FI88209B - Foerfarande och anordning vid akustisk stroemmaetning foer att foersaekra sig om den funktionsfoermaoga - Google Patents

Foerfarande och anordning vid akustisk stroemmaetning foer att foersaekra sig om den funktionsfoermaoga Download PDF

Info

Publication number
FI88209B
FI88209B FI921679A FI921679A FI88209B FI 88209 B FI88209 B FI 88209B FI 921679 A FI921679 A FI 921679A FI 921679 A FI921679 A FI 921679A FI 88209 B FI88209 B FI 88209B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
microprocessor
sound
flow rate
measuring tube
measurement
Prior art date
Application number
FI921679A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI88209C (fi
FI921679A0 (fi
Inventor
Tarmo Maeyraenen
Sauli Koukkari
Original Assignee
Kytoelae Instrumenttitehdas
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kytoelae Instrumenttitehdas filed Critical Kytoelae Instrumenttitehdas
Priority to FI921679A priority Critical patent/FI88209C/fi
Publication of FI921679A0 publication Critical patent/FI921679A0/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI88209B publication Critical patent/FI88209B/fi
Priority to PCT/FI1993/000121 priority patent/WO1993021500A1/en
Priority to EP93906656A priority patent/EP0594802A1/en
Priority to CA002109948A priority patent/CA2109948A1/en
Priority to US08/162,001 priority patent/US5421212A/en
Priority to JP5518009A priority patent/JPH06509422A/ja
Publication of FI88209C publication Critical patent/FI88209C/fi
Priority to NO934571A priority patent/NO934571L/no

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/704—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
    • G01F1/708—Measuring the time taken to traverse a fixed distance
    • G01F1/712—Measuring the time taken to traverse a fixed distance using auto-correlation or cross-correlation detection means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups
    • G01P21/02—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups of speedometers
    • G01P21/025—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups of speedometers for measuring speed of fluids; for measuring speed of bodies relative to fluids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/18—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the time taken to traverse a fixed distance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
    • G01P5/245—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by measuring transit time of acoustical waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/704—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
    • G01F1/708—Measuring the time taken to traverse a fixed distance
    • G01F1/7082—Measuring the time taken to traverse a fixed distance using acoustic detecting arrangements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

