专利名称：扭转传感器、扭转传感器的方法及测量流体参数的系统的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及扭转传感器，其用于通过沿着部分地定位成接触流体的扭转传感器传播扭转波能量来测量流体的至少一个参数。
背景技术：
在工业过程控制中，通常需要确定是沿着(例如)管中的流径的流体的属性的至少一个参数。参数可包括流体的密度、流体速度、流体高度(level)、温度、流体相等。存在用于探测与流体相关联的参数的许多已知的传感器。用于探测与流体相关联的参数的一个这种传感器是扭转传感器。在这种装置中， 扭转传感器部分地插入需要测量其属性的流体中。沿着被保持为部分地接触流体的传感器而引导波能量。在扭转传感器的周围的流体的参数会影响扭转波特性，具体而言是波模式的渡越时间(time of flight)。换句话说，沿着传感器的导波能量与流体的相互作用会导致沿着传感器的导波能量的传播速度更低，使得与关于空气或真空中的传感器的基准时间相比，波的渡越时间的改变会提供接触传感器的流体的参数的指示。在特定情况下，流体成分、容器几何和传感器特性中的至少一个是已知的，被沿着传感器引导的波能量的渡越时间的度量可提供流体的参数的指示。但是，对于给定的波模式，没有一个已知的扭转传感器设计会通过更长的渡越时间来导致至少一个参数的测量的改进。此外，已知的扭转传感器设计不适于测量不同类型的流体(具体而言，单相流体、两相流体混合物和多相流体混合物)的至少一个参数。因此，继续存在对于处理这些和其它缺点中的至少一个的改进的扭转传感器的需要。
发明内容
根据本发明的一个示例性实施例，公开了一种用于感测流体的至少一个参数的扭转传感器。扭转传感器包括扭转部分，扭转部分联接到基准部分上，并且包括向外延伸且彼此隔开的多个突出部。扭转传感器的至少一部分可安装成以便浸入流体中，并且可操作以沿着扭转传感器的该至少一部分传播与流体相互作用的扭转波，以便以依赖于流体的该至少一个参数的方式影响扭转波的传播。根据本发明的另一个示例性实施例，公开了一种用于感测流体的至少一个参数的感测系统。该感测系统包括扭转传感器，扭转传感器具有扭转部分，扭转部分联接到基准部分上，并且包括向外延伸且彼此隔开的多个突出部。激励装置构造成以便在扭转传感器中激励波能量。扭转传感器的至少一部分可安装成以便浸入流体中，并且可操作以沿着扭转传感器的该至少一部分传播与流体相互作用的波能量，以便以依赖于流体的至少一个参数的方式影响波能量的传播。变送器装置构造成以便对扭转传感器提供扭转激励以及探测来自扭转部分的波能量。处理器装置构造成以便响应于来自变送器装置的输出来确定流体的至少一个参数。
根据本发明的一个示例性实施例，公开了一种用于感测流体的至少一个参数的扭转传感器。该扭转传感器包括具有至少一个凹口的基准部分。根据本发明的另一个示例性实施例，公开了一种用于感测流体的至少一个参数的扭转传感器。该传感器包括包含第一材料的基准部分。扭转部分联接到基准部分上，并且包括向外延伸且彼此隔开的多个突出部。扭转部分包含不同于第一材料的第二材料。根据本发明的另一个示例性实施例，公开了一种用于感测流体的至少一个参数的扭转传感器。该传感器包括基准部分，基准部分具有将基准部分分成两个或更多个子区段的至少一个凹口。扭转部分联接到基准部分上，并且具有向外延伸且彼此隔开的多个突出部。基准部分和扭转部分包含相同的材料。根据本发明的另一个示例性实施例，公开了一种用于感测流体的至少一个参数的方法。
