BR112012024171B1

BR112012024171B1 - Fluxômetro ultrassônico e métodos para drenar um líquido acumulado de um orifício de transdutor e para identificar um transdutor acústico com defeito fundamentos

Info

Publication number: BR112012024171B1
Application number: BR112012024171-0A
Authority: BR
Inventors: Charles Robert Allen
Original assignee: Daniel Measurement And Control, Inc.
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2020-02-27
Also published as: RU2012140393A; RU2522125C2; CA2793869A1; BR112012024171A2; EP2550512B1; US20120067135A1; EP2550512A2; EP2550512A4; CA2793869C; CN102235895B; CN102235895A; CN202188869U; WO2011119596A3; WO2011119596A2; US8356522B2; MX2012010996A; BR112012024171B8

Abstract

fluxômetro ultrassônico e métodos para drenar um líquido acumulado de um orifício de transdutor e paar identificar um transdutor acústico com defeito. um fluxômetro ultrassônico para medir o fluxo de um fluido através de uma tubulação compreende uma peça de carretel incluindo um furo passante e um orifício de transdutor. o orifício de transdutor se estende ao longo de um eixo central de uma extremidade aberta no furo passante para uma extremidade fechada distal ao furo passante. além disso, o fluxômetro compreende um transdutor acústico disposto no orifício de transdutor. o transdutor inclui um elemento piezelétrico. ainda, o fluxômetro compreende um orifício de dreno em comunicação fluida com o orifício de transdutor. o orifício de dreno é axialmente posicionado entre a extremidade aberta e a extremidade fechada do orifício de transdutor. ainda adicionalmente, o fluxômetro compreende um conduto de dreno tendo uma extremidade de entrada acoplada ao orifício de dreno e uma extremidade de saída oposta à extremidade de entrada. o orifício de dreno é configurado para drenar um líquido do orifício de transdutor para dentro da extremidade de entrada do conduto de dreno.

Description

FLUXÔMETRO ULTRASSÔNICO E MÉTODOS PARA DRENAR UM LÍQUIDO ACUMULADO DE UM ORIFÍCIO DE TRANSDUTOR E PARA IDENTIFICAR UM TRANSDUTOR ACÚSTICO COM DEFEITO FUNDAMENTOS

Campo da Invenção [001] A invenção se refere geralmente a fluxômetros ultrassônicos.

Mais particularmente, a invenção se refere a sistemas de drenagem de líquido para fluxômetros ultrassônicos.

Antecedentes da Tecnologia [002] Depois de hidrocarbonetos serem removidos do solo, a corrente de fluido (ou em uma fase líquida ou em uma fase gasosa) é transportada de um local para outro via tubulações. É desejável se saber com precisão a quantidade de fluido escoando na corrente, e particular precisão é exigida quando o fluido está mudando de mãos, ou durante transferência de custódia”. Mesmo onde transferência de custódia não está sendo realizada, todavia, a precisão de medida de vazão de fluido é desejável, e nessas situações fluxômetros ultrassônicos podem ser usados.

[003] Um fluxômetro ultrassônico inclui dois ou mais conjuntos de transdutor, cada um preso dentro de um orifício no corpo do fluxômetro. O corpo do fluxômetro pode também ser referido como uma peça de carretel. Para conter o fluido transportado dentro do fluxômetro, um conector é preso sobre uma extremidade externa de cada orifício de transdutor na peça de carretel. Assim, a peça de carretel e conectores de extremidade criam um confinamento sob pressão e alojamento que contém o fluido escoando através do medidor.

[004] Para medir fluxo de fluido através do medidor, um par de conjuntos de transdutor é posicionado ao longo da superfície interna da peça de carretel, de forma que cada conjunto de transdutor fica voltado para o outro em lados opostos do fluxo de fluido furo passante da peça de carretel. Cada

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 9/50 / 27 conjunto de transdutor inclui um elemento piezelétrico. Quando uma corrente alternada é aplicada ao elemento piezelétrico do primeiro conjunto de transdutor do par, o elemento piezelétrico responde por irradiar uma onda ultrassônica através do fluido escoando através do fluxômetro. Quando a onda é incidente sobre o elemento piezelétrico do segundo conjunto de transdutor do par, o segundo conjunto de transdutor responde por geração de um sinal elétrico. Algum tempo depois, uma corrente alternada é aplicada ao elemento piezelétrico do segundo conjunto de transdutor, e o segundo elemento piezelétrico responde por irradiar uma onda ultrassônica através do fluido no fluxômetro para o primeiro conjunto de transdutor. Quando a onda é incidente sobre o elemento piezelétrico do primeiro conjunto de transdutor, este conjunto de transdutor responde por geração de um sinal elétrico. Desta maneira, os conjuntos de transdutor transmitem e recebem sinais para frente e para trás através da corrente de fluido.

[005] Cada conjunto de transdutor é conectado a um cabo que se estende através do conector de extremidade para o exterior da peça de carretel e um local remoto, tal como um recinto de base de eletrônica, tipicamente montado no exterior da peça de carretel. O cabo transporta o sinal elétrico criado pelo elemento piezelétrico do conjunto de transdutor particular para uma placa de aquisição posicionada dentro do recinto de base de eletrônica, onde o sinal pode ser processado e subsequentemente usado para determinar a vazão de fluido através do medidor.

[006] Na maioria das aplicações, é comum se ter quantidades relativamente pequenas de líquidos na corrente de gás que escoa através do fluxômetro. Ao longo do tempo, algum do líquido pode se coletar ou acumular dentro dos orifícios de transdutor. Todavia, a acumulação de uma quantidade excessiva de líquido dentro do orifício de transdutor pode afetar prejudicialmente a transmissão e/ou recepção de sinais pelo conjunto de transdutor disposto no orifício. Em particular, o líquido acumulado pode

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 10/50 / 27 causar com que o sinal acústico proveniente o conjunto de transdutor disposto no orifício entre acusticamente em curto. Em outras palavras, o sinal acústico gerado pelo conjunto de transdutor pode passar dentro do líquido e/ou corpo de medidor, em lugar de passar exclusivamente através do fluido que escoa através do corpo de medidor para o conjunto de transdutor conjugado. Como um resultado, o sinal acústico não chegará ao conjunto de transdutor conjugado, causando assim erros de medição de fluxo. Em adição, acumulação de líquido no orifício de transdutor pode também causar o curtocircuito ou corrosão de fios metálicos ou outros componentes elétricos do conjunto de transdutor, o conduzindo potencialmente à falha do conjunto de transdutor.

[007] Para minimizar a acumulação de fluidos nos orifícios de transdutor e problemas associados, os fluxômetros ultrassônicos são tipicamente montados em orientações específicas que permitem que líquido acumulado nos orifícios de transdutor se drene por si próprio, sob a força de gravidade, de volta para dentro do furo de fluxo principal do corpo de medidor. Por exemplo, os fluxômetros ultrassônicos que empregam trajetos de sinal de transdutor que cruzam o furo de fluxo do fluxômetro entre um par de conjuntos de transdutor são tipicamente recomendados que sejam instalados em tubulação horizontal (isto é, em linha com uma seção horizontal de tubulação) e posicionados de forma que os orifícios de transdutor sejam orientados horizontalmente. A orientação horizontal dos orifícios de transdutor permite que um líquido que se acumulou nos orifícios se drene por si próprio, sob a força de gravidade, de volta para dentro do furo de fluxo principal do corpo de medidor, desde que o diâmetro do orifício seja uniforme ao longo de seu comprimento ou o diâmetro do orifício aumente se movendo na direção para o furo de fluxo principal do corpo de medidor. Como outro exemplo, os fluxômetros ultrassônicos que empregam trajetos de transdutor que incidem em uma superfície interna do fluxômetro são tipicamente

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 11/50 / 27 recomendados que sejam instalados em tubulação horizontal (isto é, em linha com uma seção horizontal de tubulação) com o(s) orifício(s) de transdutor(es) posicionado(s) no lado superior do fluxômetro e orientado(s) verticalmente ou em um ângulo inferior a 90° a partir da vertical. A orientação vertical ou próxima à vertical do(s) orifício(s) de transdutor(es) no lado superior do corpo de medidor permite que qualquer líquido que se acumulou nos orifícios se drene por si próprio para baixo, sob a força de gravidade, de volta para dentro do furo de fluxo principal do corpo de medidor.

