RU2234682C2 - Способ измерения перемещения жидкости или газа в трубопроводе, устройство для осуществления указанного способа и контур возбуждения для устройства - Google Patents

Способ измерения перемещения жидкости или газа в трубопроводе, устройство для осуществления указанного способа и контур возбуждения для устройства Download PDF

Info

Publication number
RU2234682C2
RU2234682C2 RU2001103752/28A RU2001103752A RU2234682C2 RU 2234682 C2 RU2234682 C2 RU 2234682C2 RU 2001103752/28 A RU2001103752/28 A RU 2001103752/28A RU 2001103752 A RU2001103752 A RU 2001103752A RU 2234682 C2 RU2234682 C2 RU 2234682C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensors
measuring
signals
pipeline
sensor
Prior art date
Application number
RU2001103752/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2001103752A (ru
Inventor
Доминик СЕРТОН (FR)
Доминик СЕРТОН
Седрик МОНО (FR)
Седрик МОНО
Дидье ПАБУА (FR)
Дидье ПАБУА
Фредерик ПАТА (FR)
Фредерик ПАТА
Жан-Пьер РЕМЕНЬЕРА (FR)
Жан-Пьер РЕМЕНЬЕРА
Original Assignee
Фор Эрман
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 Фор Эрман filed Critical Фор Эрман
Publication of RU2001103752A publication Critical patent/RU2001103752A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2234682C2 publication Critical patent/RU2234682C2/ru

Links

Images

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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)

