BR112012015646B1

BR112012015646B1 - aparelho de medição

Info

Publication number: BR112012015646B1
Application number: BR112012015646-2A
Authority: BR
Inventors: Remi Andre Kippersund; Kjell Eivind Frøysa; Per Lunde
Original assignee: Xsens As
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2021-02-02
Also published as: WO2011078691A4; BR112012015646A2; BR112012015646A8; WO2011078691A2; WO2011078691A3

Abstract

APARELHO DE MEDIÇÃO. A presente invenção está correlacionada a um aparelho de medição (300, 500), que mede as propriedades de um fluxo de fluído (130) dentro de um conduto (120), incluindo uma parede (110). O aparelho (300, 500) inclui uma disposição de transdutor, que inclui pelo menos dois transdutores (100A, 100B) para alternadamente emitir e receber radiação ultra-sônica através da parede do conduto (110) e do fluxo (130). O aparelho (300, 500) também inclui uma disposição de processamento de sinal (310) para geração de sinais, para excitar a disposição de transdutor (100A, 100B) e para processar os sinais recebidos providos pela disposição de transdutor (100A, 100B), para geração de sinais de saída, a partir da disposição de processamento de sinal (310), indicativos das propriedades do fluxo. A disposição de transdutor (100A, 100B), em cooperação com o conduto (120) proporciona um primeiro percurso (200) para acoplamento de radiação ultra-sônica de ondas Lamb, diretamente a partir de um primeiro de pelo menos dois transdutores (100A, 100B), para um segundo dos ditos pelo menos dois transdutores, para gerar um primeiro sinal recebido. A disposição de transdutor (100A, 100B) em cooperação com o conduto (120) proporciona pelo menos um segundo percurso (210), para propagação ultra-sônica ao longo da parede (100), através do acoplamento de ondas Lamb a pelo menos (...).

Description

Campo Técnico da Invenção

A presente invenção se refere a um aparelho de medição, por exemplo, um aparelho de medição para medir as propriedades de uma velocidade de fluxo e uma velocidade de som de um fluido circulando através de um conduto, mediante utilização de pelo menos dois transdutores ultra-sônicos montados sobe uma superfície externa do conduto. Além disso, a invenção se refere a um método de medição de propriedades de velocidade de fluxo e velocidade de som de um fluido, por exemplo, um método de medição de propriedades de velocidade de fluxo e velocidade de som em um fluido, mediante utilização de pelo menos dois transdutores ultra-sônicos montados sobe uma superfície externa de um conduto.

Antecedentes da Invenção

A técnica de medição de fluxo em tempo de tramitação ultra-sônica é bem conhecida para medir velocidades de fluxo de fluido através de condutos. Além disso, tal medição de fluxo é possível sem que haja introdução de obstruções mecânicas no fluxo. Além dessa vantagem de não ocorrer obstrução, os aparelhos de medição ultra- sônica de fluxo normalmente oferecem um custo relativamente baixo de instalação e operação. Isso é particularmente verdadeiro para os aparelhos que são fixados a um lado externo dos condutos, direcionando os fluxos de fluido em operação. Numerosos métodos e aparelhos para medição ultra-sônica de fluxo têm sido propostos e patenteados desde os anos de 1950. Um estudo geral de medição ultra-sônica de fluxo pode ser encontrado no artigo de Lynnworth & Liu, Ultrasonics, 44, 2006, páginas 1371-1378.

Em um aparelho de medição ultra-sônica de fluxo, pelo menos um par de transdutores ultra-sônicos é configurado em posições a montante e a jusante, relativamente entre si. O par de transdutores alternadamente transmite e recebe sinais ultra-sônicos que se propagam ao longo de pelo menos um percurso, em um fluido a ser caracterizado. Os tempos de tramitação de sinais de propagação a montante e a jusante podem ser usados para computar uma velocidade de fluxo do fluido.

A figura 1 é uma ilustração de um exemplo de um convencional tipo conhecido de aparelho de medição de fluxo em tempo de tramitação ultra-sônica, montado em um conduto (10). O aparelho emprega um percurso de propagação acústico fixo (20), tendo uma extensão espacial a partir de um primeiro transdutor ultra-sônico (30A), através de uma região do fluido (40), com um ângulo (ç>) em relação a um eixo alongado do conduto (10), para um segundo transdutor (50B). Primeiramente, um sinal ultra-sônico é enviado em uma primeira direção, a partir do primeiro transdutor (30) através da região do fluido (40) para o transdutor (50B). Depois, um sinal ultra-sônico é então transmitido na direção oposta, a partir do segundo transdutor (50B), através da região de fluido (40), para o primeiro transdutor (30A). Desse modo, dois tempos de tramitação são medidos para as primeira e segunda direções, a saber, (t„) para a propagação de sinal ultra-sônico a montante, e (D) para a propagação de sinal ultra- sônico a jusante. Supondo que a velocidade de sinal ultra-sônico (c) é muito maior que a velocidade de fluxo de fluido (v), ou seja, v2 « c2, uma inferência de uma velocidade de fluxo axial do fluido na região (40) pode ser derivada dos tempos de tramitação (tu, td), usando a seguinte Equação 1: v = c2 tang> (tu-td) (Eq. 1), 2D onde (D) é uma distância entre as superfícies internas do conduto (10), por exemplo, um diâmetro do conduto (10), quando o mesmo apresenta um perfil redondo. A velocidade do som (c) no fluido e o ângulo (ç>) entre a parede do conduto (10) e a direção da propagação ultra-sônica ao longo do percurso (20) são quantidades anteriormente determinadas. A derivação da Equação 1 pode ser encontrada na Patente U.S. No. 5.856.622.

Constitui uma prática convencional empregar um modelo que considera os dois transdutores (30, 50) como pontos e a propagação de radiação ultra-sônica como raios através desses pontos. O diâmetro (D) e uma distância (Z,) entre os transdutores (30, 50) determinam um percurso de propagação acústica para a propagação da radiação ultra-sônica. Os transdutores ultra-sônicos (30, 50) devem ser projetados de modo a que uma porção principal da radiação ultra-sônica seja irradiada em um ângulo (ç>) que faz com que a radiação seja recebida em um transdutor de recepção. Como o percurso de propagação ultra-sônica é na realidade afetado pelas temperaturas das bordas ultra- sônicas utilizadas nos transdutores (30, 50), assim como, pelas temperaturas das paredes do conduto e velocidades de radiação ultra-sônica e velocidade de fluxo (v), uma certa largura de feixe de radiação ultra-sônica é necessária para a radiação ultra-sônica transmitida alcançar um transdutor de recepção (30, 50), caso apropriado. Dependendo da largura do feixe e sem se considerar o modelo teórico, a radiação ultra-sônica pode se propagar não apenas ao longo do percurso suposto (20), mas, também, simultaneamente, através de múltiplos percursos com tempos de tramitação que diferem ligeiramente dos valores esperados. Esses percursos espúrios influenciam uma precisão na medição do tempo de tramitação, a qual pode ser obtida e que é especialmente relevante quando os transdutores ultra-sônicos são montados sobre uma superfície externa de um conduto. Um método descrito na Patente U.S. No. 4.930.358 para melhoria da precisão de medição de fluxo, portanto, é baseado na redução de um ângulo de dirigibilidade e, assim, do número de percursos espúrios de propagação ultra-sônica. Os ângulos reduzidos de dirigibilidade são tipicamente obtidos através do aumento do tamanho e da área superficial de acoplamento dos transdutores ultra-sônicos empregados.

A Patente U.S. No. 5.856.622 divulga um método iterativo para compensação de temperatura e pressão no cálculo da velocidade de fluxo, a partir de tempos de tramitação medidos, usando o método convencional acima descrito. Além disso, as Patentes U.S. Nos. 4.195.516, 4.930.358 e 5.280.728 divulgam porções de borda de transdutor que são projetadas para permitir medição on-line da velocidade de som do material de borda. Foi descoberto que a velocidade de som na borda do transdutor é importante com relação aos tempos de tramitação e com relação a um ângulo de refração obtido dentro do líquido. As divulgações dessas Patentes dos Estados Unidos indicam diferentes modos de compensar inconstâncias temporais devido ao retardo variável do transdutor e percurso de propagação, aos quais o método convencional é sensível, mas, essas Patentes não propõem nenhuma abordagem de totalmente evitar quaisquer desses problemas. A Patente U.S. No. 4.748.857 propõe um aparelho e um método em que uma distância de montagem entre os transdutores é alterada para compensar as mudanças de velocidade de som em um fluido a ser caracterizado. Esses ajustes são impraticáveis em muitas das aplicações e, potencialmente, podem proporcionar um aumento do custo do aparelho, complexidade extra e reduzida confiabilidade.

Na Patente U.S. No. 4.454.767, é descrito um aparelho que inclui dois transdutores ultra-sônicos com bordas que são integradas dentro de um único mecanismo de aperto, de modo a garantir um adequado posicionamento mútuo dos transdutores, quando o aparelho for montado sobre uma superfície externa de um tubo. O aparelho pode possibilitar uma instalação prática, em um modo de fixação por aperto, mas, não promove compensação com relação à medição inconstante devido às variações de temperatura e composição do fluido.

Um coerente sistema de medição de fluxo de múltiplos percursos é descrito na Patente U.S. No. 6.293.156, em que o sistema é fundamentado na transmissão de um feixe de alta freqüência ultra-sônica, dentro de uma parede de um tubo portador de vapor ou gás. Esse feixe é refletido na operação de uma superfície interna e externa de uma parede do tubo e, assim, colide sobre uma parede interna em repetidas localizações, separadas axialmente por uma distância de escapamento. Para cada incidência, uma porção da energia ultra-sônica dentro do tubo é irradiada dentro de um meio circulante presente no tubo, desse modo, formando múltiplos diferentes percursos de propagação ultra-sônica através do meio. Uma pluralidade de receptores ultra-sônicos é posicionada para recebimento dos sinais ultra-sônicos transmitidos ao longo de diferentes percursos, e a velocidade de fluxo do meio é encontrada mediante correlação cruzada dos sinais recebidos. O sistema de medição de fluxo não é um medidor de fluxo em tempo de tramitação e não está sujeito às mesmas inconstâncias dos convencionais medidores de fluxo acima mencionados. Entretanto, o sistema de medição é submetido a outras inconstâncias, notadamente correlacionadas à distância de escapamento e à largura do feixe ultra-sônico. No entanto, o sistema de medição pode operar em freqüências que são acentuadamente altas para medições de fluxo de múltiplas fases, por exemplo, como no caso pertinente à indústria de petróleo.

