1C结合到一起，换能器对被布置成使得对应于弦A和B的上部的两对换能器形成“X”形状，对应于弦C和D的下部的两对换能器也形成“X”形状。可以在各个弦A-D确定流体的流动速度以获得弦流动速度，并且结合弦流动速度以确定仪表110的平均流动速度。通过仪表110的容积流动速率是对于仪表110的平均流动速度和仪表110的截面积的乘积。

通常，控制电子装置(例如，控制电子装置封装140)引起换能器(例如112、113)发动，接收换能器的输出，计算对于每个弦的平均流动速度，计算对于仪表的平均流动速度，并且计算通过仪表的容积流动速率。然后，容积流动速率和可能的其它被测量和被计算的值(例如，流动速度和声音速度)被输出到在仪表110的外部的附加设备，例如流量计算机。

如上所述，每个超声波换能器112、113通常包括压电晶体。压电晶体是发射和接收声能的有源元件。压电晶体包括诸如锆钛酸铅(PZT)的压电材料和在压电材料的表面上的电极。电极通常是诸如银或镍的导电材料的薄层。施加在电极之间的电压差在压电材料中感应出电场，该电场使得压电材料改变形状并发射声能。入射(impinging)到压电材料上的声能使得压电材料改变形状并在电极之间产生电压。压电晶体通常密封在环氧树脂内，环氧树脂将压电晶体保持在适当位置，保护压电晶体，并提供匹配层以改善声能在压电晶体和仪表110中的流体之间的耦合。对于给定的弦，弦流动速度v给出如下：

$v=\frac{L^2}{2X}\·\frac{T_{\mathrm{up}}-T_{\mathrm{dn}}}{T_{\mathrm{up}}{T}_{\mathrm{dn}}}---\left(1\right)$

弦声音速度c给出如下：

$c=\frac{L}{2}\·\frac{T_{\mathrm{up}}+T_{\mathrm{dn}}}{T_{\mathrm{up}}{T}_{\mathrm{dn}}}---\left(2\right)$

其中L是路径长度(即，上游换能器和下游换能器之间的面到面间距)，X是L在仪表内径内沿流动方向的分量，T_up和T_dn是声能通过流体的上游渡越时间和下游渡越时间。

如等式(1)和(2)所示，弦流动速度和声音速度取决于信号130通过流体的渡越时间。然而，仪表电子装置140测量的渡越时间包括通过流体的渡越时间加上被称为延迟时间的一些附加时间。应该从所测量的渡越时间中减去该延迟时间以获得弦流动速度和声音速度的精确值。

延迟时间具有两个主要部分：1)声学信号130在换能器内所花费的时间，以及2)对应于处理该信号130的时间。由于换能器112的压电晶体不直接接触流体，所以声能从发射压电晶体行进到流体所花费的时间和声能从流体行进到接收压电晶体所花费的时间促成延迟时间。

对于每个弦，可以具有与该弦的换能器112、113相关联的两个不同延迟时间。上游延迟时间是声学信号130从下游换能器行进到上游换能器(例如，换能器112到换能器113)的延迟时间，下游延迟时间是声学信号130从上游换能器行进到下游换能器(例如，换能器113到换能器112)的延迟时间。理想地，上游延迟时间和下游延迟时间会相同，然而，与仪表电子装置140的发送部分和接收部分中的不同电阻抗耦合的上游换能器和下游换能器112、113的部件和结构的微小差异引起上游延迟时间和下游延迟时间略有不同。

为了澄清上游延迟时间和下游延迟时间上的小差异以及其对弦流动速度的影响，上游延迟时间和下游延迟时间可以改造成平均延迟时间和增量(delta)延迟时间，平均延迟时间是上游延迟时间和下游延迟时间的平均，增量延迟时间是上游延迟时间和下游延迟时间的差。对于在一些超声波仪表中使用的换能器112和113，平均延迟时间通常为大约20μs而增量延迟时间的绝对值通常小于0.05μs，这表明上游延迟时间和下游延迟时间至少是上游延迟时间和下游延迟时间的差的400倍。等式(1)和(2)可以改写成包括平均延迟时间τ_avg和增量延迟时间τ_delta，得出：