8 8 2 G 9
Menetelmä ja laite akustisessa virtausmittauksessa sen toimintakyvyn varmistamiseksi Förfarande och anordning vid akustisk strömmätning för att forsäkra sig om den funktionsformäga 5
Keksinnön kohteena on akustinen virtausmittausmenetelmä kaasujen virtausnopeuden ja/tai siitä johdettavien suureiden mittaamiseksi, jossa menetelmässä mittausputkeen 10 lähetetään pitkäaaltoista ääntä ja kahdella määräetäisyydellä toisistaan mittausputken yhteydessä sijaitsevalla ääni-ilmaisimella havaitaan kaasuvirtauksessa myötä- ja/tai vastavirtaan kulkeneet äänisignaalit, joitä hyväksikäyttäen, sopivimmin korreloiden, määrätään mittausputkessa viilaavan kaasun virtausnopeus.
IS Lisäksi keksinnön kohteena on laite kaasujen virtausnopeuden ja/tai siitä johdettavien suureiden, kuten tilavuusvirtauksen ja/tai massavirtauksen mittaamiseksi, joka laite käsittää mittausputken, jossa mitattava kaasuvirtaus kulkee, joka laite käsittää äänisignaalien lähettiminä kaiuttimen tai kaiuttimet ja äänen ilmaisimina mikrofonit, jotka on sijoitettu mittausputken yhteyteen tietylle tunnetulle keskinäiselle etäisyydelle, ja joka .·:*. 20 laite käsittää signaaligeneraattorin tai vastaavan, jolla syötetään sähkösignaalit mainitulle kaiuttimelle tai kaiuttimille, ja joka laite käsittää korrelaattorin, johon ; syötetään mainituista mikrofoneista saadut signaalit.
: Valtion teknillinen tutkimuskeskus VTT:n FI-patentista n:o 76 885 on ennestään : : : 25 tunnettu akustinen virtausmittausmenetelmä ja -laite kaasujen, nesteiden ja/tai multi- faasisuspensioiden virtausnopeuden, tilavuusvirtauksen ja/tai massavirtauksen mittaami-: seksi putkessa tai vastaavassa aaltoputkessa myötä- ja vastavirtaan eteneviä ääniaaltoja käyttäen. Tässä tunnetussa menetelmässä ja laitteessa äänilähteistä tuleva laajakaistai-·'· nen äänisignaali saatetaan kulkemaan mittausputkessa tai vastaavassa aaltoputkessa r 30 tasoaaltomoodissa sekä myötä- että vastavirtaan ja mitattujen äänisignaalien korrelaa-tiofunktioiden maksimista ja/tai minimistä saatujen äänen kulkuaikojen sekä mittauspis-• · · teiden keskinäisen välimatkan perusteella määrätään virtausnopeus.
2 8 8 2 C 9
Em. FI-patentissa esitetyssä eräässä teknillisessä ratkaisussa ääni syötetään mittaus-putkeen taajuuspyyhkäisyn muodossa ja äänen kulkuaika määrätään mittausvälin päihin sijoitettujen mikrofonien signaaleista polariteettikorrelaattorilla. Myötä- ja vastavirtaan mitatuista kuluajoista voidaan suurella tarkkuudella mitata sekä keskimää-5 täinen virtausnopeus että äänennopeus levossa olevassa väliaineessa. Virtausnopeudesta ja putken poikkipinta-alasta voidaan tarvittaessa lisäksi laskea tilavuusvirtausnopeus. Em. FI-patentin mukaisesti tai muutoin mitattua kaasun virtausnopeutta käytetään yleensä lähtötietona yhdessä kaasun lämpötilan ja paineen kanssa massavirtauksen laskemiseen. Näin ollen virtausnopeuden mittaukseen on yleensä yhdistetty kaasun 10 lämpötilan ja paineen mittaus.
Tiedetään, että äänennopeus kaasussa riippuu lähinnä kaasun koostumuksesta ja lämpötilasta. Koostumus vaikuttaa äänennopeuteen lähinnä keskimääräisen molekyy-lipainon kautta ja jossain määrin myös molekyylien vapausasteiden lukumäärän kautta, IS eli kuinka monta atomia molekyylissä on.
Hakijan FI-patenttihakemuksissa 916102 ja 916103 on esitetty menetelmä ja laite kaasun virtausnopeuden ja/tai siitä johdettavissa olevien suureiden mittaamiseen. Viimemainitussa FI-hakemuksessa on esitetty menetelmä ja laite kaasun, etenkin maakaasun, virtauk-20 sen monitorointiin, varsinkin kaasun koostumuksen valvontaan. FI-hakemuksen 916103 menetelmässä on pidetty uutena sitä, että menetelmässä kaasuvirtausputkeen kohdistetaan myötä- ja vastavirtaan äänitaajuista värähtelyä ja havaitaan tietyllä mittausvälillä monitorointiäänen kulkuajat myötä- ja vastavirtaan, että mainittujen kulkuaikojen perusteella määritetään äänennopeus tai sitä kuvaava suure, joka nopeus tai suure on 25 riippuvainen lähinnä monitoroitavan kaasun keskimääräisestä molekyylipainosta ja että mainitun äänennopeuden tai sitä kuvaavan suureen poiketessa oletusarvoalueeltaan annetaan hälytys- tai muu ohjaussignaali. Em. FI-hakemuksen mukaisessa laitteessa on puolestaan pidetty uutena sitä, että laite käsittää mittausputken, jossa mitattava kaasuvirtaus kulkee, että laite käsittää äänisignaalien lähettiminä kaiuttimet ja äänen 30 ilmaisimina mikrofonit, jotka on sijoitettu mittausputken yhteyteen mainittujen kaiuttimien välille tietylle tunnetulle keskinäiselle etäisyydelle, ja että laite käsittää yksiköt, 3 882c; joilla määrätään sekä kaasun virtausnopeus että äänennopeus kaasuvirtauksessa ja että laite käsittää hälytysyksikön, joka on sovitettu antamaan hälytys silloin kun havaittu äänennopeus tai sitä kuvaava suure ylittää tai alittaa tietyt asetetut raja-arvot.