Abstract

Изобретения относятся к области измерительной техники и могут быть использованы при измерениях параметров потока. Одним средством возбуждения одновременно возбуждают два датчика, расположенных в трубопроводе. Затем одновременно измеряют ультразвуковые сигналы, полученные каждым датчиком от другого датчика. Осуществляют синхронное преобразование полученных сигналов в цифровую форму для расчета в микропроцессоре разности времен прохождения ультразвуковых сигналов между двумя датчиками в прямом и обратном направлениях. При расчете определяют функцию взаимной корреляции сигналов датчиков. Изобретения позволяют измерять параметры потока с высокой точностью, в реальном масштабе времени, сократить количество датчиков. 3 с. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Настоящее изобретение касается способа измерения перемещения жидкости или газа в трубопроводе, устройства для измерения с помощью ультразвуковых сигналов параметров перемещения потока жидкости или газа в трубопроводе, которое содержит два датчика, а также контура возбуждения для указанного устройства.
Измерения параметров потока используются при расчетах и разовых измерениях потоков в жидкой или газообразной фазе, а также для комплексного расчета потоков. Полезной информацией, поступающей от системы измерений, может быть мгновенное значение величины или параметра потока, значение, усредненное по времени или усредненное значение параметров потока или величина, подсчитанная в интервале времени. Измерения мгновенных или усредненных параметров потока чаще всего применяются в процессах производства, для которых необходимо знать, контролировать или регулировать параметры одного или нескольких потоков, включенных в этот процесс. Измерения объемов, являющиеся результатом интеграции измерений параметров в определенном временном интервале, позволяют реализовать расчеты, используемые для заполнения и/или опустошения резервуара, а также для перемещения потоков между клиентом и поставщиком. Желательно, чтобы объем, перемещаемый таким образом, был достаточно точно определен.
Кроме того, данная система измерения параметров имеет преимущества, такие как автономность, в качестве источника питания требуется только электрический источник типа батареи аккумуляторов или стандартное распределение переменного тока 50 или 60 Гц.
В области измерения параметров в целом и метрологии потоков в частности были предложены многочисленные методики с использованием ультразвуковых устройств. В большинстве таких систем используется так называемая методика времени прохождения. На фиг.1 приведена принципиальная схема известного измерителя параметров потока монохордового типа. Первый и второй ультразвуковые датчики 1 и 2 расположены на оболочке трубопровода 3, по которому перемещается поток в направлении, указанном стрелкой 4. В примере, приведенном на фиг.1, трубопровод цилиндрический с круглым сечением, а оба датчика установлены на диаметрально противоположных точках окружности. Кроме того, оба датчика смещены вдоль трубопровода 1. Линия, соединяющая центры датчиков 1 и 2 названа хордой. Она составляет угол 6 с основной осью перемещения потока, которая является осью вращения трубопровода. Длина хорды обозначена буквой L, а внутренний диаметр трубопровода - буквой D. Если первый датчик 1 посылает ультразвуковую волну, то она детектируется вторым датчиком 2 в результате временного смещения T12, названного временем прохождения. Если с - это скорость звука в данном потоке, а V - средняя скорость вдоль хорды, то T12 определяется согласно уравнению
Figure 00000002
Поменяв ролями функции каждого из двух датчиков, при этом второй датчик 2 становится эмиттером, а первый датчик 1 - приемником, измеряют время T21 прохождения, которое рассчитывается по формуле:
Figure 00000003
Из формул (1) и (2) получают выражение для средней скорости V движения потока вдоль продольной оси трубопровода, исключая переменную с. При измерении, в котором не обязательно с большой точностью известна скорость распространения звука в потоке и поскольку ее значение зависит от состава, от температуры и от давления данной среды, можно избежать погрешности. Средняя скорость V определяется уравнением:
Figure 00000004
Расход Q получается при умножении средней скорости V, рассчитанной по формуле (3) на сечение, через которое проходит поток, πD2/4, для кругового сечения, и с учетом некоторых поправочных коэффициентов, как показано ниже:
Figure 00000005
В данной формуле T1 и T2 представляют собой соответственно длительности распространения ультразвуковой волны вне охватываемой части потока, внешней по отношению к диаметру D для случаев прохождения от первого датчика ко второму и от второго датчика к первому. T1 и Т2 равны, за исключением особого случая, когда могло бы быть передвижение измеряемых этим способом зон. Такие интервалы времени соответствуют, в частности, времени, потраченному ультразвуковой волной на прохождение через различные слои материалов, образующих сам датчик, а также экранирующую зону между датчиком и оболочкой трубопровода. Кh - гидравлический коэффициент ультразвукового измерителя параметров потока. Он служит для коррегирования отбора образцов при измерении. На самом деле принцип различения времени прохождения дает возможность измерять среднюю скорость прохождения потока вдоль хорды измерения, соединяющей датчики. Эта хорда не обязательно представляет собой полную измеряемую поверхность. Тогда возникает погрешность расчетных параметров, которая зависит от реального профиля скорости внутри исследуемого сечения потока. Коэффициент Кh используется, чтобы компенсировать эту погрешность. Этот коэффициент обычно устанавливается после измерения в лабораторных условиях для некоторого разброса значений параметров потока.
Указанный тип измерителя параметров потока (дебитметра) имеет следующие недостатки. Одним из основных факторов, влияющих на точность ультразвукового дебитметра, использующего в работе принцип измерения времени прохождения ультразвука, является точность различных данных измерения времени: T12-T1, T21-T2 и T21-T12, получаемых согласно формуле (4). При времени T12 или T21 порядка сотен микросекунд измерение временных интервалов прохождения ультразвука с точностью порядка 1/1000 не представляет особых проблем. Однако точное измерение разности T12-T21 является значительно более сложным, так как для малых скоростей потока эта величина может быть меньше наносекунды. Точность измерения потока ограничена точностью разности времени прохождения.