$v=\frac{L^2}{2X}\·\frac{T_{\mathrm{up}}^m-T_{\mathrm{dn}}^m-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{delta}}}{(T_{\mathrm{up}}^m-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{avg}})(T_{\mathrm{dn}}^m-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{avg}})}---\left(33\right)$

和

$c=\frac{L}{2}\·\frac{T_{\mathrm{up}}^m+T_{\mathrm{dn}}^m-2{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{avg}}}{(T_{\mathrm{up}}^m-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{avg}})(T_{\mathrm{dn}}^m-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{avg}})}---\left(4\right)$

其中和是测量的上游渡越时间和下游渡越时间。

本公开的实施例确定每个换能器对(例如，换能器112、113)的平均延迟时间和增量延迟时间。优选地利用安装在超声波流量表中的换能器确定换能器对的延迟时间，其中换能器将被使用在超声波流量表中。用于确定换能器对的延迟时间的过程通常被称作“干式校准”。

气体超声波流量表110的干式校准涉及密封仪表110的端部(例如，安装盖板(blind flange))使得仪表110可以用如纯氮的已知组成的流体加压密封。为了校准目的，压力和温度换能器也安装在仪表110上使得能够确定流体的压力和温度。在用流体加压密封仪表110后，使得系统稳定以保证仪表110内没有流动以及仪表110和流体处于热平衡。稳定之后，利用气体温度和压力同时测量上游渡越时间和下游渡越时间。从已知的流体温度、压力和组成，根据预定的理论值或经验值可以计算通过流体的声音速度。计算声音速度的一个方法的例子可见于AGA Report No.10，“Speed of Sound in Natural Gas and Other Related Hydrocarbons”。

根据测量的渡越时间和上游延迟时间和下游延迟时间τ_up和τ_dn可以导出为：

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{up}}=T_{\mathrm{up}}^m-\frac{L}{c_{\mathrm{calc}}}---\left(5\right)$

和

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{dn}}=T_{\mathrm{dn}}^m-\frac{L}{c_{\mathrm{calc}}}---\left(6\right)$

其中c_calc是计算的声音速度。然后，平均延迟时间和增量延迟时间给出如

下：

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{avg}}=\frac{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{up}}+{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{dn}}}{2}=\frac{T_{\mathrm{up}}^m+T_{\mathrm{dn}}^m}{2}-\frac{L}{c_{\mathrm{calc}}}---\left(7\right)$

和

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{delta}}={\mathrm{\τ}}_{\mathrm{up}}-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{dn}}=T_{\mathrm{up}}^m-T_{\mathrm{dn}}^m---\left(8\right)$

由于流体中的温度梯度，可能在用于多路径超声波流量表110的干式校准过程中确定的平均延迟时间中引入误差。在多路径仪表110中，存在可能在仪表110中的不同高度的多个弦。例如，仪表110，如图1B所示，可以具有四个不同的弦，每个弦在仪表110内不同的高度处。在仪表110内没有流动的干式校准过程中，温度梯度往往发生在仪表110顶部的流体比仪表110底部的流体更热的流体中。仪表110的顶部和底部之间的温度梯度的大小倾向于随着仪表尺寸增大而增大并且能够超过0.5°F。温度梯度将引起仪表110的每个弦具有不同的温度并因而引起与在干式校准过程中使用在仪表110内的单一高度处测量的温度而对于流体计算的声音速度不同的声音速度。当在等式(7)中使用计算的声音速度时，计算的声音速度中的这个误差将导致平均延迟时间的误差。平均延迟时间中的误差Δτ_avg给出如下：

${\mathrm{\Δ\τ}}_{\mathrm{avg}}=\frac{L}{c_{\mathrm{calc}}^2}{\mathrm{\Δc}}_{\mathrm{calc}}---\left(9\right)$

其中Δc_calc是计算的声音速度中的误差。可以在大约75°F的温度和大约200psig的压力下利用氮执行干式校准。对于这些条件，声音速度为大约1160英尺/秒，对于小的温度变化ΔT，声音速度的变化为：