5 Esillä olevan keksinnön päätarkoituksena on kehittää edelleen em. FI-patentissa 76 885 ja hakijan em. FI-hakemuksissa esitettyjä menetelmiä ja laitteita pääasiallisesti päämääränä virtausmittauksen toimintakyvyn varmistaminen erilaisissa häiriötilanteissa.
Laskutuskäyttöön tarkoitetulta maakaasuvirtausmittarilta edellytetään suurta tunnettua 10 tarkkuutta laajalla virtausalueella sekä suurta toimintavarmuutta. Jos mittari joutuu tietyksi ajaksi kokonaan toimintakyvyttömäksi, se ei pysty tuottamaan mitään tietoa tänä aikana läpivirranneen kaasun määrästä.
Käytännössä voi sattua, että kaiuttimen vikaantumisen johdosta tai toisesta suunnasta 15 saapuvan voimakkaan häiriöäänen johdosta pysty täänkin mittaamaan vain toinen tarvittavista mittausäänen kulkuajoista. Aikaisemmin tunnetuissa ratkaisuissa virtausnopeutta ei kyetä tässä häiriötilanteessa laskemaan.
Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uusi akustinen virtausmittausmenetelmä ja 20 laite, jolla voidaan edellä kosketellut epäkohdat välttää.
Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnön V menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että menetelmässä tallennetaan muistiin tiettyyn lämpötilaan normeerattu tai normeerattava lepoäänennopeus c0(T) ja 25 että virtausnopeus ja siitä johdettavat muut mahdolliset suureet lasketaan, ainakin häiriötilanteissa, havaittujen myötävirtanopeuden vd tai vastavirtanopeuden vu ja mainitun muistiin tallennetun lepoäänennopeuden c0(T) avulla. Edellä lepoäänenno-peudella tarkoitetaan äänennopeutta levossa olevassa väliaineessa.
·:- 30 Keksinnön mukaiselle laitteelle on puolestaan pääasiallisesti tunnusomaista se, että laite : · käsittää isäntämikroprosessorin tai vastaavan loogisen yksikön ja siihen liittyvän 4 88209 muistin, joka mikroprosessori on sovitettu ohjaamaan laitteen toimintaa, että laite käsittää lämpötila-anturin, jolla havaitaan mittausputkessa viilaavan kaasun lämpötila, että laite käsittää korrelaattorin, johon mainituilta mikrofoneilta tulevat mittausputkesta havaitut äänisignaalit tai niistä johdetut signaalit ohjataan, että mainittuun mikroproses-S siin on liitetty ohjelma, jonka ohjauksen perusteella mikroprosessori on sovitettu ohjaamaan mittauslaitteen eri toimintasekvenssejä ja laskentaa sekä mikroprosessorin muistiin jatkuvasti tallennetaan mitatusta lämpötilasta tiettyyn referenssilämpötilaan normeerattu tai normeerattava lepoäänennopeus mitattavassa kaasussa ja että laite on mainitun ohjelman perusteella sovitettu laskemaan häiriötilanteessa virtausnopeus 10 myötävirtausnopeuden tai vastavirtausnopeuden ja edellä mainitun lepoäänennopeuden perusteella.
Keksinnön lähtökohtana on se havainto, että kaasun koostumuksessa, etenkin maakaasun koostumuksessa, tapahtuu yleensä vain vähäisiä ja joka tapauksessa varsin 15 hitaita muutoksia. Täten NTP-olosuhteisiin normeerattu äänennopeuskaan ei juuri muutu, tai jos se muuttuu, muutokset ovat suhteellisen hitaat.
Jos edellä käsitelty häiriötilanne virtausmittaukseen syntyy eli saadaan mitatuksi vain mittausäänen kulkuaika toiseen mittaussuuntaan, siis joko myötä- tai vastavirtaan, on 20 keksinnössä edullista keskiarvoistaa äänennopeus useista peräkkäisistä mittaustuloksista ja käyttää näin aikaansaatua äänennopeutta virtausnopeuden tarkassa laskemisessa.
Esillä olevan keksinnön olennaisena komponenttina on mittausta ohjaava mikroprosessori, jonka muistiin on aina tallennettuna, sopivimmin useiden peräkkäisten mittausten 25 keskiarvona saatu, vakiolämpötilaan normeerattu äänennopeus c0(T), jolloin virtausnopeus on laskettavissa myöhemmin esitettävästä ja käsiteltävästä kaavasta (7).
Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuviossa esitettyyn keksinnön erääseen sovellusesimerkkiin, jonka yksityiskohtiin 30 keksintö ei ole mitenkään ahtaasti rajoitettu.
5 8 8 2 G 9
Kuvio esittää keksinnön mukaista kaasun virtauksen mittauslaitetta kaavallisesti pääasiallisesti lohkokaaviona.
Kuvion mukaisesti akustisesti mitataan mittausputkessa 10 kulkevaa kaasuvirtausta. 5 Tyypillisesti valvottavana kaasuna on maakaasu. Mittausputkeen 10 lähetetään kaiutti-milla 13a ja 13b myötä-ja vastavirtaan äänisignaaleja, jotka vastaanotetaan kaiuttimien 13a ja 13b väliin sijoitetuilla mikrofoneilla 14a ja 14b, joiden keskinäinen väli L on monitoroinnissa olennainen. Mittausputken 10 halkaisija D ja mittausväli L valitaan esim. niin, että L « 10D.
10
Keksintöön liittyvän mittaustekniikan kannalta keskeisin fysikaalinen havainto on, että jäykkäseinäisessä putkessa 10 voi tietyn, putken 10 mitoista riippuvan rajataajuuden alapuolella edetä vain n.k. tasoaalto- eli mäntämoodi, jonka etenemisnopeus ei riipu väliaineen, sen lämpötilan tai virtausnopeuden paikallisista vaihteluista, vaan ainoastaan 15 mittausvälillä vallitsevista keskimääräisistä arvoista, (B. Robertson "Effect of arbitrary temperature and flow profiles on the speed of sound in a pipe" J. Acoust. Soc. Am., Vol 62, No 4, p. 813-818, October 1977 ja B. Robertson "Flow and temperature profile independence of flow measurements using long acoustic waves" Transactions of the ASME, Vol. 106, p. 18-20, March 1984), mikä mahdollistaa tarkan profiiliriippumatto-• .. 20 man virtausmittauksen. Ympyräpoikkipintaiselle putkelle mainittu rajataajuus fc voidaan laskea kaavasta fc=c/(1.7 *D), (1) missä c on äänen etenemisnopeus putken täyttävässä väliaineessa ja D on putken 10 halkaisija.
:: 25
Seuraavassa esitetään keksinnön perustana olevan virtausmittauksen perustana olevat tärkeimmät laskentakaavat.
6 88209 Äänemopeus [m/s] c = 0.5 * L * (fj-1 + i^1) O) Lämpötilaredusoitu äänennopeus [m/s] cQ = c * J(TQ / T ) (3)
Virtausnopeus [m/s] v = 0.5 * L * (¾1 - f2‘) ^
Tilavuusvirtaus [m3/$] Q = v * A ^
Massavirtaus [kg/s] M = Q * p 5 v = keskimääräinen virtausnopeus L = mikrofonien 14a ja 14b välinen etäisyys tj = äänen kulkuaika myötävirtaan 12 = äänen kulkuaika vastavirtaan 10 T0 = referenssilämpötila, johon äänennopeus Cg on redusoitu T = kaasun lämpötila mittausputkessa 10 Q = tilavuusvirtaus A = putken 10 poikkipinta-ala M = massavirtaus 15 p = kaasun tiheys
Kuvion mukaisesti kaiuttimia 13a ja 13b syötetään vuoronperään pyyhkäisygeneraat-torista 12 saaduilla sähkösignaaleilla. Kaiuttimen 13a ja 13b syötön vuorottelua ohjataan isäntämikroprosessorin 20 ohjaamalla kytkimellä 18. Akustisen mittausjäijestelmän 20 vastaanottopuoli käsittää edellä mainitut mittausvälin L päässä toisistaan olevat mikrofonit 14a ja 14b, joiden lähtösignaali syötetään vahvistimien 16a ja 16b välityk- 7 882G9 sella pyyhkäistäviin suodattimiin 17a ja 17b tai vastaaviin, joiden pyyhkäisykaistaa ohjaa mikroprosessori 20. Mainitut pyyhkäistävät suodattimet 17a ja 17b on yhdistetty polariteettikorrelaattoriin IS.
5 Kuvion mukaisesti mittausputkeen 10 on sijoitettu kaasun lämpötilan T mittausanturi 19 ja kaasun paineen P mittausanturi 21. Antureista 19 ja 21 ohjataan mittaustieto isäntä-mikroprosessoriin 20, johon siirretään myös polariteettikorrelaattorilta 15 tiedot äänen kulkuajoista t} myötävirtaan ja äänen kulkuajoista t2 vastavirtaan. Mikroprosessin asemesta voidaan käyttää muuta vastaavaa loogista yksikköä tai -yksiköitä. Suoritetaan 10 edellä esitetyn kaavan (2) perusteella monitoroitavassa kaasussa vallitsevan äänennopeu-den c laskenta sekä kaavan (4) perusteella kaasun virtausnopeuden v laskenta. Mikroprosessorilta 20 siirretään virtausnopeus v ohjaus-, laskenta- ja/tai näyttöyksikölle 22, jossa virtausnopeus v näytetään ja tarvittaessa rekisteröidään esim. piirturilla ja tarvittaessa lasketaan em. kaavojen (5) ja (6) perusteella tilavuusvirtaus Q ja/tai massa-15 virtaus M, jotka myös voidaan näyttää ja/tai rekisteröidä yksiköllä 22.
