BR102021024538A2

BR102021024538A2 - NON-LINEAR ULTRASOUND METHOD AND APPARATUS FOR QUANTIVATIVE DETECTION OF MATERIALS (LIQUIDS, GAS, PLASMA)

Info

Publication number: BR102021024538A2
Application number: BR102021024538-7A
Authority: BR
Inventors: James M. Heim
Original assignee: Perceptive Sensor Technologies Llc
Filing date: 2021-12-03
Publication date: 2023-06-20

Abstract

Sistemas e métodos para determinar um peso de uma quantidade de fluido, ou uma taxa de fluxo do fluido em peso. Um sensor acústico posicionado em uma parede exterior de um recipiente contendo o fluido determina um nível de enchimento do fluido. Um dispositivo computadorizado calcula um peso da quantidade de fluido utilizando um tamanho do recipiente, o nível de enchimento determinado, uma temperatura do fluido, e a identidade de fluido e/ou uma densidade de fluido. A taxa de fluxo do fluido através de um tubo é determinada utilizando-se dois ou mais sensores acústicos posicionados em diferentes localizações em um tubo, e um sensor de temperatura. Um computador calcula um tempo diferencial de vôo do fluido com base em leituras do sensor acústico, uma distância entre os mesmos, o sensor de temperatura, o volume do tubo, e a identidade do fluido e/ou uma densidade do fluido. Um fluxo em peso da quantidade de fluido é determinado. Systems and methods for determining a weight of a quantity of fluid, or a flow rate of fluid by weight. An acoustic sensor positioned on an outer wall of a container containing the fluid determines a filling level of the fluid. A computerized device calculates a fluid quantity weight using a container size, the determined fill level, a fluid temperature, and the fluid identity and/or a fluid density. The fluid flow rate through a pipe is determined using two or more acoustic sensors positioned at different locations in a pipe, and a temperature sensor. A computer calculates a differential time of flight of the fluid based on readings from the acoustic sensor, a distance between them, the temperature sensor, the volume of the tube, and the identity of the fluid and/or a density of the fluid. A flow by weight of the amount of fluid is determined.

Description

NON-LINEAR ULTRASOUND METHOD AND APPARATUS FOR QUANTIVATIVE DETECTION OF MATERIALS (LIQUIDS, GAS, PLASMA)

[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório dos Estados Unidos N⍛ de Série 62/855.514 intitulado “Non Linear Ultrasound Method for Qualitative and Quantitative Detection of Fluid (Liquids, Gas, Plasma) and Localized Structural Health Monitoring of a Container Containing the Fluid”, depositado em 31 de maio de 2019, cuja descrição inteira é incorporada neste documento por referência.[001] This application claims the benefit of United States Provisional Application Serial No. 62/855,514 entitled “Non Linear Ultrasound Method for Qualitative and Quantitative Detection of Fluid (Liquids, Gas, Plasma) and Localized Structural Health Monitoring of a Container Containing the Fluid,” filed May 31, 2019, the entire description of which is incorporated herein by reference.

[002] A presente descrição está geralmente relacionada à medição de material e mais particularmente está relacionada a um método de ultrassom não linear para detecção quantitativa de materiais, incluindo líquido, gás e/ou plasma.[002] The present description is generally related to material measurement and more particularly is related to a non-linear ultrasound method for quantitative detection of materials, including liquid, gas and/or plasma.

[003] A detecção de nível de material, identificação e medições de fluxo são importantes para diversas indústrias. Por exemplo, na indústria de processamento de combustível fóssil, muitas vezes é crítico garantir o nível correto de fluido dentro do tanque de armazenamento para evitar transbordamento. Um tipo de medição de fluxo de fluido é a medição de fluido, que é a medição de uma quantidade precisa de fluido em movimento em um período de tempo especificado para prover uma vazão precisa do fluido. A medição de fluidos é usada em uma variedade de indústrias que requerem o monitoramento de fluidos, incluindo a indústria química, processamento de combustível fóssil (petróleo e gás) e manufatura. Por exemplo, na indústria de processamento de combustíveis fósseis, muitas vezes é fundamental garantir que as quantidades e os tipos corretos de materiais mantidos em recipientes de armazenamento ou movidos por tubulações sejam combinados com precisão.[003] Material level detection, identification and flow measurements are important to many industries. For example, in the fossil fuel processing industry, it is often critical to ensure the correct fluid level within the storage tank to prevent overflow. One type of fluid flow measurement is fluid metering, which is the measurement of a precise amount of fluid moving over a specified period of time to provide an accurate fluid flow rate. Fluid measurement is used in a variety of industries that require fluid monitoring, including the chemical industry, fossil fuel (oil and gas) processing, and manufacturing. For example, in the fossil fuel processing industry, it is often critical to ensure that the correct amounts and types of materials held in storage containers or moved through pipelines are accurately matched.

[004] Uma variedade de dispositivos e técnicas de detecção de nível de fluido existem hoje. A maioria desses dispositivos são invasivos, pois, para detectar um nível de enchimento preciso ou um fluxo preciso do fluido, esses dispositivos devem ser implantados dentro do tanque ou da tubulação. Isso os torna problemáticos para serviço e manutenção. Por exemplo, medidores de fluxo mecânicos, que utilizam impulsores, normalmente operam medindo um fluxo de fluido usando um arranjo de peças móveis, seja passando por volumes isolados e conhecidos de um fluido através de uma série de engrenagens ou câmaras, por exemplo, por meio de deslocamento positivo, ou por meio de uma turbina ou rotor giratório(a). Os medidores de fluxo mecânicos são, no geral, precisos, em parte, devido à capacidade de medir com precisão o número de revoluções dos componentes mecânicos que são usados para estimar o fluxo de volume total em um curto período de tempo. No entanto, medidores de fluxo mecânicos devem ser instalados no subsistema do tubo e o reparo requer o desligamento da tubulação, o que é altamente ineficiente e caro.[004] A variety of fluid level detection devices and techniques exist today. Most of these devices are invasive, as in order to detect an accurate fill level or accurate fluid flow, these devices must be implanted within the tank or pipeline. This makes them problematic for service and maintenance. For example, mechanical flowmeters, which utilize impellers, typically operate by measuring a flow of fluid using an arrangement of moving parts, either passing isolated known volumes of a fluid through a series of gears or chambers, for example, by means of positive displacement, or by means of a rotating turbine or rotor. Mechanical flowmeters are generally accurate, in part, due to their ability to accurately measure the number of revolutions of mechanical components that are used to estimate total volume flow over a short period of time. However, mechanical flowmeters must be installed in the pipe subsystem and repair requires pipe shutdown, which is highly inefficient and expensive.

[005] Medidores de fluxo de tempo de voo acústicos também são usados convencionalmente. Esses dispositivos medem a diferença em velocidade em duas direções opostas em um tubo e, em seguida, calculam a diferença entre as mesmas, em que a diferença pode ser usada para indicar a velocidade do material que flui através do tubo. Então, a velocidade calculada na qual o material está percorrendo pode ser usada, junto com o tamanho do tubo e outros parâmetros para determinar o fluxo de volume. Esses medidores de fluxo acústico convencionais, no entanto, muitas vezes não são precisos o suficiente para muitas indústrias, incluindo muitas aplicações na indústria de combustíveis fósseis.[005] Acoustic time-of-flight flowmeters are also conventionally used. These devices measure the difference in velocity in two opposite directions in a tube and then calculate the difference between them, where the difference can be used to indicate the velocity of the material flowing through the tube. Then the calculated velocity at which the material is traveling can be used, along with the tube size and other parameters to determine the volume flow. These conventional acoustic flowmeters, however, are often not accurate enough for many industries, including many applications in the fossil fuel industry.

[006] Para fluidos armazenados em tanques, os sensores de nível de enchimento do tanque podem ser usados para determinar uma quantidade do fluido. Esses tipos de sensores podem, no geral, incluir sensores baseados em radar que medem de cima a baixo até a superfície do fluido ou fios e tubos de sensores embutidos que são montados dentro do tanque. Os sensores de nível de enchimento não são altamente precisos por uma variedade de motivos. Os fluidos se expandem e contraem com a temperatura e a maioria dos sensores de nível de enchimento não leva em consideração como as mudanças de temperatura no líquido afetam o nível de enchimento. Além disso, os sensores de nível de enchimento devem ser instalados dentro de tanques ou outros recipientes, o que os torna problemáticos para serviço e manutenção.[006] For fluids stored in tanks, tank fill level sensors can be used to determine an amount of fluid. These types of sensors can generally include radar-based sensors that measure all the way down to the surface of the fluid, or wires and tubes from embedded sensors that are mounted inside the tank. Fill level sensors are not highly accurate for a variety of reasons. Fluids expand and contract with temperature and most fill level sensors do not take into account how temperature changes in the liquid affect the fill level. Furthermore, fill level sensors must be installed inside tanks or other containers, which makes them problematic for service and maintenance.

[007] Desse modo, existe uma necessidade até o momento não resolvida na indústria de abordar as deficiências e inadequações.[007] Thus, there is a hitherto unresolved need in the industry to address deficiencies and inadequacies.

[008] As modalidades da presente descrição proveem um sistema para determinar um peso de uma quantidade de fluido. Descrito resumidamente, na arquitetura, uma modalidade do sistema entre outras, pode ser implementada como segue. Um recipiente tendo um tamanho determinável contém uma quantidade de fluido. Um sensor acústico é posicionável substancialmente em uma parede exterior do recipiente, em que o sensor acústico determina um nível de enchimento da quantidade de fluido no recipiente. Um sensor de temperatura detecta uma temperatura da quantidade de fluido. Um dispositivo computadorizado está em comunicação com o sensor acústico e o sensor de temperatura, em que um processador do dispositivo computadorizado calcula um peso da quantidade de fluido usando o tamanho determinável do recipiente, o nível de enchimento determinado e a temperatura detectada, e pelo menos um de uma identidade de fluido ou uma densidade de fluido.[008] The embodiments of the present description provide a system for determining a weight of a quantity of fluid. Briefly described, in the architecture, one modality of the system among others, can be implemented as follows. A container having a determinable size contains a quantity of fluid. An acoustic sensor is positionable substantially on an outer wall of the container, wherein the acoustic sensor determines a filling level of the amount of fluid in the container. A temperature sensor detects a temperature of the fluid quantity. A computerized device is in communication with the acoustic sensor and the temperature sensor, wherein a processor of the computerized device calculates a weight of the amount of fluid using the determinable container size, the determined filling level and the detected temperature, and at least one of a fluid identity or a fluid density.

[009] A presente descrição pode também ser vista como provendo um sistema para determinar uma vazão de uma quantidade de fluido com base em um peso da quantidade de fluido. Descrito resumidamente, na arquitetura, uma modalidade do sistema, entre outras, pode ser implementada como segue. Um tubo contém a quantidade de fluido. Um primeiro sensor acústico posicionado em uma parede exterior do tubo em uma primeira localização. Um segundo sensor acústico é posicionado na parede exterior do tudo em uma segunda localização, em que a segunda localização é diferente da primeira localização, e em que uma distância entre as primeira e segunda localizações é determinável. Um sensor de temperatura detecta uma temperatura da quantidade de fluido dentro do tubo. Um dispositivo computadorizado está em comunicação com os primeiro e segundo sensores acústicos, em que um processador do dispositivo computadorizado calcula um tempo de voo diferencial da quantidade de fluido com base nas leituras dos primeiro e segundo sensores acústicos, da temperatura detectada da quantidade de fluido, de um volume do tubo, e de pelo menos um de uma identidade de fluido ou uma densidade de fluido, em que um fluxo por peso da quantidade de fluido é determinado.[009] The present description can also be seen as providing a system for determining a flow rate of a quantity of fluid based on a weight of the quantity of fluid. Briefly described, in the architecture, one modality of the system, among others, can be implemented as follows. A tube contains the amount of fluid. A first acoustic sensor positioned on an outer wall of the tube at a first location. A second acoustic sensor is positioned on the outer wall of the tube at a second location, wherein the second location is different from the first location, and wherein a distance between the first and second locations is determinable. A temperature sensor detects a temperature of the amount of fluid inside the tube. A computerized device is in communication with the first and second acoustic sensors, wherein a processor of the computerized device calculates a differential time of flight of the amount of fluid based on the readings of the first and second acoustic sensors, the detected temperature of the amount of fluid, of a tube volume, and of at least one of a fluid identity or a fluid density, wherein a flow per weight quantity of fluid is determined.