将等式(10)代入等式(9)得到：

在干式校准过程中由温度梯度引入的平均延迟时间的误差将在弦流动速度和声音速度二者中引入误差(参见等式(3)和(4))。由于平均延迟时间的误差导致的弦流动速度的误差Δv给出如下：

$\frac{\mathrm{\Δv}}{v}=\frac{2c}{L}{\mathrm{\Δ\τ}}_{\mathrm{avg}}---\left(12\right)$

并且由于平均延迟时间的误差导致的弦声音速度的误差Δc给出如下：

$\frac{\mathrm{\Δc}}{c}=\frac{c}{L}{\mathrm{\Δ\τ}}_{\mathrm{avg}}---\left(13\right)$

除了引起弦流动速度和声音速度中的误差，平均延迟时间的误差还引起弦声音速度中不想要的分散。当使用超声波流量表110来测量管道中的流体时，由流体流动引发的扰动使得流体很好地混合和保证流体中不存在热梯度。在干式校准过程中通过存在的热梯度所引发的平均延迟时间的误差将引起针对没有热梯度的流动的流体所测量的弦声音速度的明显分散。可以通过结合等式(11)和(13)得到弦声音速度的明显分散而给出如下：

例如，如果被测量的管道流体是具有大约1400英尺/秒的声音速度的甲烷，那么在干式校准过程中由于存在的0.5°F温度梯度导致的所测量的管道中的弦声音速度的分散为大约0.8英尺/秒。

当气体超声波流量表被用于保管交接测量时，买家和卖家之间的合同通常将标准AGA Report No.9“Measurement of Gas by MultipathUltrasonic Meters”并入作为合同的一部分。AGA Report No.9的5.1节要求所有的超声波流量表必须满足弦声音速度的最大分散是1.5英尺/秒的要求。在干式校准过程中0.5°F的温度梯度可能导致用掉AGA ReportNo.9允许的弦声音速度的分散的超过一半的弦声音速度的分散。诸如由于温度变化导致的换能器112、113延迟时间上的微小变化的任何附加误差可能引起最大可允许分散更容易地被超过。

本公开的实施例通过在仪表110内的流体中引入少量流通(circulation)消除了超声波仪表110的干式校准过程中的温度梯度。该流通可以通过流体流通或者诸如放置在仪表主体111中的小风扇的搅动(agitation)设备引入。实施例将干式校准过程分成两部分以利用校准过程中的流体流通。在一部分中，不带流通地确定增量延迟时间。在第二部分中，带有流体流通地确定平均延迟时间。

在确定平均延迟时间时在仪表110内流通流体确保了流体的温度始终一致并且不存在温度梯度。这提高了确定每个弦的平均延迟时间的准确度并因而提高了当使用仪表110来测量管道中流动的流体时计算的弦流动速度和声音速度的准确度。提高测量的弦流动速度的准确度最终导致测量的流动速率的准确度提高，该测量的流动速率在仪表110被用作保管交接测量的情况下特别重要。提高测量的弦声音速度的准确度往往减小测量的弦声音速度的分散，这给予仪表110的操作员对于仪表110正在正确操作的增加的信心。

图2示出配置用于根据各个实施例的干式校准的超声波流量表组件200的立视截面图。流量表组件200包括流量表110、盖板242、温度传感器246和风扇240。盖板242使用紧固装置244(例如带螺帽螺栓、夹具等)紧固到流量表110的仪表主体111的每个端部。温度传感器246被通过盖板242中的一个或者仪表主体111上的端口引入到仪表110中来测量流体温度。温度传感器246被定位使得它不妨碍在超声波换能器(例如图1A中的112和113)之间行进的任何声能路径。流体线和压力计(未示出)附接到盖板242中的一个或者仪表主体111上的端口248。当使用压力计监控仪表110中的流体压力时流体线允许添加流体和从仪表主体111去除流体。