Кроме того, в некоторых случаях при использовании измерителя важно располагать данными измерений параметров потока в реальном масштабе времени. Такие случаи применения имеют место, например, в процессах производства, в которых параметры потока будут в дальнейшем регулироваться в зависимости от результатов измерения, и где выигрыш во времени при измерении может быть очень важен для избежания возможного ухудшения качества или потери продукции. Измеритель, приведенный на фиг.1, с трудом позволяет обеспечить измерения в реальном масштабе времени при измерениях, где необходимы последовательные измерения временных интервалов прохождения ультразвука в прямом и обратном направлениях.
Задачей настоящего изобретения является создание способа измерения перемещения жидкости или газа в трубопроводе, устройства для измерения с помощью ультразвуковых сигналов параметров перемещения потока жидкости или газа в трубопроводе, а также контура возбуждения для указанного устройства, которое позволяет повысить точность измерения параметров, осуществлять измерения параметров потока в реальном масштабе времени, улучшить качество и быстроту получения потока с ожидаемыми параметрами, начиная с измеряемых временных интервалов прохождения ультразвука.
Поставленная задача решается согласно изобретению путем создания способа измерения перемещения жидкости или газа в трубопроводе путем расчета разности времен прохождения ультразвуковых сигналов между двумя датчиками в прямом и обратном направлениях, который характеризуется тем, что одновременно возбуждают два датчика от одного средства возбуждения, затем одновременно измеряют сигналы, полученные каждым датчиком от другого датчика, осуществляют синхронное преобразование в цифровую форму сигналов, полученных каждым датчиком, а при расчете разности времен прохождения ультразвуковых сигналов между двумя датчиками определяют функцию взаимной корреляции сигналов датчиков.
Полезно, чтобы расчет разности времен прохождения ультразвуковых сигналов между двумя датчиками включал поиск максимума функции взаимной корреляции сигналов, полученных датчиками.
Предпочтительно, чтобы расчет разности времен прохождения ультразвуковых сигналов между двумя датчиками в прямом и обратном направлениях включал расчет преобразования Хилберта для функции взаимной корреляции сигналов, полученных датчиками.
Целесообразно, чтобы поиск нулевых значений преобразования Хилберта осуществляли с помощью полиномной интерполяции преобразования Хилберта предпочтительно с помощью полинома третьего порядка.
Выгодно, чтобы устанавливали эталон времени путем измерения времени распространения ультразвуковых сигналов за пределами оболочки трубопровода.
Полезно также, чтобы для установки эталона времени осуществляли измерение интервалов времени прохождения сигналов между датчиками для двух жидкостей или газов, движущихся с разной скоростью, которая известна.
Предпочтительно, чтобы осуществляли коррекцию значений величин времени распространения ультразвуковых сигналов за пределами оболочки трубопровода в зависимости от температуры.
Поставленная задача решается также путем создания контура возбуждения для устройства измерения перемещения флюида в трубопроводе между двумя датчиками, определяющего хорду измерения и содержащего средство одновременного возбуждения двух датчиков, средства одновременного измерения сигналов, полученных каждым из двух датчиков, которые поступают от другого датчика, каждое из которых содержит средство синхронного преобразования в цифровую форму указанных сигналов, средство коммутации, предназначенное для последовательного соединения средства одновременного возбуждения и средств одновременного измерения сигналов с датчиками.
Целесообразно, чтобы средство коммутации содержало цепь мультиплексирования.
Полезно, чтобы средство одновременного измерения сигналов, полученных каждым из датчиков, содержало усилитель и аналого-цифровой преобразователь в качестве средства синхронного преобразования в цифровую форму.
Поставленная задача решается также путем создания устройства для измерения перемещения жидкости или газа в трубопроводе, содержащего по меньшей мере два датчика, установленных на трубопроводе, по которому перемещается флюид, контур возбуждения, выполненный как описано выше, и микропроцессор.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 изображает схему известного измерителя, типа монохордового;
фиг.2 - схему цепи воздействия устройства измерения параметров перемещения потока с помощью ультразвукового сигнала согласно изобретению;
фиг.3 и 4 - продольное сечение и поперечное сечение устройства измерения параметров потока посредством ультразвуков, к которому может прилагаться цепь воздействия согласно изобретению.
Предлагается решение, которое может существенно повысить точность измерения параметров прохождения потока, в котором используют различие временных интервалов между двумя датчиками. Оно прилагается к известным монохордовым и многохордовым измерительным устройствам показанным на фиг.1, а также к измерительным устройствам такого типа, как показан на фиг.3.
Изобретение применяется именно в измерительных устройствах, использующих в работе идентичность сигналов характерных временных промежутков прохождения ультразвука от одного датчика к другому.
Возвращаясь к описанию, приведенному выше, следует отметить, что первый способ расчета разности T21-T12 опирается на исследование максимума функции корреляции между этими двумя сигналами, полученными после прохождения сигнала в направлении от датчика 1 к датчику 2 и в направлении от датчика 2 к датчику 1. Максимальное значение функции корреляции двух сигналов получено для значения, которое показывает разность временных интервалов прохождения сигнала. Подобный расчет разности временных интервалов прохождения удачно осуществляется при использовании пронумерованных сигналов, как будет объяснено ниже. Поскольку изобретение гарантирует, что сигналы имеют схожий режим, расчет корреляции сигналов позволяет получить точность при измерении временных интервалов прохождения значительно ниже, чем при установке эталонов.
Другая методика расчета различия DT=T21-T12 опирается на сведение к нулю в преобразовании Хилберта, обозначенного
Figure 00000006