当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中，相似的符号在所有图中表示相似的部件，其中图1是根据本发明的一个示例性实施例的、用于感测流过管道的流体的至少一个参数的感测系统的简图；图2是根据本发明的一个示例性实施例的示例性扭转传感器的透视图；图3是根据本发明的一个示例性实施例的示例性扭转部分的截面图；图4是根据本发明的一个示例性实施例的示例性扭转部分的截面图；图5是根据本发明的一个示例性实施例的示例性扭转部分的截面图；图6是根据本发明的一个示例性实施例的示例性扭转部分的截面图；图7是根据本发明的一个示例性实施例的示例性扭转传感器的透视图；图8是根据本发明的一个示例性实施例的示例性扭转传感器的透视图；图9是根据图8的示例性实施例的示例性扭转部分的截面图；图10是根据本发明的一个示例性实施例的示例性扭转部分的截面图；图11是根据本发明的一个示例性实施例的示例性扭转部分的截面图；图12是根据本发明的一个示例性实施例的示例性扭转部分的截面图；图13是根据本发明的一个示例性实施例的示例性扭转部分的截面图；图14是根据本发明的一个示例性实施例的示例性扭转部分的截面图；图15是根据本发明的一个示例性实施例的示例性扭转部分的截面；图16是根据本发明的一个示例性实施例的、设置在示例性扭转传感器上的变送器装置的侧视图；图17是根据本发明的一个示例性实施例的、包裹在示例性扭转传感器的基准部分的周围的变送器装置的截面；图18是表示沿着根据本发明的一个示例性实施例的示例性扭转传感器传播的波的幅度-时间的变化的曲线图；图19是根据本发明的一个示例性实施例的、设置在管道中的两个扭转传感器的截面图20是根据本发明的一个示例性实施例的、设置在管道中的扭转传感器的截面图；图21是根据本发明的一个示例性实施例的、设置在管道中的扭转传感器的截面图；图22是根据本发明的一个示例性实施例的、设置在管道中的两个扭转传感器的截面图；图23是根据本发明的一个示例性实施例的、沿着管道的一个区段设置的多个扭转传感器的截面图；图M是根据本发明的一个示例性实施例的、设置在管道中的扭转传感器的截面图；图25是根据本发明的一个示例性实施例的、设置在管道中的两个扭转传感器的截面图；图沈是根据本发明的一个示例性实施例的扭转传感器的正视图；以及图27是根据本发明的一个示例性实施例的扭转传感器的正视图。部件列表10感测系统12 流体14 管道16扭转传感器18基准部分20扭转部分21激励装置22波发生器24放大器26变送器装置28数字示波器30处理器装置32扭转传感器34基准部分36扭转部分38突出部40中心区段42扭转部分44多个突出部45多个突出部46中心区段48扭转部分50多个突出部51多个突出部
52中心区段53交会点54扭转部分55交会点56多个突出部58中心区段60扭转部分62多个突出部64中心区段66扭转传感器68基准部分70扭转部分72—个突出部74中心区段76扭转传感器78基准部分80扭转部分82—个突出部84中心区段86星形扭转部分88多个突出部90中心区段91多个突出部92星形扭转部分93多个突出部94多个突出部95交会点96中心区段97交会点98星形扭转部分99交会点100多个突出部101交会点102中心区段104星形扭转部分106多个突出部108中心区段110扭转部分111传感器
112多个突出部113变送器装置114扭转部分的区段1115基准部分116基准信号117扭转部分118信号119扩大的顶部部分120基准信号的峰值121凹进的侧部部分122信号的峰值124渡越时间126扭转传感器128扭转传感器130管道132基准部分134扭转部分136一侧138壁140基准部分142扭转部分144中心轴线146另一侧148扭转传感器150管道152多个凹口154扭转部分156多个扭转子区段158扭转传感器160管道162扭转传感器164扭转传感器166管道168多个扭转传感器170管道172扭转传感器174管道176扭转传感器178扭转传感器
180 管道182扭转传感器184基准部分186扭转部分188凹口或凹槽189凹口或凹槽190多个子区段192扭转传感器194基准部分195凹口或凹槽196扭转部分