风扇240或者其他流体流通设备设置在仪表主体111内。在一些实施例中，风扇240通过用磁体241将风扇240安装到盖板242而设置在仪表主体111内。磁体241确保风扇240保持在适当位置同时方便安装和去除。定位在风扇240和磁体241之间的分隔物(separator)(例如支架(standoff))243将风扇240定位于离开盖板242的表面并且允许流体流动通过风扇240。在仪表主体111或者盖板242中的一个上的端口中的电馈通245允许经由配线247供电到风扇240。

风扇240定位于仪表主体111内为流体提供空隙(clearance)使其流动通过风扇240的位置处同时风扇240和相关联的部件(配线247、支架243等)不干扰行进在超声波换能器之间的声能所穿越的任何路径。在一些实施例中，风扇240通过磁体241、粘合剂附接到仪表主体111或者简单地通过重力保持在适当位置。

各种类型的风扇适合用于在此公开的各实施例，其中风扇仅是引起流体流通的设备。风扇240可被配置为使用直流电(DC)而不是交流电工作以减小对进行干式校准的操作员电击的风险。风扇240可以是计算机和仪器的情况下通用类型的直流无刷风扇。优选地，风扇240的直径介于仪表主体111的内径的10％和35％之间。

在确定增量延迟时间的过程中应该有很少或不出现流体流动。因此，实施例使用分别地确定平均延迟时间和增量延迟时间的干式校准过程。在风扇240之后，安装温度探测器246、流体线、压力计和盖板242，将流体添加到仪表主体111用于校准。一个适合的校准流体是200psig的氮，但也可以使用其它校准流体和其它压力。为了消除由最初存在于仪表主体111中的空气携带的杂质，可以多次净化校准流体并将其添加到仪表主体111。可替选地，在添加校准流体到仪表主体111之前可以用真空泵将空气从仪表主体111去除。在用校准流体将仪表110加压密封之后，到流体源的连接被关闭，使得仪表主体111内的流体稳定一段时间(例如，至少一个小时)以保证由添加校准流体到仪表110所引起的全部残余流动已经衰退完毕和流体在仪表110内处于热平衡。启动换能器，测量每个弦的渡越时间，使用等式(8)确定增量延迟时间。

随着增量延迟确定之后，开启风扇240，使得校准流体稳定一段时间(例如至少10分钟)。再次测量声能渡越时间和流体温度及压力。使用诸如在AGA Report No.10“Speed of Sound in Natural Gas and OtherRelated Hydrocarbons”中找到的适合的预定值来确定声音速度，并使用等式(7)确定平均延迟时间。风扇240的速度为使得每个弦流动速度的绝对值优选地介于0.5到2英尺/秒之间。需要最小速度来保证校准流体被良好地混合并且没有热梯度。如果流体速度太高，考虑到高流动速度，应用对等式(7)的适当的修改。

在替选的实施例中，在确定平均延迟时间之后确定增量延迟时间。在这样的实施例中，在用校准流体填充仪表之后开启风扇240并在确定平均延迟时间之前使得流体稳定一段时间(例如，至少一小时)。然后关掉风扇240并在确定增量延迟时间之前使得校准流体稳定一段时间(例如，至少一小时)。

图3示出用于执行根据各个实施例的超声波仪表的干式校准的系统的框图300。系统300包括流量表组件200与校准控制和处理系统302。校准控制和处理系统302控制仪表组件200的各个部件(例如，换能器112、113)的操作，并使仪表组件200执行产生校准数据的操作。校准控制和处理系统302处理仪表组件200所产生的校准数据以产生弦延迟值。在一些实施例中，仪表电子装置140可以包括校准控制和处理系统302的至少一些部分。

校准控制和处理系统302的一些实施例产生控制仪表组件200的风扇240和超声波换能器中的一个或更多个(例如，112、113)的信号。例如，校准控制和处理系统302产生的信号可以控制换能器112声音信号产生的时序，并可以控制风扇240的激活/去活。此外，校准控制和处理系统302可以产生信号来管理将流体从流体源引入仪表110的流体控制系统308(例如，阀门等)。可替选地，校准和处理系统302可以提示用户手动将流体从流体源引入仪表110中。

