具体实施方式

图1-5和以下描述描绘了用于教导本领域技术人员如何制作和使用砂分离器和相关的方法的实施例的最佳模式的具体示例。出于教导发明原理的目的，一些常规方面已经被简化或被省略。本领域技术人员将认识到落入本发明的范围内的来自这些示例的变型。本领域技术人员将认识到下面描述的特征能够以各种方式来组合以形成本发明的多个变型。因此，本发明不限于下面描述的具体示例，而是仅由权利要求及其等价物限制。

图1图示了现有技术的砂分离器100。入口102允许液/固混合物进入砂分离器100用于将液相与混合物的固相分离的目的。通常，携带在水中的砂、沉积物和碎屑（统称为“固体）从水中被分离。然而，其他液体和固体通过本实施例而被设想到，并且本文中提供的示例不应当被认为是限制能够包括液体的流体的范围。流体能够包括气体。备选地，流体能够包括多相流体，诸如包括夹带气体、夹带固体、多种液体或其组合的液体。

入口102被定位靠近分离器100的顶部区域104并且与垂直轴偏移使得混合物稍微正切地进入分离器100从而在分离腔106内部创建圆形流动模式。该流动模式通过离心力使较重的固体行进到分离腔106的内表面108。固体倾向于朝向分离器100的底部区域110落下并且最终落到固体滞留区域112中。在该实施例中，固体滞留区域112仅仅是分离器100的底部区域110的一部分。在其他实施例中，设想到用于砂收集的分离腔。基本上没有固体的液体通过导管114被抽取并且通过出口116离开分离器100。为了清洗累积的固体，排出口118位于靠近能够被打开以释放这些固体的固体腔112。排出口可以包括阀。如对本领域技术人员将显而易见的那样，如果固体在特定分离器100中累积超过特定水平，则分离器100可能堵塞，并且固体将需要以不与流水作业一致的方式被手动清洗，由此中断这样的过程。

为了检测砂分离器100中的液/固界面，提供的实施例利用振动计量器120。图2图示了振动计量器120。振动元件122（通常具有“叉”或“叉齿”设计）由驱动器124驱动来以一定频率振动。具有振动元件122的拾取传感器126检测振动元件122的振动。计量器电子设备128连接到驱动器124和拾取传感器126。也设想到没有叉或叉齿的振动计量器。

计量器电子设备128可以经由一个或多个导线130向振动元件122提供电功率。导线130包括来自电源（未示出）、计量器电子设备128或其他控制或计算设备（未示出）的用于数据、功率等的连接。计量器电子设备128可以经由一个或多个导线100控制计量器120和振动元件122的操作。例如，计量器电子设备128可以生成驱动信号并将驱动信号供应到驱动器124，其中，振动元件122使用驱动信号来驱动以生成在诸如个别叉齿的一个或多个振动部件中的振动。驱动信号可以控制振动幅度和/或可以控制振动频率。驱动信号还可以控制振动持续时间和/或振动定时或相位。

计量器电子设备128经由一个或多个导线130接收来自振动元件122的一个或多个振动信号。例如，计量器电子设备128可以处理所述一个或多个振动信号以便生成密度或粘度测量结果。应当理解，可以根据所述一个或多个振动信号来生成其他或额外的测量结果。在一个实施例中，计量器电子设备128处理从振动元件122接收到的所述一个或多个振动信号以确定一个或多个信号的频率。所述频率可以包括振动元件/流体的共振频率，所述共振频率可以用于确定流体的密度或粘度。在相关的实施例中，来自计量器电子设备128的信号被发送到其他计算或处理设备以用于处理。

例如，计量器电子设备128还可以处理一个或多个振动信号以确定流体的其他特性，诸如能够被处理以确定流体流动速率的信号之间的粘度或相位偏移。其他振动响应特性和/或流体测量结果被设想到并且在描述和权利要求书的范围内，诸如液体中悬浮的固体的存在和液/固界面的存在。计量器电子设备128还可以耦合到接口132，并且计量器电子设备128可以经由该接口132传达信号。计量器电子设备128可以处理接收到的振动信号以生成一个或多个测量值并且可以经由接口132传达一个或多个测量值。另外，计量器电子设备128可以通过接口132接收信息，诸如命令、更新、操作值或操作值改变和/或编程更新或改变。另外，接口132可以能够实现计量器电子设备128和远程处理系统（未示出）之间的通信。接口132能够具有电通信、光通信或无线通信的任何方式，诸如例如而不限于4-20ma、HART、RS-485、Modbus、Fieldbus等。