[0010] A presente descrição também pode ser vista como provendo métodos para determinar um peso de uma quantidade de fluido. A este respeito, uma modalidade de tal método, entre outras, pode ser amplamente resumida pelas seguintes etapas: conter a quantidade de fluido dentro de um recipiente tendo um tamanho determinável; determinar um nível de enchimento da quantidade de fluido no recipiente com um sensor acústico posicionável substancialmente em uma parede exterior do recipiente; detectar uma temperatura da quantidade de fluido com um sensor de temperatura; e calcular um peso da quantidade de fluido com um processador de um dispositivo computadorizado em comunicação com o sensor acústico e o sensor de temperatura usando o tamanho determinável do recipiente, o nível de enchimento determinado e a temperatura detectada, e pelo menos um de uma identidade de fluido ou uma densidade de fluido.[0010] The present description can also be seen as providing methods for determining a weight of a quantity of fluid. In this regard, one embodiment of such a method, among others, can be broadly summarized by the following steps: contain the amount of fluid within a container having a determinable size; determining a filling level of the amount of fluid in the container with an acoustic sensor positionable substantially on an outer wall of the container; sensing a temperature of the fluid quantity with a temperature sensor; and calculating a weight of the amount of fluid with a processor of a computerized device in communication with the acoustic sensor and the temperature sensor using the determinable container size, the determined filling level and the detected temperature, and at least one of an identity of fluid or a fluid density.

[0011] Outros sistemas, métodos, recursos e vantagens da presente descrição serão ou se tornarão evidentes para aqueles versados na técnica mediante o exame dos seguintes desenhos e da descrição detalhada. Pretende-se que todos esses sistemas, métodos, recursos e vantagens adicionais sejam incluídos nesta descrição, estejam dentro do escopo da presente descrição e sejam protegidos pelas reivindicações anexas.[0011] Other systems, methods, features and advantages of the present disclosure will be or will become apparent to those skilled in the art upon examination of the following drawings and the detailed description. All such additional systems, methods, features and advantages are intended to be included in this description, to be within the scope of the present description and to be protected by the appended claims.

[0012] Muitos aspectos da descrição podem ser mais bem compreendidos com referência aos seguintes desenhos. Os componentes nos desenhos não estão necessariamente em escala, em vez disso, a ênfase é colocada na ilustração clara dos princípios da presente descrição. Além disso, nos desenhos, números de referência semelhantes designam partes correspondentes ao longo das várias vistas.[0012] Many aspects of the description can be better understood with reference to the following drawings. Components in the drawings are not necessarily to scale, rather emphasis is placed on clearly illustrating the principles of the present disclosure. Furthermore, in the drawings, like reference numerals designate corresponding parts throughout the various views.

[0013] A figura 1 é uma ilustração de um sistema para determinar o peso de uma quantidade de material fluido em um recipiente, de acordo com uma primeira modalidade exemplificativa da presente descrição.[0013] Figure 1 is an illustration of a system for determining the weight of a quantity of fluid material in a container, according to a first exemplary embodiment of the present description.

[0014] A figura 2 é uma ilustração de um sistema para determinar uma vazão para uma quantidade de fluido dentro de um tubo, de acordo com uma primeira modalidade exemplificativa da presente descrição.[0014] Figure 2 is an illustration of a system for determining a flow rate for a quantity of fluid within a tube, according to a first exemplary embodiment of the present description.

[0015] A figura 3A é uma ilustração de um sistema para determinar o peso de uma quantidade de fluido para medir uma vazão da quantidade de fluido a ser injetada em um tubo usando um sistema de injeção, de acordo com uma segunda modalidade exemplificativa da presente descrição.[0015] Figure 3A is an illustration of a system for determining the weight of a quantity of fluid to measure a flow rate of the quantity of fluid to be injected into a pipe using an injection system, according to a second exemplary embodiment of the present description.

[0016] A figura 3B é uma imagem de um sistema de injeção usando o sistema, de acordo com a segunda modalidade exemplificativa da presente descrição.[0016] Figure 3B is an image of an injection system using the system, according to the second exemplary embodiment of the present description.

[0017] A figura 4A é uma ilustração de um sistema para detectar mudanças em uma vazão para uma quantidade de fluido de um recipiente, de acordo com uma primeira modalidade exemplificativa da presente descrição.[0017] Figure 4A is an illustration of a system for detecting changes in a flow for a quantity of fluid in a container, according to a first exemplary embodiment of the present description.

[0018] A figura 4B é uma ilustração de um sistema para detectar mudanças em uma vazão para uma quantidade de fluido em um recipiente, de acordo com uma primeira modalidade exemplificativa da presente descrição.[0018] Figure 4B is an illustration of a system for detecting changes in a flow for a quantity of fluid in a container, according to a first exemplary embodiment of the present description.

[0019] A figura 5A é um fluxograma que ilustra um método para medir fluido, de acordo com a primeira modalidade exemplificativa da presente descrição.[0019] Figure 5A is a flowchart illustrating a method for measuring fluid, according to the first exemplary embodiment of the present description.

[0020] A figura 5B é um fluxograma que ilustra um método para medir fluido, de acordo com a primeira modalidade exemplificativa da presente descrição.[0020] Figure 5B is a flowchart illustrating a method for measuring fluid, according to the first exemplary embodiment of the present description.

[0021] A figura 6 é uma ilustração de um método para detectar características estruturais de um recipiente da figura 1, de acordo com uma terceira modalidade exemplificativa da presente descrição.[0021] Figure 6 is an illustration of a method for detecting structural features of a container of Figure 1, according to a third exemplary embodiment of the present description.

[0022] A figura 7 é uma ilustração de técnicas abrangentes de processamento de sinal usadas com o método para detectar características estruturais do recipiente da figura 1, de acordo com uma terceira modalidade exemplificativa da presente descrição.[0022] Figure 7 is an illustration of comprehensive signal processing techniques used with the method for detecting structural features of the container of Figure 1, in accordance with a third exemplary embodiment of the present description.

[0023] As modalidades da presente descrição proveem um sistema e método para determinar a identificação de fluido, nível de fluido e fluxo de fluido por peso. De acordo com esta descrição, o termo “material” pode ser entendido como incluindo líquidos, gases, plasmas ou materiais semelhantes ou qualquer combinação dos mesmos. Em uma modalidade, o sistema e o método podem ser usados para determinar o peso de uma quantidade de fluido em um recipiente. Em uma outra modalidade, o sistema e o método podem ser usados para determinar a vazão de um fluido em um tubo usando um determinado peso do fluido. A presente descrição pode ser usada para detectar o tipo do material sem contato físico com o material e sem análise química. As técnicas podem utilizar ultrassom não linear que é usado para detectar as propriedades quantitativas do material. Outras modalidades da presente descrição podem ser usadas onde o contato físico com o material é feito e sem análise química. Outras modalidades da presente descrição podem ser usadas para detectar ou monitorar a saúde estrutural de um contêiner ou recipiente contendo um fluido, de modo que uma rachadura, corrosão ou outra característica estrutural do contêiner possa ser detectada.[0023] The embodiments of the present disclosure provide a system and method for determining fluid identification, fluid level, and fluid flow by weight. In accordance with this description, the term "material" can be understood to include liquids, gases, plasmas or similar materials or any combination thereof. In one embodiment, the system and method can be used to determine the weight of a quantity of fluid in a container. In another embodiment, the system and method can be used to determine the flow rate of a fluid in a pipe using a given weight of the fluid. The present disclosure can be used to detect material type without physical contact with the material and without chemical analysis. The techniques may utilize non-linear ultrasound which is used to detect the quantitative properties of the material. Other embodiments of the present description may be used where physical contact with the material is made and without chemical analysis. Other embodiments of the present disclosure can be used to detect or monitor the structural health of a container or vessel containing a fluid, such that a crack, corrosion or other structural feature of the container can be detected.

[0024] É bem conhecido que a densidade de um material varia com a temperatura e a pressão. Essa variação é normalmente pequena para líquidos, mas foi observado que os níveis do tanque de fluido aumentam e diminuem visivelmente com nada além de mudanças de temperatura. Aumentar a pressão em um material diminui o volume do material e, portanto, aumenta sua densidade. Aumentar a temperatura de um material (com algumas exceções) diminui sua densidade, aumentando seu volume. Desse modo, devido ao efeito sobre o volume de um material que a temperatura e a pressão podem ter, determinar o peso de um material provê uma maior precisão na quantidade específica daquele material. Determinar o peso de um material também traz vários outros benefícios. Os materiais são vendidos em todo o mundo por peso. Embora as mudanças na temperatura resultem em mudanças na pressão e/ou volume de um material, o peso ou massa em gravidade de um material não muda devido a mudanças na temperatura, pressão ou densidade. Desse modo, determinar o peso de um material pode prover uma maneira mais precisa de medir ou confirmar a quantidade de material durante uma transação comercial.[0024] It is well known that the density of a material varies with temperature and pressure. This variation is normally small for liquids, but fluid tank levels have been observed to rise and fall noticeably with nothing more than changes in temperature. Increasing pressure on a material decreases the volume of the material and therefore increases its density. Increasing the temperature of a material (with some exceptions) decreases its density, increasing its volume. Thus, due to the effect on the volume of a material that temperature and pressure can have, determining the weight of a material provides greater accuracy in the specific quantity of that material. Determining the weight of a material also has several other benefits. Materials are sold worldwide by weight. While changes in temperature result in changes in the pressure and/or volume of a material, the gravity weight or mass of a material does not change due to changes in temperature, pressure, or density. Thus, determining the weight of a material can provide a more accurate way to measure or confirm material quantity during a business transaction.

[0025] A descrição em questão é direcionada ao uso de medição de material para determinar vazões de material do produto usando acústica, que por sua vez, pode ser usada para determinar mudanças no peso do material sendo transferido. O resultado é a capacidade de prover medições altamente precisas da vazão de material, calculando a mudança no peso do material em uma base periódica, por exemplo, em intervalos de tempo predeterminados ao longo de um período de tempo histórico. Por exemplo, o uso de acústica para medir o peso do material armazenado dentro de um tanque ou contêiner a cada dez segundos pode ser usado para prover a mudança líquida no material ao longo de um período específico, por exemplo, um minuto, o que pode indicar uma vazão do produto saindo ou entrando no tanque ou tubo.[0025] The description in question is directed to the use of material measurement to determine product material flow rates using acoustics, which in turn can be used to determine changes in the weight of the material being transferred. The result is the ability to provide highly accurate measurements of material flow by calculating the change in material weight on a periodic basis, for example at predetermined time intervals over a historical time period. For example, using acoustics to measure the weight of material stored inside a tank or container every ten seconds can be used to provide the net change in material over a specific period, for example one minute, which can indicate a flow rate of product leaving or entering the tank or pipe.

[0026] A figura 1 é uma ilustração de um sistema 10 para determinar um peso de uma quantidade de material fluido em um recipiente, de acordo com uma primeira modalidade exemplificativa da presente descrição. O sistema 10 para determinar o peso da quantidade de fluido, que pode ser referido no presente documento simplesmente como ‘sistema 10’ pode ser fixado à parede 16 de um recipiente 12 contendo o fluido 14. Um primeiro sensor acústico 20 está localizado ao longo de uma parede 16 do recipiente 12. Um segundo sensor acústico 30 está localizado ao longo de uma parede inferior 18 do recipiente 12, em que o segundo sensor acústico 30 mede um nível de enchimento do fluido 14 no recipiente 12. Um sensor de temperatura 40 está localizado em, próximo ou dentro do recipiente 12, em que o sensor de temperatura 40 mede uma temperatura do fluido 14.[0026] Figure 1 is an illustration of a system 10 for determining a weight of a quantity of fluid material in a container, according to a first exemplary embodiment of the present description. The system 10 for determining the weight of the amount of fluid, which may be referred to herein simply as 'system 10' can be fixed to the wall 16 of a container 12 containing the fluid 14. A first acoustic sensor 20 is located along a wall 16 of the container 12. A second acoustic sensor 30 is located along a bottom wall 18 of the container 12, wherein the second acoustic sensor 30 measures a filling level of the fluid 14 in the container 12. A temperature sensor 40 is located in, near or within the vessel 12, wherein the temperature sensor 40 measures a temperature of the fluid 14.