- функции межкорреляции между сигналами, полученными после перемещения в одном направлении от датчика 1 к датчику 2 и в направлении от датчика 2 к датчику 1. Эта методика имеет преимущество по сравнению с предыдущей в том, что уменьшает коэффициент отношения сигнала к шуму при косом направлении измерения, то есть разность между истинной и ожидаемой величиной разности во времени. Расчет эффективно проводится с помощью пронумерованных сигналов.
Отличаются s(n) и r(n) последовательности N точек, пронумерованных одновременно преобразователями системы электронного приема, которые соответствуют полученным сигналам. Исследование различия DT может осуществляться в два этапа: начинают с первой оценки шума, затем, в случае отказа, уточняют эту оценку с помощью интерполяции
Figure 00000007
вокруг ее нуля. На первом этапе преобразование межкорреляции Хилберта рассчитывается, исходя из двух сигналов s(n) и r(n). Быстрый поиск нуля данной функции, расположенного между минимальным и максимальным значениями этой функции осуществляется, например, с помощью дихотомического расчета. Расчет преобразования Хилберта
Figure 00000008
может осуществляться через быстрое преобразование Фурье (FFT), как будет пояснено ниже. Начинают с расчета R(f) и S(f), осуществляют преобразования Фурье, соответствующие r(n) и s(n). Далее последовательно изменяют S(f), чтобы получить S*(f), и умножают ее на R(f). Затем результат R(f)(S*(f) умножается в области частот на j·sign(-f) при j2=-1 и sign(-f) функции для значения +1 для отрицательной области частот между -fe/2 и 0, и для значения -1 для положительной области частот, между 0 и fe/2, где fe - эталонная частота (sign - знаковая функция). Обратное преобразование Фурье применяется для функции j·sign(-f)(R(f)(S*(f), чтобы получить преобразование Хилберта
Figure 00000009
.
Оценка нулевого шума преобразования Хилберта может быть получена для ограниченного временного интервала через максимальное и минимальное значения
Figure 00000010
при сравнении обозначений двух последовательных точек, начиная с максимального или минимального значения.
На втором этапе можно также прибегнуть к более тонкому методу поиска нуля для преобразования Хилберта, используя интерполяцию, например интерполяцию четырех точек вокруг нуля, определенного ранее, записанных в виде последовательности Ai(Xi,yi), где i изменяется от 1 до 4. Лучше выбирать две точки, расположенные выше нуля, и две точки, расположенные ниже нуля. Интерполяция полиномом третьего порядка, проводящаяся во всех четырех точках, дает хорошие результаты и представляет собой приемлемый компромисс между сложностью и быстротой расчета функции интерполяции. Для полиномной интерполяции можно использовать полином интерполяции Лагранжа, который имеет вид:
Figure 00000011
или нормализованную версию данного или другого полинома интерполяции. Искомое запаздывание DT является корнем данного полинома, то есть действительное значение t0, для которого g(t0)=0. Полином третьего порядка может иметь три действительных корня, которые можно получить аналитическим путем, исходя из коэффициентов нормализованного полинома, и в этом случае из этих трех решений выбирают то, которое рассчитано ранее и находится между минимумом и максимумом преобразования Хилберта
Figure 00000012
.
Этот способ позволяет получить при измерении DT очень высокую точность шага шаблонирования. Для величин отношения сигнал/шум для полученных сигналов порядка 50 дБ, стандартный сдвиг при измерении смещения во времени в 0,2 нc может быть получен традиционным способом при шаге установки эталона сигналов 50 мс.
В изобретении предлагается для достижения требуемой величины корреляции между сигналами, чтобы сигналы, полученные каждым датчиком, были как можно более идентичными. Для этого предлагается одновременно возбуждать оба датчика одной хорды измерения и затем одновременно проводить замеры сигналов, полученных каждым датчиком, поступающих от другого датчика. Это является преимуществом, поскольку позволяет осуществить замер за более короткий промежуток времени, поскольку замеры временных интервалов перемещения сигнала от одного датчика к другому на одной хорде измерений происходит одновременно.
Изобретение позволяет существенно ограничить влияние изменений, вызываемых перемещением потока. В известных системах перемещение потока могло изменяться между последовательными замерами при прохождении в прямом и обратном направлениях. Согласно данному изобретению, наоборот, замеры производятся строго одновременно, чтобы движение потока рассматривать как квазистационарное в течение времени измерения. Другими словами, волны, поступающие от датчика 1 к датчику 2 и обратно, пересекают поток при одних и тех же состояниях турбулентности.
Полученные сигналы можно затем обрабатывать. В данном изобретении предлагается для этого нумеровать полученные сигналы таким образом, чтобы можно было провести более точную обработку сигналов. Этот способ менее дорогостоящий и позволяет избежать проблем, связанных с отклонением сигнала и проверками, присущими аналоговым электронным устройствам, а также проводить затем необходимый расчет, благодаря использованию встроенного микропроцессора в системе измерения параметров потока. В диапазоне ультразвуковых частот, используемых для дебитметров, принятом от нескольких сотен кГц до нескольких МГц с временем шаблонирования от 50 нc до 500 нc можно обеспечить полное описание полученных сигналов.
На фиг.2 приведена принципиальная схема цепи воздействия для устройства измерения параметров перемещения потока посредством ультразвуковых сигналов согласно изобретению. Это соответствует наиболее простому варианту устройства, где используется только одна хорда, то есть два датчика. Цепь содержит соединительные клеммы 10, 11, предназначенные для соединения датчиков 12, 13. Эти клеммы соединены посредством коммутатора 15 в цепи коммутации сигналов.
В то же время, цепь с коммутатором 15 сигналов связана со средствами одновременного возбуждения двух датчиков. Данные средства включают единую цепь эмиттера, которая может осуществлять синхронное возбуждение обоих датчиков, тогда как средства коммутации соединяют цепь эмиттера с соединительными зажимами датчиков. Средства коммутации позволяют цепи эмиттера параллельно воздействовать на оба датчика, чтобы форма возбуждающих волн, принимаемых каждым датчиком, были синхронными и идентичными. Цепь соединена также со средствами синхронного измерения сигналов, полученных каждым датчиком. Эти средства измерения включают два маршрута 17, 18 измерения, соответственно для каждого из датчиков. Каждый маршрут 17, 18 измерения содержит усилитель 19, 20, выход которого соединен с аналогo-цифровым преобразователем 21, 22. Усилители 19, 20 максимально идентичны в плане выбора и группировки в пары составляющих, включая печатную плату средства электронного регулирования, чтобы не индуцировать никакого запаздывания или искажения полученных сигналов. Выход каждого аналого-цифрового преобразователя соединен с цепью 23 расчета, например, в виде микропроцессора.