具体实施例方式如本文下面所论述的那样，本发明的实施例公开了用于感测流体的至少一个参数的扭转传感器。该扭转传感器包括基准部分和联接到基准部分上的扭转部分。扭转部分包括向外延伸且彼此隔开的多个突出部。扭转部分的纵横比可有所改变。纵横比可处于但是不限于1 2至1 7的范围中。扭转传感器的至少一部分可安装成以便浸入流体中，并且可操作以沿着扭转传感器的至少一部分传播与流体相互作用的扭转波，以便以依赖于流体的至少一个参数的方式影响扭转波的传播。该至少一个参数包括流体的绝对密度、密度分布(profile)、流体高度、绝对温度、温度分布、绝对粘度、粘度分布、绝对流速、流速分布、 绝对流体相份额、流体相份额分布或它们的组合。流体可包括单相流体或两相流体混合物或多相流体混合物。在一个具体实施例中，公开了结合扭转传感器的系统。在用于测量单相流体或两相流体混合物或多相流体混合物中的至少一个参数的解决方案上，示例性扭转传感器设计提供了很大的改进。参照图1，示出了用于感测流过管道14的流体12的至少一个参数的感测系统10 的简图。在示出的实施例和随后的实施例中，管道可为竖直布置或水平布置。应当注意，虽然公开了管道，但是感测系统10可应用于容纳流体的任何装置，以感测是处于静态和流动状态两者中的流体的属性的至少一个参数。系统10包括部分地浸入流过管道14的流体12 中的扭转传感器16。扭转传感器16包括基准部分18和扭转部分20。在一个具体实施例中，基准部分18是圆柱形基准部分。浸入流体12中的扭转传感器16的深度可有所改变。系统10进一步包括具有波发生器22的激励装置21，波发生器22构造成以便通过放大器M将剪切波能量传递给扭转传感器16。变送器装置沈构造成以便对扭转传感器16提供剪切激励。沿着扭转传感器16传播的超声导波探测周围的流体12的存在性和性质。当扭转传感器16部分地浸入流体12中时，波的传播受流体12的至少一个参数影响。因此，可通过探测波能量沿着传感器16的传播来测量流体12的至少一个参数。至少一个参数包括流体12的绝对密度、密度分布、流体高度、绝对温度、温度分布、绝对粘度、粘度分布、绝对流速、流速分布、绝对流体相份额、流体相份额分布或它们的组合。流体12可包括单相流体或两相流体混合物或多相流体混合物。在本文应当注意，两相流体混合物或多相流体混合物可包括具有不同密度的两种或更多种流体。例如，多相流体混合物可包括油、水和气体。激励源和接收器可为压电变送器、弯曲型压电变送器、相位阵列磁致伸缩式变送器、基于激光的电磁声变送器(EMAT)、相位式EMAT和薄膜。设想了将示例性传感器16 应用于所有这样的类型的流体。在示出的实施例中，变送器装置沈还构造成以便探测来自传感器16的扭转部分 20的波能量。来自变送器装置沈的对应的输出信号通过数字示波器观供给到处理器装置 30，例如计算机。处理器装置30构造成以便响应于来自变送器装置沈的输出信号来确定流体12的至少一个参数。在本文应当注意，感测系统10的构造是示例性实施例，且不应以任何方式理解为限制本发明的范围。示例性传感器16可应用于需要探测是流体12的属性的至少一个参数的任何应用，其中，流体容纳在容器中或流过管道。典型的实例包括石油工业、油&气体等。参照随后的实施例来更详细地阐述传感器的示例性传感器设计和布置。参照图2，示出了示例性扭转传感器32的透视图。扭转传感器32包括基准部分 34和扭转部分36。在示出的实施例中，基准部分34是圆柱形基准部分，而扭转部分36是 X形扭转部分。扭转部分36包括向外延伸且彼此隔开的多个突出部38。具体而言，扭转部分36包括在该扭转部分36的中心区段40周围对称地设置的多个单独的突出部38。如之前所论述的那样，扭转传感器32利用由于存在周围的流体介质而引起的沿着扭转部分36传播的波能量的速度的改变来探测流体介质的至少一个参数。当剪切波传播通过传感器32的扭转部分36时，会发生在扭转部分36的周围的流体的加速和减速。法向力施加在扭转部分36的表面上，其继而作用于周围的流体上。在扭转部分36的周围的流体运动由在流体-固体接合部处的速度的法向速度分量引起，并且还由周围的流体的粘滞曳力引起。因此，流体被截留在扭转部分36的角部处，从而影响波能量的传播。换句话说，波能量的传播归因于周围的流体的惯性。可通过确定传播的波能量的速度来探测周围的流体介质的至少一个参数。