[0027] É desejável determinar o peso do fluido 14 porque o peso é um parâmetro altamente preciso para determinar outras características do fluido 14, como uma vazão de fluido 14 fora ou dentro do recipiente 12, como através de um tubo de saída ou entrada 15. Na indústria química e de combustível fóssil, o peso é considerado o meio mais preciso de medição de material, ultrapassando facilmente o volume ou uma quantidade medida, como litros, galões ou barris. Na verdade, os carregamentos de petroleiros de produtos petrolíferos são medidos em toneladas métricas, não por barril.[0027] It is desirable to determine the weight of the fluid 14 because the weight is a highly accurate parameter for determining other characteristics of the fluid 14, such as a flow of fluid 14 out of or into the container 12, such as through an outlet or inlet pipe 15 In the chemical and fossil fuel industry, weight is considered the most accurate means of measuring material, easily surpassing volume or a measured quantity such as liters, gallons, or barrels. In fact, tanker shipments of petroleum products are measured in metric tons, not per barrel.

[0028] Em operação, o sistema 10 pode ser usado com uma quantidade de fluido 14, em que o tipo de fluido específico é conhecido ou desconhecido. Por exemplo, o recipiente 12 pode ser enchido com um fluido 14 que é especificamente conhecido por ser um determinado produto químico ou substância, ou o tipo de fluido 14 dentro do recipiente 12 pode ser desconhecido. Se o tipo de fluido for desconhecido, o primeiro sensor acústico 20 pode ser capaz de identificar com precisão o material líquido usando métricas acústicas conhecidas que são compensadas por temperatura contra um banco de dados para identificar o tipo de líquido específico.[0028] In operation, the system 10 may be used with an amount of fluid 14, wherein the specific fluid type is known or unknown. For example, container 12 may be filled with a fluid 14 that is specifically known to be a particular chemical or substance, or the type of fluid 14 within container 12 may be unknown. If the fluid type is unknown, the first acoustic sensor 20 may be able to accurately identify the liquid material using known acoustic metrics that are temperature compensated against a database to identify the specific liquid type.

[0029] Uma vez que o fluido 14 é identificado, ou se for conhecido anteriormente, o segundo sensor acústico 30 que está posicionado em uma parede inferior 18 do recipiente 12 pode ser usado para determinar uma medição de nível de enchimento extremamente precisa. Em outras palavras, a altura da superfície superior do fluido 14 dentro do recipiente 12 pode ser determinada aqui. Então, usando este nível de enchimento determinado e informações de engenharia do recipiente 12, por exemplo, uma tabela volumétrica que identifica uma quantidade volumétrica de fluido em certas alturas ou níveis de enchimento do recipiente 12, o volume exato do fluido 14 pode ser determinado. A temperatura do fluido 14 pode ser levada em consideração nesta etapa, que pode ser alcançada por meio de medição direta de temperatura, por exemplo, a partir do sensor de temperatura 40 ou do cálculo da temperatura ambiente ou outras técnicas. Com o tipo de material de fluido 14 identificado, a altura da superfície superior do fluido 14 no recipiente 12 e a temperatura do fluido 14 podem ser usadas para calcular o peso.[0029] Once the fluid 14 is identified, or if it is previously known, the second acoustic sensor 30 which is positioned on a bottom wall 18 of the container 12 can be used to determine an extremely accurate filling level measurement. In other words, the height of the upper surface of the fluid 14 within the container 12 can be determined here. Then, using this determined fill level and engineering information from container 12, for example a volumetric table that identifies a volumetric amount of fluid at certain heights or fill levels of container 12, the exact volume of fluid 14 can be determined. The temperature of the fluid 14 can be taken into account in this step, which can be achieved by means of direct temperature measurement, for example from the temperature sensor 40 or the calculation of the ambient temperature or other techniques. With the type of fluid 14 material identified, the height of the top surface of the fluid 14 in the container 12 and the temperature of the fluid 14 can be used to calculate the weight.

[0030] Embora seja possível utilizar o sensor acústico 30 posicionado na parede inferior 18 do recipiente 12 para determinar o nível de enchimento do fluido 14 dentro do recipiente 12, também pode ser possível utilizar um ou mais sensores acústicos em outras localizações n recipiente 12 para determinar o nível de enchimento de fluido 14.[0030] Although it is possible to use the acoustic sensor 30 positioned on the lower wall 18 of the container 12 to determine the filling level of the fluid 14 inside the container 12, it may also be possible to use one or more acoustic sensors in other locations in the container 12 to determine fluid fill level 14.

[0031] Por exemplo, uma pluralidade de sensores acústicos 30 pode ser posicionada no exterior do recipiente 12 em posições ao longo da parede lateral inferior 16. Esses sensores 30 podem ser orientados em ângulos variados em relação à altura do recipiente 12. Por exemplo, em um exemplo, cinco ou mais sensores 30 podem ser usados com orientações de ângulos variáveis, como 15°, 30°, 45°, 60° e 75°, de modo que cada sensor 30 seja posicionado para identificar o nível de enchimento em uma altura particular no recipiente 12. Em um outro exemplo, os sensores 30 podem ser posicionados a distâncias espaçadas ao longo da parede lateral vertical do recipiente 12, de modo que cada sensor 30 possa determinar quando o nível de enchimento do fluido 14 se moveu abaixo da altura do sensor 30, respectivamente, o que pode ser usado para identificar o nível de enchimento de fluido 14 dentro do recipiente 12. Qualquer número de sensores em quaisquer posições e com quaisquer orientações pode ser usado, todas as combinações das quais são consideradas dentro do escopo da presente descrição. Pode ser vantajoso utilizar um único sensor acústico 30 posicionado na parede inferior 18 do recipiente 12, devido à eficiência e menor gasto de material, mas recipientes 12 que não permitem acesso às suas paredes inferiores 18, tais como aqueles acomodados na superfície do solo, podem ser usados com as outras configurações de sensores para determinar com precisão um nível de enchimento de fluido 14.[0031] For example, a plurality of acoustic sensors 30 can be positioned on the outside of the container 12 at positions along the bottom side wall 16. These sensors 30 can be oriented at varying angles relative to the height of the container 12. For example, in one example, five or more sensors 30 may be used with varying angle orientations such as 15°, 30°, 45°, 60° and 75° such that each sensor 30 is positioned to identify the fill level in one particular height in the container 12. In another example, the sensors 30 can be positioned at spaced distances along the vertical side wall of the container 12, so that each sensor 30 can determine when the fill level of the fluid 14 has moved below the height of sensor 30, respectively, which can be used to identify the fill level of fluid 14 within container 12. Any number of sensors in any positions and with any orientations can be used, all combinations of which are considered within the scope of this description. It may be advantageous to use a single acoustic sensor 30 positioned on the bottom wall 18 of the container 12, due to efficiency and less material expense, but containers 12 that do not allow access to their bottom walls 18, such as those accommodated on the surface of the ground, may be used with the other sensor configurations to accurately determine a fluid fill level 14.

[0032] Se a identidade do tipo de material do fluido 14 no recipiente 12 não puder ser determinada, a densidade do fluido 14 pode ser detectada e determinada, e é possível calcular o peso real do fluido específico 14 com base na densidade, no volume e na temperatura detectados e determinados do fluido. Usando essas informações, é então possível calcular com precisão o peso do fluido 14 em um ponto específico no tempo.[0032] If the material type identity of the fluid 14 in the container 12 cannot be determined, the density of the fluid 14 can be detected and determined, and it is possible to calculate the actual weight of the specific fluid 14 based on the density, the volume and detected and determined temperature of the fluid. Using this information, it is then possible to accurately calculate the weight of the fluid 14 at a specific point in time.

[0033] Os cálculos concluídos pelo sistema 10 podem ser processados com um dispositivo computadorizado 50 em comunicação com o primeiro sensor acústico 20, o segundo sensor acústico 30 e o sensor de temperatura 40. Para determinar o fluxo do fluido 14 por peso, o processador do dispositivo computadorizado 50 pode calcular o peso do fluido 14 em duas ou mais vezes, ou em intervalos de tempo predeterminados, com base pelo menos no nível de enchimento detectado provido pelo sensor acústico 30 e na temperatura do sensor de temperatura 40. O dispositivo computadorizado 50 pode receber as informações detectadas por meio de sinais 52 dos sensores, os quais podem ser com fio, sem fio ou qualquer combinação dos mesmos. O dispositivo computadorizado 50 pode ser um dispositivo de computação portátil, como um computador tablet, um telefone inteligente, um leitor, um notebook ou um dispositivo de computação estacionário ou qualquer outro dispositivo eletrônico capaz de receber os sinais e calcular os pontos de dados usando algoritmos e processamento. O dispositivo computadorizado 50 pode incluir uma tela de exibição ou GUI que provê informações relevantes para um usuário humano, ou pode ser interconectado com um outro dispositivo de computação através de uma rede ou da Internet para transferir as informações relevantes para outro lugar.[0033] The calculations completed by the system 10 can be processed with a computerized device 50 in communication with the first acoustic sensor 20, the second acoustic sensor 30 and the temperature sensor 40. To determine the fluid flow 14 by weight, the processor of the computerized device 50 can calculate the weight of the fluid 14 in two or more times, or at predetermined time intervals, based on at least the detected filling level provided by the acoustic sensor 30 and the temperature of the temperature sensor 40. The computerized device 50 can receive the detected information via signals 52 from the sensors, which can be wired, wireless or any combination thereof. The computerized device 50 can be a portable computing device such as a tablet computer, a smart phone, a reader, a notebook computer or a stationary computing device or any other electronic device capable of receiving the signals and calculating the data points using algorithms. and processing. The computerized device 50 can include a display screen or GUI that provides relevant information to a human user, or it can be interconnected with another computing device over a network or the Internet to transfer the relevant information elsewhere.

[0034] É também observado que o sistema 10 pode ser implementado no recipiente 12 sem intrusão. Os primeiro e segundo sensores acústicos 20, 30 precisam apenas ser aderidos ao exterior do recipiente 12 e o sensor de temperatura 40 pode estar localizado fora ou dentro do recipiente em uma posição conveniente para detectar a temperatura do fluido 14. O recipiente 12 não precisa ser esvaziado ou aberto de outra forma para configurar o sistema 10. Sempre que um recipiente 12 é um recipiente de parede dupla, como mostrado na figura 1, os primeiro e segundo sensores acústicos 20, 30 podem estar localizados em uma superfície externa do recipiente 12, ou externos a uma superfície interna da parede lateral interna 16A, por exemplo, em uma lacuna entre a parede lateral interna 16A e a parede lateral externa 16B. O sensor de temperatura 40 pode ser colocado através das paredes laterais internas e/ou externas 16A, 16B, por exemplo, em uma posição que se estende do exterior do recipiente 12 para o interior do recipiente 12, de modo que possa manter boas leituras de temperatura no fluido 14 dentro do recipiente 12. Em outros exemplos, o sensor de temperatura 40 poderia ser posicionado em outros locais e não precisaria necessariamente estar em contato com o fluido 14 ou o recipiente 12. Todos os tipos de sensores de temperatura 40 podem ser usados, incluindo sensores infravermelhos de temperatura, termistores, outros dispositivos de detecção de temperatura ou qualquer combinação dos mesmos. Obviamente, também é possível que os primeiro e segundo sensores acústicos 20, 30 e/ou o sensor de temperatura 40 sejam montados dentro de um recipiente 12, se desejado.[0034] It is also observed that the system 10 can be implemented in the container 12 without intrusion. The first and second acoustic sensors 20, 30 need only be adhered to the outside of the container 12 and the temperature sensor 40 can be located outside or inside the container in a convenient position for sensing the temperature of the fluid 14. The container 12 need not be emptied or otherwise opened to configure the system 10. Where a container 12 is a double-walled container, as shown in Figure 1, the first and second acoustic sensors 20, 30 may be located on an outer surface of the container 12, or external to an inner surface of inner sidewall 16A, for example, in a gap between inner sidewall 16A and outer sidewall 16B. The temperature sensor 40 can be placed through the inner and/or outer side walls 16A, 16B, for example, in a position that extends from the outside of the container 12 to the inside of the container 12, so that it can maintain good temperature readings. temperature in the fluid 14 inside the container 12. In other examples, the temperature sensor 40 could be positioned in other locations and would not necessarily need to be in contact with the fluid 14 or the container 12. All types of temperature sensors 40 can be used, including infrared temperature sensors, thermistors, other temperature sensing devices, or any combination thereof. Of course, it is also possible for the first and second acoustic sensors 20, 30 and/or the temperature sensor 40 to be mounted inside a container 12, if desired.