Como a Equação 1 indica, um conhecimento preciso da velocidade de som (c) no fluido é importante para a medição de velocidade de fluxo pelo método convencional. A velocidade de som (c), normalmente, é também um parâmetro pós- pesquisado para caracterização do fluido, sendo geralmente obtido mediante medições tomadas separadamente. Assim, por exemplo, as Patentes U.S. Nos. 3.731.532, 3.783.169, 3.727.454, 3.727.458 e 4.015.470 divulgam métodos que utilizam três ou quatro transdutores para medir velocidade de fluxo e de som. A Patente U.S. No. 5.040.415 divulga o uso de quarto transdutores para medição de tempos de tramitação para quatro percursos através do fluido e a partir daí, inferir a velocidade de fluxo, temperatura e pressão das medições. Pelo fato de a velocidade de som de radiação ultra- sônica em um fluido ser geralmente dependente da pressão e temperatura, as medições de caracterização de fluido devem ser executadas sob particulares condições de interesse, ou a temperatura e pressão devem também ser medidas e associadas com a correção aplicada. Além disso, a velocidade de som em um fluxo de múltiplas fases é acentuadamente dependente da composição do fluido e pode variar rapidamente, na medida em que a composição do fluido varia. A necessidade de se adicionar medição de temperatura e pressão a um aparelho de medição de fluxo de fluido convencional representa uma adição de complexidade e custo.

Nas Patentes U.S. Nos. 4.467.659 e 4.838.127, são apresentados projetos para aparelhos de medição de fluxo que produzem e detectam modos de onda guia de Lamb em uma parede de um conduto portador de fluido. Os modos de Lamb gerados se acoplam ao fluido circulante no conduto, de modo que os sinais ultra-sônicos acompanham os percursos para os quais os tempos de tramitação medidos podem ser combinados para o cálculo da velocidade de fluxo do fluido. Além disso, na Patente U.S. No. 4.735.097, são descritos transdutores ultra-sônicos montados em uma superfície de uma estrutura tipo placa, tal como, um conduto portador de fluido, os transdutores sendo operáveis para gerar uma perturbação tipo Rayleigh na superfície distante da parede. Essa perturbação funciona como um aperto extensivo que é de diversas larguras de comprimentos de onda ultra-sônica, com relação a uma irradiação de sinal ultra-sônico dentro do fluido. Um pulso bastante curto é empregado para gerar essas oscilações tipo Rayleigh, sem excitar os modos de Lamb. As três Patentes acima mencionadas se referem ao projeto de transdutor per si, e não à medição de velocidade de fluxo.

Do exposto acima deve ser observado que considerável esforço técnico tem sido aplicado ao desenvolvimento e evolução de aparelhos ultra-sônicos de medição de fluxo. Esse esforço tem resultado em complexos instrumentos que experimentam dificuldades de precisão de medição, quando contemplados com complexas misturas de fluxos, por exemplo, misturas de líquido/gás de múltiplas fases, incluindo matéria particulada. Diversas abordagens existem para compensar as inconsistências de medição inerentes ao método convencional. Entretanto, até então, apesar do intenso esforço conforme divulgado anteriormente, nenhum método alternativo foi apresentado mantendo as vantagens e ao mesmo tempo evitando as inconstâncias inerentes acima mencionadas de medição de fluxo em tempo de tramitação ultra-sônica.

Resumo da Invenção

A presente invenção busca a provisão de um aparelho de medição de fluxo mais robusto e mais simples, para medição de ao menos velocidade de fluxo em fluidos, por exemplo, em misturas complexas de fluidos de múltiplas fases.

De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é provido um aparelho de medição conforme definido na reivindicação 1, anexa; tal aparelho de medição é provido para medir as propriedades de um fluxo de fluido dentro de um conduto, incluindo uma ou mais paredes, o aparelho incluindo ainda uma disposição de transdutor, que inclui transdutores para emissão e recepção de radiação ultra-sônica, em direções a montante e a jusante com relação ao fluxo de fluido, e uma disposição de processamento de sinal, para geração de sinais para excitar a disposição de transdutor e para processar os sinais recebidos providos pela disposição de transdutor, para geração de sinais de saída a partir da disposição de processamento de sinal, que são indicativos de propriedades do fluxo, caracterizado pelo fato de que: - para as direções a montante e a jusante, o aparelho é operável para executar medições ao longo de primeiro e segundo percursos, associados a cada uma das direções; - para o primeiro percurso, a disposição de transdutor em cooperação com o conduto é operável para prover o primeiro percurso somente através de uma ou mais paredes, para acoplar radiação ultra-sônica de ondas de Lamb, diretamente a partir de um transdutor de emissão de radiação ultra-sônica para um transdutor de recepção de radiação ultra- sônica, para gerar um primeiro sinal recebido; - para o segundo percurso, a disposição de transdutor em cooperação com o conduto é operável para prover o segundo percurso para propagação de radiação ultra-sônica dentro de uma ou mais paredes, através de acoplamento de ondas de Lamb a pelo menos uma porção do fluxo, para propagação através do fluxo, a partir de um transdutor de emissão de radiação ultra-sônica para um transdutor de recepção de radiação ultra- sônica, para gerar um segundo sinal recebido; e - a disposição de processamento de sinal é operável para determinar a partir dos primeiro e segundo sinais, períodos de tempo de propagação de radiação ultra-sônica através do primeiro percurso, e através do segundo percurso, em cada uma das direções de fluxo a montante e a jusante, e para executar operações computacionais nos períodos de tempo de propagação, para determinar as propriedades do fluxo com relação a pelo menos uma velocidade, dentre velocidade de fluxo (v) do fluido no conduto e velocidade do som (c) através do fluido.

A invenção é vantajosa pelo fato de que: (a) o aparelho de medição é operável para empregar ondas de Lamb que se propagam em uma ou mais paredes, que transmitem energia ultra-sônica e recebem energia ultra- sônica do fluxo de fluido em qualquer ponto entre pelo menos dois transdutores; em conseqüência, a distância entre um par de transdutores da disposição de transdutor não é um parâmetro crítico para o percurso de propagação de som; e (b) o primeiro percurso de propagação de ondas de Lamb que é apenas dentro de uma ou mais paredes do conduto atua como referência, possibilitando uma medição precisa e confiável da velocidade de fluxo de fluido e velocidade de som a serem obtidas das medições de tempo de propagação de pulso ultra-sônico.

Opcionalmente, o aparelho de medição é operável para computar a velocidade de fluxo (v) do fluido e/ou a dita velocidade de som (c) no fluido, a partir de períodos de tempo de propagação, em combinação com dados relativos à velocidade de fase de ondas de Lamb em uma ou mais paredes do conduto e uma dimensão espacial (D) do conduto.

Opcionalmente, o aparelho de medição é operável para determinar os períodos de tempo de propagação de radiação ultra-sônica através do primeiro percurso e através de pelo menos um segundo percurso, nas direções a montante e a jusante em relação ao fluxo de fluido. Mais opcionalmente, o aparelho é implementado de modo a que os períodos de tempo de propagação através de uma pluralidade de pelo menos um segundo percurso sejam, temporariamente, mutuamente similares, de modo a prover a unidade de processamento de sinal com um único pulso temporal ou uma rajada de pulsos, para execução de medições de tempo para determinar a velocidade de fluxo de fluido (v) e/ou velocidade do som (c).

Opcionalmente, o aparelho de medição é adaptado para incluir e/ou ser encaixado em uma seção do conduto, tendo uma dimensão transversal substancialmente constante (D) com relação a uma direção axial do conduto, em uma região entre os transdutores da disposição de transdutor, a dimensão transversal constante (D) possibilitando retardos de tempo de propagação através de pelo menos um segundo percurso, para serem, mutuamente, temporariamente similares.

Opcionalmente, o aparelho de medição é implementado de modo a que o conduto inclua pelo menos uma restrição de fluxo, para geração de uma diferença de pressão em resposta a um fluxo de fluido presente, o aparelho incluindo ainda um ou mais sensores de pressão para medir a diferença de pressão desenvolvida através de pelo menos uma restrição de fluxo, e gerar um sinal de pressão (Sp) indicativo da diferença de pressão para a disposição de processamento de sinal, e uma disposição de sensor de temperatura para medir uma temperatura do fluxo de fluido, e/ou diferenças de temperatura ao longo das extensões de tubos ou componentes da tubulação, para prover a disposição de processamento de sinal com sinais de temperatura (ST) indicativos da temperatura, e a disposição de processamento de sinal é operável para utilizar qualquer combinação de uma ou mais medições de pressão, uma ou mais medições de diferença de pressão, uma ou mais medições de temperatura, uma ou mais medições de diferença de temperatura, uma ou mais medições de velocidade de fluxo de fluido, e a velocidade de mistura de som para determinar uma ou mais velocidades de fluxo de fluido, uma ou mais frações de fluido, e uma ou mais características de fluido, por exemplo, viscosidade e/ou densidade do fluido ou das fases de fluido presentes.

Opcionalmente, o aparelho de medição é implementado de modo a que a disposição de transdutor inclua uma pluralidade de pares de transdutores para medição de fluxos de fluidos espacialmente diferenciais, por exemplo, para aumento de robustez, e/ou correções para medição de perfis de velocidade de fluxo de fluido no conduto, ou distribuições espaciais de fase no conduto, se mais de uma fase de fluido estiver presente no conduto.