参照图3，示出了示例性扭转部分42的截面图。扭转部分42是X形扭转部分。扭转部分42包括从中心区段46向外延伸且彼此隔开的多个突出部44、45。该多个突出部44、 45在中心区段46周围对称地设置。在一个具体实施例中，两个突出部44之间的距离可在 3mm至50mm的范围中。在另一个具体实施例中，两个突出部45之间的距离可在3mm至50mm 的范围中。在又一个具体实施例中，突出部44和另一个突出部45之间的距离可在Imm至 17mm的范围中。突出部44、45的相对的交会点之间的距离可在Imm至20mm的范围中。参照图4，示出了示例性扭转部分48的截面图。扭转部分48是X形扭转部分。扭转部分48包括从中心区段52向外延伸且彼此隔开的多个突出部50、51。该多个突出部50、 51在中心区段52周围不对称地设置。突出部50、51之间的距离可在3mm至50mm的范围中。交会点53、55之间的距离可在Imm至17mm的范围中。交会点53、57之间的距离可在 0. 5mm M 8. 5mm的范围中。参照图5，示出了示例性扭转部分M的截面图。扭转部分讨为乂形扭转部分。扭转部分M包括从中心区段58向外延伸且彼此隔开的多个突出部56。该多个突出部56在中心区段58周围对称地设置。参照图6，示出了示例性扭转部分60的截面图。扭转部分42为X形扭转部分。扭转部分60包括从中心区段64向外延伸且彼此隔开的多个突出部62。该多个突出部62在中心区段64周围对称地非对称地设置。
参照图7，示出了示例性扭转传感器66的透视图。扭转传感器66包括基准部分 68和扭转部分70。在示出的实施例中，基准部分68为圆柱形基准部分，而扭转部分70为扇形扭转部分。扭转部分70包括向外延伸的一个突出部72或向外延伸且彼此隔开的多个突出部70。具体而言，扭转部分70包括在扭转部分70的中心区段74周围对称地设置的多个单独的突出部72。参照图8，示出了示例性扭转传感器76的透视图。扭转传感器76包括基准部分 78和扭转部分80。在示出的实施例中，基准部分78为圆柱形基准部分，而扭转部分80为曲扇形扭转部分。扭转部分80包括向外延伸的一个突出部82或向外延伸且彼此隔开的多个突出部80。具体而言，扭转部分80包括在该扭转部分80的中心区段84周围对称地设置的多个单独的突出部82。参照图9，示出了扭转部分80的截面图。扭转部分80包括在扭转部分80的中心区段84周围对称地设置的多个单独的突出部82。从一个突出部82的尖部到相邻的突出部80的尖部的距离可在3mm至50mm的范围中。各个突出部80的基部具有在Imm至20mm 的范围中的长度。从各个突出部80的尖部到相邻的突出部80的弯曲部分81的距离可在 2mm至33mm的范围中。参照图10，示出了示例性星形扭转部分86的截面图。扭转部分86包括从中心区段90向外延伸且彼此隔开的多个突出部88、91、93。该多个突出部88、91、93在中心区段90 周围对称地设置。在一个实施例中，两个突出部88的尖部之间的距离可在3mm至50mm的范围中。在另一个具体实施例中，两个突出部91的尖部之间的距离可在Imm至17mm的范围中。在又一个具体实施例中，一个突出部91的尖部和突出部93的尖部之间的距离可在 3mm至50mm的范围中。在又一个实施例中，交会点95、97之间的距离可在0. 5mm至7mm的范围中。在另一个具体实施例，交会点99、101之间的距离可在0. 6mm至8. 5mm的范围中。在本文应当注意，在上面论述的实施例中公开的尺寸是示例性的值，并且不应以任何方式理解为限制本发明的范围。参照图11，示出了示例性星形扭转部分92的截面图。扭转部分92包括从中心区段96向外延伸且彼此隔开的多个突出部94。该多个突出部94在中心区段96周围对称地设置。参照图12，示出了示例性星形扭转部分98的截面图。扭转部分98包括从中心区段102向外延伸且彼此隔开的多个突出部100。该多个突出部100在中心区段102周围对称地设置。参照图13，示出了示例性星形扭转部分104的截面图。