Таким образом, цепь позволяет синхронно и идентично возбуждать датчики, когда коммутационные средства соединяют эти датчики с устройствами для возбуждения. После того, как датчики приведены в возбужденное состояние, средства коммутации соединяют их с измерительными устройствами, чтобы синхронно измерять сигналы, полученные каждым из датчиков от другого датчика. Принцип взаимодействия, применяемый к пьезоэлектрическим датчикам, обеспечивает схожесть сигналов, полученных каждым датчиком, что полученные сигналы различались только временем прохождения.
Изобретение может быть использовано во всех типах измерительных устройств, имеющих датчики, с помощью которых измеряют разницу времени прохождения сигнала между парами датчиков в направлении перемещения и обратно. На фиг.3 и 4 представлены продольный разрез и поперечный разрез устройства измерения. Устройство содержит шесть датчиков с 31 по 36, образующих две группы по три датчика в каждой, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль трубопровода 30. Датчики каждой группы равномерно распределены по поверхности трубопровода. Датчики одной из групп представляют диаграмму излучения, которая охватывает по меньшей мере два датчика другой группы. Таким образом, диаграмма излучения датчика 31 первой группы взаимодействует с датчиками 35 и 36 второй группы, то есть с комплектом датчиков второй группы за исключением датчика 34, который расположен на той же образующей. Устройство позволяет вырабатывать с помощью шести датчиков шесть хорд измерений.
Предусмотрена цепь средств синхронного и идентичного возбуждения двух датчиков, а также средств синхронного измерения сигналов, полученных двумя датчиками. Цепь включает средства коммутации для последовательной связи средств возбуждения и средств для измерения на клеммах двух датчиков, выбранных из шести, имеющихся в устройстве.
Измерение может осуществляться следующим образом.
Одновременно измеряют T16 и T61, соединяя датчики 31 и 36 со средствами возбуждения.
Одновременно измеряют T15 и T51, соединяя датчики 31 и 35 со средствами возбуждения.
Одновременно измеряют Т24 и Т42, соединяя датчики 32 и 34 со средствами возбуждения.
Одновременно измеряют Т26 и Т62, соединяя датчики 32 и 36 со средствами возбуждения.
Одновременно измеряют Т34 и T43, соединяя датчики 33 и 34 со средствами возбуждения.
Одновременно измеряют Т35 и Т53, соединяя датчики 33 и 35 со средствами возбуждения.
Обозначают Tij время прохождения сигнала между датчиками 3i и 3j, 1≤i, j≤6.
Можно таким образом рассчитать при минимальном отрезке времени величину скорости или интенсивности потока на всех шести хордах. Средняя из этих величин показывает данные измерения скорости или интенсивности быстрее, точнее и надежнее, чем известные до сих пор устройства.
Таким образом, изобретение применимо к любому устройству ультразвукового измерителя параметров потока с множеством датчиков, установленных на выбранных позициях на стенках трубопровода, по которому перемещается поток, параметры которого требуется измерить. Трубопровод может быть любого типа, размера и из любого материала, применяющегося на практике. Датчики могут быть установлены на стенках известным образом. Предлагается также устанавливать эталон времени распространения ультразвуковых сигналов за пределами стенок трубопровода, как показано ниже. В рамках классического монтажа устройства с временными интервалами прохождения сигнала интервалы T1 и Т2 равны, поскольку обе волны проходят один и тот же путь в противоположных направлениях. Измерение (T1+T2)/2 может осуществляться при последовательном заполнении измерительного шланга, оснащенного датчиками, двумя чистыми жидкостями с контролируемой температурой, разными скоростями и известными высоким давлением, например, вода и этиловый спирт. Измерения временных интервалов прохождения осуществляются для каждой пары датчиков в каждой среде. Таким образом получают линейную систему из двух уравнений с двумя неизвестными T1+T2 и L. Решение этой системы позволяет сохранить в соответствующей памяти точные значения T1 и L для использования их в формуле (4) в рабочей ситуации.
Изобретение предлагает также, что данные значения могут изменяться в зависимости от температуры так, что будут влиять на результаты измерений, компенсировать значения в зависимости от температуры. Для этого случая в устройстве измерения предусмотрен температурный датчик, и корректируются величины временных интервалов прохождения сигнала в зависимости от температуры. Очевидно, что в этом случае температурный датчик может быть помещен в любую часть устройства измерения или рядом с ним, чтобы измерять температуру потока.
Устройство соответствует требованиям, определенным потенциальными условиями использования оборудования, какой бы не была при этом рассматриваемая среда и конечный результат измерения параметров потока. В частности, оно позволяет осуществить повторяемость измерений при стабильном перемещении потока и обеспечивает точность измерения по отношению к международным стандартам. Оно имеет также очень низкую чувствительность к динамическим условиям прохождения потока (гидравлические условия на участке, расположенном выше системы измерений, изменение числа Рейнольдса...), так же как и по отношению к термодинамическим характеристикам потока и внешней окружающей среде оборудования (давление, температура, влажность...). Система с использованием ультразвуковых сигналов, описанная в настоящем изобретении, дает возможность осуществить измерение параметров потока с большей точностью, чувствительностью по отношению к случайным флюктуациям скорости, связанным с турбулентностью и возрастанием скорости. Устройство позволяет ограничить системы путем сокращения количества датчиков и внедрения цифровых электронных приборов, а также снизить стоимость технического обслуживания при эксплуатации.