Opcionalmente, o aparelho de medição é implementado de modo a que a atenuação do sinal ultra-sônico que acompanha o primeiro percurso possa ser monitorada, para prover entrada para uma disposição de sintonização de freqüência, para uma operação de sintonia do aparelho, de modo a proporcionar uma ótima operação de transferência de energia entre a disposição de transdutor e o fluido.

Opcionalmente, a medição de atenuação de radiação através do fluido no conduto é usada como uma primeira medida de densidade de fluido, com base na atenuação de determinados modos de onda guia, que são substancialmente proporcionais a uma proporção de impedância acústica entre o fluido e o conduto.

Opcionalmente, o aparelho de medição é implementado de modo a que a disposição de transdutor em cooperação com a disposição de processamento de sinal sejam operáveis para excitar os modos de ondas com movimento substancialmente tangencial sobre a superfície de uma ou mais paredes, esses modos de ondas sendo de um tipo que permite o acoplamento dentro do fluido no conduto como função de viscosidade do fluido, e em que a disposição de processamento de sinal é operável para medir a atenuação desses modos de ondas em uma ou mais paredes, para computar uma viscosidade do fluido dentro do conduto.

De acordo com um segundo aspecto da invenção, é proporcionado um método para medição de propriedades de um fluxo de fluido dentro de um conduto, incluindo uma ou mais paredes, o método sendo caracterizado por incluir: (a) dispor de uma disposição de transdutor para incluir transdutores para emissão de radiação ultra-sônica dentro do fluxo, e para receber radiação ultra-sônica do fluxo, e dispor de uma disposição de processamento de sinal para gerar sinais, de modo a excitar a disposição de transdutor, e para processar os sinais recebidos providos pela disposição de transdutor; (b) prover para a disposição de transdutor, em cooperação com o conduto, um primeiro percurso somente através de uma ou mais paredes, para acoplamento de radiação ultra- sônica de ondas de Lamb, diretamente de um transdutor de emissão de radiação ultra- sônica, e de um transdutor de recepção de radiação ultra-sônica, de modo a gerar um primeiro sinal recebido; (c) prover para a disposição de transdutor, em cooperação com o conduto, um segundo percurso para propagação de radiação ultra-sônica dentro de uma ou mais paredes, através de acoplamento de ondas de Lamb a pelo menos uma porção do fluxo, para propagação através do fluxo, a partir de um transdutor de emissão de radiação ultra- sônica para um transdutor de recepção de radiação ultra-sônica, para gerar um segundo sinal recebido; e (d) prover a disposição de processamento de sinal para determinar a partir dos primeiro e segundo sinais, períodos de tempo de propagação de radiação ultra-sônica através do primeiro percurso e através de pelo menos um segundo percurso para cada uma das direções de fluxo a montante e a jusante, e para executar operações computacionais nos períodos de tempo de propagação, para determinar as propriedades do fluxo com relação a pelo menos uma velocidade, dentre velocidade de fluxo (v) do fluido no conduto, e velocidade do som (c) através do fluido.

Opcionalmente, o método é implementado de modo a que a computação da velocidade de fluxo (v) do fluido e/ou da velocidade de som (c) no fluido, a partir dos períodos de tempo de propagação seja executada em combinação com a utilização de dados relativos à velocidade de fase de ondas de Lamb em uma ou mais paredes do conduto, e com uma dimensão espacial (D) do conduto.

Opcionalmente, o método inclui determinar períodos de tempo de propagação da radiação ultra-sônica através do primeiro percurso e através de pelo menos um segundo percurso nas direções a montante e a jusante em relação ao fluxo de fluido.

Opcionalmente, o método inclui dispor os períodos de tempo de propagação através de uma pluralidade de pelo menos um segundo percurso, sendo temporariamente e mutuamente similares, de modo a prover a unidade de processamento de sinal com um único pulso temporal ou uma rajada de pulsos, para execução de medições de tempo para determinar a velocidade do fluxo de fluido (v) e/ou velocidade do som (c). Mais especificamente, o método inclui dispor uma seção do conduto para ter uma dimensão transversal (Z>) substancialmente constante, em relação a uma direção axial do conduto, numa região entre transdutores da disposição de transdutor, a dimensão transversal constante (D) possibilitando retardos de tempos de propagação através de pelo menos um segundo percurso, para serem mutuamente e temporariamente similares.

Opcionalmente, o método inclui dispor pelo menos uma restrição de fluxo, a ser incluída no conduto para geração de uma diferença de pressão, em resposta ao fluxo de fluido presente, e medir usando sensores de pressão uma diferença de pressão desenvolvida através de pelo menos uma restrição de fluxo, e gerar um sinal de pressão (Sp) indicativo da diferença de pressão para uma disposição de processamento de sinal, e uma disposição de sensor de temperatura para medir uma temperatura do fluxo de fluido, e/ou diferenças de temperatura ao longo das extensões de tubos ou componentes da tubulação associados ao conduto, para prover a disposição de processamento de sinal com sinais de temperatura (ST) indicativos da temperatura, e utilizar na disposição de processamento de sinal qualquer combinação de uma ou mais medições de pressão, uma ou mais medições de diferença de pressão, uma ou mais medições de temperatura, uma ou mais medições de diferença de temperatura, uma ou mais medições de velocidade de fluxo de fluido, e a velocidade de mistura de som para determinar uma ou mais velocidades de fluxo de fluido, uma ou mais frações de fluido, e uma ou mais características de fluido indicativas de viscosidade e/ou densidade de um ou mais fluidos ou de uma ou mais fases de fluidos. A determinação da viscosidade e/ou da densidade é de utilidade na medição de misturas de fluidos de múltiplas fases que circulam através do aparelho; assim, por exemplo, quando o fluxo de fluido inclui uma mistura de dois fluidos, ou de um fluido com partículas sólidas, as medições de pressão, temperatura, velocidade de fluxo (v) e velocidade do som (c) permitem um conjunto de equações simultâneas a serem solucionadas, cuja solução proporciona uma proporção de fluidos a serem computados. Essa determinação de mistura de múltipla fase é, por exemplo, de grande utilidade nas indústrias de produção de petróleo, onde as misturas de qualquer combinação de, por exemplo, petróleo, água, gás, produtos químicos, areia, precisam ser monitoradas para propósitos de controle, por exemplo, controle de uma velocidade instantânea de petróleo produzido em um poço de petróleo.

Opcionalmente, o método inclui dispor a disposição de transdutores com a inclusão de uma pluralidade de pares de transdutores, para medição de fluido espacialmente diferencial que circula dentro do conduto, por exemplo, para aumento da robustez de medições e/ou para correções de: (a) perfis de velocidade de fluxo de fluido no conduto; ou (b) distribuição espacial de fase se mais de uma fase de fluido estiver presente no conduto.

Opcionalmente, o método inclui a medição de atenuação do sinal ultra- sônico que segue o primeiro percurso, para prover entrada para um algoritmo de sintonização de freqüência, para sintonia do sinal, para obtenção de uma ótima transferência de energia dentro do fluido.

Opcionalmente, o método inclui o uso de medição de atenuação como uma primeira medida na densidade de fluido, com base na atenuação de determinados modos de ondas guias, sendo principalmente proporcional a uma proporção de impedância acústica entre o fluido e o conduto.

Opcionalmente, o método inclui dispor a disposição de transdutor e a dita disposição de processamento de sinal para excitar modos de ondas com movimento substancialmente tangencial sobra a superfície de uma ou mais paredes, em que os modos de ondas são de um tipo que permitem o acoplamento dentro do fluido no conduto, em função da viscosidade do fluido e a medição da atenuação desses modos de onda em uma ou mais paredes para computar a viscosidade do fluido dentro do conduto.

De acordo com um terceiro aspecto da invenção, é provido um produto de software registrado em um portador de dados de máquina legível, em que o produto de software é executável em um hardware de computação, para execução de um método conforme o segundo aspecto da invenção.

As características da invenção são suscetíveis de serem combinadas em qualquer combinação, sem que seja afastado o escopo da invenção, conforme definido pelas reivindicações anexas.

Descrição dos Diagramas

Agora, serão descritas as modalidades da invenção por meio de somente exemplo, fazendo-se referência aos seguintes diagramas, em que: - a figura 1 é um diagrama esquemático de propagação de sinal ultra-sônico dentro de um aparelho convencional de medição ultra-sônica de fluxo; - a figura 2 é um diagrama esquemático de uma disposição de transdutor para um aparelho de medição, de acordo com a presente invenção; - a figura 3 é um diagrama esquemático de uma modalidade de um aparelho de medição, de acordo com a presente invenção; - a figura 4 é uma ilustração esquemática de propagação de sinal dentro de um conduto em associação com o aparelho mostrado na figura 3; - a figura 5 é um exemplo esquemático do sinal de medição obtido durante a operação do aparelho da figura 3; - a figura 6 é um exemplo de uma versão mais avançada do aparelho mostrado na figura 3; - a figura 7 é um exemplo de uma versão mais avançada do aparelho mostrado na figura 3, adaptado para medição de variações espaciais de velocidade de fluxo de fluido e velocidade de som dentro de um conduto; e - a figura 8 é um exemplo de uma versão mais avançada do aparelho mostrado na figura 3, adaptado para medição de velocidade de fluxo de fluido (v), velocidade de som (c) e viscosidade de um fluxo de fluido dentro de um conduto.