Koska äänennopeus kaasussa riippuu lähinnä lämpötilasta ja kaasun koostumuksesta, joka vaikuttaa äänennopeuteen lähinnä keskimäärisen molekyylipainon kautta ja jossain määrin myös molekyylien vapausasteiden lukumäärän kautta, kuvaa äänennopeus 20 kaasussa myös sen koostumusta ja ainakin koostumuksen sellaisia huomattavia muutoksia, joita voidaan myös tarvittaessa monitoroida em. FI-hakemuksessa 916103 esitetyllä tavalla.
Mikroprosessorilla 20 lasketaan edellä esitetyn kaavan (2) perusteella äänennopeus c 25 kulkuaikoja tj ja t2 käyttäen. Kun lisäksi mikroprosessorille 20 tuodaan anturilta 19 tieto viilaavan kaasun lämpötilasta T, voidaan edellä esitetyn kaavan (3) c0 = cVCTo/T) perusteella määrätä järjestelmälle annettuun referenssilämpötilaan T0 redusoitu äänennopeus c0. Mikroprosessori 20 voidaan tarvittaessa ohjelmoida toimimaan myös vertailu- ja hälytysyksikkönä, joka antaa hälytyksen silloin, kun redusoitu :· 30 äänennopeus c0 ylittää tai alittaa annetut raja-arvot. Kun redusoitu äänennopeus (¾ pysyy annettujen rajojen sisällä, järjestelmä pitää kaasun koostumusta riittävän 8 8 8 2 C 9 tasalaatuisena. Kun monitorointijärjestelmän havaitsema redusoitu äänennopeus c0 ylittää em. ylärajan tai alittaa em. alarajan, antaa jäijestelmä sopivan hälytyssignaalin. Vaihtoehtoisesti mainitut rajat voidaan jäljestää lämpötilariippuviksi edellä esitettyä redusointia vastaavalla tavalla. Hälytys aktivoi kaasun koostumuksen tarkemman 5 määrityksen esim. kromatografisesti.
Edellä esitetyt seikat ovat pääasiallisesti ennestään tunnettuja alussa mainitusta FI-patentista sekä hakijan FI-hakemuksista ja selostus on tarkoitettu keksinnön taustan ja erään sovellusympäristön havainnollistamiseksi.
10
Seuraavassa esitetään tälle keksinnölle ominaiset uudet piirteet ja eräs keksinnön mukaisen menetelmän ja laitteen edullinen sovellusesimerkki.
Keksinnössä olennaisena komponenttina on mittausta ohjaava ja mittaustuloksia 15 käsittelevä mikroprosessori 20, johon kuuluu muisti 20M. Lisäksi keksintöön liittyy ohjelma, joka ohjaa mittauksen ja mittaustulosten laskennan eri sekvenssejä. Tätä ohjelmaa ei ole esitetty, koska se on alan ammattimiehelle ilmeinen edellä esitetyn ja myöhemmin esitettävän perusteella.
20 Mittauksen toimiessa häiriöttömästi eli saadaan mitatuksi äänen kulkuajat t} ja t2 sekä vastavirtaan että myötävirtaan, näiden mittausten perusteella tallennetaan mikroprosessorin 20 muistiin 20M mitattavassa kaasussa vallitseva äänennopeus ja useiden peräkkäisten äänennopeusmittausten c tulokset keskiarvoistetaan ja näin saatua tulosta käytetään virtausnopeuden v tarkkaan laskemiseen mikroprosessorin 20 ja siihen liittyvän 25 ohjelman (ei esitetty) avulla. Täten keksinnössä mittausta ohjaavan mikroprosessorin 20 muistiin 20M on aina tallennettuna useiden peräkkäisten mittausten keskiarvona saatu, vakiolämpötilaan normeerattu äänennopeus c0(T). Havaittava kaasun virtausnopeus v lasketaan mikroprosessorin 20 ja siihen liittyvän ohjelman avulla yksittäisten myötävir-tausnopeuden vd ja vastavirtausnopeuden vu avulla seuraavasta kaavasta: 30 9 8 8 2 C 9 v = Pd (vd - cQ(T)) + pu (c0(T) - v„ ) (7)
Edellä esitetyssä kaavassa (7) T on mittauksen aikana mitattu lämpötila, johon NTP-äänennopeus redusoidaan, ja painokertoimet pj ja pu saavat normaalisti arvon 0,5, jolloin c0(T) supistuu lausekkeesta pois. Jos myötävirtausmittausmahdollisuus menete-5 tään, painokertoimiksi valitaan keksinnön mukaisesti:
Pd = °» Pu = ! (8)
Vastaavasti, jos vastavirtausmittausmahdollisuus menetetään, valitaan keksinnössä em. pai nokertoi met seu raavasti: 10
Pd =1, Pu - 0. (9)
Keksinnön eräässä edullisessa sovellusmuodossa optimitulokseen pääsemiseksi valitaan edellä kaavassa (7) esitetyt painokertoimet pd ja pu seuraavasti: pd = (10) rd 2 2 °d + 15 (11) 2.2 + missä ad2 ja ctu2 ovat vd:n ja vu:n varianssit. Tällöin raja-arvoina saadaan 10 σά2-> οο : pd-> 0 pu-> 1 συ2-> 00 -Pd-> 1 Pu-> 0 jos ad2 = ou2 Pu = Pd = 0,5.
5
Edellä kaavoissa (10) ja (11) esitetyt varianssit ad2 ja a 2 ovat vd:n ja vu:n mikroprosessorin 20 muistiin 20M tallennettujen mittaustulosten perusteella laskettavissa mikroprosessoriin 20 liitetyllä ohjelmalla.
10 Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella ja poiketa edellä vain esimerkinomaisesti esitetyistä.