Claims (11)

1. Способ измерения перемещения жидкости или газа в трубопроводе путем расчета разности времен прохождения ультразвуковых сигналов между двумя датчиками в прямом и обратном направлениях, отличающийся тем, что одновременно возбуждают два датчика от одного средства возбуждения, затем одновременно измеряют сигналы, полученные каждым датчиком от другого датчика, осуществляют синхронное преобразование в цифровую форму сигналов, полученных каждым датчиком, а при расчете разности времен прохождения ультразвуковых сигналов между двумя датчиками определяют функцию взаимной корреляции сигналов датчиков.
2. Способ измерения перемещения по п.1, отличающийся тем, что расчет разности времен прохождения ультразвуковых сигналов между двумя датчиками включает поиск максимума функции взаимной корреляции сигналов, полученных датчиками.
3. Способ измерения перемещения по п.1, отличающийся тем, что расчет разности времен прохождения ультразвуковых сигналов между двумя датчиками в прямом и обратном направлениях включает расчет преобразования Хилберта для функции взаимной корреляции сигналов, полученных датчиками.
4. Способ измерения перемещения по п.3, отличающийся тем, что поиск нулевых значений преобразования Хилберта осуществляют с помощью полиномной интерполяции преобразования Хилберта, предпочтительно с помощью полинома третьего порядка.
5. Способ измерения перемещения по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что устанавливают эталон времени путем измерения времени распространения ультразвуковых сигналов за пределами оболочки трубопровода.
6. Способ измерения перемещения по п.5, отличающийся тем, что для установки эталона времени осуществляют измерение интервалов времени прохождения сигналов между датчиками для двух жидкостей или газов, движущихся с разной скоростью, которая известна.
7. Способ измерения перемещения по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что осуществляют коррекцию значений величин времени распространения ультразвуковых сигналов за пределами оболочки трубопровода в зависимости от температуры.
8. Контур возбуждения для устройства измерения перемещения жидкости или газа в трубопроводе между двумя датчиками, определяющий хорду измерения и содержащий средство одновременного возбуждения двух датчиков, средства одновременного измерения сигналов, полученных каждым из двух датчиков, которые поступают от другого датчика, каждое из которых содержит средство синхронного преобразования в цифровую форму указанных сигналов, средство коммутации, предназначенное для последовательного соединения средства одновременного возбуждения и средств одновременного измерения сигналов с датчиками.
9. Контур возбуждения по п.8, отличающийся тем, что средство коммутации содержит цепь мультиплексирования.
10. Контур возбуждения по любому из пп.8 и 9, отличающийся тем, что средство одновременного измерения сигналов, полученных каждым из датчиков, содержит усилитель и аналого-цифровой преобразователь в качестве средства синхронного преобразования в цифровую форму.
11. Устройство для измерения перемещения жидкости или газа в трубопроводе, содержащее по меньшей мере два датчика, установленных на трубопроводе, по которому перемещаются жидкость или газ, контур возбуждения, заявленный по пп.8-10, и микропроцессор.
RU2001103752/28A 1998-07-10 1999-07-06 Способ измерения перемещения жидкости или газа в трубопроводе, устройство для осуществления указанного способа и контур возбуждения для устройства RU2234682C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9808894A FR2781048B1 (fr) 1998-07-10 1998-07-10 Mesures croisees des signaux acoustiques d'un debitmetre
FR98/08894 1998-07-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001103752A RU2001103752A (ru) 2003-04-10
RU2234682C2 true RU2234682C2 (ru) 2004-08-20