[0035] Em uma das muitas configurações alternativas, pode ser possível usar vários sensores acústicos para determinar a vazão do fluido 14 dentro de um recipiente 12, em particular um recipiente 12 projetado ou destinado ao transporte de fluido 14, como um tubo, tubulação ou recipiente de transporte de fluido semelhante 12. Semelhante à configuração descrita em relação à figura 1, as vazões exatas podem ser determinadas pelo peso do fluido. A figura 2 é uma ilustração de um sistema 10 para determinar uma vazão para uma quantidade de fluido dentro de um tubo 60, de acordo com a primeira modalidade exemplificativa da presente descrição. Na verdade, a figura 2 ilustra o sistema 10 com um tubo 60, o qual é um recipiente que contém e transporta a quantidade de fluido 66. Um primeiro sensor acústico 22 está localizado ao longo de uma parede 16 do tubo 60, ou em uma posição semelhante, tal como substancialmente ou uma parede 16 do tubo 60. Um segundo sensor acústico 32 está localizado ao longo do tubo 60 a uma distância especificada ou conhecida do primeiro sensor 22. Um tempo de voo diferencial ou cálculo semelhante do fluido 66 no tubo 60 pode ser determinado usando leituras do primeiro sensor acústico 22 e do segundo sensor acústico 32. O tempo de voo diferencial pode então ser usado para determinar o fluxo de velocidade do fluido 66.[0035] In one of the many alternative configurations, it may be possible to use several acoustic sensors to determine the flow rate of the fluid 14 inside a container 12, in particular a container 12 designed or intended for the transport of fluid 14, such as a tube, pipe or similar fluid transport container 12. Similar to the configuration described in relation to figure 1, exact flow rates can be determined by the weight of the fluid. Figure 2 is an illustration of a system 10 for determining a flow rate for a quantity of fluid within a tube 60, in accordance with the first exemplary embodiment of the present description. In fact, figure 2 illustrates the system 10 with a tube 60, which is a container that contains and transports the amount of fluid 66. A first acoustic sensor 22 is located along a wall 16 of the tube 60, or in a similar position, such as substantially or a wall 16 of the tube 60. A second acoustic sensor 32 is located along the tube 60 at a specified or known distance from the first sensor 22. A differential time of flight or similar calculation of the fluid 66 in the tube 60 can be determined using readings from the first acoustic sensor 22 and the second acoustic sensor 32. The differential time of flight can then be used to determine the fluid velocity flow 66.

[0036] Em um exemplo, o cálculo da velocidade do material pode ser determinado como segue. O primeiro sensor acústico 22, isto é, transdutor, gera um sinal que é recebido pelo segundo sensor acústico 32 no tubo 60. O tempo que leva para o sinal percorrer do primeiro sensor acústico 22 para o segundo sensor acústico 32 conhecido como o Tempo de Voo (ToF). Em seguida, o segundo sensor acústico 32 gera um sinal que é recebido do primeiro sensor acústico 22 e a diferença entre os dois ToFs é tomada como uma medida da velocidade do fluxo do material no tubo 60. Do primeiro sensor acústico 22 para o segundo sensor acústico 32, a partir da densidade conhecida do fluido 66 no tubo 60, o fluxo do material pode ser calculado: [0036] In an example, the calculation of material velocity can be determined as follows. The first acoustic sensor 22, i.e. transducer, generates a signal which is received by the second acoustic sensor 32 in the tube 60. The time it takes for the signal to travel from the first acoustic sensor 22 to the second acoustic sensor 32 is known as the Dwell Time. Flight (ToF). Then, the second acoustic sensor 32 generates a signal that is received from the first acoustic sensor 22 and the difference between the two ToFs is taken as a measure of the material flow velocity in the tube 60. From the first acoustic sensor 22 to the second sensor acoustic 32, from the known density of the fluid 66 in the tube 60, the material flow can be calculated:

[0037] Em que Dtr é a distância entre os primeiro e segundo sensores acústicos 22, 32. Dependendo da configuração, isso pode ser igual ao diâmetro do tubo 60 ou a menor distância que o sinal percorrerá entre os dois transdutores. Usp é a velocidade do som com compensação de temperatura no material que flui pela tubulação: [0037] Where Dtr is the distance between the first and second acoustic sensors 22, 32. Depending on the configuration, this can be equal to the diameter of tube 60 or the smallest distance that the signal will travel between the two transducers. Usp is the temperature compensated speed of sound in the material flowing through the pipe:

[0038] Em que Usp 1 = (Usp — V) e Usp 2 = (Usp + V), em que (V) é a velocidade do material. A velocidade pode ser calculada quando os sensores acústicos estão no mesmo lado do tubo 60, nesse caso, a distância e o componente da velocidade levando em consideração o ângulo do trajeto que o sinal percorre entre os dois sensores acústicos e a parede posterior do tubo são calculados.
∆ToF = (ToF2 - ToF1) é a diferença de tempo entre ToF1 e ToF2 [0038] Where Usp 1 = (Usp — V) and Usp 2 = (Usp + V), where (V) is the material velocity. The velocity can be calculated when the acoustic sensors are on the same side of the tube 60, in this case, the distance and the component of the velocity taking into account the angle of the path that the signal travels between the two acoustic sensors and the posterior wall of the tube are calculated.
∆ToF = (ToF2 - ToF1) is the time difference between ToF1 and ToF2

[0039] Reorganizando a equação acima para velocidade, V da velocidade do material na tubulação () pode ser derivada da seguinte equação. [0039] Rearranging the above equation for velocity, V of material velocity in the pipe () can be derived from the following equation.

[0040] Observa-se que o tempo de voo diferencial pode ser calculado de forma bidirecional e/ou unidirecional. Para um cálculo bidirecional, o tempo de voo diferencial do fluido 66 pode ser calculado com base nas leituras dos primeiro e segundo sensores acústicos 22, 32 em duas direções do tubo 60, por exemplo, em ambas as direções lineares para frente e para trás ao longo de um fluxo do tubo 60. Para um cálculo unidirecional, o tempo de voo diferencial pode ser calculado medindo um tempo de voo em uma direção do tubo 60 e comparando-o a um tempo de voo imputado ou calculado com base em uma velocidade de onda acústica do fluido em um estado estacionário. Ao contrário de medir diretamente este valor imputado do fluido em um estado estacionário, este valor pode ser alcançado usando a identidade do material do fluido 66 e a temperatura para derivar ou pesquisar o tempo de voo imputado com base na velocidade da onda. Em seguida, a velocidade da onda é aplicada à distância entre os dois sensores acústicos 22, 32 para derivar um tempo de voo estacionário calculado. Desta forma, o tempo de voo em uma direção pode ser efetivamente comparado à onda acústica esperada através do fluido 66 quando o mesmo está em uma posição estática ou imóvel dentro do tubo 60.[0040] It is observed that the differential flight time can be calculated bidirectionally and/or unidirectionally. For a bidirectional calculation, the differential time of flight of the fluid 66 can be calculated based on the readings of the first and second acoustic sensors 22, 32 in two directions of the tube 60, for example, in both linear directions forward and backward along the along a flow of tube 60. For a one-way calculation, differential flight time can be calculated by measuring a flight time in one direction of tube 60 and comparing it to an imputed or calculated flight time based on a speed of acoustic wave of the fluid in a steady state. As opposed to directly measuring this imputed value of the fluid at a steady state, this value can be achieved by using the material identity of the fluid 66 and the temperature to derive or look up the imputed time of flight based on wave velocity. Then, the wave velocity is applied to the distance between the two acoustic sensors 22, 32 to derive a calculated stationary time of flight. In this way, the time of flight in one direction can be effectively compared to the expected acoustic wave through fluid 66 when it is in a static or motionless position within tube 60.

[0041] Um sensor de temperatura 42 está posicionado no tubo 60, em que o sensor de temperatura 42 detecta uma temperatura do fluido 66. Embora um sensor de temperatura 42 em contato físico com o tubo 60 possa ser usado, a temperatura do fluido 66 no tubo 60 também pode ser provida por métodos alternativos, incluindo dispositivos de detecção de temperatura que não necessariamente precisam estar em contato com o fluido 66 ou o tubo 60. Todos os tipos de sensores de temperatura 42 podem ser usados, incluindo sensores infravermelhos de temperatura, termistores, outros dispositivos de detecção de temperatura ou qualquer combinação dos mesmos.[0041] A temperature sensor 42 is positioned in the tube 60, in which the temperature sensor 42 detects a temperature of the fluid 66. Although a temperature sensor 42 in physical contact with the tube 60 can be used, the temperature of the fluid 66 in tube 60 can also be provided by alternative methods, including temperature sensing devices that do not necessarily need to be in contact with fluid 66 or tube 60. All types of temperature sensors 42 can be used, including infrared temperature sensors , thermistors, other temperature sensing devices, or any combination thereof.

[0042] Além disso, vários cálculos podem ser feitos durante intervalos de tempo específicos que podem ser usados para determinar a vazão do fluido 66 durante flutuações nas vazões reais ao longo de períodos mais longos de medições de intervalo de tempo. Como um exemplo simples, um tubo de raio reto de 0,60 m (2 pés) tem um diesel conhecido (densidade de 848,97 kg/m³ (53 lb/pés³) a 15°C) fluindo a 0,91 m/s (3 pés/s). A área do tubo é 1,16 m² (12.5 pés²), levando a um volume de fluxo de 1,06 m³/s (37,5 pés³/s). Multiplicar o volume do fluxo pela densidade provê o peso do diesel fluindo através do tubo a 0,9 kg/s (1.988 lb/s). Se na próxima medição a velocidade mudasse para 1,06 m/s (3.5 pés/s), então o peso do diesel fluindo pelo tubo seria um aumento para 1,05 kg/s (2.319 lb/s). Esses cálculos podem ser realizados em intervalos de tempo específicos para identificar as mudanças ou flutuações entre os intervalos de tempo, que por sua vez, podem ser usados para determinar as vazões durante um período de tempo mais longo.[0042] In addition, various calculations can be made during specific time intervals that can be used to determine the flow rate of fluid 66 during fluctuations in actual flow rates over longer periods of time interval measurements. As a simple example, a straight 0.60 m (2 ft) radius pipe has known diesel (density 848.97 kg/m³ (53 lb/ft³) at 15°C) flowing at 0.91 m/ s (3 ft/s). The pipe area is 1.16 m² (12.5 ft²), leading to a flow volume of 1.06 m³/s (37.5 ft³/s). Multiplying the flow volume by the density gives the weight of diesel flowing through the pipe at 0.9 kg/s (1988 lb/s). If on the next measurement the velocity changed to 1.06 m/s (3.5 ft/s), then the weight of the diesel flowing through the tube would increase to 1.05 kg/s (2319 lb/s). These calculations can be performed at specific time intervals to identify changes or fluctuations between time intervals, which in turn can be used to determine flows over a longer period of time.

[0043] Essas medições de fluxo de peso podem ser feitas periodicamente, a partir de alguns segundos a cada hora ou em qualquer outro período de tempo. As mudanças nessas vazões de peso ao longo de um período de tempo estendido, que medem as quantidades variáveis de fluido 66 fluindo através do tubo 60, proveem um cálculo normalizado preciso da vazão de material por peso. A partir desta informação, fluxos de volume de fluido altamente precisos e padronizados, por exemplo, galões por hora, etc., e fluxos de peso de fluido, por exemplo, libras por hora, etc., podem ser identificados.[0043] These weight flow measurements can be taken periodically, from a few seconds every hour or any other period of time. Changes in these weight flow rates over an extended period of time, which measure the varying amounts of fluid 66 flowing through tube 60, provide an accurate normalized calculation of material flow rate by weight. From this information, highly accurate and standardized fluid volume flows, eg gallons per hour, etc., and fluid weight flows, eg, pounds per hour, etc., can be identified.