在实施例中，驱动器124和拾取传感器126各自包括压电晶体元件。驱动器124和拾取传感器126被定位为邻近振动元件122的第一122A和第二叉齿122B。驱动器124和拾取传感器126被配置为与第一和第二叉齿122A、122B接触并且机械地相互作用。具体地，驱动器124可以接触第一叉齿122A的至少一部分。驱动器124当经受由计量器电子设备128提供的驱动信号或参考信号时扩展和收缩。因此，驱动器124 交替地变形并且因此在振动运动（参见虚线）中将第一叉齿122从边到边移位，从而以周期性往复方式搅动流体。第二叉齿的振动使对应的电信号被拾取传感器124生成。拾取传感器124将振动信号传输到计量器电子设备128。计量器电子设备128处理振动信号并且可以测量振动信号的振动信号幅度和/或振动信号频率。计量器电子设备128还可以将来自拾取传感器124的信号的相位与由计量器电子设备128提供到驱动器124的参考相位信号进行比较。计量器电子设备128还可以经由接口132传输振动信号。

振动计量器120至少部分地被浸没到要被特征化的流体中。例如，振动计量器120可以被安装在管或导管中。振动计量器120可以被安装在用于保持流体的罐或容器或结构中。振动计量器120可以被安装在用于引导流体流动的歧管结构或类似的结构中。在优选实施例中，振动传感系统被安装使得振动元件122投入到砂分离器100的分离腔106的内部中。然而，其他安装布置被设想到并且在描述和权利要求书的范围内。

图3图示了具有用于指示液/固界面水平的计量器120的砂分离器100的实施例。计量器120被放置在分离腔106上使得感测固/液界面所需要的计量器120的部分被设置在分离腔106内部。在实施例中，计量器120是振动计量器。在相关的实施例中，计量器120是振动叉密度计。在这种情况下，振动元件122投入到分离腔106中使得振动元件122的叉齿122A、122B 能够流体接触。

流体以正切取向进入分离器100的入口102使得在分离腔106内部创建圆形流动模式。该流动模式通过离心力迫使固体对着分离腔106的内表面108，其中，固体倾向于朝向分离器100的底部区域110落下并且最终落到固体滞留区域112中。可以打开在分离腔106的底部上的排出口118使得固体从分离器100中被清洗。如果固体的水平升得太远，则分离器100将堵塞并且被致使为不可操作。 在实施例中，计量器120被定位在与液/固界面的最大期望水平相对应的分离腔106上的位置处。当液/固界面升到该水平时，计量器120检测到所述界面。

在实施例中，排出口118是远程可致动的，使得诸如电信号、电子信号、气动信号、液动信号或类似的信号的信号使排出口118打开。在实施例中，当液/固界面到达预定最大期望水平时，计量器120通过计量器电子设备128检测到该界面并且与排出口118连通使得排出口118致动从而分离器100内的固体含量的至少一部分从其中被清洗。具体地，计量器电子设备128接收来自计量器120的指示液/固界面的存在的信号，并且这通过计量器电子设备128来处理，所述计量器电子设备128将信号发送到排出口118以打开并清洗分离器。

在实施例中，计量器120是密度计，并且在相关的实施例中，计量器是振动叉密度计。密度计具有投入到分离腔106中的振动元件122，其中，振动元件122由驱动器124来驱动以振动并且拾取传感器126检测振动。在振动叉密度计的情况下，第一叉齿122A由驱动器124驱动以振动并且第二叉齿122B将振动传输到拾取传感器126。在任一情况下，计量器电子设备128将驱动或参考信号提供到驱动器124并接收来自拾取传感器126的表示由此检测到的振动的信号。由计量器电子设备分析（或转达到接口132）的来自拾取传感器126的信号可以特别地指示液/固界面。

在实施例中，计量器电子设备128接收来自拾取传感器126的指示信号的强度的信号。在实施例中，信号强度通过电压测量。当振动元件122被浸没在主要为液相中时，叉齿122A、122B振动，并且拾取传感器 126输出例如而不限于大约4mV和20mV之间的电压。其他电压和电压范围被设想到，并且本文中的任何内容不应被理解为将电压限于例证的那些。随着液/固界面由于累积在砂分离器100中的固体升高，第一叉齿122A和第二叉齿122B将以较低强度振动得越来越厉害，因此拾取传感器 126输出较低电压，诸如低于例如4mV的电压。随着叉齿122A、122B由越来越多的固体覆盖，输出将降低并且即便达不到也接近0mV。当这发生时，除了输出电压的降低以外，电压读数中的不稳定性也是可检测的。输出还可以包括数字信号。输出可以诸如例如利用校准系数被修改。计量器电子设备128检测降低的电压和/或增大的不稳定性并且向砂分离器100发信号以打开排出口118。用于启动对排出口118的打开的阈值电压被保存在计量器电子设备128中，并且可以由工厂在生产期间被预先确定并被设定和/或可以是用户可调节的。一旦固体被清洗，计量器120输出指示主要为液相的存在的电压，并且控制排出口118关闭。阀118保持打开的时间量可以被预先设定或基于计量器120的参数或两者。在没有自动排出口致动的实施例中，计量器120或计量器电子设备128警告用户排出口118应当被打开或被关闭。