Family

ID=9528530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001103752/28A RU2234682C2 (ru) 1998-07-10 1999-07-06 Способ измерения перемещения жидкости или газа в трубопроводе, устройство для осуществления указанного способа и контур возбуждения для устройства

Country Status (12)

Country Link
US (1) US6877387B1 (ru)
EP (1) EP1097354B1 (ru)
JP (1) JP2002520582A (ru)
AT (1) ATE240506T1 (ru)
DE (1) DE69907913T2 (ru)
DK (1) DK1097354T3 (ru)
ES (1) ES2200528T3 (ru)
FR (1) FR2781048B1 (ru)
NO (1) NO20010138L (ru)
PT (1) PT1097354E (ru)
RU (1) RU2234682C2 (ru)
WO (1) WO2000003205A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8165830B2 (en) * 2005-10-18 2012-04-24 Micro Motion, Inc. Meter electronics and methods for determining a phase difference between a first sensor signal and a second sensor signal of a flow meter

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4135056B2 (ja) * 2001-02-15 2008-08-20 横河電機株式会社 超音波流量計
AT6511U3 (de) 2003-07-16 2004-09-27 Avl List Gmbh Ultraschall-gasdurchflusssensor sowie vorrichtung zur messung von abgas-strömungen von verbrennungskraftmaschinen sowie ein verfahren zur ermittlung des durchflusses von gasen
DE10338940B3 (de) * 2003-08-22 2005-02-10 Fresenius Medical Care Deutschland Gmbh Verfahren zum Messen einer Signallaufzeit in Blut und Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens
US7117104B2 (en) * 2004-06-28 2006-10-03 Celerity, Inc. Ultrasonic liquid flow controller
BRPI0515806A (pt) * 2004-12-02 2008-08-05 Siemens Energy & Automat sistema e método para correção de calibragem de perfil de fluxo para medidores de fluxo ultra-sÈnicos
WO2007021883A1 (en) * 2005-08-12 2007-02-22 Celerity, Inc. Ultrasonic flow sensor
US7532992B2 (en) * 2006-01-20 2009-05-12 Teledyne Isco, Inc. Measuring apparatuses and methods of using them
US7845688B2 (en) * 2007-04-04 2010-12-07 Savant Measurement Corporation Multiple material piping component
EP2072972B1 (de) 2007-12-21 2016-04-13 SICK Engineering GmbH Vorrichtung zum Messen der Bewegung eines Fluids in einem Rohr
FR2932887B1 (fr) * 2008-06-24 2016-02-05 Univ Francois Rabelais De Tours Dispositif acoustique de mesure localisee et sans contact des non-linearites elastique et dissipative et de la viscoelasticite
US20100305870A1 (en) * 2009-05-27 2010-12-02 Electric Power Research Institute Detection of gas voids in pipe using guided wave
FR2952185B1 (fr) 2009-11-05 2011-12-30 Centre Nat Rech Scient Procede et appareil de caracterisation d'un ecoulement
JP5492606B2 (ja) * 2010-03-03 2014-05-14 アズビル株式会社 演算装置、及び演算装置を備えた流量計
US8974114B2 (en) * 2012-05-02 2015-03-10 Daniel Measurement And Control, Inc. Temperature verification for ultrasonic flow meters
US9501522B2 (en) * 2012-08-17 2016-11-22 Sas Institute Inc. Systems and methods for providing a unified variable selection approach based on variance preservation
US10801868B2 (en) 2014-06-10 2020-10-13 Texas Instruments Incorporated Extended range ADC flow meter
DE102015102200B4 (de) 2015-02-16 2022-08-11 Endress+Hauser Flow Deutschland Ag Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften eines Mediums und Vorrichtung zur Bestimmung von Eigenschaften eines Mediums
MX2018002310A (es) * 2015-08-28 2018-04-11 Reliance Worldwide Corp Configuracion y calibracion de un medidor de flujo.
ES2873899T3 (es) 2016-01-18 2021-11-04 Gwf Messsysteme Ag Caudalímetro de tiempo de recorrido con señal acústica mejorada de formación de haces
FR3065106B1 (fr) * 2017-04-10 2019-08-02 Efs Sa Procede de commande d'un appareil de mesure a ultrasons du debit d'un fluide dans un canal de mesure
DE102018003311B4 (de) * 2018-04-24 2022-05-12 Diehl Metering Gmbh Verfahren und Messeinrichtung zur Ermittlung einer Messinformation
US11274952B2 (en) * 2018-11-16 2022-03-15 Levitronix Gmbh Ultrasonic measuring device for ultrasonic measurement on a flowing fluid