[0044] Além disso, o sistema 10 pode ser usado para determinar a temperatura de fluido, identidade de fluido e informações específicas quanto à densidade e peso do fluido 66 em tempo real ou substancialmente em tempo real, o que provê uma melhoria substancial em relação a outros dispositivos de medição que não operam em tempo real. É também observado que o sistema 10 pode ser implementado no tubo 60 sem intrusão. Os primeiro e segundo sensores acústicos 22, 32 precisam apenas ser fixados ao exterior do tubo 60 e o sensor de temperatura 42 pode estar localizado em uma posição conveniente para detectar a temperatura. O tubo 60 não precisa ser esvaziado ou aberto de outra forma para configurar o sistema 10.[0044] In addition, the system 10 can be used to determine the fluid temperature, fluid identity and specific information regarding the density and weight of the fluid 66 in real time or substantially in real time, which provides a substantial improvement over to other measurement devices that do not operate in real time. It is also noted that system 10 can be implemented in tube 60 without intrusion. The first and second acoustic sensors 22, 32 need only be attached to the outside of the tube 60 and the temperature sensor 42 can be located in a convenient position to sense the temperature. Tube 60 need not be emptied or otherwise opened to configure system 10.

[0045] Os cálculos concluídos pelo sistema 10 podem ser processados com um dispositivo computadorizado 50 em comunicação com o sensor acústico 20, que determina a identidade do material fluido e com outros sensores acústicos 22, 32, bem como o sensor de temperatura 42. Para determinar a vazão por peso do fluido 66, o processador do dispositivo computadorizado 50 pode calcular a vazão por peso do fluido 66 em intervalos de tempo predeterminados com base na vazão de volume detectada e determinada e densidade de fluido. O dispositivo computadorizado 50 pode receber as informações detectadas por meio de sinais 52 dos sensores, os quais podem ser com fio, sem fio ou qualquer combinação dos mesmos. O dispositivo computadorizado 50 pode ser um dispositivo de computação portátil, como um computador tablet, um telefone inteligente, um leitor, um notebook, um dispositivo de computação estacionário, qualquer outro dispositivo ou serviço eletrônico capaz de receber os sinais e calcular os pontos de dados usando algoritmos e processamento. O dispositivo computadorizado 50 pode incluir uma tela de exibição ou GUI que provê informações relevantes para um usuário humano, ou pode ser interconectado com um outro dispositivo de computação através de uma rede, da Internet ou serviço na nuvem para transferir as informações relevantes para outro lugar.[0045] The calculations completed by the system 10 can be processed with a computerized device 50 in communication with the acoustic sensor 20, which determines the identity of the fluid material, and with other acoustic sensors 22, 32, as well as the temperature sensor 42. determine the flow rate by weight of the fluid 66, the processor of the computerized device 50 can calculate the flow rate by weight of the fluid 66 at predetermined time intervals based on the detected and determined volume flow rate and fluid density. The computerized device 50 can receive the detected information via signals 52 from the sensors, which can be wired, wireless or any combination thereof. The computerized device 50 can be a portable computing device such as a tablet computer, a smart phone, a reader, a notebook, a stationary computing device, any other electronic device or service capable of receiving the signals and calculating the data points. using algorithms and processing. The computerized device 50 can include a display screen or GUI that provides information relevant to a human user, or it can be interconnected with another computing device via a network, Internet or cloud service to transfer the relevant information elsewhere. .

[0046] O sistema 10 descrito em relação às figuras 1 e 2 pode ter uma variedade de usos em uma variedade de indústrias e configurações diferentes. Isso pode incluir o uso na indústria química ou na indústria de combustível fóssil para determinar o tipo de material com base no peso e/ou para determinar uma vazão desse material dentro de um recipiente ou tubo. O sistema também pode encontrar usos em análises ambientais, com itens recreativos, como piscinas, ou em outros ambientes. Um uso específico para o sistema 10 é com unidades de injeção usadas na indústria de combustíveis fósseis. Uma unidade de injeção pode ser usada para injetar uma quantidade de aditivos químicos fluidos em uma tubulação de petróleo para proteger os tubos na tubulação contra corrosão ou para outra finalidade. A quantidade de produto químico injetada pode ser pequena, em comparação com o volume relativo do petróleo no tubo, mas muitas vezes é crítico injetar a quantidade correta. Portanto, é fundamental saber a vazão de injeção exata do produto químico fluido na tubulação.[0046] The system 10 described in relation to figures 1 and 2 can have a variety of uses in a variety of different industries and settings. This may include use in the chemical industry or the fossil fuel industry to determine the type of material based on weight and/or to determine a flow rate of that material within a container or tube. The system may also find uses in environmental analysis, with recreational items such as swimming pools, or in other environments. A specific use for System 10 is with unit injections used in the fossil fuel industry. An injection unit can be used to inject a quantity of fluid chemical additives into a petroleum pipeline to protect the tubes in the pipeline from corrosion or for another purpose. The amount of chemical injected may be small compared to the relative volume of oil in the tube, but it is often critical to inject the correct amount. Therefore, it is critical to know the exact injection rate of the fluid chemical into the pipeline.

[0047] A figura 3A é uma ilustração de um sistema para determinar o peso de uma quantidade de fluido 14A para medir uma vazão da quantidade de fluido 14A a ser injetada em um tubo 60 usando um sistema de injeção, de acordo com uma segunda modalidade exemplificativa da presente descrição. A figura 3B é uma imagem de um sistema de injeção usando o sistema 10, de acordo com a segunda modalidade exemplificativa da presente descrição. A figura 3A ilustra o sistema 10 representado e descrito em relação à figura 1, o qual tem um recipiente 12 contendo a quantidade de fluido 14A. Um primeiro sensor acústico 20 está localizado ao longo de uma parede lateral 16 do recipiente 12 e identifica o material fluido. Um segundo sensor acústico 30 está localizado ao longo de uma parede inferior 18 do recipiente 12, em que o segundo sensor acústico 30 detecta um nível de enchimento da quantidade de fluido 14A no recipiente 12. Um sensor de temperatura 40 está localizado próximo ao recipiente 12, em que o sensor de temperatura 40 detecta uma temperatura da quantidade de fluido 14A.[0047] Figure 3A is an illustration of a system for determining the weight of an amount of fluid 14A for measuring a flow of the amount of fluid 14A to be injected into a tube 60 using an injection system, according to a second embodiment exemplary of the present disclosure. Figure 3B is an image of an injection system using system 10, according to the second exemplary embodiment of the present description. Figure 3A illustrates the system 10 shown and described in relation to Figure 1, which has a container 12 containing the amount of fluid 14A. A first acoustic sensor 20 is located along a sidewall 16 of the container 12 and identifies the flowable material. A second acoustic sensor 30 is located along a bottom wall 18 of the container 12, wherein the second acoustic sensor 30 detects a filling level of the amount of fluid 14A in the container 12. A temperature sensor 40 is located next to the container 12 , wherein the temperature sensor 40 detects a temperature of the fluid quantity 14A.

[0048] Como mostrado na FIG. 3A, a quantidade de fluido 14A, que neste exemplo é um produto químico fluido, pode ser alojada dentro do recipiente 12 que está conectado à tubulação 60 através de uma rede de tubos 62, onde o produto químico fluido 14A é bombeado do recipiente 12 com uma bomba de fluido 64. A tubulação 60 pode ter uma quantidade de outro fluido 66, como combustíveis fósseis ou um outro fluido, dependendo do projeto e uso da tubulação. O sistema 10 pode ser usado em uma variedade de maneiras para injetar com precisão o produto químico fluido 14A no tubo 60. Por exemplo, como discutido em relação à figura 1, o primeiro sensor acústico 20 pode detectar um tipo de material do produto químico fluido 14A no recipiente 12, enquanto o segundo sensor acústico 30 pode detectar um nível de enchimento do produto químico fluido 14A. À medida que o produto químico fluido 14A é distribuído por meio dos tubos 62 e da bomba 64, os cálculos podem ser realizados pelo dispositivo computadorizado 50 enviados por meio de sinais 52 em vários períodos de tempo ou intervalos para determinar o nível de enchimento em cada período de tempo. Esses cálculos podem então ser usados para determinar a vazão do fluido químico 14A do recipiente 12, que por sua vez, pode ser usado para controlar a bomba 64 para dispensar o produto químico fluido 14A no tubo 60 na taxa desejada.[0048] As shown in FIG. 3A, the quantity of fluid 14A, which in this example is fluid chemical, can be housed within container 12 which is connected to tubing 60 through a network of tubes 62, where chemical fluid 14A is pumped from container 12 with a fluid pump 64. The pipeline 60 may have an amount of another fluid 66, such as fossil fuels or another fluid, depending on the design and use of the pipeline. The system 10 can be used in a variety of ways to accurately inject fluid chemical 14A into tube 60. For example, as discussed with reference to Figure 1, the first acoustic sensor 20 can detect a material type of fluid chemical. 14A in container 12, while second acoustic sensor 30 can detect a fill level of fluid chemical 14A. As fluid chemical 14A is dispensed through tubes 62 and pump 64, calculations can be performed by computerized device 50 sent via signals 52 at various time periods or intervals to determine the fill level at each period of time. These calculations can then be used to determine the flow rate of chemical fluid 14A from container 12, which in turn can be used to control pump 64 to dispense chemical fluid 14A into tube 60 at the desired rate.

[0049] Em um outro exemplo, os sensores acústicos 20, 22 e 32 posicionados no ou próximos ao tubo 60 podem ser usados para determinar a vazão do fluido 66 através do tubo 60 usando a técnica discutida anteriormente em relação às figuras 1 e 2, por exemplo, usando o sensor acústico 20, que determina a identidade do fluido, e usando os primeiro e segundo sensores acústicos 22, 32, que são usados para determinar a vazão, juntamente com o sensor de temperatura 42. Quando a vazão do fluido 66 através do tubo 60 é determinada, o sistema 10 pode controlar a bomba 64 para dispensar uma porção do produto químico fluido 14A do recipiente 12 para o tubo 60. Se a vazão do fluido 66 dentro do tubo 60 muda ou flutua, o sistema 10 pode ser capaz de ajustar a vazão do fluido químico 14A do recipiente através dos tubos 62 e para o tubo 60, controlando assim com precisão uma medição da vazão do produto químico fluido 14A no tubo 60. Desta forma, o sistema pode controlar dinamicamente a injeção do produto químico fluido 14A no tubo 60 para garantir que a quantidade desejada de produto químico fluido 14A está sendo injetada, apesar das flutuações na vazão do fluido 66 dentro do tubo 60.[0049] In another example, the acoustic sensors 20, 22 and 32 positioned on or near the tube 60 can be used to determine the flow of the fluid 66 through the tube 60 using the technique previously discussed in relation to figures 1 and 2, for example, using the acoustic sensor 20, which determines the identity of the fluid, and using the first and second acoustic sensors 22, 32, which are used to determine the flow, together with the temperature sensor 42. When the flow of the fluid 66 through tube 60 is determined, system 10 can control pump 64 to dispense a portion of the chemical fluid 14A from container 12 into tube 60. If the flow rate of fluid 66 within tube 60 changes or fluctuates, system 10 can being able to adjust the flow rate of the chemical fluid 14A from the vessel through the tubes 62 and into the tube 60, thereby accurately controlling a measurement of the flow rate of the chemical fluid 14A into the tube 60. In this way, the system can dynamically control the injection of the chemical fluid 14A into tube 60 to ensure that the desired amount of chemical fluid 14A is being injected despite fluctuations in the flow rate of fluid 66 into tube 60.