扭转部分104包括从中心区段108向外延伸且彼此隔开的多个突出部106。该多个突出部106在中心区段108周围对称地设置。参照图14，示出了示例性扭转部分110的截面图。扭转部分110包括向外延伸且彼此隔开的多个突出部112。参照图15，示出了示例性扭转部分的截面114。虽然在本文公开了扭转部分的各种形状，但是还设想了扭转部分的所有这种形状的组合。参照图16，示出了示例性传感器111和变送器装置113的布置的侧视图。在示出的实施例中，传感器111包括基准部分115和扭转部分117。基准部分113包括具有凹进的侧部部分121的扩大的顶部部分119。变送器装置113安装到基准部分113的凹进的侧部部分121上。这种布置可应用于本文所论述的实施例中的任一个实施例。参照图17，公开了基准部分115和变送器装置113的布置的侧视图。基准部分115 包括扩大的顶部部分119，而变送器装置113包裹在扩大的顶部部分119的周围。参照图18，示出了示出表示来自传感器的扭转部分的波能量的输出信号的幅度相对于时间(以秒为单位)的变化的图示。如上面所论述的那样，变送器装置还构造成以便探测来自传感器的扭转部分的波能量。来自变送器装置的对应的输出信号通过数字示波器供给到处理器装置。处理器装置构造成以便响应于来自变送器装置的输出信号来确定流体的至少一个参数。通过测量波到达扭转传感器的两个位置处的时间来确定波在扭转部分中的传播速度。基准信号116是从传感器的基准部分和扭转部分之间的接合部传递的信号。信号 118是从传感器的扭转部分的端部传递的信号。例如，参照图2，基准信号是从传感器32的基准部分34和扭转部分36之间的接合部传递的信号。另一个信号是从传感器32的扭转部分36的端部传递的信号。再次参照图18，从基准信号116的峰值120到信号118的峰值 122的时间称为“渡越时间” 124。基于渡越时间124来计算波传播的速度。参照图19，示出了两个扭转传感器126、128的布置的截面图。在示出的实施例中， 两个传感器126、1 设置在管道130中的不同位置处。传感器1 具有基准部分132和扭转部分134。传感器1 设置成接近管道130的壁138的一侧136。传感器1 具有基准部分140和扭转部分142。传感器1 设置在传感器1 和管道130的壁138的另一侧146 之间。具体而言，传感器1 设置在中心轴线144和管道130的壁138的另一侧146之间。在示出的实施例中，各个传感器经历脉冲回波模式的操作，其中，变送器装置用来既产生又接收扭转波能量。一个回波对应于扭转波能量从对应的传感器的基准部分和扭转部分之间的接合部的反射，而另一个回波对应于扭转波能量从对应的传感器的端部的反射。在本文公开的所有实施例中，各个传感器可还经历透射模式的操作，其中，一个变送器装置用来产生扭转波能量，而另一个变送器装置用来接收扭转波能量。在一个具体实施例中，两相流体混合物流过管道130。例如，该两相流体混合物包括油和水。一个传感器126构造成以便探测一种流体(例如油)的密度。另一个传感器 1 构造成以便探测另一种流体(例如水)的密度。在示出的实施例中，传感器126、1观设置在管道130中的同一位置处。在本文应当注意，在本文论述的实施例中，传感器的数量和传感器的位置不应当理解为限制性的。该传感器布置还可应用于探测流体混合物的其它参数。该传感器布置还可应用于任何单相流体、两相流体混合物和多相流体混合物。参照图20，示出了扭转传感器148的布置的截面图。在示出的实施例中，传感器 148设置在管道150中。在示出的实施例中，传感器148包括用于将扭转部分IM分成多个扭转子区段156的多个凹口 152。来自各个扭转子区段156的波能量表示与限于管道150 中的对应的区域的流体相关联的至少一个参数。例如，一个扭转子区段可指示密度，而另一个子区段可指示相份额。在本文应当注意，该示例性传感器布置还可应用于探测流体的其它参数。该示例性传感器布置还可应用于任何单相流体、两相流体混合物和多相流体混合物。