Claims (10)

  1. 8 8 2 C 9
  2. 1. Akustinen virtausmittausmenetelmä kaasujen virtausnopeuden (v) ja/tai siitä johdettavien suureiden mittaamiseksi, jossa menetelmässä mittausputkeen (10) lähetetään 5 pitkäaaltoista ääntä ja kahdella määräetäisyydellä (L) toisistaan mittausputken (10) yhteydessä sijaitsevalla ääni-ilmaisimella (14a, 14b) havaitaan kaasuvirtauksessa myötä-ja/tai vastavirtaan kulkeneet äänisignaalit, joita hyväksikäyttäen, sopivimmin korreloiden, määrätään mittausputkessa (10) virtaavan kaasun virtausnopeus (v), tunnettu siitä, että menetelmässä tallennetaan muistiin (20M) tiettyyn lämpöti-10 laan normeerattu tai normeerattava lepoäänennopeus c0(T) ja että virtausnopeus (v) ja siitä johdettavat muut mahdolliset suureet lasketaan, ainakin häiriötilanteissa, havaittujen myötävirtanopeuden vd tai vastavirtanopeuden vu ja mainitun muistiin (20M) tallennetun lepoäänen nopeuden c0(T) avulla.
  3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että virtausnopeus (v) mittausputkessa (10) lasketaan yksittäisten myötävirtausnopeuden (vd) tai vastavirtanopeuden (vu) avulla kaavasta (7) V - Pd (yä - C0(T)) + pu (c0(T) - Vu ) missä : 20 pd = myötävirtanopeuden painokerroin pu = vastavirtanopeuden painokerroin. - ‘ 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetettäessä mittaushäiriöiden vuoksi myötävirtausnopeuden (vd) havainto valitaan mainitut paino-25 kertoimet seuraavasti pd = 0 ja pu = 1 ja että menetettäessä vastaavasti vastavir-.··. tanopeuden (vu) mittaustulos valitaan mainitut painokertoimet seuraavasti: pd = 1 ja pu = o. 12 882G9
  4. 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä havaitaan jatkuvasti sekä myötävirtausnopeutta vd että vastavirtausno-peutta vu ja että jos jomman kumman mainitun virtausnopeuden vd,vu havainto menetetään tai niiden havaitsemisessa ilmenee olennainen häiriö, siirrytään mittausta ohjaavan 5 mikroprosessorin (20) ja sen yhteydessä toimivan ohjelman ohjaamana mittausmoodiin, jossa mittaus perustuu vain toiseen suuntaan havaitun virtausnopeuden vd tai vu ja referenssilämpötilaan T0 normeeratun mikroprosessorin (20) muistiin (20M) tallennetun lepoäänennopeuden c0(T) avulla tapahtuvaksi.
  5. 5. Jonkin patenttivaatimuksen 2-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitut painokertoimet (pd ja pu) määrätään seuraavista kaavoista: p, = —(10) 2 2 °d + p--(H) 2 2 Orf + 15 missä ad2 ja au2 ovat vd:n ja vu:n varianssit.
  6. 6. Laite kaasujen virtausnopeuden (v) ja/tai siitä johdettavien suureiden, kuten tilavuus-virtauksen (Q) ja/tai massavirtauksen (M) mittaamiseksi, joka laite käsittää mittausput-20 ken (10), jossa mitattava kaasuvirtaus kulkee, joka laite käsittää äänisignaalien lähettiminä kaiuttimen tai kaiuttimet (13a, 13b) ja äänen ilmaisimina mikrofonit (14a, 14b), jotka on sijoitettu mittausputken (10) yhteyteen tietylle tunnetulle keskinäiselle etäisyydelle (L), ja joka laite käsittää signaaligeneraattorin (12) tai vastaavan, jolla syötetään sähkösignaalit mainitulle kaiuttimelle tai kaiuttimille (13a, 13b), ja joka laite 25 käsittää korrelaattorin (15), johon syötetään mainituista mikrofoneista (14a, 14b) saadut 13 8 8 2 C 9 signaalit, tunnettu siitä, että laite käsittää isäntämikroprosessorin (20) tai vastaavan loogisen yksikön ja siihen liittyvän muistin (20M), joka mikroprosessori (20) on sovitettu ohjaamaan laitteen toimintaa, että laite käsittää lämpötila-anturin (19), jolla havaitaan mittausputkessa (10) virtaavan kaasun lämpötila, että laite käsittää 5 korrelaattorin (15), johon mainituilta mikrofoneilta (14a, 14b) tulevat mittausputkesta havaitut äänisignaalit tai niistä johdetut signaalit ohjataan, että mainittuun mikroproses-siin (20) on liitetty ohjelma, jonka ohjauksen perusteella mikroprosessori (20) on sovitettu ohjaamaan mittauslaitteen eri toimintasekvenssejä ja laskentaa sekä mikroprosessorin (20) muistiin (20M) jatkuvasti tallennetaan mitatusta lämpötilasta (T) 10 tiettyyn referenssilämpötilaan (Tq) normeerattu tai normeerattava lepoäänennopeus (c0(T)) mitattavassa kaasussa ja että laite on mainitun ohjelman perusteella sovitettu laskemaan häiriötilanteessa virtausnopeus myötävirtausnopeuden (vd) tai vastavirtausno-peuden (vu) ja edellä mainitun lepoäänennopeuden (c0(T) perusteella.
  7. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite käsittää kaksi taajuuspyyhkäistyä suodatinta (17a, 17b) tai vastaavan suodatinjäijestelmän, joiden/jon-ka kautta mainituista mikrofoneista (14a, 14b) tulevat signaalit syötetään mainitulle korrelaattorille (15).
  8. 8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite käsittää paineanturin (21), joka on sovitettu mittamaan mittausputkessa (10) virtaavan kaasun painetta ja että mainitun paineanturin (21) painemittaussignaali (P) on johdettu mainitulle mikroprosessorille (20).
  9. 9. Jonkin patenttivaatimuksen 6-8 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittuna korrelaattorina on polariteettikorrelaattori (15).
  10. 10. Jonkin patenttivaatimuksen 6-8 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu mikroprosessori (20) on ohjelmoitu toimimaan myös vertailu- ja hälytysyksikkönä, joka 30 antaa hälytyksen silloin kun redusoitu äänennopeus (c0(T)) ylittää tai alittaa laitteeseen 14 882C9 syötetyt raja-arvot tarkoituksena pääasiallisesti kaasun koostumuksen tasalaatuisuuden monitorointi. is 8 820 9
FI921679A 1992-04-14 1992-04-14 Foerfarande och anordning vid akustisk stroemmaetning foer att foersaekra sig om den funktionsfoermaoga FI88209C (fi)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI921679A FI88209C (fi) 1992-04-14 1992-04-14 Foerfarande och anordning vid akustisk stroemmaetning foer att foersaekra sig om den funktionsfoermaoga
PCT/FI1993/000121 WO1993021500A1 (en) 1992-04-14 1993-03-25 Method and device in acoustic flow measurement for ensuring the operability of said measurement
EP93906656A EP0594802A1 (en) 1992-04-14 1993-03-25 Method and device in acoustic flow measurement for ensuring the operability of said measurement
CA002109948A CA2109948A1 (en) 1992-04-14 1993-03-25 Method and device in acoustic flow measurement for ensuring the operability of said measurement
US08/162,001 US5421212A (en) 1992-04-14 1993-03-25 Method and device in acoustic flow measurement for ensuring the operability of said measurement
JP5518009A JPH06509422A (ja) 1992-04-14 1993-03-25 音波を用いる流量測定における前記測定の実施可能性保証方法及び装置
NO934571A NO934571L (no) 1992-04-14 1993-12-13 Fremgangsmaate og anordning ved akustisk stroemningsmaaling for aa si kre at maalingen virker