[0050] Em um terceiro exemplo, as vazões do fluido 14A dentro do recipiente 12 ou dentro do tubo 62 e a vazão do fluido 66 dentro do tubo 60 podem ser determinadas, de modo que a bomba possa ser controlada dinamicamente para ajustar continuamente a taxa de injeção do produto químico fluido 14A no tubo 60, e o nível de produto químico fluido 14A pode ser monitorado para garantir que não seja inadvertidamente esgotado. Qualquer combinação destes exemplos pode ser usada para detectar as vazões dos fluidos 14A, 66 ou de outra forma controlar um dispositivo de medição, como a bomba 64, para injetar ou transportar um fluido para outro.[0050] In a third example, the flow rates of the fluid 14A inside the container 12 or inside the tube 62 and the flow rate of the fluid 66 inside the tube 60 can be determined, so that the pump can be dynamically controlled to continuously adjust the rate injection of fluid chemical 14A into tube 60, and the level of fluid chemical 14A can be monitored to ensure that it is not inadvertently depleted. Any combination of these examples can be used to sense the flow rates of fluids 14A, 66 or otherwise control a metering device, such as pump 64, to inject or convey one fluid to another.

[0051] Similar às figuras 1 e 2, os cálculos na figura 3A concluídos pelo sistema 10 podem ser processados com um ou mais dispositivos computadorizados 50 em comunicação com o sensor acústico 20, que determina a identidade do material fluido tanto no recipiente 12 quanto no tubo 60, o sensor acústico 30 que determina o nível de enchimento do fluido 14A no recipiente 12 e com outros sensores acústicos 22, 32 que determinam a vazão no tubo, bem como os sensores de temperatura 40, 42. Embora dois dispositivos computadorizados 50 sejam ilustrados na figura 3A, qualquer número de dispositivos computadorizados 50 pode ser usado. Um ou mais dispositivos computadorizados 50 podem receber as informações detectadas por meio de sinais 52 dos sensores, que podem ser com fio, sem fio ou qualquer combinação dos mesmos. Os um ou mais dispositivos computadorizados 50 podem ser um dispositivo de computação portátil, como um computador tablet, um telefone inteligente, um leitor, um notebook, um dispositivo de computação estacionário, qualquer outro dispositivo ou serviço eletrônico capaz de receber os sinais e calcular os pontos de dados usando algoritmos e processamento. Os um ou mais dispositivos computadorizados 50 podem incluir uma tela de exibição ou GUI que provê informações relevantes para um usuário humano, ou podem ser interconectados com um outro dispositivo de computação através de uma rede, Internet ou serviço na nuvem para transferir as informações relevantes para outro lugar.[0051] Similar to figures 1 and 2, the calculations in figure 3A completed by the system 10 can be processed with one or more computerized devices 50 in communication with the acoustic sensor 20, which determines the identity of the fluid material both in the container 12 and in the tube 60, the acoustic sensor 30 which determines the filling level of the fluid 14A in the container 12 and with other acoustic sensors 22, 32 which determine the flow rate in the tube, as well as the temperature sensors 40, 42. Although two computerized devices 50 are illustrated in Figure 3A, any number of computerized devices 50 can be used. One or more computerized devices 50 may receive the detected information via signals 52 from the sensors, which may be wired, wireless, or any combination thereof. The one or more computerized devices 50 can be a portable computing device, such as a tablet computer, a smart phone, a reader, a notebook, a stationary computing device, any other electronic device or service capable of receiving the signals and calculating the data points using algorithms and processing. The one or more computerized devices 50 can include a display screen or GUI that provides information relevant to a human user, or can be interconnected with another computing device via a network, Internet or cloud service to transfer the relevant information to another place.

[0052] Um dos muitos benefícios do sistema 10 é que ele pode ser usado na infraestrutura de fluido existente sem alterações significativas. Por exemplo, como mostrado na figura 3B, a unidade de injeção montada sobre plataforma pode ser usada em um local remoto onde o petróleo é armazenado e/ou canalizado através de um tubo subterrâneo 60. Nestes tipos de locais, muitas vezes não é possível acessar o tubo 60 (mostrado em linhas tracejadas) porque está enterrado ou não é facilmente acessível. A unidade de injeção montada sobre plataforma pode ser colocada sobre o tubo 60 de modo que o aditivo químico possa ser injetado no local apropriado ao longo da tubulação. Uma fonte de alimentação elétrica pode não existir neste local remoto, então uma fonte de energia solar 70 e bateria 72 podem ser usadas para alimentar a bomba 64 que controla a injeção do fluido químico no tubo 60. O sistema 10 tem requisitos de baixa energia que podem ser facilmente atendidos com a fonte de energia solar existente nas unidades de injeção. Além disso, os sensores do sistema 10 podem ser facilmente integrados aos recipientes de líquido existentes das unidades de injeção, seja por meio de recondicionamento ou manufatura original. Observa-se, é claro, que o sistema 10 pode ser usado com outros recipientes de fluido de petróleo, incluindo petroleiros, vagões ferroviários, etc.[0052] One of the many benefits of System 10 is that it can be used on existing fluid infrastructure without significant changes. For example, as shown in figure 3B, the platform mounted injection unit can be used in a remote location where petroleum is stored and/or piped through an underground pipe 60. In these types of locations, it is often not possible to access tube 60 (shown in dashed lines) because it is buried or not easily accessible. The platform mounted injection unit can be placed over tube 60 so that the chemical additive can be injected at the appropriate location along the pipeline. An electrical power supply may not exist at this remote location, so a solar power source 70 and battery 72 can be used to power the pump 64 which controls the injection of the chemical fluid into the pipe 60. The system 10 has low power requirements which can be easily met with the existing solar energy source in the injection units. In addition, System 10 sensors can be easily integrated into the injection unit's existing liquid containers, either through refurbishment or original manufacturing. It is noted, of course, that the system 10 can be used with other petroleum fluid containers, including tankers, rail cars, etc.

[0053] A presente descrição também pode prover benefícios para o monitoramento de fluxo de fluido em situações em que a vazão de um fluido através de um tubo muda. A figura 4A é uma ilustração de um sistema para detectar mudanças em uma vazão para uma quantidade de fluido 14 de um recipiente 12, de acordo com uma primeira modalidade exemplificativa da presente descrição. A figura 4B é uma ilustração de um sistema para detectar mudanças em uma vazão para uma quantidade de fluido 66 em um tubo 60, de acordo com uma primeira modalidade exemplificativa da presente descrição. Como mostrado em ambas as figuras 4A e 4B, o sistema 10 pode ser implementado como um dispositivo de medição substancialmente unitário que é posicionável em torno de um tubo de entrada ou saída 12A do recipiente 12 (figura 4A) ou em torno de um tubo 60 de uma tubulação ou um outro sistema de distribuição de fluido (figura 4B) para monitorar o movimento do fluido. Uma vez que qualquer movimento do fluido 14, 66 é detectado, o sistema 10 mede as vazões. O sistema 10 também pode identificar o tipo de material fluido, se desejado, de modo que registros completos de todos os fluxos de fluido 14, 66 em volume e peso, bem como o tipo de material real, possam ser determinados. Em ambas as figuras 4A e 4B, se o fluido 14, 66 não estiver fluindo no tubo 12A, 60, o sistema 10 pode executar ping nos primeiro e segundo sensores acústicos 22 e 32 periodicamente para determinar quando o fluxo de fluido começa. O sistema 10 pode ser programado para executar ping conforme necessário para determinar quando o fluxo de fluido 14, 66 para. O oposto também pode ser alcançado, isto é, onde há um fluxo existente no tubo 12A, 60 e o sistema 10 determina quando um fluxo de fluido para. A capacidade do sistema 10 de determinar quando o fluxo de fluido 14, 66 começa e para provê precisão adicional na medição do peso do fluido que passa através do tubo 12A, 60. Além disso, é observado que o sistema 10 pode ser capaz de detecção de vazão bidirecional, capacidade de balanço de massa do recipiente e totalizações em ambas as direções de fluxo.[0053] The present description may also provide benefits for fluid flow monitoring in situations where the flow rate of a fluid through a pipe changes. Figure 4A is an illustration of a system for detecting changes in a flow rate for a quantity of fluid 14 from a container 12, in accordance with a first exemplary embodiment of the present description. Figure 4B is an illustration of a system for detecting changes in a flow rate for a quantity of fluid 66 in a tube 60, in accordance with a first exemplary embodiment of the present description. As shown in both Figures 4A and 4B, the system 10 can be implemented as a substantially unitary metering device that is positionable around an inlet or outlet tube 12A of the vessel 12 (Figure 4A) or around a tube 60 a pipeline or other fluid delivery system (Figure 4B) to monitor fluid movement. Once any movement of the fluid 14, 66 is detected, the system 10 measures the flow rates. The system 10 can also identify the fluid material type, if desired, so that complete records of all fluid flows 14, 66 by volume and weight, as well as the actual material type, can be determined. In both Figures 4A and 4B, if fluid 14, 66 is not flowing in tube 12A, 60, system 10 can ping first and second acoustic sensors 22 and 32 periodically to determine when fluid flow begins. System 10 can be programmed to ping as needed to determine when fluid flow 14, 66 stops. The opposite can also be achieved, i.e. where there is existing flow in the tube 12A, 60 and the system 10 determines when a flow of fluid stops. The ability of system 10 to determine when the flow of fluid 14, 66 begins and to provide additional accuracy in measuring the weight of fluid passing through tube 12A, 60. Furthermore, it is appreciated that system 10 may be capable of sensing bidirectional flow rates, vessel mass balance capability, and totalizations in both flow directions.

[0054] Como pode ser entendido, o sistema 10 descrito no presente documento e os aparelhos e métodos relacionados podem prover benefícios substanciais para medir as vazões de fluidos. Para citar alguns desses benefícios, o sistema pode ser usado para medir com precisão as transferências de fluidos de ou para tanques, contêineres ou recipientes para produzir o movimento total preciso do produto. O sistema 10 também pode ser usado para produzir com precisão a documentação de transferência de custódia de materiais fluidos entre terceiros. O sistema 10 também é capaz de ser usado para identificar com precisão vazamentos de material líquido de um tanque, contêiner ou recipiente, bem como monitorar com precisão o estoque de materiais líquidos armazenados em um tanque, contêiner ou recipiente.[0054] As can be understood, the system 10 described herein and related apparatus and methods can provide substantial benefits for measuring fluid flow rates. To name a few of these benefits, the system can be used to accurately measure fluid transfers to or from tanks, containers or containers to produce accurate overall product movement. The system 10 can also be used to accurately produce custody transfer documentation for fluid materials between third parties. The system 10 is also capable of being used to accurately identify leaks of liquid material from a tank, container or container, as well as accurately monitor the stock of liquid materials stored in a tank, container or container.

[0055] A figura 5A é um fluxograma 100 que ilustra um método para medir um fluido, de acordo com a primeira modalidade exemplificativa da presente descrição. Deve-se observar que quaisquer descrições de processo ou blocos em fluxogramas devem ser entendidos como representando módulos, segmentos, porções de código ou etapas que incluem uma ou mais instruções para a implementação de funções lógicas específicas no processo, e implementações alternativas estão incluídas no escopo da presente descrição, em que as funções podem ser executadas fora da ordem mostrada ou discutida, incluindo substancialmente simultaneamente ou em ordem reversa, dependendo da funcionalidade envolvida, como seria entendido por aqueles razoavelmente versados na técnica da presente descrição.[0055] Figure 5A is a flowchart 100 illustrating a method for measuring a fluid, in accordance with the first exemplary embodiment of the present description. It should be noted that any process descriptions or blocks in flowcharts are to be understood as representing modules, segments, code chunks or steps that include one or more instructions for implementing specific logic functions in the process, and alternative implementations are included in the scope. of the present description, wherein functions may be performed out of the order shown or discussed, including substantially simultaneously or in reverse order, depending on the functionality involved, as would be understood by those reasonably skilled in the art of the present description.