参照图21，示出了扭转传感器158的布置的截面图。在示出的实施例中，传感器 158设置成延伸跨过管道160的直径。在一个实施例中，扭转传感器158构造成以便探测单相流体的密度。在另一个实施例中，扭转传感器158构造以便探测两相流体混合物的平均密度。在又一个实施例中，扭转传感器158构造成以便在各个流体相限于管道160中的对应的区域时，探测多相流体混合物中的各个流体相的高度。在又一个实施例中，扭转传感器160构造成以便在相分配在管道160中时，探测多相流体混合物中的各个流体相的份额。 该示例性传感器布置还可应用于探测流体/流体混合物的其它参数。该示例性传感器布置还可应用于任何单相流体、两相流体混合物和多相流体混合物。参照图22，示出了两个扭转传感器162、164的布置的截面图。传感器162、164设
置在管道166中的不同位置处。在示出的实施例中，传感器162、164在管道166中隔开预
定的距离(L)。在一个具体实施例中，传感器162的输出响应时间和传感器164的输出响应
时间之间的相互关系可表示流体的相速度。例如，如果传感器162的输出响应时间由“tl”
表示，并且传感器164的输出响应时间由“t2”表示，则流体的相速度由以下关系确定 t2-tl I(!)如在之前的实施例中的那样，传感器的数量和传感器的位置不应理解为限制性的。该传感器布置还可应用于探测流体/流体混合物的其它参数。该传感器布置还可应用于任何单相流体、两相流体混合物和多相流体混合物。参照图23，示出了多个扭转传感器168的布置的截面图。在示出的实施例中，该多个扭转传感器168设置成沿着管道170的截面彼此隔开。在一个具体实施例中，传感器168 构造成以便确定两相/多相流体混合物的密度分布。在另一个实施例中，传感器168构造成以便确定两相/多相流体混合物中的各个流体相的相份额。此处，再次，传感器的数量不应理解为限制性的。该传感器布置还可应用于探测流体混合物的其它参数。该传感器布置还可应用于任何单相流体、两相流体混合物和多相流体混合物。参照图24，示出了扭转传感器172的布置的截面图。在示出的实施例中，传感器 172设置成越过管道174而延伸。传感器172构造成以便探测两相/多相流体混合物中的各个流体相的至少一个参数。在一个实施例中，当两相流体混合物流过管道174时，传感器 172在第一个时间的输出响应可表示一个流体相的相密度或相份额，而该传感器在晚于第一个时间的第二个时间处的另一个输出响应可表示另一个流体相的相密度或相份额。该示例性传感器布置还可应用于探测流体混合物的其它参数。该传感器布置还可应用于任何单相流体、两相流体混合物和多相流体混合物。参照图25，示出了两个扭转传感器176、178的布置的截面图。在示出的实施例中， 传感器176、178设置在管道180的相同位置处。扭转传感器176具有第一长度，而另一个扭转传感器178具有不同于第一长度的第二长度。在一个实施例中，当两相流体混合物流过管道180时，一个传感器176可针对一个流体相的相密度或相份额而构造，而另一个传感器178可针对另一个流体相的相密度或相份额而构造。该示例性传感器布置还可应用于探测流体混合物的其它参数。该传感器布置还可应用于任何单相流体、两相流体混合物和多相流体混合物。参照图沈，示出了示例性扭转传感器182的正视图。传感器182包括基准部分184和扭转部分186。在示出的实施例中，基准部分184包括两个凹口或凹槽188、189，以用于将基准部分184分成多个子区段190。基准部分184和扭转部分186包含相同的材料。如之前所论述的那样，扭转传感器182利用沿着扭转部分186传播的波能量的由于存在周围的流体介质的原因而引起的速度改变来探测流体介质的至少一个参数。在示出的实施例中，扭转部分186和具有凹口 189的基准部分184的一部分浸入流体介质中。如之前所论述的那样，基于传播波的渡越时间来计算传播波的速度。在一个实施例中，应当注意到，沿着扭转传感器182的扭转波的渡越时间的任何变化都归因于流体的至少一个参数(例如温度)的改变。