Descrição de Modalidades da Invenção

O aparelho de medição de acordo com a presente invenção utiliza pelo menos dois transdutores (100A, 100B), que são montados sobre uma superfície externa de uma parede (110) de um conduto (120), que guia um fluxo de um fluido (130), quando em operação. Os transdutores (100A, 100B) são espacialmente montados com uma distância (L) entre os mesmos, numa direção axial em relação ao conduto (120), conforme ilustrado na figura 2. Os transdutores (100A, 100B) são montados sobre uma primeira porção (150) da parede (110), conforme ilustrado. Além disso, uma segunda porção (160) da parede (110) é oposta e paralela à primeira porção (150) da parede (110), conforme ilustrado. A segunda porção (160) da parede (110) é operável para refletir energia acústica do fluido (130), por conta de o conduto (120) apresentar um adequado perfil, por exemplo, circular ou retangular. Vantajosamente, o conduto (120) é circular e apresenta um diâmetro substancialmente constante numa região entre os transdutores (100A, 100B) nas primeira e segunda porções (150, 160). A radiação ultra- sônica transmitida e/ou recebida na parede do conduto (110) através do mecanismo de propagação de ondas de Lamb subtende um ângulo (ç>), conforme mostrado. A presente invenção é claramente diferenciada do aparelho de medição de fluxo convencional acima mencionado, em que a seleção da distância (L) entre os transdutores (100A, 100B) é desacoplada da seleção do ângulo (ç>) de propagação de radiação acústica dentro do fluxo de fluido (130) no conduto (120). Esse desacoplamento possui uma importante vantagem, pelo fato de que o tempo de propagação de radiação ultra-sônica dentro do fluido (130) é independente da velocidade de fluxo dentro do fluido (130). Além disso, existe uma adicional vantagem provida pela presente invenção, em que as inconstâncias devidas aos percursos de propagação dependente de fluxo são aliviadas, desse modo, abordando um problema fundamental encontrado em um convencional aparelho de medição ultra-sônica de fluxo.

Em breve resumo, o aparelho ilustrado na figura 2 utiliza um primeiro transdutor dos transdutores (100A, 100B) para estimular os modos de Lamb que se propagam na parede (110) do conduto (120). Uma porção dos modos de Lamb estimulados que se propagem dentro da parede (110) irá se irradiar dentro do fluido (130), em uma maneira distribuída espacialmente, com um ângulo (</>), notadamente, de um modo diferente em comparação a um acoplamento de radiação de fonte pontual ao fluido, como ocorre em convencional aparelho de medição ultra-sônica de fluido. O ângulo (</’) é determinado pela velocidade de fase (cp) do modo de Lamb e da velocidade de som (c) do fluido (130). Esse ângulo (</>) e a velocidade de som (c) determinam um tempo necessário para uma onda ultra-sônica se propagar para fora, através do conduto (120), tendo uma dimensão radial (D) a partir da primeira porção (150) da parede (110), a ser refletida a partir da direção oposta (160) da parede (110), e para se propagar de volta para a primeira porção (150) da parede (110). Uma distância axial, a partir do ponto de radiação das ondas ultra-sônicas dentro do fluido (130) para o ponto em que a radiação torna a entrar na parede (110) após a propagação no fluido (130) é determinada pela dimensão radial (D), pelo ângulo (</>), pela velocidade de som (c) e velocidade de fluxo de fluido (v). Uma porção das ondas ultra-sônicas que é refletida de volta e colide na parede (110) irá estimular as ondas de Lamb na parede (110), as ondas de Lamb estimuladas sendo de um tipo similar ao das ondas de Lamb geradas para excitar o fluido (130). Um transdutor de recepção entre os transdutores (100A, 100B) irá detectar diversos sinais resultantes de: (a) um primeiro percurso (200) pertencente a uma direta propagação de ondas de Lamb na parede (110) de um transdutor de envio dos transdutores (100A, 100B) para um transdutor de recepção dos transdutores (100A, 100B); e (b) um segundo percurso (210) pertencente à propagação de onda de Lamb na parede (110) se acopla dentro do fluido (130) para gerar propagação de ondas ultra-sônicas no fluido (130), as ondas ultra-sônicas no fluido (130) sendo refletidas a partir de uma parede oposta ao conduto (120), com a radiação refletida se propagando de volta para a parede (110), para se acoplar através das ondas de Lamb dentro da parede (112), para ser eventualmente recebida em um transdutor de recepção dos transdutores (100A, 100B).

Esses diversos sinais, desse modo, serão devidos à direta propagação ao longo da parede (110) e indireta propagação, seqüencialmente, através da parede (110) e do fluido (130). A propagação de ondas ultra-sônicas através do segundo percurso (210) resulta no acoplamento das ondas de Lamb provenientes da parede (110) para o fluido (130) sobre uma seção contínua do conduto (120), proporcionando o surgimento de um número infinito de pequenos raios de radiação ultra-sônica que se propagam ao longo de seus percursos associados, que são convenientemente visualizados como um campo de radiação, contrariamente aos convencionais sistemas de medição ultra-sônica de fluxo, que supõem um único simples percurso de raio para a propagação de radiação ultra- sônica através das porções de transdutores, paredes de condutos e de um fluido, sendo refratado de acordo com a Lei de Snell em todas as superfícies vizinhas.

A presente invenção é diferenciada dos convencionais dispositivos de medição de fluxo de fluido pelo fato de que um aparelho de medição de fluxo, de acordo com a presente invenção, é operável para medir uma distância (X) coberta por um ponto de fase estacionária dentro de um campo de onda, conforme descrito acima. A distância (X) é diretamente associada à velocidade de fluxo de fluido (v) e não é afetada pelas mesmas fontes de inconstância que surgem em convencionais aparelhos de medição de fluxo de fluido.

Vantajosamente, a distância (X) é medida mediante comparação dos tempos de tramitação de sinais que se propagam ao longo do primeiro percurso (200), em relação aos sinais que se propagam ao longo do segundo percurso (210), para medições a montante e a jusante feitas com relação ao fluxo de fluido dentro do conduto (120). Vantajosamente, a velocidade de som (c) no fluido (130) pode também ser computada a partir dos tempos de tramitação, a saber, os mesmos quatro tempos de tramitação, conforme será descrito a seguir em maiores detalhes.

Portanto, a presente invenção proporciona uma vantagem de que no máximo somente dois transdutores são necessários para precisamente medir a velocidade de fluxo (v) e velocidade de som (c) no fluido (130) que circula no conduto (120). Opcionalmente, adicionais transdutores podem ser utilizados para extrair adicional informação, por exemplo, perfil espacial de fluxo dentro do conduto (120), conforme será descrito a seguir com maiores detalhes.

Uma base teórica para implementação de modalidades da presente invenção será agora descrita. Seja considerado um aparelho para medição de fluxo, conforme ilustrado na figura 2, com o seu par de transdutores (100A, 100B) montado sobre uma superfície externa da parede (110) do conduto (120). Os transdutores (100A, 100B) alternam entre sinais ultra-sônicos de transmissão e sinais ultra-sônicos de recepção, de modo que ambas as medições a montante e a jusante são implementadas. Um transdutor de transmissão dos transdutores (100A, 100B) excita um modo de onda guia de Lamb na parede (110) do conduto (120), do qual uma porção espacial progressivamente se encaixa dentro do fluxo de fluido, dentro de um volume definido pelas paredes (110), para gerar uma radiação irradiada dentro do fluido (130). A radiação subtende um ângulo conforme definido pela Lei de Snell e expresso na Equação 2: c = cp cosç> (Eq. 2), onde (c) é a velocidade de som no fluido (130), (cp) é a velocidade de fase do modo de Lamb e (ç>) é o ângulo entre a direção da propagação de som no fluido (130) e o eixo (230) do conduto (120). Os componentes de velocidade nas direções axial e radial do sinal ultra-sônico no fluido (130) são dados pelas Equações 3 e 4, respectivamente: cx = c cosç? (Eq. 3) cy = c sentp (Eq. 4), onde o eixo “Y” define uma direção radial e o eixo “X” define uma direção axial, paralela ao eixo (230).

O tempo necessário para um sinal acústico percorrer duas vezes através do conduto (120) em associação com uma reflexão na segunda porção (160) da parede (110), ou seja, para percorrer uma distância (2D), é definido pela Equação 5: tfluido = 2D = 2D (Eq. 5). Cy cp sen</>cos</> onde o fluido (130) está em repouso no conduto (120), e a distância axial percorrida por uma onda ultra-sônica, a partir de seu ponto de radiação da primeira porção (150) da parede (110) dentro do fluido (130), para o seu ponto de re-entrada dentro da primeira porção (150) da parede (110) é definida por Xo, conforme disposto na Equação 6: Xo = tfluido Cx = tfluido C cosç? = 2D/tan</> (Eq. 6). Se o fluido (130) estiver em movimento com uma velocidade de fluxo axial uniforme de magnitude (v), o componente axial da velocidade de propagação acústica é modificado por convecção, de modo que a distância coberta durante a propagação acústica no fluido é definida pela Equação 7: Yupdn = ífluido(cx ± v) = 2D/tan</> ± 2Dv/cp senç? cosç? (Eq. 7). onde “dn” e “up” se referem a direções de propagação do som a jusante e a montante, respectivamente, através do fluido (130). A contribuição para X devido ao fluxo do fluido (130) é positiva para a propagação a jusante das ondas sonoras, e negativa para a propagação a montante das ondas sonoras. A Equação 7 concerne a uma única construção de um pequeno raio no fluido (130) do conduto (120). Desde que existe uma dimensão transversal constante (D) do conduto (120) dentro da área das porções (150, 160) das paredes do conduto, todos esses pequenos raios irão se combinar construtivamente para formar um único raio, que chega em um transdutor de recepção, dentre os transdutores (100A, 100B). O presente exemplo concerne um fluxo uniforme, mas, qualquer fluxo essencialmente laminar (v)(y) pode ser tratado similarmente por integração ou por soma correspondente a sub-domínios, ao longo dos percursos do pequeno raio. O tempo de propagação (Cuido) depende somente do componente de velocidade de som radial e, desse modo, permanece constante quando a velocidade de fluxo do fluido (130) se dispõe em média na direção axial, ao longo do conduto (120). Das Equações 6 e 7 é possível determinar analiticamente que um valor médio das distâncias de propagação axial a montante e a jusante é igual à distância de propagação Ao, quando o fluido (130) se encontra em repouso, conforme disposto na Equação 8: X = 1 /2 (Adn + Xup) = 2D/tanç> = Xo (Eq. 8).