[0056] Como mostrado pelo bloco 102, as métricas acústicas e informações de temperatura são usadas para identificar um fluido específico sendo medido. Uma vez que a identidade de fluido e a temperatura foram estabelecidas, a velocidade acústica do fluido é usada para calcular o nível de fluido dentro do recipiente (bloco 104). O volume de fluido é determinado usando informações de volume dimensional do recipiente (bloco 106). A densidade do fluido é determinada usando a temperatura e a identificação do material (bloco 108). O peso do fluido dentro do recipiente é precisamente determinado usando o volume de fluido e a densidade do fluido (bloco 110). Cálculos de peso periódicos do fluido são feitos, pelos quais as mudanças reais no peso do fluido são determinadas e pelas quais as vazões de fluido reais, totalmente ajustadas às variações de temperatura em volume de material, são determinadas (bloco 112).[0056] As shown by block 102, acoustic metrics and temperature information are used to identify a specific fluid being measured. Once the fluid identity and temperature have been established, the acoustic velocity of the fluid is used to calculate the fluid level within the container (block 104). The fluid volume is determined using container dimensional volume information (block 106). Fluid density is determined using temperature and material identification (block 108). The weight of the fluid within the container is precisely determined using the fluid volume and fluid density (block 110). Periodic fluid weight calculations are made, by which actual changes in fluid weight are determined and by which actual fluid flow rates, fully adjusted for temperature changes in material volume, are determined (block 112).

[0057] A figura 5B é um fluxograma 130 que ilustra um método para medir um fluido, de acordo com a primeira modalidade exemplificativa da presente descrição. Deve-se observar que quaisquer descrições de processo ou blocos em fluxogramas devem ser entendidos como representando módulos, segmentos, porções de código ou etapas que incluem uma ou mais instruções para a implementação de funções lógicas específicas no processo, e implementações alternativas estão incluídas no escopo da presente descrição, em que as funções podem ser executadas fora da ordem mostrada ou discutida, incluindo substancialmente simultaneamente ou em ordem reversa, dependendo da funcionalidade envolvida, como seria entendido por aqueles razoavelmente versados na técnica da presente descrição.[0057] Figure 5B is a flowchart 130 illustrating a method for measuring a fluid, in accordance with the first exemplary embodiment of the present description. It should be noted that any process descriptions or blocks in flowcharts are to be understood as representing modules, segments, code chunks or steps that include one or more instructions for implementing specific logic functions in the process, and alternative implementations are included in the scope. of the present description, wherein functions may be performed out of the order shown or discussed, including substantially simultaneously or in reverse order, depending on the functionality involved, as would be understood by those reasonably skilled in the art of the present description.

[0058] Como mostrado pelo bloco 132, as métricas acústicas e informações de temperatura são usadas para identificar um fluido específico sendo medido. Uma vez que a identidade de fluido e a temperatura foram estabelecidas, a velocidade de fluxo acústica do fluido é usada para calcular a vazão de volume dentro do tubo (bloco 134). A vazão de volume de fluido é determinada usando informações de volume dimensional do tubo e a vazão calculada (bloco 136). A densidade do fluido é determinada usando a temperatura e a identificação do material (bloco 138). A vazão por peso do fluido dentro do tubo é precisamente determinada usando o fluxo de volume de fluido e a densidade do fluido (bloco 140). Cálculos periódicos de vazão por peso do fluido são feitos, pelos quais as mudanças reais no peso do fluido são determinadas e pelas quais as vazões de fluido reais, totalmente ajustadas às variações de temperatura em volume de material, são determinadas (bloco 142).[0058] As shown by block 132, acoustic metrics and temperature information are used to identify a specific fluid being measured. Once the fluid identity and temperature have been established, the acoustic flow velocity of the fluid is used to calculate the volume flow rate within the tube (block 134). The fluid volume flow rate is determined using pipe dimensional volume information and the calculated flow rate (block 136). Fluid density is determined using temperature and material identification (block 138). The flow rate by weight of the fluid within the pipe is precisely determined using the fluid volume flow and fluid density (block 140). Periodic fluid flow rate calculations are made by which actual changes in fluid weight are determined and by which actual fluid flow rates, fully adjusted for temperature changes in material volume, are determined (block 142).

[0059] Enquanto as figuras 1 a 5B discutem principalmente a detecção do peso do material e para determinar uma vazão do material, técnicas semelhantes podem ser usadas para detectar as características estruturais de um contêiner ou recipiente contendo o fluido. A figura 6 é uma ilustração 200 de um método para detectar características estruturais de um recipiente da figura 1, de acordo com uma terceira modalidade exemplificativa da presente descrição. A figura 6 é uma ilustração 300 de técnicas abrangentes de processamento de sinal usadas com o método para detectar características estruturais do recipiente 12 da figura 1, de acordo com uma terceira modalidade exemplificativa da presente descrição.[0059] While Figures 1 to 5B primarily discuss sensing material weight and determining a material flow rate, similar techniques can be used to detect the structural features of a container or vessel containing the fluid. Figure 6 is an illustration 200 of a method for detecting structural features of a container of Figure 1, in accordance with a third exemplary embodiment of the present description. Figure 6 is an illustration 300 of comprehensive signal processing techniques used with the method for detecting structural features of the container 12 of Figure 1, in accordance with a third exemplary embodiment of the present description.

[0060] O sinal acústico/ultrassom de banda ultralarga não linear é excitado usando chirp linear/direto/reverso/exponencial. Além de medir o tempo de voo absoluto, o tempo de voo diferencial também é registrado. Como as ondas sonoras são de natureza dispersiva, as características de dispersão são usadas para determinar os efeitos da temperatura e o monitoramento localizado da integridade estrutural, que inclui principalmente a detecção de corrosão, delaminação e rachaduras. Para atingir alta precisão e confiabilidade, o sinal recebido (seja do mesmo transdutor no modo pulso-eco ou do segundo transdutor no modo pitch-catch) é processado no sistema de aquisição e processamento de dados. O processamento de sinal abrangente, usando várias ferramentas de processamento de sinal, pode ser usado. Alguns dos principais recursos extraídos são tempo de voo absoluto, tempo de voo diferencial, fase, magnitude e frequência.[0060] Non-linear ultra-wideband acoustic/ultrasound signal is excited using linear/forward/reverse/exponential chirp. In addition to measuring the absolute flight time, the differential flight time is also recorded. As sound waves are dispersive in nature, dispersion characteristics are used to determine temperature effects and localized monitoring of structural integrity, which primarily includes detection of corrosion, delamination and cracking. To achieve high accuracy and reliability, the received signal (either from the same transducer in pulse-echo mode or from the second transducer in pitch-catch mode) is processed in the data acquisition and processing system. Comprehensive signal processing using various signal processing tools can be used. Some of the key features extracted are absolute flight time, differential flight time, phase, magnitude and frequency.

[0061] Com referência às figuras 1, 6 e 7, juntas, o método e sistema descritos na figura 6 podem ser usados com os recursos estruturais descritos na figura 1 para detectar as características estruturais de um recipiente 12. Por exemplo, o recipiente 12 ou outro recipiente estrutural capaz de conter o fluido, pode ser construído a partir de peças condutoras e não condutoras. As técnicas de processamento utilizam sinal acústico/de ultrassom de banda ultralarga não linear que é excitado usando chirp linear/direto/reverso/exponencial. Além de medir o tempo de voo absoluto, o tempo de voo diferencial também é registrado. Como as ondas sonoras são de natureza dispersiva, as características de dispersão são usadas para determinar os efeitos da temperatura e o monitoramento localizado da integridade estrutural do próprio recipiente. Isso pode incluir a detecção de corrosão, delaminação e rachaduras, entre outras características estruturais que se deseja monitorar ou detectar. Para atingir alta precisão e confiabilidade, o sinal recebido (do mesmo transdutor no modo pulso-eco ou do segundo transdutor no modo pitch-catch) é processado no sistema de aquisição e processamento de dados. A figura 6 provê mais detalhes sobre as possíveis técnicas de processamento de sinal, incluindo processamento de sinal mais abrangente usando várias ferramentas de processamento de sinal. Alguns dos principais recursos extraídos são tempo de voo absoluto, tempo de voo diferencial, fase, magnitude e frequência.[0061] With reference to figures 1, 6 and 7 together, the method and system described in figure 6 can be used with the structural features described in figure 1 to detect the structural characteristics of a container 12. For example, the container 12 or other structural container capable of containing the fluid, may be constructed from both conductive and non-conductive parts. The processing techniques utilize non-linear ultra-wideband acoustic/ultrasound signal that is excited using linear/forward/reverse/exponential chirp. In addition to measuring the absolute flight time, the differential flight time is also recorded. As sound waves are dispersive in nature, dispersion characteristics are used to determine temperature effects and localized monitoring of the structural integrity of the vessel itself. This can include detecting corrosion, delamination, and cracking, among other structural features you want to monitor or detect. To achieve high accuracy and reliability, the received signal (from the same transducer in pulse-echo mode or from the second transducer in pitch-catch mode) is processed in the data acquisition and processing system. Figure 6 provides more detail on possible signal processing techniques, including more comprehensive signal processing using various signal processing tools. Some of the key features extracted are absolute flight time, differential flight time, phase, magnitude and frequency.

[0062] Como um exemplo prático, o uso de ondas guiadas por ultrassom para detecção de danos em tubos foi estudado. No geral, os modos longitudinais (simétricos axiais) são excitados e detectados por transdutores PZT (Lead Zirconate Titanate) no modo transmissor para este propósito. Na maioria dos estudos a mudança na intensidade do sinal recebido com a extensão do dano foi investigada enquanto neste estudo a mudança na fase do tempo de voo (TOF) e tempo de voo diferencial do modo de propagação da onda; com o tamanho do dano é investigada. A técnica de correlação cruzada é usada para registrar as pequenas mudanças no TOF conforme o tamanho do dano varia em tubos de aço. As curvas de dispersão são calculadas para identificar cuidadosamente os modos de propagação da onda. O TOF diferencial é registrado e comparado para diferentes modos de propagação de onda. As técnicas de extração de recursos são usadas para extrair informações de frequência de fase e tempo. A principal vantagem dessa abordagem é que, ao contrário da intensidade do sinal registrado, o TOF e a fase são extraídos, os quais não são afetados pela condição de ligação entre o transdutor e o tubo. Portanto, se o tubo não estiver danificado, mas a ligação transdutor - tubo estiver deteriorada, embora a intensidade do sinal recebido seja alterada, o TOF e a fase permanecem os mesmos, evitando os alarmes falsos positivos de danos. O objetivo não é apenas detectar o dano, mas também quantificá-lo, ou seja, estimar o tamanho do dano. Os sinais transitórios para tubos intactos e danificados foram processados usando a Transformada Rápida de Fourier (FFT), Transformada de Distribuição de Wigner-Ville (WVDT), Transformada S (ST) e Transformada de Hilbert Huang (HHT). É demonstrado que o tempo de voo é sensível ao tamanho do dano na parede do tubo. A fase instantânea extraída por HHT também pode ser usada para detectar o dano. Para estimar o tamanho do dano, o deslocamento de fase associado ao modo L(0,1) deve ser monitorado após separar o modo L(0,1) do modo L(0,2), considerando as contribuições apropriadas da função do modo intrínseco. Os FFT, Transformada S e Transformada WVD não mostraram qualquer mudança significativa e consistente na frequência e amplitude das ondas de propagação para danos de diâmetro de 1,6 mm. No entanto, uma mudança perceptível na magnitude da onda de propagação foi observada para danos do tipo de orifício de 3,25 mm e 6,35 mm. Durante a inspeção de tubo no local, a queda de amplitude do sinal recebido também pode ser um resultado da deterioração da ligação entre os sensores e o tubo. Portanto, em vez do monitoramento da intensidade do sinal recebido, é recomendado que as mudanças no TOF e a mudança de fase do sinal sejam medidas para detecção e monitoramento de danos à parede do tubo, uma vez que esses parâmetros não são afetados pela condição de ligação entre os transdutores e o tubo. Os resultados mostram que é possível detectar e quantificar defeitos de tipo de orifício em um tubo monitorando a variação de TOF e as mudanças de fase dos modos de onda guiada apropriados.[0062] As a practical example, the use of ultrasound-guided waves for detecting damage in pipes was studied. In general, longitudinal modes (axial symmetric) are excited and detected by PZT (Lead Zirconate Titanate) transducers in transmitter mode for this purpose. In most studies the change in received signal strength with damage extension was investigated while in this study the change in phase of the time of flight (TOF) and time of flight differential of wave propagation mode; with the size of the damage is investigated. The cross-correlation technique is used to record the small changes in TOF as the damage size varies in steel tubes. Dispersion curves are calculated to carefully identify wave propagation modes. Differential TOF is recorded and compared for different wave propagation modes. Feature extraction techniques are used to extract phase frequency and time information. The main advantage of this approach is that, unlike the recorded signal strength, the TOF and phase are extracted, which are not affected by the connection condition between the transducer and the tube. Therefore, if the tube is not damaged, but the transducer-pipe connection is deteriorated, although the received signal strength is changed, the TOF and phase remain the same, avoiding false positive damage alarms. The objective is not only to detect the damage, but also to quantify it, that is, to estimate the size of the damage. Transient signals for intact and damaged tubes were processed using the Fast Fourier Transform (FFT), Wigner-Ville Distribution Transform (WVDT), S Transform (ST) and Hilbert Huang Transform (HHT). It is demonstrated that the time of flight is sensitive to the size of the damage to the tube wall. The instantaneous phase extracted by HHT can also be used to detect damage. To estimate the damage size, the phase shift associated with the L(0,1) mode must be monitored after separating the L(0,1) mode from the L(0,2) mode, considering the appropriate contributions of the mode function intrinsic. The FFT, S-Transform and WVD-Transform did not show any significant and consistent change in the frequency and amplitude of propagating waves for damages with a diameter of 1.6 mm. However, a noticeable change in the propagation wave magnitude was observed for 3.25 mm and 6.35 mm orifice type damage. During on-site pipe inspection, the received signal amplitude drop can also be a result of deterioration of the connection between the sensors and the pipe. Therefore, instead of monitoring the received signal strength, it is recommended that the changes in TOF and the phase shift of the signal be measured for detection and monitoring of damage to the pipe wall, as these parameters are not affected by the condition of connection between the transducers and the tube. The results show that it is possible to detect and quantify hole type defects in a tube by monitoring the TOF variation and phase shifts of the appropriate guided wave modes.