校准控制和处理系统302也可以接收仪表组件200在校准过程中产生的信号。例如，可以从压力传感器310和温度传感器246接收表示流体压力和温度的信息，可以从超声波换能器112接收表示仪表110中的声音信号渡越时间的信息。所接收的信息可以由增量延迟计算逻辑304和平均延迟计算逻辑306处理以分别产生如在此解释的增量延迟和平均延迟。

校准控制和处理系统302的一些实施例可以包括执行控制和数据处理功能的计算机。适合用于校准控制和处理系统302的计算机可以是台式机、笔记本计算机、手持计算机、平板计算机或者能够执行在此描述的控制和处理功能的任何其它计算设备。增量延迟计算逻辑304和平均延迟计算逻辑306可以实现为存储在计算机可读存储介质中的软件指令。当由计算机执行时，指令使计算机执行此处公开的增量延迟和平均延迟计算。包括在校准控制和处理系统302中的其它软件程序可以引起计算机执行在此描述的其它的各种控制功能和/或处理功能。适于存储软件指令的计算机可读存储介质包括诸如随机存取存储器的易失性存储器、非易失性存储器(例如，硬盘驱动器、光存储设备(例如，CD或DVD))、闪存存储器、或者它们的组合。

图4示出用于根据各个实施例的超声波流量表的干式校准的方法的流程图。尽管为了方便顺序进行了描述，至少所示出的动作中的一些动作可以以不同的顺序执行和/或并行执行。此外，一些实施例可以仅执行所示出动作中的一些动作。在一些实施例中，至少图4的操作中的一些操作，和在此描述的其它操作，可以实现为在计算机可读介质中存储并由处理器(例如，在校准控制和处理系统302中的计算机的处理器)执行的指令。

在块402中，流体流通设备(如风扇240)布置在流量表110的内部以方便干式校准。流体流通设备被定位成避免干扰穿越仪表110的内部的声学信号，并允许流体流动通过流体流通设备。更具体地，流体流通设备被定位在每个弦路径外部的位置。温度传感器也定位在仪表主体111的内部。

在块404中，流量表主体111的端部被密封。在一些实施例中，看将盖板242附贴到仪表主体111的端部以实现密封。

在块406中，将校准流体引入到仪表主体111。校准流体可以是气体，例如氮，并且流体可以以预定的压力(例如，200psig)提供给仪表主体111。此外，最初存在于仪表主体中的杂质可以通过多次净化和用校准流体填充仪表主体而消除。

在块408中，使得通过将校准流体引入到仪表主体111而引起的流通平息。在一些实施例中，根据预定的时间间隔(例如，一个小时)到期而认为流通已经充分地平息。

在块410中，校准和控制系统302激活仪表110的超声波换能器(例如112、113)并且对于每个弦测量穿过仪表110的上游声音行进时间和下游声音行进时间。

在块412中，校准和控制系统302基于所测量的行进时间计算对于每个弦的上游延迟时间和下游延迟时间以及增量延迟时间值。

在块414中，通过激活流体流通设备240引起仪表主体111中的流体流通。通过流通校准流体实现仪表主体111中的均匀的温度。在块416中继续流体流通以使得校准流体稳定。在一些实施例中，当流通已经被激活持续预定的一段时间(例如，10分钟)后校准流体被认为稳定。

在块418中，在流通流体稳定之后，校准和控制系统302激活仪表110的超声波换能器(例如，112、113)，并对每个弦测量穿过仪表110的上游声音行进时间和下游声音行进时间。也测量了仪表110中的流体温度和压力。

在块420中，校准和控制系统302基于所测量的温度和压力计算通过仪表110中的校准流体的声音速度，并基于所测量的声音行进时间和计算的声音速度计算平均延迟时间。

上述讨论意在示例本发明的原理和各个实施例。一旦完全理解上述公开内容对于本领域技术人员而言大量的变型和修改将变得明显。随后所附的权利要求意在解释为包含所有这样的变型和修改。

Claims (23)