针对特定的温度来标定传播波的渡越时间，并且基于该标定来修正渡越时间，以确定流体的至少一个参数。一个凹口 188是对应于暴露于空气的传感器182的部分的基准区，而另一个凹口 190是对应于浸入流体中的传感器182 的部分的基准区。在另一个实施例中，不是在基准部分184中具有凹口，而是基准部分184 和扭转部分186两者可包含不同的材料。换句话说，基准部分184可包含第一材料，而扭转部分186可包含第二材料。该示例性传感器布置还可应用于探测流体混合物的其它参数。 该传感器布置还可应用于任何单相流体、两相流体混合物和多相流体混合物。参照图27，示出了示例性扭转传感器192的正视图。传感器192包括基准部分194 和扭转部分196。在示出的实施例中，基准部分194包括凹口或凹槽195，以用于将基准部分194分成两个子区段196。基准部分194和扭转部分196包含相同的材料。在示出的实施例中，扭转部分196和具有凹口 195的基准部分194的一部分浸入流体介质中。此处应当注意到，沿着扭转传感器192的扭转波的渡越时间的任何变化归因于流体的至少一个参数(例如粘度)的改变。在示出的实施例中，针对特定的粘度来标定传播波的渡越时间，并且基于该标定来修正渡越时间，以确定流体的至少一个参数。在另一个实施例中，不是在基准部分194中具有凹口 195，而是基准部分194和扭转部分196两者可包含不同的材料。换句话说，基准部分194可包含第一材料，而扭转部分196可包含第二材料。如参照上述实施例所论述的那样，传感器的形状在存在围绕扭转部分的流体时对传播的扭转波提供阻力。此阻力表现在传播的波的渡越时间的改变中。示例性传感器形状和布置对传播的波提供拖曳力，并且增加渡越时间，从而导致用于测量流体的一个或多个参数的传感器的增强的分辨率。虽然已经在本文中示出和描述了本发明的仅某些特征，但是本领域技术人员将想到许多修改和改变。因此，将理解所附权利要求书意图覆盖落在本发明的真实精神内的所有这样的修改和改变。
权利要求
1.一种用于感测流体(1 的至少一个参数的扭转传感器(16)，所述扭转传感器(16) 包括基准部分(18)；以及扭转部分(20)，其联接到所述基准部分(18)上，并且包括向外延伸且彼此隔开的多个突出部(38)；其中，所述扭转传感器(16)的至少一部分可安装成以便浸入所述流体(12)中，并且可操作以沿着所述扭转传感器(16)的所述至少一部分传播与所述流体相互作用的扭转波， 以便以依赖于所述流体(1 的所述至少一个参数的方式影响所述扭转波的传播。
2.根据权利要求1所述的扭转传感器(16)，其特征在于，所述扭转传感器(16)构造成以便感测至少一个参数，包括所述流体(1 的绝对密度、密度分布、流体高度、绝对温度、 温度分布、绝对粘度、粘度分布、绝对流速、流速分布、绝对流体相份额、流体相份额分布或它们的组合。
3.根据权利要求2所述的扭转传感器(16)，其特征在于，所述扭转部分00)包括从中心区段GO)向外延伸且彼此隔开的多个单独的突出部(38)。
4.根据权利要求3所述的扭转传感器(16)，其特征在于，所述扭转部分00)包括X形扭转部分、星形扭转部分、扇形扭转部分、曲扇形扭转部分或它们的组合。
5.根据权利要求1所述的扭转传感器(16)，其特征在于，所述扭转部分OO)具有1 2 至1 7的纵横比。
6.一种用于感测流体(12)的至少一个参数的感测系统(10)，所述感测系统(10)包括扭转传感器(16)，其包括基准部分(18)；以及联接到所述基准部分(18)上、并且包括向外延伸且彼此隔开的多个突出部(38)的扭转部分OO)；激励装置(21)，其构造成以便在所述扭转传感器(16)中激励剪切波能量；其中，所述扭转传感器(16)的至少一部分可安装成以便浸入所述流体(12)中，并且可操作以沿着所述扭转传感器(16)的所述至少一部分传播与所述流体(1 相互作用的波能量，以便以依赖于所述流体(1 的所述至少一个参数的方式影响所述波能量的传播；变送器装置( )，其构造成以便对所述扭转传感器(16)提供剪切激励以及探测来自所述扭转部分OO)的波能量；处理器装置(30)，其构造成以便响应于来自所述变送器装置06)的输出来确定所述流体(12)的至少一个参数。