[0063] Em um outro exemplo, a mudança no TOF devido à corrosão nas barras de aço de reforço foi medida. Os sinais transitórios para amostras não corroídas e corroídas são processados usando FFT, STFT, CWT e ST. As informações de TOF são obtidas a partir da ST e da técnica de correlação cruzada. Foi demonstrado que o TOF do modo L (0,1) apresenta alta sensibilidade ao nível de corrosão em barras de aço. Os FFT, STFT, CWT e ST mostram mudanças significativas na amplitude das ondas propagadas. Devido à natureza dispersiva das ondas propagadas, é melhor usar ST em vez de FFT, STFT e CWT para análise de sinais. Em frequências mais altas, a ST fornece resultados confiáveis no domínio do tempo, mas algumas informações relacionadas à frequência são perdidas. A redução na amplitude do sinal gravado pode ser causada pela corrosão, bem como pela deterioração da ligação mecânica entre os sensores e as amostras, mas tal deterioração da ligação não afeta o TOF. Portanto, a medição de TOF é mais confiável para a medição quantitativa do nível de corrosão. O modo L(0,1) é considerado muito confiável para detecção de corrosão e monitoramento de seu progresso. A variação de TOF induzida por corrosão obtida a partir da ST e a correlação cruzada combinaram bem entre si e também combinaram estreitamente com as curvas de dispersão teóricas. As curvas de dispersão calculadas ajudaram a identificar o modo de propagação da onda guiada usado para monitorar o nível de corrosão nas barras de aço.[0063] In another example, the change in TOF due to corrosion in reinforcing steel bars was measured. Transient signals for non-corroded and corroded samples are processed using FFT, STFT, CWT and ST. TOF information is obtained from the ST and the cross-correlation technique. It was demonstrated that the L-mode TOF (0.1) presents high sensitivity to the level of corrosion in steel bars. The FFT, STFT, CWT and ST show significant changes in the amplitude of propagated waves. Due to the dispersive nature of propagated waves, it is better to use ST instead of FFT, STFT and CWT for signal analysis. At higher frequencies, ST provides reliable time-domain results, but some frequency-related information is lost. The reduction in the amplitude of the recorded signal can be caused by corrosion as well as deterioration of the mechanical connection between the sensors and the samples, but such deterioration of the connection does not affect the TOF. Therefore, TOF measurement is more reliable for quantitative measurement of corrosion level. The L(0,1) mode is considered to be very reliable for detecting corrosion and monitoring its progress. The corrosion-induced TOF variation obtained from the ST and the cross-correlation matched well with each other and also closely matched the theoretical dispersion curves. The calculated dispersion curves helped to identify the propagation mode of the guided wave used to monitor the corrosion level in the steel bars.

[0064] Em uma modalidade relacionada, o teste de ultrassom não linear (caracterização/avaliação) também pode ser usado para medir a resistência do material. Os materiais podem ser isotrópicos e anisotrópicos (metais e não metais). Por exemplo, materiais aditivos na indústria de manufatura, como a indústria de impressão 3D, podem usar uma combinação de pó virgem e pó usado que sobra da construção anterior. Sabe-se que as propriedades do material, como Módulo de Elasticidade e densidade, mudam devido a mudanças na temperatura, pressão e outros fatores. Portanto, a integridade estrutural independente da geometria está diretamente relacionada a quantas vezes o pó reciclado pode ser reutilizado. Da mesma forma, a resistência dos materiais compósitos e do concreto (incluídos, mas não limitados ao concreto convencional, concreto geopolimérico, etc.) também está diretamente relacionada à composição. No caso do concreto, o tamanho do agregado, o tempo de cura, a qualidade do cimento, etc. podem afetar a resistência. Consequentemente, a resistência e a confiabilidade do concreto durante os diferentes estágios de cura são detectadas com sucesso usando a técnica de teste de ultrassom não linear.[0064] In a related embodiment, non-linear ultrasound testing (characterization/evaluation) can also be used to measure material strength. Materials can be isotropic and anisotropic (metals and non-metals). For example, additive materials in the manufacturing industry, such as the 3D printing industry, may use a combination of virgin powder and used powder left over from previous construction. Material properties such as Modulus of Elasticity and density are known to change due to changes in temperature, pressure and other factors. Therefore, geometry-independent structural integrity is directly related to how many times the recycled powder can be reused. Likewise, the strength of composite materials and concrete (including but not limited to conventional concrete, geopolymer concrete, etc.) is also directly related to composition. In the case of concrete, the size of the aggregate, the curing time, the quality of the cement, etc. can affect resistance. Consequently, the strength and reliability of concrete during different stages of curing are successfully detected using non-linear ultrasound testing technique.

[0065] Deve ser enfatizado que as modalidades acima descritas da presente descrição, particularmente, quaisquer modalidades “preferidas”, são meramente exemplos possíveis de implementações, meramente estabelecidas para uma compreensão clara dos princípios da descrição. Muitas variações e modificações podem ser feitas na(s) modalidade(s) acima descrita(s) da descrição sem se afastar substancialmente do espírito e dos princípios da descrição. Todas essas modificações e variações se destinam a ser incluídas neste documento dentro do escopo desta descrição e da presente descrição e protegidas pelas seguintes reivindicações.[0065] It should be emphasized that the above-described embodiments of the present disclosure, particularly any "preferred" embodiments, are merely examples of possible implementations, merely set forth for a clear understanding of the principles of the disclosure. Many variations and modifications can be made to the above-described embodiment(s) of the description without substantially departing from the spirit and principles of the description. All such modifications and variations are intended to be incorporated herein within the scope of this description and the present description and protected by the following claims.

Claims

System for determining a weight of a quantity of fluid, the system characterized in that it comprises:
a container having a determinable size, the container containing the amount of fluid;
an acoustic sensor positioned substantially on an outer wall of the container, the acoustic sensor determining a filling level of the amount of fluid in the container;
a temperature sensor detecting a temperature of the fluid quantity; It is
a computerized device in communication with the acoustic sensor and the temperature sensor, wherein a processor of the computerized device calculates a weight of the amount of fluid using the determinable container size, the determined filling level, and the detected temperature, and at least one of a fluid identity or a fluid density.

System according to claim 1, characterized in that the fluid identity of the amount of fluid is determined by an additional acoustic sensor, wherein the additional acoustic sensor is positioned on an outer wall of the container.

System according to claim 1 or 2, characterized in that the fluid density of the amount of fluid is determined by an additional acoustic sensor, wherein the additional acoustic sensor is positioned on an outer wall of the container.

System according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the processor of the computerized device calculates the weight of the amount of fluid in two or more times, where a flow rate of the amount of fluid is determined by the two or more times the weight of the amount of fluid is calculated.

System for determining a flow rate of a quantity of fluid based on a weight of the quantity of fluid, the system characterized in that it comprises:
a tube that contains the amount of fluid;
a first acoustic sensor positioned on an outer wall of the tube at a first location;
a second acoustic sensor positioned on the outer wall of the tube at a second location, wherein the second location is different from the first location, and wherein a distance between the first and second locations is determinable;
temperature sensor that detects a temperature of the amount of fluid inside the tube; It is
a computerized device in communication with the first and second acoustic sensors, wherein a processor of the computerized device calculates a fluid quantity differential flight time based on readings of the first and second acoustic sensors, the detected temperature of the fluid quantity, a tube volume, and at least one of a fluid identity or a fluid density, where a flow by weight of the fluid quantity is determined.

System according to claim 5, characterized in that the processor of the computerized device calculates the differential time of flight of the amount of fluid based on readings of the first and second acoustic sensors in both directions along a flow of the tube .

System according to claim 5 or 6, characterized in that the processor of the computerized device calculates the differential flight time by measuring a flight time in one direction and comparing it with a flight time calculated based on an acoustic wave velocity of the amount of fluid in a steady state.

System according to claim 5, 6 or 7, characterized in that the amount of fluid has a known density or a known type of material determined by an additional acoustic sensor, wherein the additional acoustic sensor is positioned on a wall of the tube.

System, according to claims 5, 6, 7 or 8, characterized in that it further comprises an injection unit containing a second quantity of fluid for injection into the tube, on which the injection rate of the second quantity of fluid is based in the flow of velocity determined from the amount of fluid.

System, according to claim 9, characterized in that the amount of fluid inside the tube is a petroleum product and the second amount of fluid is a chemical additive injected into the tube.

Method for determining a weight of a quantity of fluid, the method characterized in that it comprises the steps of:
maintaining the amount of fluid within a container that has a determinable size;
determining a filling level of the amount of fluid in the container with an acoustic sensor positionable substantially on an outer wall of the container;
sensing a temperature of the fluid quantity with a temperature sensor; It is
calculating a weight of the amount of fluid with a processor of a computerized device in communication with the acoustic sensor and the temperature sensor using the determinable container size, the determined filling level, the detected temperature, and at least one of an identity of fluid or a fluid density.

Method according to claim 11, characterized in that it further comprises determining at least one of a type of fluid quantity material or a fluid quantity density with an additional acoustic sensor, wherein the additional acoustic sensor is positioned on an outer wall of the container.

Method according to claim 11 or 12, characterized in that the container further comprises a tube, and by means of which a flow rate of the quantity of fluid through the tube is determined by:
positioning a first acoustic sensor on an outer wall of the tube at a first location;
positioning a second acoustic sensor on the outer wall of the pipe at a second location, wherein the second location is different from the first location, and wherein a distance between the first and second locations is determinable;
detecting a temperature of the amount of fluid inside the tube with a temperature sensor; It is
calculate a differential time of flight of the fluid quantity based on readings from the first and second acoustic sensors, the detected temperature of the fluid quantity, a tube volume, and at least one of a fluid identity or a fluid density using the processor of the computerized device that is in communication with at least the first and second acoustic sensors and the temperature sensor, by means of which a flow by weight of the amount of fluid in the pipe is determined.

Method according to claim 13, characterized by the fact that the calculation of the differential time of flight of the amount of fluid is based on readings of the first and second acoustic sensors in both directions along a tube flow.

Method according to claim 13 or 14, characterized in that the calculation of the fluid quantity differential flight time additionally comprises measuring a flight time in one direction and comparing it to a calculated flight time with based on an acoustic wave velocity of the amount of fluid in a steady state.