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI921679A FI88209C (fi) 1992-04-14 1992-04-14 Foerfarande och anordning vid akustisk stroemmaetning foer att foersaekra sig om den funktionsfoermaoga
FI921679 1992-04-14

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI921679A0 FI921679A0 (fi) 1992-04-14
FI88209B true FI88209B (fi) 1992-12-31
FI88209C FI88209C (fi) 1993-04-13

Family

ID=8535121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI921679A FI88209C (fi) 1992-04-14 1992-04-14 Foerfarande och anordning vid akustisk stroemmaetning foer att foersaekra sig om den funktionsfoermaoga

Country Status (7)

Country Link
US (1) US5421212A (fi)
EP (1) EP0594802A1 (fi)
JP (1) JPH06509422A (fi)
CA (1) CA2109948A1 (fi)
FI (1) FI88209C (fi)
NO (1) NO934571L (fi)
WO (1) WO1993021500A1 (fi)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI94909C (fi) * 1994-04-19 1995-11-10 Valtion Teknillinen Akustinen virtausmittausmenetelmä ja sitä soveltava laite
US5622053A (en) * 1994-09-30 1997-04-22 Cooper Cameron Corporation Turbocharged natural gas engine control system
JPH08122117A (ja) * 1994-10-19 1996-05-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd 流量計測装置
US5753824A (en) * 1996-06-12 1998-05-19 Welch Allyn, Inc. Sampling method and apparatus for use with ultrasonic flowmeters
DE19722274A1 (de) * 1997-05-28 1998-12-03 Degussa Verfahren zur Messung von Dichte und Massenstrom
GB9809375D0 (en) * 1998-05-02 1998-07-01 British Gas Plc Fluid temperature measurement
GB9813509D0 (en) * 1998-06-24 1998-08-19 British Gas Plc Measuring the speed of sound of a gas
AUPQ061399A0 (en) * 1999-05-27 1999-06-17 University Of Sydney, The Acoustic flow meters
US6601458B1 (en) * 2000-03-07 2003-08-05 Weatherford/Lamb, Inc. Distributed sound speed measurements for multiphase flow measurement
US6813962B2 (en) * 2000-03-07 2004-11-09 Weatherford/Lamb, Inc. Distributed sound speed measurements for multiphase flow measurement
SE0003348D0 (sv) * 2000-09-18 2000-09-18 Flaekt Ab Anordning och förfarande för att mäta flödet i en fluid
DE10062875B4 (de) * 2000-12-16 2007-02-08 Hydrometer Gmbh Durchflussmesser
EP1631797A2 (en) * 2003-06-05 2006-03-08 CiDra Corporation Apparatus for measuring velocity and flow rate of a fluid having a non-negligible axial mach number using an array of sensors
JP2005189003A (ja) * 2003-12-24 2005-07-14 Ueda Japan Radio Co Ltd 流量測定および気泡検出の可能な統合システム
DE102004025243A1 (de) * 2004-05-22 2005-12-08 Robert Bosch Gmbh Bestimmung des Empfangszeitpunkts eines Ultraschallsignals mittels Pulsformerfassung
WO2006134199A1 (en) * 2005-06-16 2006-12-21 Justiflow Oy Ultrasound flowmeter arrangement for determining speed of sound
JP4952164B2 (ja) * 2006-09-20 2012-06-13 株式会社デンソー 流量計測素子、質量流量計
CN101210843B (zh) * 2006-12-31 2011-02-09 中国科学院理化技术研究所 一种热声热机声场监测方法及监测***
US9574919B2 (en) * 2013-06-20 2017-02-21 University Of Southern California Reducing false alarms with multi-modal sensing for pipeline blockage
FR3030726A1 (fr) 2014-12-19 2016-06-24 Gdf Suez Capteur de debit non intrusif autonome en energie et procede de conversion d'energie thermique en energie electrique sur un reseau de transport de fluides mettant en œuvre un tel capteur
US11029284B2 (en) 2018-02-08 2021-06-08 South Dakota Board Of Regents Acoustic resonance chamber
CN108279319B (zh) * 2018-04-03 2024-04-16 浙江省水利河口研究院(浙江省海洋规划设计研究院) Adcp流速遥测监控***和设备及相应的方法、装置和介质
CN110333176A (zh) * 2019-08-02 2019-10-15 柳州汉西鸣建材发展有限公司 一种流量可控的测量声学流阻的装置及其测量方法
CN110806499B (zh) * 2019-12-06 2020-09-18 江苏南水科技有限公司 流速仪检定装置及其工作方法
RU206371U1 (ru) * 2021-04-26 2021-09-08 Акционерное общество "ЛОМО" Акустический анемометр