在另一实施例中，相位差被用于检测液/固界面。具体地，计量器电子设备128向驱动器124发信号以使振动元件122振动。振动处于振动元件在周围介质中的共振频率。如果介质的密度或粘度改变，则共振频率和带宽也改变。因此，振动元件122的共振频率将随着接近液/固界面而改变，这是由于介质中的固体的百分比随着界面水平增大。当固体覆盖振动元件122时，振动响应被更改，并且振动元件122可以最终一起停止振动，因为振动元件122被掩埋。

计量器电子设备128向驱动器124发信号以使振动元件122以特定频率振动。然后，计量器电子设备128检测来自拾取传感器126的信号并且以闭环方式维持来自拾取传感器126的信号和被发送到驱动器124的参考信号之间的固定相位差。在优选实施例中，固定相位差为大约45°。然而，设想到相位差的其他度数。在维持相位差时，测量至少一个驱动频率（ω），并且计量器电子设备128可以计算流体密度和其他流体属性。当液/固界面升高以接触振动元件时，驱动器124不能够以维持驱动器信号和拾取传感器信号之间的固定相位差的频率来驱动，这是由于固体干扰振动元件122。这导致驱动器信号和拾取传感器信号之间的相位差首先变得不稳定并且最终波动远离固定点。当相位差漂移时，计量器电子设备将这解释为液/固界面的存在。在实施例中，当计量器电子设备128检测到该相位漂移时，向砂分离器100发信号以打开排出口118。用于启动对排出口118的打开的阈值相位差被保存在计量器电子设备128中，并且可以由工厂在生产期间预先确定并设定和/或可以是用户可调节的。一旦固体基本上被清洗，计量器120输出指示主要为液相的存在的存储的固定相位差，并且向排出口118发信号以关闭。阀118保持打开的时间量可以被预先设定或基于计量器120参数或两者。在没有自动排出口致动的实施例中，计量器120警告用户排出口118应当被打开或被关闭。

图4示出了针对被安装在砂分离器100中的振动计量器120的数据，其中，净砂被引入到分离器100中。净砂在第一点400处被引入到分离器100中。在第二时间点402处，由计量器120初始地检测到液/固界面。振动元件122在该点处随着液/固界面升高与越来越大比例的砂相互作用。拾取传感器输出404通过呈现出减小的输出电压来反映这一点。（如在该示例中被测量为密度的）计量器输出406根据拾取传感器输出404同时减小。在第三时间点408处，振动元件122基本上由净砂掩埋，并且振动元件122被抑制到拾取传感器输出404实际上大约为0mv的点。当然，这由也下降的计量器输出406反映。

图5示出了针对被安装在砂分离器100中的振动计量器120的类似数据，其中，细砂被引入到分离器100中。细砂在第一点500处被引入到分离器100中。在第二时间点502处，暂停对砂的添加。振动元件122在该点处与分离器100中的液/固混合物的主要为液相相互作用。拾取传感器输出404通过呈现出稳定的输出电压来反映这一点。（如在该示例中被测量为密度的）计量器输出406 根据拾取传感器输出404同时保持稳定。在第三时间点504处，恢复对砂的添加并且由计量器120初始地检测到液/固界面。振动元件122在该点处随着液/固界面升高与越来越大比例的砂相互作用。拾取传感器输出404通过呈现出减小的输出电压来反映这一点。计量器输出406根据拾取传感器输出404同时减小。在第四时间点506处，振动元件122基本上由净砂掩埋，并且振动元件122被抑制到拾取传感器输出404实际上大约为0mv的点。当然，这由计量器输出406反映，该计量器输出406也下降并且呈现出不稳定的读数。

以上实施例的详细描述不是对由本发明人设想为在本发明的范围内的所有实施例的穷尽式描述。事实上，本领域技术人员将意识到，以上描述的实施例的某些元件可以以各种方式被组合或被消除以创建另外的实施例，并且这样另外的实施例落入本发明的范围和教导内。对本领域普通技术人员还将显而易见的是，以上描述的实施例可以整体地或部分地被组合以创建在本发明的范围和教导内的额外的实施例。

因此，尽管出于说明性目的在本文中描述了本发明的具体实施例和示例，但是各种等价修改在本发明的范围内是可能的，如相关领域技术人员将意识到的那样。本文中提供的教导能够被应用到其他设备和方法，而不仅仅被应用到以上描述的并且在附图中示出的实施例。因此，应当根据所附权利要求书来确定本发明的范围。