1.一种用于校准超声波仪表的方法，包括：

在流量表中布置流体流通设备；

密封所述流量表的每个端部，并且此后通过所述流体流通设备的操作在所述流量表中流通流体；

在所述流通过程中测量在所述流量表内的声学信号渡越时间；以及

基于所述测量确定由所述流量表的部件引发的等待时间所导致的所述声学信号渡越时间的一部分。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在确定的时间段上执行所述流通以在所述流量表中产生均匀的流体温度。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括与测量所述声学信号渡越时间结合来测量所述流量表内的温度和压力。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述流通在所述流量表内提供从0.5英尺每秒到2英尺每秒的流体速度。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述等待时间是小于换能器之间的声音渡越时间的上游声学信号渡越时间和下游声学信号渡越时间的平均值。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：

将流体引入所述流量表中；

停用所述流体流通设备；

在所述流体流通设备停用时测量在所述流量表内的声学信号渡越时间；以及

基于所述测量确定上游声学信号渡越时间和下游声学信号渡越时间的差。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述流体流通设备附接到关闭所述流量表的端部的盖板。

8.一种用于校准超声波仪表的系统，包括：

流量表，具有密封的腔室；

搅动器，布置在所述密封的腔室内并被配置为在所述流量表中移动流体；以及

校准逻辑，被配置为确定所测量的、由所述流量表的部件引发的等待时间所导致的声学信号渡越时间的一部分；

其中基于所述搅动器在所述流量表内移动流体从而提供在所述流量表中的均匀的流体温度来确定所测量的声学信号渡越时间的一部分。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述仪表还包括在所述密封的腔室的每个端部处的密封构件，并且其中所述搅动器被安装到所述密封构件中的一个。

10.根据权利要求8所述的系统，其中所述搅动器被安装在将所述搅动器定位以使得流体流动通过所述搅动器的分隔装置上。

11.根据权利要求8所述的系统，还包括被配置为分别测量在所述流量表内的流体的温度和压力的温度传感器和压力传感器；其中所述校准逻辑被配置为结合测量所述声学信号渡越时间来测量所述流体的温度和压力。

12.根据权利要求8所述的系统，其中所述校准逻辑确定所述等待时间为小于换能器之间的声学信号渡越时间的上游声学信号渡越时间和下游声学信号渡越时间的平均值。

13.根据权利要求8所述的系统，其中所述搅动器被配置为在所述流量表内以0.5英尺每秒到2英尺每秒之间的速度移动所述流体。

14.根据权利要求8所述的系统，其中所述搅动器具有所述流量表的内径的10％到35％的直径。

15.根据权利要求8所述的系统，其中所述校准逻辑被配置为：

在所述搅动器停用时测量在所述流量表内的上游声学信号渡越时间和下游声学信号渡越时间；以及

确定所述上游声学信号渡越时间和下游声学信号渡越时间的差。

16.根据权利要求8所述的系统，其中所述搅动器被布置在所述流量表中、所述流量表的换能器之间的声学信号路径的外部。

17.一种用于在超声波流量表中提供均匀的流体温度的装置，所述装置包括：

流量表主体；

盖板，被配置为密封所述流量表主体的端部；以及

所述流量表主体中的电风扇，所述风扇在所述流量表中流通流体并被布置在所述流量表的超声波换能器之间的信号路径外部的位置处。

18.根据权利要求17所述的装置，还包括将所述风扇从在所述流量表主体内支撑所述风扇的表面分开的支架，所述支架被配置为允许流体流动通过所述风扇。

19.根据权利要求17所述的装置，还包括被配置为将所述风扇附接到所述流量表的内部的表面的磁体。

20.根据权利要求17所述的装置，其中所述风扇被附接到所述盖板。

21.根据权利要求17所述的装置，其中所述盖板包括端口，通过所述端口连接器向所述风扇提供电功率。

22.根据权利要求17所述的装置，其中所述风扇的直径是所述流量表的内径的10％到35％。

23.根据权利要求17所述的装置，其中所述风扇被配置为在所述流量表内以0.5英尺每秒到2英尺每秒之间的速度流通流体。