Enquanto uma correspondente relação à Equação 8, para distâncias a montante e a jusante em um aparelho de medição de fluxo de fluido convencional mantém somente uma aproximação quando v2 « c2, a Equação 8 é concernente a todas as ordens de grandeza de velocidades (v) e (c).

Com relação à presente invenção, a diferença entre as distâncias de propagação axial (Xn) e (Xup) pode ser medida mediante comparação dos tempos de percurso a montante e a jusante, através dos primeiro e segundo percursos (200, 210); conforme acima mencionado, o primeiro percurso (200) se refere à propagação da onda guia dentro da parede (110) do conduto (120), ao longo da distância (L), e o segundo percurso (210) se refere à propagação da onda guia sobre uma distância (Z-Xupdn), além da propagação através do fluido (130) e de uma reflexão na segunda porção (160) da parede (110). Para medição da velocidade de fluxo do fluido (130), são feitas quatro medições no total, a saber, uma para cada de dois percursos (200, 210), para direções a montante e a jusante, conforme provido nas Equações 9 e 10, onde “path 1” e “path 2” significam os correspondentes percursos (200), (210), respectivamente: tup perc.l ~ tup retardo + bubo (E) (Eq. 9) Cp perc.2 — Cp retardo + Cp fluido + CjboX-Xp ) (Eq. 10). onde íretardo e um retardamento de sistema de transdutores eletrônicos e ultra-sônicos. Em geral, um tempo de propagação de onda guia de um ponto de fase estacionária na superfície do conduto (120) correspondente a um comprimento de propagação (Δx) é dado pela Equação 11: itubo(Δx) = (Δx)/cp (Eq. 11).

As quatro medições de tempo acima mencionadas podem ser combinadas, conforme provido pela Equação 12: /pcrc.2.dn + /perc.2,up — /perc. J.dn —' /perc.2,up — /retardo,dn + /fluido,dn + Aubo(2E — Ajn — 2fup) + /retardo,up + /fluido.up — /retardo,dn — 2/tubo(L) — /retardo, up — /fluido,dn + /fluido,up + /tubo(A<jn — -Aup) — 2[/fluj(i0 — ttub0(A)] (Eq. 12).

A partir da Equação 12, é possível mediante inserção de uma expressão, definir o ângulo (<p) como uma função das medições de tempo, dada a velocidade de fase (cp) e a distância (D), para produzir a Equação 13: 2 2/perc.2,dn + /perc.2,up — /perc.l,dn — /perc.l,up ~~ 2[/fiuid0 — ttubo(A)] — 2/fluj(j0( 1 - COS (p) — 2/f]ui(j0Sen (p~ 4D/cptan<p (Eq. 13).

As medições de tempo das Equações 9 e 10 podem ser combinadas para produzir a expressão da Equação 14, relativa à medição de tempo da velocidade (v) do fluido (130), ao ângulo (p) e à velocidade de fase (cp) das ondas de Lamb na parede (HO): /up perc.2 ~ /up perc.l — /up retardo + /fluido + /tuboCE-A^p ) ~ ítubo(E) — /fluido “ /tubo(Aup ) — /fluido - Aupdn/cp =: 2D/cpsenç9COS(p - 2D/cp . cpcos2ç> ± v/cpsençx:os<p = 2D/cpSenç>cosç> [1 - cos p>- ± v/cp]. (Eq. 14).

A Equação 14 é suscetível de ser reorganizada, de modo a proporcionar a Equação 15: 2V Cp sençt COS<p/4D (/perc.2,up - /perc.2,dn — /perc.l,up + /perc.l,dn) (Eq. 15).

Na prática, é possível medir a velocidade de fase (cp) para propagação de ondas de Lamb ao longo da parede (110) do conduto (120), do primeiro percurso (200) (“pathl”), conforme definido pela Equação 16: Cp ~ L/tup perc.l "/up retardo (Eq. 16).

A partir da Equação 16, a velocidade de som (c) no fluido (130) é suscetível de ser computada pelo uso direto da Lei de Snell, como na Equação 17: c = cpcos<^ (Eq. 17), em que: (p = arctan[cp/4D(/perc,2,dn + /perc.2,up /perc.l,dn ~ /perc.l,up) (Eq. 18).

Assim, em um instrumento de medição para medir as propriedades de um fluxo, são feitas quatro medições de tempo de tramitação ao longo dos primeiro e segundo percursos (200, 210), respectivamente, nas direções a montante e a jusante. Essas quatro medições de tempo são combinadas para possibilitar à velocidade de fluxo (v) ser computada usando a Equação 15, como, também, velocidade de som (c) ser computada usando as Equações 17 e 18.

Uma modalidade de um aparelho de medição de fluxo de acordo com a presente invenção é ilustrada na figura 3. Nessa figura 3, o aparelho de medição é indicado, geralmente, por (300) e inclui pelo menos os dois transdutores (100A, 100B) e uma unidade de processamento de sinal (310), compreendendo uma unidade de processamento de dados (320) acoplada a uma memória de dados (330). Produtos de software são armazenados na memória de dados (330), implementada como um meio dados legível em máquina, a memória de dados (330) sendo acoplada em comunicação de dados com a unidade de processamento de dados (320).

Quando em operação, o aparelho (300) é operável para excitar um ou mais dos transdutores (100A, 100B), para injeção de radiação ultra-sônica dentro do fluxo (130) do conduto (120). Além disso, o aparelho (300) é concomitantemente operável para receber sinais dos transdutores (100A, 100B) para processamento. Os produtos de software acima mencionados são operáveis para controlar a operação do aparelho (300), quando realizada na unidade de processamento de sinal (310). Além disso, o aparelho (300) inclui uma saída na qual é provido um sinal S(y,c), por exemplo, como um fluxo de dados, o sinal S(v,c) incluindo uma medida de velocidade de fluxo (v) e/ou velocidade de som (c) dentro do fluido (130) no conduto (120). Opcionalmente, o conduto (120) é uma parte integrada do aparelho (300). Altemativamente, o aparelho (300) pode ser implementado de modo que possa ser readaptado para condutos instalados existentes. Outras possibilidades de instalação são também factíveis.

Conforme já mencionado com relação à presente invenção, a unidade de processamento de sinal (310) é opcionalmente implementada na mesma localidade dos transdutores (100A, 100B). Altemativamente, a unidade de processamento de sinal (310) é disposta distante dos transdutores (100A, 100B), por exemplo, para possibilitar aos transdutores (100A, 100B) serem empregados em ambientes de alta temperatura, o que poderia ser excessivo para um hardware de processamento de dados baseado em dispositivos micro-fabricados de silício. Opcionalmente, os transdutores (100A, 100B) são providos de componentes eletrônicos locais, que são capazes de operar sob elevadas temperaturas, por exemplo, amplificadores em miniatura de driver termo-iônico in-situ, para excitar os transdutores (100A, 100B) e para amplificar os sinais recebidos gerados pelos transdutores (100A, 100B), em resposta ao recebimento de radiação ultra-sônica.

Os sinais gerados pela unidade de processamento de sinal (310) para estimular os transdutores (100A, 100B) para a geração de radiação ultra-sônica dentro do conduto (120), compreendem uma série de rajadas de pulsos, conforme ilustrado na figura 4, com referência a uma linha de tempo horizontal. Cada rajada de pulsos é repetida em um intervalo de tempo (TI), que, vantajosamente, é maior que um tempo de propagação para a radiação se propagar de um primeiro dentre os transdutores (100A, 100B), através do segundo percurso (210), para alcançar um segundo dentre os transdutores (100A, 100B). Além disso, a duração da rajada de pulsos (T2) é vantajosamente mais curta que o período de tempo exigido para a radiação ultra-sônica se propagar através do primeiro percurso (200) na forma de ondas de Lamb, a partir de um primeiro dentre os transdutores (100A, 100B) para um segundo dentre os transdutores (100A, 100B). Um período de cada pulso (T3) é vantajosamente menor que a duração da rajada de pulsos (T2); assim, por exemplo, cada rajada de pulsos inclui, vantajosamente, uma faixa de 2 a 20 pulsos.

Com referência à figura 4, cada transdutor (100A, 100B), opcionalmente, inclui um elemento piezelétrico (350), que, opcionalmente, é acoplado através de um elemento tipo cunha (360) a uma superfície exterior da parede (110), para seletivamente excitar um ou mais modos específicos de onda guia em uma ou mais paredes (110) do conduto e, conseqüentemente, uma aperfeiçoada proporção de sinal para ruído para uma dada magnitude do sinal de transmissão gerado pela unidade de processamento de sinal (310). Altemativamente, dispositivos eletromagnéticos e/ou dispositivos eletrostáticos são utilizados na implementação dos transdutores (100A, 100B). Quando o transdutor (100A, 100B) é estimulado por um sinal de transmissão proveniente da unidade de processamento de sinal (310), a radiação ultra-sônica experimenta um primeiro retardo de tempo (fi) que se propaga através do transdutor (100) e elementos eletrônicos e, opcionalmente, um elemento de cunha (360), um segundo retardo de tempo (tz) que se propaga como ondas de Lamb dentro da parede (110), um terceiro retardo de tempo (tj) que se propaga como uma onda de saída no fluido (130), um quarto retardo de tempo (t$) que se propaga como uma onda refletida, um quinto retardo de tempo (C) que se propaga como uma onda de Lamb reintroduzida na parede (110) e um sexto retardo de tempo (fy) que se propaga através do opcional elemento em forma de cunha (360) e transdutor (100B), e através de elementos receptores eletrônicos. Assim, o tempo total de propagação (ít) para a radiação ultra-sônica se propagar do opcional elemento piezelétrico (360) do primeiro transdutor (100A) para o opcional elemento piezelétrico (360) do segundo transdutor (100B) é dado pela Equação 19: tt — t\ + Í2 + L + ?4 + L + t(y (Eq. 19).