7.一种用于感测流体(1 的至少一个参数的扭转传感器(16)，所述扭转传感器(16) 包括基准部分(18)，其包括至少一个凹口(152)；以及扭转部分(20)，其联接到所述基准部分(18)上，并且包括向外延伸且彼此隔开的多个突出部(38)；其中，所述扭转传感器(16)的至少一部分可安装成以便浸入所述流体(1 中，并且可操作以沿着所述扭转传感器(16)的所述至少一部分传播与所述流体(1 相互作用的扭转波，以便以依赖于所述流体(1 的所述至少一个参数的方式影响所述扭转波的传播；其中，所述扭转波的渡越时间(124)的变化归因于所述流体(12)的至少一个参数的改变。
8.一种用于感测流体(1 的至少一个参数的扭转传感器(16)，所述扭转传感器(16) 包括基准部分(18)，其包含第一材料；以及扭转部分(20)，其联接到所述基准部分(18)上，并且包括向外延伸且彼此隔开的多个突出部(38)；其中，所述扭转部分00)包含不同于所述第一材料的第二材料；其中，所述扭转传感器(16)的至少一部分可安装成以便浸入所述流体(1 中，并且可操作以沿着所述扭转传感器(16)的所述至少一部分传播与所述流体(1 相互作用的扭转波，以便以依赖于所述流体(1 的所述至少一个参数的方式影响所述扭转波的传播；其中，沿着所述扭转传感器(16)的所述扭转波的渡越时间(124)的变化归因于所述流体(12) 的至少一个参数的改变。
9.一种用于感测流体(1 的至少一个参数的扭转传感器(148)，所述扭转传感器(16) 包括基准部分，其包括将所述基准部分分成两个或更多个子区段(156)的至少一个凹口 (152)；以及扭转部分(巧4)，其联接到所述基准部分上，并且包括向外延伸且彼此隔开的多个突出部；其中，所述基准部分和所述扭转部分(154)包含相同的材料；其中，所述扭转传感器(148)的至少一部分可安装成以便浸入所述流体(12)中，并且可操作以沿着所述扭转传感器(148)的所述至少一部分传播与所述流体(1 相互作用的扭转波，以便以依赖于所述流体(1 的所述至少一个参数的方式影响所述扭转波的传播; 其中，沿着所述扭转传感器(148)的所述扭转波的渡越时间(148)的变化归因于所述流体 (12)的至少一个参数的改变。
10.一种用于感测流体(1 的至少一个参数的方法，所述方法包括通过激励装置在部分地浸入所述流体(1 中的扭转传感器(16)中激励波能量，以便沿着所述扭转传感器(16)的至少一部分传播与所述流体(1 相互作用的所述波能量，以便以依赖于所述流体(1 的所述至少一个参数的方式影响所述波能量的传播，其中，所述扭转传感器(16)包括基准部分(18)；以及扭转部分(20)，其联接到所述基准部分 (18)上，并且包括向外延伸且彼此隔开的多个突出部(38)；通过变送器装置06)对所述扭转传感器(16)提供扭转激励，以及探测来自所述扭转部分OO)的波能量；响应于来自所述变送器装置06)的输出来确定所述流体(1 的至少一个参数。
全文摘要
本发明涉及扭转传感器、扭转传感器的方法及测量流体参数的系统。公开了一种用于感测流体(12)的至少一个参数的扭转传感器(16)。该扭转传感器(16)包括扭转部分(20)，扭转部分(20)联接到基准部分(18)上，并且包括向外延伸且彼此隔开的多个突出部(38)。扭转传感器(16)的至少一部分可安装成以便浸入流体(12)中，并且可操作以沿着扭转传感器(16)的该至少一部分传播与流体(12)相互作用的扭转波，以便以依赖于该流体(12)的该至少一个参数的方式影响扭转波的传播。
文档编号G01D5/48GK102183269SQ201110026468
公开日2011年9月14日 申请日期2011年1月11日 优先权日2010年1月11日
发明者B·甘桑, E·R·弗隆, M·K·K·米塔尔, S·N·戈拉瓦, V·K·R·科马雷迪, 敖晓蕾 申请人:通用电气公司