[008] Na maneira previamente descrita, para reduzir a acumulação de líquidos nos orifícios de transdutor, os fluxômetros e associados orifícios de transdutor são tipicamente posicionados e orientados de uma maneira específica. Como um resultado, a colocação do fluxômetro ao longo de uma tubulação pode ser limitada àqueles locais específicos onde a tubulação é horizontal. Todavia, em algumas aplicações, pode não ser possível, conveniente, ou eficaz em termos de custo, orientar o fluxômetro como recomendado. Por conseguinte, permanece uma necessidade na arte por fluxômetros ultrassônicos que possam ser montados em uma maior variedade de posições e orientações, enquanto minimiza a acumulação de líquido em um ou mais dos orifícios de transdutor.

BREVE SUMÁRIO DA EXPOSIÇÃO [009] Essas e outras necessidades na arte são abordadas em uma modalidade por um fluxômetro ultrassônico para medir o fluxo de um fluido através de uma tubulação. Em uma modalidade, o fluxômetro compreende uma peça de carretel incluindo um furo passante e um orifício de transdutor. O orifício de transdutor se estende ao longo de um eixo central de uma extremidade aberta no furo passante para uma extremidade fechada distal o furo passante. Em adição, o fluxômetro compreende um transdutor acústico disposto no orifício de transdutor. O transdutor inclui um elemento piezelétrico. Ainda, o fluxômetro compreende um orifício de dreno em

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 12/50 / 27 comunicação fluida com o orifício de transdutor. O orifício de dreno é axialmente posicionado entre a extremidade aberta e a extremidade fechada do orifício de transdutor. Ainda adicionalmente, o fluxômetro compreende um conduto de dreno tendo uma extremidade de entrada acoplada ao orifício de dreno e uma extremidade de saída oposta à extremidade de entrada. O orifício de dreno é configurado para drenar um líquido do orifício de transdutor para dentro da extremidade de entrada do conduto de dreno.

[0010] Essas e outras necessidades na arte são abordadas em outra modalidade por um método para drenar um líquido acumulado a partir de um orifício de transdutor de um fluxômetro ultrassônico. Em uma modalidade, o método compreende (a) fazer escoar um fluido através de um furo passante no fluxômetro. O orifício de transdutor se estende a partir do furo passante e está em comunicação fluida com o furo passante. Em adição, o método compreende (b) comunicar um sinal acústico através de um furo passante do fluxômetro com um transdutor disposto no orifício de transdutor. Ainda, o método compreende (c) acumular um líquido no orifício de transdutor durante (a). Ainda adicionalmente, o método compreende (d) a drenagem do líquido acumulado no orifício de transdutor através de um orifício de dreno em comunicação fluida com o orifício de transdutor depois de (c). Além disso, o método compreende (e) fazer escoar o líquido do orifício de dreno para dentro de um conduto de dreno durante (d). Em adição, o método compreende (f) solicitar uma válvula no conduto de dreno para uma posição fechada restringindo o líquido de escoar através da válvula. O método também compreende (g) transitar a válvula para uma posição aberta depois de (c) permitir que o líquido escoe através da válvula.

[0011] Essas e outras necessidades na arte são abordadas em outra modalidade por um método para identificar um transdutor acústico com defeito em um fluxômetro ultrassônico. Em uma modalidade, o método compreende (a) fazer escoar um fluido através de um furo passante do

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 13/50 / 27 fluxômetro. Em adição, o método compreende (b) enviar um sinal acústico através de um furo passante do fluxômetro com um transdutor acústico disposto em um orifício de transdutor que se estende a partir de um furo passante no fluxômetro. Ainda, o método compreende (c) receber um sinal acústico que passa através do furo passante ou contínuo do fluxômetro com o transdutor acústico. Ainda adicionalmente, o método compreende (d) prover um orifício de dreno em comunicação fluida com o orifício de transdutor. Um conduto de dreno acoplado ao orifício de dreno inclui uma válvula. Além disso, o método compreende (e) monitorar continuamente os sinais acústicos com um pacote de eletrônica acoplado ao transdutor. Em adição, o método compreende (f) determinar a validade dos sinais acústicos com o pacote de eletrônica durante (e). Ainda, o método compreende (g) manter a válvula na posição fechada com o pacote de eletrônica quando o sinal acústico é determinado como válido em (f). O método também compreende (h) transitar a válvula para a posição aberta em (g) com o pacote de eletrônica quando o sinal acústico é determinado como inválido em (f).

[0012] Assim, as modalidades descritas aqui compreendem uma combinação de características e vantagens destinadas para abordar vários deficiências associadas com certos dispositivos, o sistemas, e métodos anteriores. As várias características descritas acima, bem como outras características, serão imediatamente aparentes para aqueles especializados na arte na leitura da seguinte descrição detalhada, e por referência aos desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0013] Para a descrição detalhada de modalidades de exemplo da invenção, referência será agora feita aos desenhos anexos, nos quais:

a figura 1 é uma vista superior em seção transversal de uma modalidade de um fluxômetro ultrassônico tomada ao longo da linha 1-1 da figura 2;

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 14/50 / 27 a figura 2 é uma vista de extremidade do fluxômetro da figura 1 ilustrando esquematicamente os trajetos de sinal acústico e sinais acústicos correspondentes, gerados e recebidos pelos conjuntos de transdutor das figuras 1 e 3;

a figura 3 é uma vista superior esquemática do fluxômetro da figura 1;

a figura 4 é uma seção transversal parcial ampliada do fluxômetro da figura 1 tomada ao longo da linha 4-4 da figura 1 incluindo uma modalidade de um sistema de drenagem de líquido;

a figura 5 é um fluxograma ilustrando uma modalidade de um método para controlar a operação do sistema de drenagem de líquido da figura 4;

a figura 6 é uma vista lateral do fluxômetro ultrassônico da figura 1 com a saída do conduto de dreno de líquido do sistema de drenagem da figura 4 posicionada para drenar líquido acumulado de volta para dentro da passagem contínua do fluxômetro;

a figura 7 é uma vista lateral parcial do fluxômetro ultrassônico da figura 1 com a saída do conduto de dreno de líquido do sistema de drenagem da figura 4 posicionada para drenar líquido acumulado em um vaso de armazenamento; e a figura 8 é uma vista em seção transversal parcial ampliada de uma modalidade de um fluxômetro incluindo um pacote de eletrônica que controla indiretamente um sistema de drenagem de orifício de transdutor. DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS [0014] A seguinte discussão é dirigida a várias modalidades da invenção. Embora uma ou mais dessas modalidades possam ser atualmente preferidas, as modalidades expostas não devem ser interpretadas, ou usadas de outra maneira, como limitando o escopo da exposição, incluindo as reivindicações. Em adição, uma pessoa especializada na arte irá entender que

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 15/50 / 27 a seguinte descrição tem ampla aplicação, e a discussão de qualquer modalidade é entendida somente para ser exemplificativa desta modalidade, e não destinada para insinuar que o escopo da exposição, incluindo as reivindicações, é limitado àquela modalidade.

[0015] Certos termos são usados através de toda a seguinte descrição e reivindicações para se referirem a particulares características ou componentes. Como uma pessoa especializada na arte apreciará, diferentes pessoas podem se referir à mesma característica ou componente por diferentes nomes. Este documento não pretende distinguir entre componentes ou características que diferem em nome, mas não em função. Os desenhos das figuras não estão necessariamente em escala. Certas características e componentes podem aqui ser mostrados exagerados em escala ou em forma algo esquemática e alguns detalhes de elementos convencionais podem não ser mostrados no interesse de clareza e concisão.