A Equação 19 também concerne à propagação de radiação ultra-sônica a partir do segundo transdutor (100B) para o primeiro transdutor (100A). O fluxo dentro do fluido (130) influencia o tempo total (fy. Um aparelho de medição de fluxo convencional, por exemplo, conforme ilustrado na figura 1, tenta medir um tempo de propagação total, notadamente, equivalente ao tempo (/t) da Equação 19, para determinar a velocidade de fluxo (v) e a velocidade de som (c) dentro do fluido (130). Essa abordagem convencional resulta em imprecisões na medição, as quais são evitadas pelo aparelho de medição de fluxo de fluido conforme a presente invenção. O aparelho de medição de fluxo conforme a presente invenção é diferenciado de um aparelho convencional de medição ultra-sônica de fluxo, pelo fato de que o pulso da propagação de radiação ultra-sônica na forma de ondas de Lamb ao longo do primeiro percurso (200), de um dos transdutores (100A, 100B) para o outro dos transdutores é usado como referência de tempo para medição de um tempo de propagação do mesmo pulso de propagação de radiação ao longo do segundo percurso (210). Essa relação temporal do pulso quando o mesmo se propaga ao longo dos primeiro e segundo percursos (200, 210) é ilustrada na figura 5. Entretanto, para medição da velocidade de fase (cp) é necessário determinar os retardos de tempo (/,) e (65).

Na figura 5, o eixo da abscissa de tempo é referido por (400), com o tempo aumentando da esquerda para a direita, e o eixo da ordenada referido por (410) indica a resistência do sinal da rajada de pulsos no sinal recebido, aumentando da base para o topo, para cada das três sub-plotagens. Uma primeira rajada de pulsos indicada por (450) é aplicada a um transdutor transmissor dentre os transdutores (100A, 100B). Uma rajada de pulsos indicada por (460) é recebida em um transdutor receptor dentre os transdutores (100A, 100B), resultante da propagação de ondas de Lamb somente ao longo do primeiro percurso (200). Um tempo, [(/L = AuboCQ] é usado para indicar um tempo para as ondas de Lamb se propagarem ao longo de uma distância (L), conforme acima mencionado. Uma rajada de pulsos indicada por (470) é recebida no transdutor receptor como resultado da radiação ultra-sônica excitada pela rajada de pulsos que se propagam ao longo do segundo percurso (210); esse segundo percurso (210), conforme já mencionado, inclui múltiplos pequenos raios, tendo retardos de tempo de propagação mutuamente similares. Uma diferença de tempo Δ/ entre as rajadas de pulsos receptores (460, 470) é dada pela Equação 20: Aí = (í2 + ts - U) + (6 + U) (Eq. 20).

Na Equação 20, as expressões colocadas entre parênteses no lado esquerdo são definidas pela propagação de ondas de Lamb dentro da parede (110) do conduto (120), afetado pelo fluxo (130) no fluido por meio da distância Ç¥) que foi modificada, enquanto as expressões colocadas entre parênteses no lado direito representam o tempo de propagação no fluido, o qual não é afetado pelo fluxo no fluido. A Equação 20 é vantajosamente computada no aparelho (300) para as direções a montante e a jusante em relação ao fluxo. Conforme mostrado anteriormente nas Equações 15 a 18, a expressão colocada entre parênteses no lado esquerdo da Equação 20 pode ser correlacionada à velocidade de fase (cp) da onda de Lamb na parede (110) e à dimensão (D) para proporcionar uma computação altamente precisa da velocidade de fluxo de fluido (v), assim como, da velocidade de som (c) dentro do fluido (130). Essa descrição melhorada dos retardos de propagação facilita o uso das ondas de Lamb em um medidor ultra-sônico de fluxo, ao evitar a suposição da propagação do som ao longo de um percurso fixo.

Os transdutores (100A, 100B) em combinação com o conduto (120) e o modelo das rajadas de pulsos são adequadamente configurados, de modo que as rajadas de pulsos (460, 470) quando recebidas no transdutor receptor são temporariamente bem definidas e temporariamente compactas. Essa característica é obtida ao garantir que todos os pequenos raios, conforme ilustrado nas figuras 2 e 4, são excitados pelo acoplamento das ondas de Lamb, a partir da parede (110) para o fluido e vice-versa, tendo um valor mutuamente similar para uma soma dos tempos (^ + Assim, por exemplo, é vantajoso que o conduto (120) tenha um diâmetro nominal constante para sua dimensão (D) e uma espessura constante de parede (110) sobre uma região entre os transdutores (100A, 100B), por exemplo, inferior a uma variação limite nas dimensões ao longo desse comprimento entre os transdutores (100A, 100B). Opcionalmente, a variação limite é inferior a 10%, mais preferivelmente, inferior a 3%, mais ainda preferivelmente, inferior a 1%. A unidade de processamento de sinal (310), vantajosamente, apresenta um cronômetro de alta precisão associado à mesma, por exemplo, baseado em um ressonador de cristal de quartzo, para medir de forma precisa os tempos dos pulsos (460, 470) nas direções a montante e a jusante, para geração de parâmetros para uso em operações de computação, representadas pelas Equações 15 a 18, realizadas dentro da unidade de processamento de sinal (310), para computar a velocidade de fluxo de fluido (v) e/ou velocidade de som (c) dentro do fluido (130). Assim, a presente invenção representa um considerável avanço em comparação com as abordagens convencionais, por conta das contribuições de diversas fontes de erro que foram removidas.

O aparelho (300) é suscetível de ser ainda desenvolvido, por exemplo, para gerar um aparelho de medição para medir propriedades de um fluxo, geralmente, indicado pela referência (500) na figura 6, em que o conduto (120) é provido de um dispositivo de restrição de fluxo (510), por exemplo, um dispositivo de restrição de fluxo tipo Venturi, para gerar um diferencial de pressão em resposta a um fluxo de um fluido (130) presente, que é detectado por um sensor de pressão (520), cujo sinal de saída indicativo de pressão (Sp) é acoplado à unidade de processamento de sinal (310). Opcionalmente, o dispositivo de restrição de fluxo (510) é implementado na forma de uma válvula atuada para controlar o fluxo de fluido, por exemplo, uma válvula operável para desviar uma direção de fluxo de fluido entre uma pluralidade de diferentes condutos, em uma rede subterrânea de poços associados à exploração de petróleo, captação e armazenamento de dióxido de carbono. Opcionalmente, um transdutor do sensor de pressão (520) é montado antes do dispositivo de restrição de fluxo (510) e outro transdutor do sensor de pressão (520) é montado no dispositivo de restrição (510), conforme ilustrado, conquanto que outros posicionamentos dos transdutores do sensor de pressão (520) sejam possíveis. O dispositivo de restrição de fluxo tipo Venturi (510) é vantajosamente também equipado com um sensor de temperatura (530), para medir a temperatura do fluxo de fluido (130), em que um sinal indicativo de temperatura (ST) é também provido na unidade de processamento de sinal (310). A medição da velocidade de fluxo (v) usando as Equações 15 a 18, o sinal indicativo de temperatura (ST) do fluido (130) e o sinal indicativo (Sp) de diferença de pressão possibilitam que sejam computadas a viscosidade do fluido (130) e/ou a densidade do fluido (130) e, desse modo, um critério é obtido com relação à natureza da composição do fluido (130), por exemplo, a determinação de suas partes constituintes, quando o fluido (130) for uma mistura de múltiplas fases.

Opcionalmente, a unidade de processamento de sinal (310) é operável para monitorar a forma temporal das rajadas de pulsos (460, 470) e ajustar um ou mais dos períodos (T2) e (T3), para obtenção de uma forma temporal ótima para as rajadas de pulsos (460, 470), de modo a proporcionar uma determinação mais precisa dos tempos de pulsos, para utilização nas Equações 15 a 18, quando realizada na unidade de processamento de dados (320). Esse ajuste de (T2) e (T3) pode ser executado rapidamente por meio de um algoritmo iterativo, para uma situação na qual o fluxo de fluido (130) no conduto (120) é quase que constante. Esse ajuste pode incluir, sem que seja a isso limitado, o ajuste de freqüência da rajada de pulsos (450).

Na figura 7 é mostrada uma modalidade opcional de um aparelho de medição de fluxo conforme a presente invenção, para a medição de fluxos espacialmente diferenciais dentro do conduto (120). As paredes (110) do conduto (120) são vantajosamente implementadas para ter um perfil substancialmente circular, conforme ilustrado em seção transversal. Pares de transdutores (100A, 100B) são dispostos ao longo e em tomo das paredes (110) do conduto (120), de modo que o segundo percurso (210) para cada conjunto (600A, 600B, 600C) dos transdutores (100A, 100B) intercepta o fluido (130) em diferentes ângulos. Os conjuntos de transdutores (600A, 600B, 600C) são acoplados à unidade de processamento de sinal (310). Além disso, a unidade de processamento de sinal (310) é disposta para atender os conjuntos de transdutores (600A, 600B, 600C) rapidamente em sequência, por exemplo, de um modo multiplexado ou simultaneamente de uma maneira substancialmente concorrente. Para um fluxo de fluido substancialmente espacialmente uniforme (130) dentro do conduto (120), os conjuntos de transdutores (600A, 600B, 600C), em cooperação com a unidade de processamento de sinal (310), gera sinais substancialmente similares. Entretanto, quando o fluxo de fluido (130) não é uniforme, como, por exemplo, uma camada de sedimento de areia (610), a qual circula mais lentamente numa região do fundo do conduto (120), que, de outro modo, quando cheio, por exemplo, de petróleo e água, faria com os sinais gerados mediante utilização dos conjuntos de transdutores (600A, 600B, 600C) seriam mutuamente diferentes; essa diferença pode ser utilizada pela unidade de processamento de sinal (310) para caracterizar uma natureza não-uniforme do fluxo no conduto (120). Opcionalmente, o conduto (120) pode ser proporcionado com pares de transdutores (100A, lOOB) em tomo de seu perímetro, por exemplo, os pares (600) sendo implementados em intervalos de 72°. Os transdutores (100A, 100B) dos conjuntos de transdutores (600A, 600B, 600C) são dispostos ao longo do conduto (120), da maneira ilustrada nas figuras 2 e 4.