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2077827A1 (ru) * 1970-02-17 1971-11-05 Thomson Csf
US4221128A (en) * 1978-09-29 1980-09-09 Neil Brown Instruments Systems, Inc. Acoustic current meter
US4312238A (en) * 1979-12-13 1982-01-26 Rey Thomas J Electro-acoustic flowmeter
US4391150A (en) * 1980-12-15 1983-07-05 Rey Thomas J Electro-acoustic flowmeter
IT1144295B (it) * 1981-07-10 1986-10-29 Fiat Ricerche Dispositivo ultrasonico per la misura della portata di un fluido in un condotto
US4442719A (en) * 1982-01-11 1984-04-17 Allen Ollie J Acoustic flowmeter
JPS59195126A (ja) * 1983-04-21 1984-11-06 Yokogawa Hokushin Electric Corp 超音波流量計
US5522393A (en) * 1994-05-24 1996-06-04 Duke University Multi-dimensional real-time ultrasonic blood flow imaging apparatus and method
SE504575C2 (sv) * 1994-10-06 1997-03-10 Lorentzen & Wettre Ab Anordning för ultraljudsmätning av elastiska egenskaper hos en pappersbana i rörelse
US5741980A (en) * 1994-11-02 1998-04-21 Foster-Miller, Inc. Flow analysis system and method
US5602343A (en) * 1995-10-10 1997-02-11 The Curators Of The University Of Missouri Method of, and apparatus for, measuring the velocity of a fluid
US6151558A (en) * 1998-02-10 2000-11-21 Conant; James R Ultrasonic marine speedometer system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8165830B2 (en) * 2005-10-18 2012-04-24 Micro Motion, Inc. Meter electronics and methods for determining a phase difference between a first sensor signal and a second sensor signal of a flow meter

Also Published As

Publication number Publication date
NO20010138D0 (no) 2001-01-09
WO2000003205A1 (fr) 2000-01-20
ES2200528T3 (es) 2004-03-01
EP1097354A1 (fr) 2001-05-09
DE69907913T2 (de) 2004-05-13
FR2781048A1 (fr) 2000-01-14
NO20010138L (no) 2001-01-26
DK1097354T3 (da) 2003-09-01
PT1097354E (pt) 2003-10-31
DE69907913D1 (de) 2003-06-18
FR2781048B1 (fr) 2000-09-15
US6877387B1 (en) 2005-04-12
EP1097354B1 (fr) 2003-05-14
ATE240506T1 (de) 2003-05-15
JP2002520582A (ja) 2002-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2234682C2 (ru) Способ измерения перемещения жидкости или газа в трубопроводе, устройство для осуществления указанного способа и контур возбуждения для устройства
US5035147A (en) Method and system for digital measurement of acoustic burst travel time in a fluid medium
US5513535A (en) Method and device for measurement of the flow velocities of gases and/or of quantities that can be derived from same
RU2001103752A (ru) Перекрестные измерения акустических сигналов измерителя параметров потока
EP3164680B1 (en) Method of measuring time of flight of an ultrasound pulse
USRE28686E (en) Measurement of fluid flow rates
CN209745322U (zh) 流体多参数测量仪
GB2046442A (en) Ultrasonic flow meter
CN116046116A (zh) 一种基于Lobe算法的超声波水表流量校准方法
FI76885C (fi) Akustiskt stroemningsmaetningsfoerfarande och anordning foer tillaempning av detta.
Ma et al. Signal processing method based on connection fitting of echo peak point with a large slope for ultrasonic gas flow meter
US3283574A (en) Ultrasonic flowmeter
Li et al. A novel differential time-of-flight algorithm for high-precision ultrasonic gas flow measurement
RU2447406C1 (ru) Ультразвуковой способ измерения расхода жидких и газообразных сред и устройство для его осуществления
RU181215U1 (ru) Электронно-акустическое устройство измерения геометрических параметров открытых волноводов
SU1078248A1 (ru) Ультразвуковой расходомер
RU2311633C1 (ru) Способ определения режима течения многофазного потока в трубопроводе
SU1315908A2 (ru) Способ динамической тарировки термоанемометра
RU43363U1 (ru) Ультразвуковое устройство определения профиля скорости потока и расхода жидкости
RU1772719C (ru) Устройство дл измерени содержани свободного газа в газожидкостной среде
RU2190191C1 (ru) Ультразвуковой импульсный расходомер
SU1076754A1 (ru) Ультразвуковой расходомер
SU964543A1 (ru) Ультразвуковой измеритель скорости потока газовых сред
SU1002966A1 (ru) Устройство дл измерени скорости потока и расхода жидких и газообразных сред
RU75735U1 (ru) Ультразвуковой расходомер

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050707

HK4A Changes in a published invention
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110707