[0016] Na seguinte discussão e nas reivindicações, os termos incluindo e compreendendo são usados de uma maneira com finalidade aberta, e assim devem ser interpretados como significando incluindo, mas não limitado a...”. Também, o termo acoplam-se ou acopla-se é destinado a significar ou uma conexão indireta ou direta. Assim, se um primeiro dispositivo acopla-se a um segundo dispositivo, esta conexão pode ser através de uma conexão direta, ou através de uma conexão indireta via outros dispositivos, componentes, e conexões. Em adição, quando usados aqui, os termos axial e axialmente geralmente significam ao longo de, ou paralelo a, um eixo central (por exemplo, o eixo central de um corpo ou um orifício), enquanto os termos radial e radialmente geralmente significam perpendicular ao eixo central. Por exemplo, uma distância axial se refere a uma distância medida ao longo de, ou paralela ao, eixo central, e uma distância radial significa uma distância medida perpendicularmente ao eixo central.

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 16/50 / 27 [0017] Com referência agora às figuras 1-3, vistas esquemáticas de uma modalidade de um fluxômetro ultrassônico 10 são mostradas. O medidor 10 inclui um corpo de medidor ou peça de carretel 11 apropriado para a colocação entre seções de uma tubulação. A peça de carretel 11 se estende ao longo de um eixo central 15 entre uma primeira extremidade ou extremidade a montante 11a e uma segunda extremidade ou extremidade a jusante l1b oposta à primeira extremidade 11a. Como mais bem mostrado nas figuras 1 e 2, nesta modalidade, cada extremidade 11a, b compreende, cada uma, um flange de montagem 12, 13, respectivamente. Em adição, a peça de carretel 11 tem um predeterminado tamanho e define uma passagem contínua central 14 que se estende entre as extremidades 11a, b e através das quais um fluido medido (por exemplo, gás e/ou líquido) escoa.

[0018] Como mostrado nas figuras 2 e 3, nesta modalidade, o medidor 10 inclui quatro pares de transdutores dispostos nos orifícios de transdutor posicionados ao longo do comprimento da peça de carretel 11 - um primeiro par de transdutores 20a, 20b dispostos nos orifícios de transdutor 30a, 30b, respectivamente, um segundo par de transdutores 20c, 20d dispostos nos orifícios de transdutor 30c, 30d, respectivamente, um terceiro par de transdutores 20e, 20f dispostos nos orifícios de transdutor 30e, 30f, e um quarto par de transdutores 20g, 20h dispostos nos orifícios de transdutor 30g, 30h, respectivamente.

[0019] Cada transdutor (por exemplo, o transdutor 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h) é um transceptor acústico, e mais particularmente um transceptor ultrassônico, significando que cada um gera e recebe energia acústica tendo frequências de acima de cerca de 20 Quilo-hertz. A energia acústica pode ser gerada e recebida por um elemento piezelétrico em cada transdutor. Para gerar um sinal acústico, o elemento piezelétrico é estimulado eletricamente por meio de um sinal senoidal, e ele responde por vibração. A vibração do elemento piezelétrico gera o sinal acústico que se desloca através

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 17/50 / 27 do fluido medido para o correspondente transdutor do par de transdutores. Similarmente, ao ser atingido por energia acústica (isto é, o sinal acústico e outros sinais de ruído), o elemento piezelétrico de recepção vibra e gera um sinal elétrico senoidal que é detectado, digitalizado, e analisado por componentes eletrônicos associados com o medidor.

[0020] Os transdutores de cada par de transdutores são dispostos opostos um ao outro através da passagem contínua 14 e comunicam sinais acústicos para trás e para frente um em relação ao outro. Especificamente, os transdutores 20a, 20b são dispostos opostos entre si passagem contínua m 14 e comunicam sinais acústicos para trás e para frente um em relação ao outro; transdutores 20c, 20d são dispostos opostos entre si passagem contínua m 14 e comunicam sinais acústicos para trás e para frente um em relação ao outro; os transdutores 20e, 20f são dispostos opostos entre si passagem contínua 14 e comunicam sinais acústicos para trás e para frente um em relação ao outro; e os transdutores 20g, 20h são dispostos opostos entre si passagem contínua m 14 e comunicam sinais acústicos para trás e para frente um em relação ao outro. Um trajeto de sinal acústico 22, 23, 24, 25, às vezes referido como uma corda ou trajeto de corda, existe entre cada par de transdutores opostos 20a, 20b; 20c, 20d; 20e, 20f; e 20g, 20h, respectivamente.

[0021] Cada par de transdutores e associados orifícios de transdutor correspondem a um único trajeto de corda. Cada trajeto de corda 22, 23, 24, 25 frouxamente forma o formato de um X com relação a um diferente trajeto de corda 22, 23, 24, 25 em vista superior. Como mais bem mostrado na figura 2, cada par de transdutores e seu correspondente trajeto de corda 22, 23, 24, 25 são dispostos em um diferente nível na peça de carretel 11. Tomando as figuras 2 e 3 conjuntamente, os pares de transdutores são arranjados de forma que os dois pares inferiores de transdutores 20a, 20b e 20c, 20d que correspondem às cordas 22 e 23, respectivamente, formam o formato de um X em vista superior, e os dois pares superiores de

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 18/50 / 27 transdutores 20e, 20f e 20g, 20h que correspondem às cordas 24 e 25, respectivamente, também formam o formato de um X”.

[0022] Com referência agora à figura 1, o primeiro par de transdutores

20a, 20b será descrito em mais detalhe, sendo entendido que cada par de transdutores de fluxômetro 10 é similarmente configurado e arranjado. A corda 22 é disposta em um ângulo agudo θ em relação à linha central 15, na vista superior. O comprimento da corda 22 é a distância entre as faces do correspondente par de transdutores 20a, 20b. Como mostrado no ilustrativo par de transdutores 20a, 20b na figura 1, os pontos 26 e 27 definem os locais onde sinais acústicos gerados pelos transdutores 20a, 20b, respectivamente, entram e abandonam o fluido escoando através da passagem contínua m 14 da peça de carretel 11 (isto é, na interseção dos orifícios 30a, 30b e passagem 14 da peça de carretel 11). A posição dos transdutores 20a, 20b pode ser definida pelo ângulo θ, por um primeiro comprimento L medido entre transdutores 20a, 20b, um segundo comprimento X que corresponde à distância axial entre pontos 26, 27, e um primeiro comprimento d que corresponde ao diâmetro interno da peça de carretel 11. Na maioria dos casos, as distâncias d, X e L são precisamente determinadas durante a fabricação do medidor (por exemplo, o medidor 10). Ainda, o par de transdutores 20a, 20b é usualmente colocado a uma distância específica a partir dos 26, 27, respectivamente, independentemente do tamanho do medidor (isto é, tamanho da peça de carretel). Um fluido, tal como natural gás, escoa na direção 2 com um perfil de velocidade 3. Os vetores de velocidade 4-9 ilustram que a velocidade de gás através da peça de carretel 11 aumenta na direção para a linha central 15. Em muitos casos, o fluido escoando através da passagem 14 incluirá pequenas quantidades de líquido.

[0023] Com referência ainda ao ilustrativo par de transdutores 20a, 20b, mostrado na figura 1, inicialmente, o transdutor a jusante 20a gera um sinal acústico que se propaga através do fluido na peça de carretel 11, e é

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 19/50 / 27 então incidente sobre e detectado pelo transdutor a montante 20b. Um pequeno tempo depois (por exemplo, dentro de poucos milissegundos), o transdutor a montante 20b gera um sinal acústico de retorno que se propaga de volta através do fluido na peça de carretel 11, e é então incidente sobre e detectado pelo transdutor a jusante 20a. Assim, os transdutores 20a, 20b joga arremesso e captura com os sinais acústicos 22a ao longo do trajeto de corda 22. Durante a operação, esta sequência pode ocorrer milhares de vezes por minuto.

[0024] O tempo de trânsito do sinal acústico 22a entre os transdutores 20a, 20b depende em parte de se o sinal acústico 22a está se deslocando a montante ou a jusante com relação ao fluxo de fluido. O tempo de trânsito para um sinal acústico que está se deslocando a jusante (isto é, na mesma direção que o fluxo de fluido) é inferior a seu tempo de trânsito quando que está se deslocando upstream (isto é, contra o fluxo de fluido). Os tempos de trânsito a montante e a jusante podem ser usados para calcular a velocidade média ao longo do trajeto de sinal, e a velocidade do som no fluido medido.

[0025] Em geral, os fluxômetros ultrassônicos podem ter um ou mais trajetos de sinal acústico. Por exemplo, como mais bem mostrado nas figuras 2 e 3, nesta modalidade, o fluxômetro ultrassônico 10 atualmente compreender quatro trajetos de corda 22, 23, 24, 25 e sinais acústicos associados 22a, 23a, 24a, 25a, respectivamente, em níveis variáveis dentro da peça de carretel 11. Cada trajeto de corda 22, 23, 24, 25 corresponde a um par de transdutores que se comportam alternadamente como um transmissor e receptor, similarmente ao primeiro par de transdutores 20a, 20b previamente descrito. Também mostrado na figura 2 está um pacote ou recinto de controle por eletrônica 80, que controla a geração de sinal acústico, e obtém e processa os dados dos quatro trajetos de corda 22, 23, 24, 25. A velocidade de fluxo do fluido pode ser determinada em cada corda 22, 23, 24, 25 para obter velocidades de escoamento de corda, e as velocidades de escoamento de corda

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 20/50 / 27 combinadas para determinar uma velocidade de fluxo média sobre o tubo inteiro. A partir da velocidade de fluxo média, a quantidade de fluido escoando na peça de carretel, e assim na tubulação, pode ser determinada. [0026] Como previamente descrito, em muitas aplicações, o fluido escoando através de um fluxômetro ultrassônico (por exemplo, o medidor 10) incluirá pequenas quantidades de líquido. Fluxômetros ultrassônicos os mais convencionais são montados em uma posição e orientação específicas para minimizar a acumulação de líquido. Em particular, os mais convencionais fluxômetros ultrassônicos são montados de forma que qualquer líquido que se acumula dentro de cada orifício de transdutor será automaticamente drenado sob a força de gravidade de volta para dentro da passagem contínua do medidor. Isto tipicamente requer a orientação do fluxômetro de forma que cada orifício de transdutor do fluxômetro esteja na horizontal, inclinado para baixo quando ele se estende a partir do exterior da peça de carretel para a passagem contínua do medidor, e/ou posicionado na metade superior do fluxômetro. Como um resultado, as seções potenciais ao longo de uma tubulação em que o fluxômetro pode ser instalado podem ser drasticamente limitadas. Todavia, como será descrito em mais detalhe abaixo, as modalidades descritas aqui incluem orifício(s) de dreno em um ou mais dos orifícios de transdutor, susceptíveis à acumulação de líquido e problemas associados.

[0027] Com referência agora à figura 4, uma vista de seção transversal esquemática da peça de carretel 11 tomada ao longo da linha 4-4 da figura 1 através do orifício de transdutor 30a e transdutor associado 20a é mostrada. Embora a figura 4 ilustre somente um orifício de transdutor (isto é, o orifício de transdutor 30a) e seu transdutor correspondente (por exemplo, o transdutor 20a), um ou mais dos orifícios de transdutor restantes 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h podem ser configurados os mesmos, dependendo da aplicação e a antecipada acumulação de líquido dentro de cada orifício 30b,

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30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h. Em particular, com base na instalação do fluxômetro 10 e da orientação dos orifícios de transdutor, cada orifício suscetível à acumulação de líquido é preferivelmente configurado idêntico ao orifício 30a descrito abaixo.

[0028] Como mostrado na figura 4, o orifício 30a está em comunicação fluida com a passagem 14 e se estende ao longo de um eixo central 35a a partir de uma primeira extremidade ou extremidade aberta 30a-l na passagem 14 e uma segunda extremidade ou extremidade fechada 30a-2 distal à passagem 14. Nesta modalidade, o orifício 30a é definido por um alojamento de transdutor 40a que se estende a partir da peça de carretel 11 ao longo de um eixo central 45 a entre uma primeira extremidade 40a- 1 proximal à passagem 14 e uma segunda extremidade 40a-2 distal à passagem 14. Nesta modalidade, a primeira extremidade 40a- 1 do alojamento 40a é integral com peça de carretel 11. O orifício 30a define um furo central ou passagem que se estende coaxialmente (em relação aos eixos 25a, 35a) através do alojamento de transdutor 40a entre as extremidades 40a-l, 40a-2. Em outras palavras, o eixo 35a do orifício 30a é coincidente com o eixo 45a do orifício 40a. Uma tampa de extremidade 41a é acoplada à extremidade 40a-2 e fecha a segunda extremidade 30a-2 do orifício 30a.

[0029] Com referência ainda à figura 4, o transdutor 20a é coaxialmente disposto dentro do orifício de transdutor 30a e do alojamento de transdutor 40a, e removivelmente acoplado ao alojamento 40a. Em particular, o transdutor 20a se estende ao longo de um eixo central 25a entre uma primeira extremidade 20a-l proximal à passagem 14 da peça de carretel 11 e uma segunda extremidade 20a-2 distal à passagem 14. O elemento piezelétrico que gera e recebe sinal acústico 22a ao longo da corda 22 previamente descrita é disposto dentro do transdutor 20a, proximal à primeira extremidade 20a- 1. Um cabo 21a se estende através da tampa de extremidade 41a e é eletricamente acoplado a um transdutor 20a na segunda extremidade

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20a-2. O cabo 21a comunica sinais elétricos e dados entre o transdutor 20a e o pacote de eletrônica 80, previamente descrito, que é acoplado ao exterior da peça de carretel 11.

[0030] Nesta modalidade, o transdutor 20a é liberavelmente preso ao alojamento 40a dentro do orifício 30a com roscas conjugadas - o transdutor 20a inclui roscas externas 20a-3 que engatam roscas internas 40a-3 do alojamento 40a. O engate rosqueado entre transdutor 20a e alojamento 40a permite que o transdutor 20a seja posicionado dentro do orifício 30a na posição axial desejada em relação aos eixos 25a, 35a, 45a, mantido dentro do orifício 30a na posição axial desejada em relação aos eixos 25a, 35a, 45a, e removido do orifício 30a , quando desejado, para realização de serviços e/ou manutenção. Embora roscas conjugadas 20a-3, 40a-3 sejam empregadas nesta modalidade para acoplar liberavelmente o transdutor 20a ao alojamento 40a, em outras modalidades, o transdutor (por exemplo, o transdutor 20a) pode ser posicionado dentro do alojamento (por exemplo, o alojamento 40a) por qualquer meio apropriado, sem limitação, ajuste de interferência, ajuste por pressão, parafusos, conexão soldada, ou combinações dos mesmos.

[0031] Durante a operação do fluxômetro 10, o fluido escoando através da passagem 14 (representada pela seta 2 na figura 1) pode incluir pequenas quantidades de líquido. Ao longo do tempo, algum do líquido pode se acumular dentro do orifício 30a. Se o orifício 30a e o eixo 35a são horizontais, o líquido irá ter uma tendência para escoar sob a força de gravidade na direção para extremidade aberta 30a- 1 e para dentro da passagem de medidor 14 quando a profundidade de líquido no furo 30a aumenta. Da mesma maneira, se a extremidade fechada 30a-2 é posicionada acima ou em uma elevação mais alta que a extremidade aberta 30a-l (por exemplo, o eixo 35a se inclina para cima se movendo a partir da extremidade 30a- 1 a 30a-2), qualquer líquido que se acumula no furo 31a escoará sob a força de gravidade para a extremidade aberta 30a-l e para dentro da passagem

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 23/50 / 27 de medidor 14. Todavia, se a extremidade fechada 30a-2 é posicionada abaixo ou em uma elevação mais baixa que a extremidade aberta 30a-l (por exemplo, o eixo 35a se inclina para baixo se movendo a partir da extremidade 30a- 1 a 30a-2), líquido que se acumula no furo 31a não escoará sob a força de gravidade para a extremidade aberta 30a-l e para dentro da passagem 14. Se a acumulação de líquido dentro do furo 31a é suficiente, ele pode indesejavelmente interferir com a transmissão de sinais acústicos ao longo da corda 22 entre os transdutores 20a, 20b, como mostrado na figura 1. Todavia, nesta modalidade, um sistema de drenagem de líquido 50 é colocado em comunicação fluida com o orifício de transdutor 30a para drenar líquido acumulado a partir do mesmo, reduzindo assim a quantidade de líquido acumulado dentro do furo 30a e reduzindo o potencial para curto-circuito acústico.

[0032] Com referência ainda à figura 4, nesta modalidade, o sistema de drenagem de líquido 50 inclui um furo ou orifício de dreno 51 em comunicação fluida com o orifício de transdutor 30a e um conduto de dreno 52 que se estende a partir do orifício de dreno 51. O orifício de dreno 51 é um furo passante que se estende radialmente (em relação aos eixos 25a, 35a, 45a) através do alojamento de transdutor 40a para o orifício de transdutor 30a. Em outras modalidades onde o orifício de transdutor (por exemplo, o orifício 30a) se estende através da, e é definido pela, peça de carretel (por exemplo, peça de carretel 11), o orifício de dreno (por exemplo, o orifício de dreno 51) pode se estender através de uma porção da peça de carretel.

[0033] O orifício de dreno 51 é preferivelmente posicionado e orientado de forma que líquido dentro do orifício de transdutor 30a será automaticamente drenado sob a força de gravidade a partir do orifício de transdutor 30a para dentro do orifício de dreno 51. Em outras palavras, o orifício de dreno 51 é preferivelmente posicionado no local em que líquido se acumula dentro do orifício de transdutor 30a. Tal local dependerá finalmente

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 24/50 / 27 da posição e orientação do fluxômetro 10 e orifício de transdutor 30a, mas está tipicamente nas porções relativamente mais baixas do orifício de transdutor (isto é, aquelas porções do orifício de transdutor que estão em uma elevação mais baixa que a extremidade aberta do orifício de transdutor). [0034] Com referência ainda à figura 4, o conduto de dreno 52 tem uma primeira extremidade ou extremidade de entrada 52a acoplada ao alojamento 40a e em comunicação fluida com o orifício de dreno 51, e uma segunda extremidade ou extremidade de saída 52b oposta à extremidade de entrada 52a. Líquido acumulado dentro do orifício 30a é drenado a partir do orifício de transdutor 30a através do orifício de dreno 51 e extremidade de entrada 52a para dentro do conduto 52, e abandona o conduto 52 através da extremidade de saída 52b. Nesta modalidade, uma válvula 53 é posicionada ao longo do conduto 52 entre as extremidades 52a, 52b. A válvula 53 controla o fluxo de líquido drenado através do conduto 52. Em particular, quando a válvula 53 está em uma posição aberta, líquido drenado é livre para escoar através do orifício de dreno 51, a extremidade de entrada 52a, o conduto 52, e a válvula 53 para a extremidade de saída 52b. Todavia, quando válvula está em uma posição fechada, líquido drenado é restrito e/ou impedido de escoar através da válvula 53 a partir da extremidade de entrada 52a para a extremidade de saída 52b.

[0035] Durante a operação normal do fluxômetro 10, a válvula 53 é preferivelmente mantida na posição fechada. Especificamente, dependendo do projeto do fluxômetro (por exemplo, o fluxômetro 10) e/ou do destino de drenagem (por exemplo, local da extremidade de saída 52b), fluxo de líquido e/ou de gás através do conduto de dreno (por exemplo, o conduto 52) pode afetar os sinais acústicos que se movem para o, e a partir do, transdutor correspondente (por exemplo, o transdutor 20a), resultando potencialmente em erros de medição de fluxo, particularmente se algum do gás escoando através do corpo de medidor escoar para dentro do orifício de transdutor (por

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 25/50 / 27 exemplo, o orifício 30a) e através do orifício de dreno (por exemplo, o orifício de dreno 51). Todavia, quando um defeito do transdutor 20a é detectado pelo pacote de eletrônica 80, a válvula 53 é mudada para a posição aberta para drenar quaisquer líquidos acumulados no orifício de transdutor 30a que podem ter causado a falha ou defeito do transdutor. Em seguida à drenagem do orifício de transdutor 30a, a válvula 53 é mudada de volta para a posição fechada para permitir a precisa medição do fluxo. Se as precisas medições de fluxo não retornam em seguida à drenagem do orifício de transdutor 30a e do fechamento da válvula 53, é provável que a acumulação de líquido no orifício de transdutor 30a não causou mau funcionamento do transdutor. Desta maneira, a válvula 53 pode ser usada como uma ferramenta para solucionar problemas de mau funcionamento do transdutor 20a.

[0036] Em geral, a válvula 53 pode ser de qualquer tipo de válvula apropriado, incluindo, sem limitação, uma válvula manual, uma válvula de esfera, uma válvula controlada eletronicamente, ou combinações dos mesmos. Nesta modalidade, um atuador 54 comuta a válvula 53 entre a posição aberta e a posição fechada. Em particular, o atuador 54 é um solenoide eletronicamente controlado, e assim, pode também ser referido como o solenoide 54. A válvula 53 é solicitada para a posição fechada pelo solenoide 54, e comuta a válvula 53 para a posição aberta quando o solenoide 54 recebe um sinal elétrico (por exemplo, uma suficiente corrente elétrica). Assim, quando o solenoide 54 não recebe um sinal elétrico, ou o sinal elétrico recebido é insuficiente para operar o solenoide 54, a válvula 53 permanece na posição, restringindo e/ou prevenindo que fluido escoe através do conduto 52 entre as extremidades 52a, b.

[0037] Com referência ainda à figura 4, nesta modalidade, o solenoide 54, e assim a válvula 53, são eletronicamente controlados pelo pacote de eletrônica 80, que se comunica diretamente com o solenoide 54 via um fio metálico 55. Em particular, a saída do pacote de eletrônica 80 (por exemplo,

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 26/50 / 27 voltagem e/ou corrente) atua diretamente o solenoide 54, comutando assim a válvula 53 entre a posição aberta e a posição fechada. Todavia, como será descrito em mais detalhe abaixo, em outras modalidades, o pacote de eletrônica (por exemplo, o pacote de eletrônica 80) pode indiretamente controlar o solenoide (por exemplo, o solenoide 54) através de um ou mais componentes adicionais. Um exemplo de um pacote de eletrônica apropriado para controlar o solenoide 54 é o pacote de eletrônica ultrassônico Mark III™ disponível a partir de Daniel® Measurement and Control. O pacote de eletrônica ultrassônico Mark III™ tem várias saídas digitais que podem ser configuradas para fornecer uma voltagem relativamente alta (~5 volt) ou uma voltagem relativamente baixa (~0 volt) para controlar o solenoide 54.

[0038] Vários pacotes de eletrônica convencionais para fluxômetros ultrassônicos incluem a capacidade, via hardware e software apropriados, monitorar continuamente trajetos de corda de transdutor e validade de sinal de transdutor durante a operação do fluxômetro. Utilizando tais capacidades, o pacote de eletrônica 80 monitora continuamente o sinal de transdutor 22a gerado e recebido por transdutor 20a, e comuta a válvula 53 entre as posições fechada e aberta via o solenoide 54 com base na validade do sinal de transdutor 22a.

[0039] Com referência agora à figura 5, uma modalidade de um método 200 para controlar a válvula 53 do sistema de drenagem 50 previamente descrito com base na validade do sinal de transdutor 22a é esquematicamente mostrada. Durante a operação do fluxômetro 10 para medir a vazão de fluidos através da passagem 14, o sinal de transdutor 22a é continuamente monitorado e analisado pelo pacote de eletrônica 80 no bloco 210. Em adição, o pacote de eletrônica 80 avalia a validade do sinal de transdutor 22a no bloco 212. Se a validade do sinal 22a é considerado satisfatório pelo pacote de eletrônica 80 no bloco 215, a saída do pacote de eletrônica 80 para o solenoide 54 é mantida em zero ou em uma voltagem

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 27/50 / 27 relativamente baixa (~0 volt), mantendo assim a válvula 53 na posição fechada de acordo com o bloco 217. Todavia, quando a validade do sinal 22a é insatisfatória pelo pacote de eletrônica 80 no bloco 215, possivelmente devido à acumulação de líquido no orifício de transdutor 30a, a saída do pacote de eletrônica 80 para o solenoide 54 é comutada para uma voltagem relativamente alta (~5 volt) suficiente para transitar a válvula 53 da posição fechada para a posição aberta via o solenoide 54, de acordo com o bloco 218. Depois de a válvula 53 ser aberta no bloco 218, ou fechada ou mantida em uma posição fechada no bloco 217, o processo é repetido. Assim, desde que a validade do sinal 22a monitorada pelo pacote de eletrônica 80 seja insatisfatória, a saída do pacote de eletrônica 80 é mantida na voltagem relativamente alta a fim de manter a válvula 53 na posição aberta e permitir a drenagem continuada de líquido a partir do orifício 30a. Todavia, uma vez quando a validade do sinal 22a monitorada pelo pacote de eletrônica 80 retorna para satisfatória, a saída do pacote de eletrônica 80 para o solenoide 54 é comutada de volta para a voltagem relativamente baixa (~0 volt), comutando assim a válvula 53 de volta para a posição fechada, de acordo com o bloco 217.

[0040] Como previamente descrito, a extremidade de saída 52b do conduto 52 pode ser posicionada em qualquer local apropriado para descarregar o líquido drenado a partir do orifício 30a. Por exemplo, na figura 6, a extremidade de saída 52b de cada conduto de dreno 52 é acoplada a uma peça de carretel 11 e colocada em comunicação fluida com a passagem de medidor 14 a jusante de seu correspondente orifício de transdutor 30a, 30d. Na modalidade mostrada na figura 5, a extremidade de saída 52b é posicionada para nivelar o efeito de Venturi que resulta a partir do fluxo de fluido através da passagem 14, gerando assim uma pressão mais baixa na extremidade de saída 52b em relação à extremidade de entrada 52a que puxa líquido drenado através do conduto 52 para a extremidade de saída 52b e a

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 28/50 / 27 passagem 14. Alternativamente, como mostrado na figura 7, a extremidade de saída 52b pode ser acoplada e colocada em comunicação fluida com um vaso ou tanque de armazenamento de líquido apropriado 60. A pressão interna dentro do vaso de armazenamento 60 é preferivelmente igual à, ou abaixo da, pressão no orifício de transdutor 30a. Se a pressão interna do vaso 60 é inferior à pressão dentro do orifício de transdutor 30a, o diferencial de pressão irá puxar o líquido drenado a partir do orifício de transdutor 30a, através do conduto de dreno 52 para o vaso 60. Se, todavia, a pressão interna do vaso 60 é a mesma ou é próxima à pressão no orifício de transdutor 30a, o vaso 60 é preferivelmente posicionado em uma elevação mais baixa que orifício de transdutor 30a de forma que líquido drenado escoará somente sob a força de gravidade a partir do orifício de transdutor 30 através do conduto 52 para dentro do vaso de armazenamento 60.

[0041] Com referência agora à figura 8, uma modalidade de um sistema de drenagem de líquido 150 para drenar líquido acumulado a partir do orifício de transdutor 30a do fluxômetro 10 é mostrada. O sistema de drenagem de líquido 150 é similar ao sistema de drenagem de líquido 50 previamente descrito. Mais especificamente, o sistema 150 inclui um orifício de dreno 51, o conduto 52, a válvula 53, e o solenoide de controle de válvula 54, cada um como previamente descrito. A extremidade de saída 52b do conduto 52 pode ser acoplada a uma peça de carretel 11 a jusante do orifício 30a, como mostrado na figura 6, ou acoplada ao vaso de armazenamento (por exemplo, o vaso 60), como mostrado na figura 7. Todavia, nesta modalidade, o solenoide 54, e assim a válvula 53, é indiretamente controlado pelo pacote de eletrônica 80. Em particular, nesta modalidade, um comutador por relé 56 é posicionado entre o pacote de eletrônica 80 e o solenoide 54, e uma fonte ou fornecimento de energia externa 57 é acoplado a um comutador por relé 56. Em particular, um primeiro fio metálico 55a acopla eletricamente o pacote de eletrônica 80 ao comutador por relé 56, um segundo fio metálico 55b acopla

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 29/50 / 27 eletricamente o fornecimento de energia 57 ao comutador por relé 56, e um terceiro fio metálico 55c acopla eletricamente o comutador por relé 56 ao solenoide 54. Em outras palavras, o pacote de eletrônica 80 comunica-se com uma entrada do comutador por relé 56, o fornecimento de energia 57 fornece energia elétrica para uma segunda entrada do comutador por relé 56, e o comutador por relé 56 tem uma saída que se comunica com o solenoide 54. O pacote de eletrônica 80 controla se o comutador por relé 56 está aberto ou fechado. Quando comutador por relé 56 está fechado, energia elétrica proveniente de fornecimento de energia 57 passa através do comutador por relé 56 para o solenoide 54, e quando comutador por relé 56 está aberto, energia elétrica proveniente do fornecimento de energia 57 é prevenida de passar através do comutador por relé 56 para o solenoide 54.

[0042] O pacote de eletrônica 80 controla o comutador por relé 56 quando o pacote de eletrônica 80 fornece uma voltagem relativamente baixa para o comutador por relé 56, o comutador por relé 56 permanece aberto e o sinal elétrico provido pelo fornecimento de energia 57 é impedido de passar através do comutador por relé 56 para o solenoide 55. Todavia, quando o pacote de eletrônica 80 fornece uma voltagem relativamente alta para o comutador por relé 56, o comutador por relé 56 se fecha e o sinal elétrico provido pelo fornecimento de energia 57 é permitido que passe através do comutador por relé 56 para o solenoide 55, atuando assim o solenoide 54 e comutando válvula 53 da posição fechada para a posição aberta.

[0043] O sistema de drenagem 150 é operado de uma maneira similar ao sistema de drenagem 50 previamente descrito. Especificamente, o pacote de eletrônica 80 monitora continuamente e analisa o sinal de transdutor 22a. Em adição, o pacote de eletrônica 80 avalia a validade do sinal 22a. Quando a validade do sinal 22a é satisfatória, o pacote de eletrônica 80 fornece uma voltagem relativamente baixa para o comutador por relé 56, mantendo assim o comutador por relé 56 na posição aberta e mantendo a válvula 53 na posição

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 30/50 / 27 fechada. Todavia, quando a validade do sinal 22a é insatisfatória, o pacote de eletrônica 80 fornece uma voltagem relativamente alta para o comutador por relé 56, fechando assim o comutador por relé 56, permitindo que o sinal elétrico a partir do fornecimento de energia 57 flua para o solenoide 54, e comutando válvula 53 para a posição aberta. Uma vez quando a validade do sinal 22a retorna para satisfatória, o pacote de eletrônica 80 retorna para uma saída de voltagem relativamente baixa, comutando assim o comutador por relé 56 de volta para a posição aberta e prevenindo que o sinal elétrico a partir do fornecimento de energia 57 flua para o solenoide 54, e comutando a válvula 53 de volta para a posição fechada. As modalidades expostas aqui incluindo uma fonte de energia externa (por exemplo, um fornecimento de energia externo 57) para atuar o solenoide de válvula (por exemplo, o solenoide 54), são particularmente preferidas quando o solenoide requer uma voltagem ou corrente em excesso daquela que os pacotes de eletrônica de medidor ultrassônico (por exemplo, o pacote de eletrônica 80) podem prover. [0044] Com referência agora a ambas as figuras 4 e 8, a quantidade de tempo requerida para drenar o líquido a partir do orifício de transdutor 30a é preferivelmente mantida tão pequena quanto possível de forma que a válvula 53 não fica na posição aberta por um período de tempo excessivo. Para facilitar o intervalo de tempo desejado pelo qual a válvula 53 é mantida em uma posição aberta, a saída do pacote de eletrônica 80 na figura 4 é preferivelmente regulada por um temporizador de válvula de solenoide, e a saída do comutador por relé 56 na figura 8 é preferivelmente regulada por um temporizador de válvula de solenoide. O temporizador de válvula de solenoide pode ser integral com o solenoide 54 ou um componente separado, posicionado entre o pacote de eletrônica 80 e o solenoide 54 na figura 4 e entre o comutador por relé 56 e o solenoide 54 na figura 8. O temporizador de válvula de solenoide inclui uma característica de impulso que dispara automaticamente o solenoide 54 para fechar válvula 53 depois de um período

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 31/50 / 27 de tempo pré-ajustado ou predeterminado (por exemplo, 60 s). Especificamente, o temporizador de válvula de solenoide (a) permite que o solenoide 54 comute a válvula 53 para a posição aberta quando o solenoide 54 é energizado por uma saída de voltagem relativamente alta (a partir do pacote de eletrônica 80 da figura 4 ou comutador por relé 56 da figura 8); (b) mantém a válvula de solenoide 53 na posição aberta pelo predeterminado período de tempo; e (c) dispara automaticamente o solenoide 54 para transitar a válvula 53 de volta para a posição fechada depois do predeterminado período de tempo, independentemente da saída do pacote de eletrônica 80. O temporizador de válvula de solenoide preferivelmente não permite que o solenoide 54 comute a válvula 53 de volta para a posição aberta até ser reajustado (isto é, a saída do pacote de eletrônica 80 na figura 4 ou a saída do comutador por relé 56 na figura 8 retorna para a voltagem relativamente baixa), e então é re-energizada pela saída de voltagem relativamente alta. Um exemplo de um apropriado temporizador de válvula de solenoide é o temporizador SVT-1078A disponível a partir de Omega™ Engineering, Inc. of Stamford, Connecticut.

[0045] Das maneiras descritas acima, as modalidades dos sistemas de drenagem de líquido descritos aqui (por exemplo, o sistema 50, o sistema 150, etc.) podem ser configuradas para controle automático pelo pacote de eletrônica 80, com ou (a) pacote de eletrônica 80 diretamente controlando o solenoide 54, e então a válvula 53, como mostrado na figura 4, ou (b) controlando indiretamente o solenoide 54 e a válvula 53 via o comutador por relé 56, como mostrado na figura 8. O pacote de eletrônica 80 é preferivelmente configurado para transitar a válvula de solenoide 53 para a posição aberta somente quando um problema foi detectado (por exemplo, sinal acústico inválido 22a, etc.). Tal controle automatizado do sistema de drenagem de líquido elimina a necessidade da válvula de operação manual 53.

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 32/50 / 27 [0046] Embora o sistema de drenagem de líquido 50 mostrado na figura 4 e o sistema de drenagem 150 mostrado na figura 5 sejam mostrados, cada um, como sendo acoplados a um orifício de transdutor exemplificativo 30a, qualquer um ou mais orifícios de transdutor (por exemplo, os orifícios 30a, 30b, 30c, 30d, etc.) podem ter seu próprio sistema de drenagem ou ser providos em um sistema de drenagem em comum. Todavia, em um mínimo, um sistema de drenagem de líquido (por exemplo, o sistema 50 ou o sistema 150) para drenar líquido acumulado é preferivelmente provido para cada orifício de transdutor que não irá drenar automaticamente de volta para dentro da passagem contínua da peça de carretel (por exemplo, a passagem 14 da peça de carretel 11) sob a força de gravidade. Assim, os orifícios de transdutor que estão na horizontal ou que se inclinam para baixo movendo-se na direção para a passagem contínua da peça de carretel não precisa incluir um sistema para drenar líquido acumulado. A identificação daqueles orifícios de transdutor que devem inclui um sistema para drenar líquido acumulado dependerá da posição e orientação do fluxômetro, e pode variar de aplicação para aplicação.

[0047] Em fluxômetros que têm dois ou mais orifícios de transdutor que requerem drenagem periódica de líquido acumulado, cada orifício de transdutor a ser drenado está preferivelmente em comunicação fluida com um orifício de dreno (por exemplo, o orifício de dreno 51) e um líquido conduto de dreno (por exemplo, o conduto de dreno 52) que se estende a partir do orifício de dreno. Os condutos de dreno que se estendem a partir dos orifícios de transdutor podem se estender para um destino em comum ou para diferentes destinos. Ainda, os condutos de dreno individuais podem se fundir em uma única linha de saída a jusante ou permanecer separados na rota para o destino. Ainda, uma única válvula (por exemplo, a válvula 53) pode ser provida para cada orifício de dreno, ou alternativamente, uma única válvula pode ser provida para uma pluralidade de orifícios de dreno. Nas modalidades

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 33/50 / 27 onde uma válvula é provida para cada orifício de dreno, cada válvula é preferivelmente controlada diretamente pelo pacote de eletrônica (por exemplo, o pacote de eletrônica 80), como mostrado na figura 4, ou controlada indiretamente pelo pacote de eletrônica, como mostrado na figura

5. Se múltiplas válvulas são indiretamente controladas pelo pacote de eletrônica, cada válvula preferivelmente inclui seus próprios temporizador de válvula dedicado e comutador por relé (por exemplo, o comutador por relé 56). Por outro lado, nas modalidades onde uma única válvula (por exemplo, a válvula 53) é provida para mais que um sistema de drenagem, cada conduto de dreno preferivelmente se funde em um único conduto que inclui a válvula. Se tal única válvula é indiretamente controlada pelo pacote de eletrônica, somente um temporizador de válvula e um comutador por relé precisam ser providos.

[0048] Nas modalidades que incluem mais que um orifício de transdutor tendo um orifício de dreno, a drenagem dos orifícios de transdutor é preferivelmente independentemente controlada. Por exemplo, o pacote de eletrônica (por exemplo, o pacote de eletrônica 80) pode ser configurado para (a) continuamente monitorar, analisar, e avaliar cada trajeto de corda (por exemplo, cada trajeto 22, 23, 24, 25) e cada sinal acústico associado (por exemplo, cada sinal 22a, 23a, 24a, 25a), respectivamente, e, (b) identificar falhas de sinal (por exemplo, problemas de validade de sinal) e associados orifícios de transdutor, e (c) controlar independentemente a drenagem de tais orifícios de transdutor. Na detecção de uma falha de sinal de transdutor, o pacote de eletrônica inicia a drenagem de somente aqueles do(s) orifício(s) de transdutor associados com o(s) transdutor(es) defeituoso(s). Para tal monitoração e drenagem independentes de múltiplos orifícios de transdutor, o pacote de eletrônica preferivelmente inclui múltiplas saídas (uma para cada orifício de dreno), e uma válvula é preferivelmente provida para cada orifício de dreno. Em adição, para o controle independente e indireto das válvulas, um

Petição 870190101534, de 09/10/2019, pág. 34/50 / 27 temporizador de válvula e comutador por relé são preferivelmente providos para cada válvula.

[0049] Embora modalidades preferidas tenham sido mostradas e descritas, modificações das mesmas podem ser feitas por uma pessoa especializada na arte sem fugir do escopo ou ensinamentos das mesmas. As modalidades descritas aqui são somente exemplificativas e não são limitativas. Muitas variações e modificações do sistemas, aparelho, e processos descritos aqui são possíveis e estão dentro do escopo da invenção. Por exemplo, as dimensões relativas de várias partes, os materiais a partir dos quais as várias partes são feitas, e outros parâmetros, podem ser variados. Por conseguinte, o escopo de proteção não é limitado às modalidades descritas aqui, mas é somente limitado pelas reivindicações que seguem, cujo escopo deve incluir todos os equivalentes da matéria das reivindicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Fluxômetro ultrassônico (10) para medir o fluxo de um fluido através de uma tubulação, caracterizado pelo fato de que compreende:

uma peça de carretel (11) incluindo um furo passante (14) e um orifício de transdutor (30a), em que o orifício de transdutor (30a) possui um eixo central (35), uma extremidade aberta (30a-1) no furo passante (14) da peça de carretel (11), e uma extremidade fechada (30a-2) distal ao furo passante (14) da peça de carretel (11);

um transdutor acústico (20a) disposto no orifício de transdutor (30a), em que o transdutor (20a) inclui um elemento piezelétrico configurado para transmitir e receber sinais acústicos (22a);

um orifício de dreno (51) em comunicação fluida com o orifício de transdutor (30a), em que o orifício de dreno (51) é axialmente posicionado, em relação ao eixo central (35) do orifício de transdutor (30a), entre a extremidade aberta (30a-1) do orifício de transdutor (30a) e a extremidade fechada (30a-2) do orifício de transdutor (30a); e um conduto de dreno (52) tendo uma extremidade de entrada (52a) acoplada ao orifício de dreno (51) e uma extremidade de saída (52b) oposta à extremidade de entrada (52a);

em que o orifício de dreno (51) é configurado para drenar um líquido do orifício de transdutor (30a) para dentro da extremidade de entrada (52a) do conduto de dreno (52);

em que o conduto de dreno (52) inclui uma válvula (53), em que a válvula (53) tem uma posição aberta permitindo ao líquido escoar através da válvula (53) e do conduto de dreno (52), e uma posição fechada restringindo o líquido através da válvula (53) e do conduto de dreno (52);

um atuador (54) adaptado para atuar a válvula (53) entre a posição aberta e a posição fechada;

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2 / 6 um pacote de eletrônica (80) acoplado ao atuador (54), em que o pacote de eletrônica (80) é configurado para monitorar os sinais acústicos (22a) e determinar a validade do sinal acústico (22a), e em que o pacote de eletrônica (80) é configurado para controlar o atuador (54) para manter a válvula (53) na posição fechada quando os sinais acústicos (22a) são válidos e transitar a válvula (53) da posição fechada para a posição aberta quando os sinais acústicos (22a) são inválidos.

2. Fluxômetro de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o atuador (54) é um solenoide.
3. Fluxômetro (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o atuador (54) é configurado para solicitar a válvula (53) para a posição fechada.
4. Fluxômetro (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um comutador por relé (56) e um fornecimento de energia (57);

em que o comutador por relé (56) tem uma primeira entrada acoplada ao pacote de eletrônica (80), uma segunda entrada acoplada ao fornecimento de energia (57), e uma saída acoplada ao atuador (54);

em que o comutador por relé (56) tem uma posição fechada permitindo que energia elétrica proveniente do fornecimento de energia (57) passe através do comutador por relé (56) para o atuador (54), e uma posição aberta prevenindo que energia elétrica proveniente do fornecimento de energia (57) passe através do comutador por relé (56) para o atuador (54);

em que o pacote de eletrônica (80) é configurado para transitar o comutador por relé (56) entre a posição aberta e a posição fechada.
5. Fluxômetro (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a extremidade de saída (52b) do conduto de dreno (52) é acoplada à peça de carretel (11) e em comunicação fluida com o furo passante (14) da peça de carretel (11).

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6. Fluxômetro (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um vaso de armazenamento de líquido (60) acoplado à extremidade de saída (52b) do conduto de dreno (52), em que o conduto de dreno (52) é configurado para escoar o líquido desde o orifício de transdutor (30a), através do orifício de dreno (51), para o vaso de armazenamento de líquido (60).
7. Método para drenar um líquido acumulado de um orifício de transdutor (30a) de um fluxômetro ultrassônico (10), como definido na reivindicação 1, o método caracterizado pelo fato de que compreende:

(a) escoar um fluido através de um furo passante (14) no fluxômetro (10), em que o orifício de transdutor (30a) se estende a partir do furo passante (14) e está em comunicação fluida com o furo passante (14);

(b) comunicar um sinal acústico (22a) através de um furo passante (14) do fluxômetro (10) com um transdutor (20a) disposto no orifício de transdutor (30a);

(c) acumular um líquido no orifício de transdutor (30a) durante (a);

(d) drenagem do líquido acumulado no orifício de transdutor (30a) através de um orifício de dreno (51) em comunicação fluida com o orifício de transdutor (30a) depois de (c);

(e) escoar o líquido do orifício de dreno (51) para dentro de um conduto de dreno (52) durante (d);

(f) solicitar uma válvula (53) no conduto de dreno (52) para uma posição fechada restringindo o líquido de escoar através da válvula (53); e (g) transitar a válvula (53) para uma posição aberta depois de (c) para permitir que o líquido escoe através da válvula (53).

(h) transitar a válvula (53) de volta para a posição fechada depois de (g);

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4 / 6 monitorar o sinal acústico (22a) com um pacote de eletrônica (80);

determinar a validade do sinal acústico (22a) com o pacote de eletrônica (80);

manter a válvula (53) na posição fechada com o pacote de eletrônica (80) quando o sinal acústico (22a) é determinado como válido; e transitar a válvula (53) para a posição aberta em (g) com o pacote de eletrônica (80) quando o sinal acústico (22a) é determinado como inválido.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que um atuador (54) acoplado à válvula solicita a válvula (53) para a posição fechada em (f) e transita a válvula entre a posição aberta e a posição fechada em (g) e (h).
9. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:

transitar a válvula (53) de volta para a posição fechada em (h) com o pacote de eletrônica (80) quando o sinal acústico (22a) é determinado como válido.
10. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:

fechar um comutador por relé (56) com o pacote de eletrônica (80) para a transição da válvula (53) para a posição aberta em (g);

abrir o comutador por relé (56) com o pacote de eletrônica (80) para a transição da válvula (53) para a posição fechada em (h).
11. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:

transitar a válvula (53) de volta para a posição fechada em (h) depois de um período de tempo predeterminado.

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12. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:

escoar o líquido através do conduto de dreno (52) para dentro do furo (14) passante do fluxômetro (10), ou escoar o líquido através do conduto de dreno (52) para dentro de um vaso de armazenamento de líquido (60).
13. Método para identificar um transdutor acústico (20a) com defeito em um fluxômetro ultrassônico (10), como definido na reivindicação 1, o método caracterizado pelo fato de que compreende:

(a) escoar um fluido através de um furo passante (14) do fluxômetro (10);

(b) enviar um sinal acústico (22a) através de um furo passante (14) do fluxômetro (10) com um transdutor acústico (20a) disposto em um orifício de transdutor (30a) que se estende a partir de um furo passante (14) no fluxômetro (10);

(c) receber um sinal acústico (22a) que passa através do furo passante (14) ou contínuo do fluxômetro (10) com o transdutor acústico (20a);

(d) prover um orifício de dreno (51) em comunicação fluida com o orifício de transdutor (30a), em que um conduto de dreno (52) acoplado ao orifício de dreno (51) inclui uma válvula (53);

(e) monitorar continuamente os sinais acústicos (22a) com um pacote de eletrônica (80) acoplado ao transdutor (20a);

(f) determinar a validade dos sinais acústicos (22a) com o pacote de eletrônica (80) durante (e);

(g) manter a válvula (53) na posição fechada com o pacote de eletrônica (80) quando o sinal acústico (22a) é determinado como válido em (f);

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6 / 6 (h) transitar a válvula (53) para a posição aberta em (g) com o pacote de eletrônica (80) quando o sinal acústico (22a) é determinado como inválido em (f).
14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:

(i) transitar a válvula (53) de volta para a posição fechada depois de (h);

(j) determinar a validade dos sinais acústicos (22a) com o pacote de eletrônica (80) depois de (i).
15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que (i) compreende transitar a válvula (53) de volta para a posição fechada depois de um predeterminado período de tempo.