Opcionalmente, o aparelho (300, 500) é implementado de modo que a atenuação do sinal de som do primeiro percurso (200) possa ser monitorada, de modo a prover uma entrada para um algoritmo de sintonização de freqüência, para ajustar a operação do aparelho (300, 500), para obtenção de uma ótima transferência de energia dentro do fluido (130). Opcionalmente, uma medição da atenuação é usada como uma primeira medida da densidade de fluido, baseada em que a atenuação de um modo sensível de densidade preferida é principalmente proporcional a uma proporção de impedância acústica entre o fluido e o conduto.

Como adicional modificação para o aparelho (300, 500), é opcionalmente possível o uso dos transdutores (100A, 100B) em uma forma adequadamente modificada, por exemplo, incluindo uma pluralidade de elementos adicionais, adequados para excitar os modos de ondas guia com movimento predominantemente tangencial sobe a superfície da parede (110) do conduto, ente os transdutores (100A, 100B). Esse movimento de cisalhamento se encaixa significativamente, a partir da parede (110), entre os transdutores (100A, 100B), para o fluido (130), como uma função da viscosidade do fluido (130) e, assim, possibilita o cálculo da viscosidade do fluido baseado nas medições de atenuação do modo guia. Com referência à figura 8, é mostrada uma ilustração de uma primeira forma modificada do aparelho (300) na figura 3. O primeiro aparelho modificado na figura 8 é referido, geralmente, por (700). O aparelho (700) inclui integrados dentro das carcaças dos transdutores (100A, 100B) adicionais transdutores (710A, 710B), para geração e/ou recebimento de ondas guias (720), que se propagam dentro de uma ou mais paredes (110) e parcialmente se acoplam ao fluido (130) dentro do conduto (120), de um modo que é influenciado pela viscosidade do fluido (130); o componente (y) é usado para indicar a densidade ou viscosidade. O aparelho (700) é vantajoso pelo fato de que uma colocação espacial dos transdutores (100A, 710A), similarmente aos transdutores (100B, 710B), juntos em uma mesma carcaça com associados cabos de conexão, possibilita o alcance de uma maior funcionalidade para um dado tamanho físico do aparelho. Uma segunda versão modificada do aparelho (300) da figura 3 é t ilustrada na figura 8, geralmente referida por (800). O aparelho modificado (800) apresenta seus transdutores (100A, 100B) e (710A, 710B) espacialmente e mutuamente separados ao longo do conduto (120). Opcionalmente, no dito aparelho, os transdutores (710A, 710B) são dispostos sobre uma seção do conduto (120), que pode ser usado como um aparelho de medição de viscosidade independente, notadamente, independentemente do transdutor (100A, 100B) usado para as medições de velocidade de fluxo (v) e velocidade de som (c).

O uso do aparelho (300, 700, 800) em medição de fluxos de múltiplas fases será agora explicado em maiores detalhes. Situação 1: Um fluido de única fase (130) circula dentro do conduto (120). O aparelho (300) mede a velocidade de fluxo (v) para o fluido de fase única. A velocidade de som (c) no fluido de fase única (130) irá permanecer constante para uma dada temperatura do fluido (130). Situação 2: Uma mistura de fluido (130) de duas fases circula dentro do conduto (130). O aparelho (300) mede a velocidade de fluxo (v) e a velocidade de som (c) no fluxo. A velocidade de som (c) varia entre (Q) e (C2), de acordo com uma proporção das primeira e segunda fases presentes no fluxo, onde (ci) é a velocidade do som na primeira fase de proporção (Φi), e (C2) é a velocidade do som na segunda fase de proporção (Φ2), de modo que de acordo com a Equação 21: c = (Φ1C1 +Φ2C2); 1=ΦI+ΦZ (Eq. 21).

A Equação 21 é resolvida com a operação da unidade de processamento de dados (320). Situação 3: Uma mistura de fluido (130) de três fases circula dentro do conduto (120). O aparelho (600, 700, 800) mede a velocidade de fluxo (v), a velocidade de som (c) e a densidade ou viscosidade (/), de modo que conforme a Equação 22: C = Φ\C\ + Φ1C2 + Φlc3, 1 = 0] + 02 + 7= 01/1 + 02/2+ 01/3, onde 0i; 07. 03 são porções relativas das três fases, ci, C2, C3 são velocidades de som nas respectivas três fases e 75 são viscosidades ou densidades das respectivas três fases. Os parâmetros da Equação 22 são, na prática, influenciados pela temperatura e pressão dentro do conduto (120).

Opcionalmente, um ou mais sensores adicionais podem ser incluídos no aparelho (500, 700, 800) para detectar o fluxo de fluido (130) e, desse modo, medir a composição de quatro ou mais fases presentes no conduto (120). Assim, por exemplo, um ou mais sensores eletromagnéticos, sensores de temperatura, ou sensores de resistência elétrica podem ser incluídos no aparelho (300, 500, 700, 800) para melhorar o desempenho de medição e de funcionalidade. Opcionalmente, as medições de temperatura e pressão para uso em operações de computação na unidade de processamento de sinal (310) são obtidas a partir de sensores externos de pressão e/ou temperatura do aparelho (300, 500, 700, 800).

Conforme já mencionado, deverá ser observado que a unidade de processamento de sinal (310) pode ser opcionalmente disposta distante dos transdutores (100A, 100B), por exemplo, para suportar ambientes agressivos em que elevadas temperaturas são encontradas, por exemplo, no interior de poços, em instalações subterrâneas e em redes de poços. A presente invenção é também suscetível de ser usada em sistemas aeroespaciais, como, por exemplo, sistemas de suprimento de combustível a motores de aeronaves e foguetes, em indústrias de processamento químico, tais como, refino de petróleo, em reatores nucleares, em instalações de descarte de resíduo nuclear, em indústrias de processamento de alimentos, em sistemas de captura e armazenamento de dióxido de carbono, para mencionar apenas algumas possíveis instalações.

O aparelho acima mencionado (300, 500, 700) é suscetível de ser adaptado para executar medições de fluxo em pelo menos um dentre os seguintes itens: (a) aplicações no interior de poços; (b) aplicações submarinas; (c) sistemas de injeção de água; (d) sistemas de injeção de gás; (e) sistemas de armazenamento de dióxido de carbono; (f) produção de petróleo e/ou gás; (g) poços para produção de energia geotérmica; (h) controle de zonas dentro de múltiplas zonas de poços de petróleo e/ou de poços de água; (i) controle de uma ou mais válvulas para regulação de fluxos de fluido; e (j) aparelhos de produção química para uso no controle de injeção química nos mesmos.

Além disso, um método para medição de propriedades de um fluxo de um fluido usando o acima mencionado aparelho (300, 500, 700) é suscetível de ser adaptado a pelo menos um dentre os seguintes itens: (a) aplicações no interior de poços; (b) aplicações submarinas; (c) sistemas de injeção de água; (d) sistemas de injeção de gás; (e) sistemas de armazenamento de dióxido de carbono; (f) produção de petróleo e/ou gás; (g) poços para produção de energia geotérmica; (h) controle de zonas dentro de múltiplas zonas de poços de petróleo e/ou de poços de água; (i) controle de uma ou mais válvulas para regulação de fluxos de fluido; e (j) aparelhos de produção química para uso no controle de injeção química nos mesmos.

Modificações para as modalidades da invenção descrita acima são possíveis sem que haja afastamento do escopo da invenção, conforme definida pelas reivindicações anexas. Assim, expressões como “incluindo”, “compreendendo”, “incorporando”, “consistindo de”, “ter”, ”é”, usadas para descrever e reivindicar a presente invenção são idealizadas de serem construídas de uma maneira não-exclusiva, notadamente, permitindo a itens, componentes ou elementos não explicitamente descritos também estarem presentes. A referência à forma singular é também para ser considerada como correlacionada à forma plural. Os numerais incluídos dentro de parênteses nas reivindicações anexas foram idealizados para auxiliar o entendimento das reivindicações, não devendo ser considerados, de nenhum modo, como limitativos da matéria reivindicada por essas reivindicações.

Claims

1. Aparelho de medição de fluxo (300, 500) para medir as propriedades de um fluxo de fluido (130) dentro de um conduto (120), incluindo uma ou mais paredes (110), dito aparelho (300, 500) incluindo uma disposição de transdutor (100A, 100B), incluindo transdutores para emissão e recebimento de radiação ultra-sônica em direções a montante e a jusante com relação ao fluxo de fluido (130), e uma disposição de processamento de sinal (310) para geração de sinais, para excitar a disposição de transdutor (100A, 100B) e para processamento dos sinais recebidos providos pela disposição de transdutor (100A, 100B), para geração de sinais de saída a partir da disposição de processamento de sinal (310), indicativo das propriedades do fluxo, caracterizado pelo fato de que: - para as direções a montante e a jusante, o aparelho (300, 500) é operável para executar medições ao longo de primeiro e segundo percursos associados a cada uma das direções; - para o dito primeiro percurso, a dita disposição de transdutor (100A, 100B) em cooperação com o dito conduto (120) é operável para prover o dito primeiro percurso (200) somente através da dita uma ou mais paredes (110), para acoplar radiação ultra- sônica de ondas de Lamb, diretamente a partir de um transdutor de emissão de radiação ultra-sônica para um transdutor de recebimento de radiação ultra-sônica, para gerar um primeiro sinal recebido; - para o segundo percurso, a dita disposição de transdutor (100A, 100B) em cooperação com o dito conduto (120) é operável para prover o segundo percurso (210) para propagação de radiação ultra-sônica dentro de uma ou mais paredes (100) através de acoplamento de ondas de Lamb a pelo menos uma porção do dito fluxo (130), para propagação através do dito fluxo (130), a partir de um transdutor de emissão de radiação ultra-sônica para um transdutor de recebimento de radiação ultra-sônica, para gerar um segundo sinal recebido; - dita disposição de processamento de sinal (310) é operável para determinar a partir dos ditos primeiro e segundo sinais, períodos de tempo de propagação de radiação ultra- sônica através do primeiro percurso (200) e através do segundo percurso (210), em cada uma das direções de fluxo a montante e a jusante, e para executar operações computacionais nos ditos períodos de tempo de propagação, para determinar as ditas propriedades do fluxo com relação a pelo menos uma velocidade, dentre velocidade de fluxo (v) do fluido (130) no conduto (120), e velocidade do som (c) através do fluido (130); e - ditos períodos de tempo de propagação através de uma pluralidade dos ditos pelo menos um segundo percurso (210) são temporariamente mutuamente similares, de modo a prover a dita unidade de processamento de sinal (310) com um único pulso temporal (470) ou rajada de pulsos (470) para execução de medições de tempo, para determinar a dita velocidade de fluxo de fluido (v) e/ou a dita velocidade de som (c).

2. Aparelho de medição (300, 500), conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito aparelho é operável para computar a dita velocidade de fluxo (v) do dito fluido (130) e/ou a dita velocidade de som (c) no dito fluido (130), a partir de ditos períodos de tempo de propagação, em combinação com dados relativos à velocidade de fase de ondas de Lamb na dita uma ou mais paredes (110) do dito conduto (120) e uma dimensão espacial (D) do dito conduto (120).

3. Aparelho de medição (300, 500), conforme reivindicado nareivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o dito aparelho (300, 500) é adaptado para incluir e/ou ser encaixado em uma seção do dito conduto (120), tendo uma dimensão transversal constante (D) com relação a uma direção axial (230) do dito conduto (120), em uma região entre os transdutores (100A, 100B) da dita disposição de transdutor (100A, 100B), dita dimensão transversal constante (D) possibilitando retardos de tempo de propagação através do dito pelo menos um segundo percurso (210), para serem, mutuamente, temporariamente similares.

4. Aparelho de medição (500), conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito conduto (120) inclui pelo menos uma restrição de fluxo (510), para geração de uma diferença de pressão em resposta a um fluxo de fluido presente, dito aparelho (500) incluindo um sensor de pressão (520) para medir a dita diferença de pressão desenvolvida através da dita pelo menos uma restrição de fluxo (510), e gerar um sinal de pressão (Sp) indicativo da dita diferença de pressão para a dita disposição de processamento de sinal (310), e uma disposição de sensor de temperatura (530) para medir uma temperatura e/ou diferença de temperatura do dito fluxo de fluido (130), para prover a dita disposição de processamento de sinal (310) com um sinal de temperatura (St), indicativo da dita temperatura e/ou diferença de temperatura, e a dita disposição de processamento de sinal (310) é operável para utilizar a dita pressão e/ou diferença de pressão e dita velocidade de fluxo do dito fluido para determinar uma medição de viscosidade e/ou densidade para o dito fluido (130).

5. Aparelho de medição (300, 500), conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a dita disposição de transdutores (100A, 100B) inclui uma pluralidade de pares de transdutores (100A, 100B) para medir fluxos de fluido espacialmente diferenciais dentro do dito conduto (120).

6. Aparelho de medição (300, 500), conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a dita disposição de transdutores (100A, 100B) em cooperação com a dita disposição de processamento de sinal (310) é operável para excitar modos de ondas guia com movimento de superfície predominantemente tangencial, ditos modos de onda sendo de uma natureza para se acoplarem dentro do dito fluido (130) como uma função de viscosidade do dito fluido (130), e em que a dita disposição de processamento de sinal (310) é operável para medir a atenuação dos ditos modos de onda, nas ditas uma ou mais paredes (110), para medir a viscosidade do dito fluido (130) dentro do dito conduto (120).

7. Aparelho (300, 500, 700), conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, dito aparelho (300, 500, 700) sendo caracterizado pelo fato de ser adaptado para executar algumas medições em pelo menos um dentre os seguintes itens: (a) aplicações no interior de poços; (b) aplicações submarinas; (c) sistemas de injeção de água; (d) sistemas de injeção de gás; (e) sistemas de armazenamento de dióxido de carbono; (f) produção de petróleo e/ou gás; (g) poços para produção de energia geotérmica; (h) controle de zonas dentro de múltiplas zonas de poços de petróleo e/ou de poços de água; (i) controle de uma ou mais válvulas para regulação de fluxos de fluido; e (j) aparelhos de produção química para uso no controle de injeção química nos mesmos.

8. Método para medição das propriedades de um fluxo de fluido (130) dentro de um conduto (120), incluindo uma ou mais paredes (110), por meio de um aparelho de medição de fluxo como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito método inclui: (a) dispor de uma disposição de transdutor (100A, 100B) para incluir transdutores para emissão de radiação ultra-sônica dentro do fluxo (130), e para receber radiação ultra- sônica do fluxo (130), e dispor de uma disposição de processamento de sinal (310), de modo a gerar sinais para excitar a disposição de transdutor (100A, 100B) e para processar os sinais recebidos providos pela disposição de transdutor (100A, 100B); (b) prover para a dita disposição de transdutor (100A, 100B), em cooperação com o dito conduto (120), um primeiro percurso (200) somente através das ditas uma ou mais paredes (110), para acoplamento de radiação ultra-sônica de ondas de Lamb, diretamente de um transdutor de emissão de radiação ultra-sônica, para um transdutor de recebimento de radiação ultra-sônica, de modo a gerar um primeiro sinal recebido; (c) prover para a dita disposição de transdutor (100A, 100B), em cooperação com o dito conduto (120), um segundo percurso (210) para propagação de radiação ultra-sônica dentro das ditas uma ou mais paredes (110), através de acoplamento de ondas de Lamb a pelo menos uma porção do dito fluxo (130), para propagação através do dito fluxo (130), a partir de um transdutor de emissão de radiação ultra-sônica para um transdutor de recebimento de radiação ultra-sônica, para gerar um segundo sinal recebido; e (d) prover a dita disposição de processamento de sinal (310) para determinar a partir dos ditos primeiro e segundo sinais, períodos de tempo de propagação de radiação ultra- sônica através do primeiro percurso (200) e através de pelo menos um segundo percurso (210) para cada uma das direções de fluxo a montante e a jusante, e para executar operações computacionais nos ditos períodos de tempo de propagação, para determinar as ditas propriedades do fluxo com relação a pelo menos uma velocidade, dentre velocidade de fluxo (v) do fluido (130) no conduto (120), e velocidade do som (c) através do fluido (130); - em que o dito método inclui dispor os ditos períodos de tempo de propagação através de uma pluralidade dos ditos pelo menos um segundo percurso (210), para serem temporariamente mutuamente similares, de modo a proporcionar a dita unidade de processamento de sinal (310) com um único pulso temporal (470) ou rajada de pulsos (470), para executar as medições de tempo para determinação da dita velocidade de fluxo de fluido (v) e/ou dita velocidade de som (c).

9. Método, conforme reivindicado na reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a computação da dita velocidade de fluxo (v) do dito fluido (130) e/ou da dita velocidade de som (c) no dito fluido (130), a partir dos ditos períodos de tempo de propagação é executada em combinação com a utilização de dados relativos à velocidade de fase de ondas de Lamb nas ditas uma ou mais paredes (110) do dito conduto (120), e com uma dimensão espacial (D) do dito conduto (120).

10. Método, conforme reivindicado na reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de incluir dispor uma seção do dito conduto (120) tendo uma dimensão transversal (D) constante em relação a uma direção axial (230) do dito conduto (120), numa região entre os transdutores (100A, 100B) da dita disposição de transdutor (100A, 100B), dita dimensão transversal constante (D) possibilitando retardos do tempo de propagação através do dito pelo menos um segundo percurso (210), para serem, mutuamente, temporariamente similares.

11. Método, conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de incluir a disposição de pelo menos uma restrição de fluxo (510) no conduto (120), para gerar uma diferença de pressão em resposta ao fluxo de fluido presente, e a medindo mediante uso de um sensor de pressão (520) uma diferença de pressão desenvolvida ao longo da dita pelo menos uma restrição de fluxo (510) e/ou dentro do dito conduto (120), e gerar um sinal de pressão (Sp) indicativo da dita diferença de pressão e/ou da dita pressão para uma disposição de processamento de sinal (310), e uma disposição de sensor de temperatura (530) para medição de uma temperatura e/ou diferença de temperatura do dito fluxo de fluido (130), para prover a dita disposição de processamento de sinal (310) com um sinal de temperatura (St), indicativo da dita temperatura e/ou diferença de temperatura, e utilizando na dita disposição de processamento de sinal (310) a dita diferença de pressão, dita temperatura e dita velocidade de fluxo do dito fluido, para determinar uma medição de viscosidade e/ou densidade para o dito fluido (130).

12. Método, conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado pelo fato de incluir dispor a dita disposição de transdutores (100A, 100B) com a inclusão de uma pluralidade de pares de transdutores (100A, 100B), para medição de fluxos de fluido espacialmente diferenciais dentro do dito conduto (120).

13. Método, conforme reivindicado em quaisquer das reivindicações 8 a12, caracterizado pelo fato de que o dito método é adaptado para executar medições de fluxo em pelo menos um dentre os seguintes itens: (a) aplicações no interior de poços; (b) aplicações submarinas; (c) sistemas de injeção de água; (d) sistemas de injeção de gás; (e) sistemas de armazenamento de dióxido de carbono; (f) produção de petróleo e/ou gás; (g) poços para produção de energia geotérmica; (h) controle de zonas dentro de múltiplas zonas de poços de petróleo e/ou de poços de água; (i) controle de uma ou mais válvulas para regulação de fluxos de fluido; e (j) aparelhos de produção química para uso no controle de injeção química nos mesmos.