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1201077B (de) * 1963-05-24 1965-09-16 Standard Elektrik Lorenz Ag Verfahren zur UEberwachung der Stroemung von gasfoermigen oder fluessigen Medien
US3537309A (en) * 1968-11-26 1970-11-03 Westinghouse Electric Corp Fluid velocity measuring system
GB1393103A (en) * 1972-01-27 1975-05-07 Kent Instruments Ltd Flow velocity measurement
US4015470A (en) * 1973-12-26 1977-04-05 Trw Inc. Flow measuring method and apparatus
US3974693A (en) * 1975-05-05 1976-08-17 Westinghouse Electric Corporation Multiple time difference ultrasonic flowmeter
US4022058A (en) * 1975-08-07 1977-05-10 Brown Alvin E Apparatus for determining the arrival time of alternating signals
US4445389A (en) * 1981-09-10 1984-05-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Long wavelength acoustic flowmeter
US4596133A (en) * 1983-07-29 1986-06-24 Panametrics, Inc. Apparatus and methods for measuring fluid flow parameters
FI76885C (fi) * 1987-01-16 1988-12-12 Valtion Teknillinen Akustiskt stroemningsmaetningsfoerfarande och anordning foer tillaempning av detta.
US5228347A (en) * 1991-10-18 1993-07-20 Ore International, Inc. Method and apparatus for measuring flow by using phase advance
FI87493C (fi) * 1991-12-23 1993-01-11 Kytoelae Instrumenttitehdas Foerfarande och anordning foer maetning av stroemningshastigheten av gaser och/eller storheter som kan haerledas fraon denna

Also Published As

Publication number Publication date
FI88209C (fi) 1993-04-13
JPH06509422A (ja) 1994-10-20
CA2109948A1 (en) 1993-10-28
NO934571D0 (no) 1993-12-13
WO1993021500A1 (en) 1993-10-28
NO934571L (no) 1993-12-13
EP0594802A1 (en) 1994-05-04
FI921679A0 (fi) 1992-04-14
US5421212A (en) 1995-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI88209B (fi) Foerfarande och anordning vid akustisk stroemmaetning foer att foersaekra sig om den funktionsfoermaoga
FI91106C (fi) Menetelmä ja laite kaasuvirtauksen, etenkin maakaasuvirtauksen, monitoroinnissa
CA1189948A (en) Ultrasonic flowmeter
CN107003332A (zh) 改进的信号行程时间流量计
CA2573518A1 (en) Sonar sand detection
JP2009505079A (ja) 気泡検出を用いた流れの測定および制御
MXPA05011499A (es) Sistema de medicion de vapor bifasico.
US20100024570A1 (en) Device for Determining or Monitoring a Medium Volume or Mass Flow Rate in a Conduit
KR960001724A (ko) 파이프내의 입자 흐름을 주기적인 여기에 의해 모니터하는 방법 및 장치
CA2588329A1 (en) Sonar based multiphase flowmeter
FI87493B (fi) Foerfarande och anordning foer maetning av stroemningshastigheten av gaser och/eller storheter som kan haerledas fraon denna.
NO20010138D0 (no) Kryssmåling av signaler i en akustisk strömningsmåler
RU2013115911A (ru) Способ обнаружения засорения в расходомере кориолиса и расходомер кориолиса
CN103994796A (zh) 检测声学流量计中的液体的***
DK0762086T3 (da) Fremgangsmåde til ultralyd-måling af gennemstrømningsmængder af strømmende fluider
JPH11201812A (ja) 流体配管内の音速計測方法
EP3686565A1 (en) Techniques to determine a fluid flow characteristic in a channelizing process flowstream, by bifurcating the flowstream or inducing a standing wave therein
JPH02107924A (ja) 二相流超音波式流量測定方法及び測定装置
CN207515851U (zh) 一种适用于不同颗粒浓度气体的新型旋进旋涡流量装置
RU2138023C1 (ru) Способ определения расхода компонентов многофазной среды
JPH1151742A (ja) 水道およびガス計量システム
CN108885129A (zh) 用于监测超声流量计的方法
Clark et al. Coriolis flow meters/the potential for outstanding dynamic performance
WO2023191763A1 (en) Flowmeter primary containment failure detection
NO319877B1 (no) Anvendelse av system for deteksjon av sand/faste partikler i rortransport av fluider

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed