BR112017001145B1

BR112017001145B1 - método e dispositivo para a determinação da velocidade de fluxo de um fluido em um duto para fluidos

Info

Publication number: BR112017001145B1
Application number: BR112017001145-0A
Authority: BR
Inventors: Thomas Werner Hies; Trung Dung Luong; Claus-Dieter Ohl; Juergen Heinz-Friedrich Skripalle
Original assignee: Gwf Messsysteme Ag
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2021-05-04
Also published as: WO2016016818A1; DK202000051U1; US20170227568A1; US10551405B2; EP3175205A4; DK202000051Y3; RU2016145626A; DK3273206T3; IL248650A0; UA122209C2; AU2015294885A1; JP2017525948A; ES2799527T3; US20200150146A1; JP6682500B2; US10928414B2; US9903882B2; PL3175205T3; CA2955165A1; SG11201609000YA

Abstract

O presente pedido provê um método para determinar a velocidade de fluxo de um líquido em um duto (12) para fluidos. Durante uma fase geradora de sinal, um sinal de impulso é aplicado a um primeiro transdutor ultrassônico (11). Um sinal de resposta é então recebido por um segundo transdutor ultrassônico (13). Um sinal de medição é derivado posteriormente do sinal de resposta, onde a derivação compreende inverter uma parcela do sinal em relação ao tempo. Durante uma fase de medição, um líquido se move em relação ao duto (12) para fluidos. O sinal de medição é então aplicado a um dos dois transdutores (11, 13) e um sinal de resposta do sinal de medição é medido no outro transdutor. A velocidade do fluxo é derivada do sinal de resposta do sinal de medição.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] O presente pedido diz respeito a medidores de fluxo, mais especificamente a medidores de fluxo ultrassônicos de tempo de percurso.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Vários tipos de medidores de fluxo estão atualmente em uso para medir um volume de fluxo de um fluido como um líquido ou um gás através de um duto. Os medidores de fluxo ultrassônicos são ou medidores de fluxo Doppler, que fazem uso do efeito acústico Doppler, ou medidores de fluxo de tempo de percurso, às vezes igualmente denominados medidores de fluxo de transmissão, que fazem uso de uma diferença de tempo de propagação causada pelo movimento relativo entre fonte e meio. O tempo de percurso é igualmente referido como tempo de voo ou tempo de trânsito.

[0003] Um medidor de fluxo ultrassônico de tempo de percurso avalia a diferença de tempo de propagação de pulsos ultrassônicos que se propagam a favor e contra o sentido do fluxo. Medidores de fluxo ultrassônicos são disponibilizados como medidores em linha, igualmente conhecidos como medidores de fluxo intrusivos ou molhados, ou como medidores de fluxo tipo pinça, igualmente conhecidos como medidores de fluxo não intrusivos. Outras formas de medidores de fluxo incluem os de canais de Venturi, de limiar de transbordamento, medidores de fluxo de radar, medidores de fluxo de Coriolis, medidores de fluxo de pressão diferencial, medidores de fluxo magnético indutivo e outros tipos de medidores de fluxo.

[0004] Quando há perfis de fluxo irregulares ou canais abertos, mais de um percurso de propagação pode ser requerido para determinar a velocidade média de fluxo. Dentre outros, procedimentos multitrajetos estão descritos em padrões de hidrometria tais como IEC 41 ou EN ISO 6416. Como aplicação adicional, os medidores de fluxo ultrassônicos são igualmente utilizados para medir perfis de fluxo, por exemplo, com um perfil de corrente acústica Doppler (ADCP). O ADCP é igualmente adequado para medir a velocidade da água e descarga em rios e águas livres.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0005] Um objeto da presente invenção é prover um medidor de fluxo de tempo de trânsito aperfeiçoado e um método correspondente para medir uma velocidade de fluxo média ou um perfil de fluxo de um fluido em geral, e em particular para líquidos tais como água, óleo ou para gases.

[0006] Em um dispositivo de medição de fluxo de acordo com a presente invenção, transdutores por som, por exemplo sob a forma de elementos piezoelétricos, igualmente conhecidos como transdutores piezoelétricos, são usados para gerar e receber um sinal de teste e um sinal de medição.

[0007] Transmissores de som alternativos compreendem lasers que excitam uma membrana metálica para produzir vibrações, ou simples alto falantes. É possível igualmente produzir ondas de pressão de outras maneiras. A parte do receptor pode igualmente ser representada por outros meios diferentes de transdutores piezoelétricos, mas que detectam ondas ultrassônicas.

[0008] Embora o termo “transdutor piezoelétrico” seja usado muitas vezes no presente relatório, ele também representa outros transdutores de ondas de som que produzem ou detectam ondas ultrassônicas.

[0009] Um sinal de medição de acordo com o presente relatório pode ser modelado por um filtro casado. Se um impulso de pico acentuado é usado como sonda ou sinal de teste, o sinal recebido no transdutor é a resposta a impulso de um duto ou canal de fluido. De acordo com o presente pedido, uma versão invertida da resposta a impulso em relação ao tempo é enviada de volta através do mesmo canal sob forma de um sinal de medição, seja no sentido inverso ou no mesmo sentido. Isto resulta em um sinal com um pico na origem, onde estava a fonte original, ou em um sinal com um pico no receptor original, respectivamente.

[0010] A inversão em relação ao tempo pode ser efetuada de vários modos. Se meios analógicos são usados para gravar o sinal de resposta, é possível executar o sinal de resposta gravada em modo reverso. Se meios digitais são usados para gravar amostras do sinal de resposta, então a ordem das amostras gravadas é invertida a fim de obter o sinal invertido. Isto pode ser conseguido invertendo os valores dos registros da hora de cada amostra gravada, multiplicando o valor de tempo respectivo por (-1). Se executados de acordo com a ordem crescente dos valores do registro da hora, as amostras gravadas são executadas em ordem inversa. Em outras palavras, o sinal de resposta invertida é o sinal de resposta gravado, mas executado de trás para frente.

[0011] Um medidor de fluxo ultrassônico de acordo com a presente invenção provê uma propriedade de focalização pelo uso do sinal invertido mencionado acima, ou um sinal de forma similar, para que um medidor de fluxo ultrassônico forme um sinal de resposta, que é concentrado tanto no espaço como no tempo. Isto por sua vez leva a uma amplitude maior em um elemento receptor piezoelétrico e uma melhor razão sinal-ruído.

[0012] Com um medidor de fluxo ultrassônico de acordo com a presente invenção, a focalização pode ser obtida sob condições muito amplas. Por exemplo, uma propriedade de focalização é obtida mesmo quando somente um transmissor ultrassônico é excitado e mesmo quando o sinal invertido é reduzido a um sinal que é digitalizado somente de modo grosseiro na faixa de amplitude, se a resolução temporal do sinal invertido for suficiente. Adicionalmente, um medidor de fluxo de acordo com a presente invenção pode ser usado com transdutores de pinça, que são fáceis de posicionar em um duto e não requerem modificações do duto.

[0013] Em um método de medição de acordo com a presente invenção, pode ser ajustada uma resolução de bits em relação a uma amplitude do sinal de medição. Em particular, a resolução de bits pode ser ajustada para obter uma amplitude elevada de um sinal de resposta.

[0014] De acordo com uma modalidade, a resolução em bits é ampliada para aumentar a amplitude de um sinal de resposta ao sinal de medição. Em uma modalidade, a resolução em bits é ampliada em etapas pré-determinadas, a resolução em bits que produz o sinal de resposta com a amplitude mais elevada é selecionada e uma representação correspondente de um sinal de medição é armazenada em memória de computador.

[0015] De acordo com outra modalidade, a resolução em bits é reduzida para ampliar a amplitude de um sinal de resposta ao sinal de medição. Em uma modalidade, a resolução em bits é reduzida em etapas pré-determinadas, a resolução em bits que produz o sinal de resposta com a amplitude mais elevada é selecionada e uma representação correspondente de um sinal de medição é armazenada em memória de computador.

[0016] Em particular, a resolução em bits pode ser uma resolução de baixo bit, tal como uma resolução que é armazenada em um dígito ou em dois dígitos, em particular em um ou dois dígitos binários. De acordo com outras modalidades, a resolução de baixo bit compreende pelo menos uma resolução de 1 bit e no máximo uma resolução de 64 bits.

[0017] De acordo com uma modalidade adicional, o primeiro sinal de resposta é processado para determinar ou derivar uma variação na espessura da parede do duto ou para determinar ou derivar características materiais da parede do duto através da determinação de características de ondas de som longitudinais e transversais. Por exemplo, as características de ondas de som longitudinais e transversais podem ser derivadas de segmentos correspondentes do sinal receptor ou de resposta, que corresponde a diferentes tempos de chegada das ondas acústicas.

[0018] De acordo com esta modalidade, o mesmo sinal de resposta é usado para a determinação da velocidade de fluxo e para a detecção das propriedades mencionadas acima. Pelo que, não se torna mais necessário usar um sinal separado ou um arranjo separado para detectar efeitos tais como contaminações e falhas de material, embora um sinal separado ou um arranjo separado possam ser usados. Adicionalmente, as propriedades de canal derivadas podem ser usadas para obter uma estimativa mais precisa da velocidade de fluxo.

[0019] Em um medidor de fluxo ultrassônico de acordo com a presente invenção, características técnicas que asseguram bom acoplamento e direcionalidade de transdutores de pinça e reduzem espalhamento podem não ser necessárias ou, ao contrário, elas podem até mesmo aperfeiçoar a focalização. A fim de prover espalhamento ampliado, um material de acoplamento pode ser selecionado o qual é adaptado ao índice de refração do líquido ou transdutores e acoplamentos para transdutores podem ser usados para prover mais ondas de cisalhamento.

[0020] De preferência, a frequência de ondas de som que são usadas em um medidor de fluxo de acordo com a presente invenção está entre > 20 kHz e 2 MHz, que corresponde a um período de oscilação de 0,5 microssegundos (μs) mas este pode atingir valores de até 800 MHz. Em muitos casos, medidores de fluxo ultrassônicos operam bem acima do limiar de audição com frequências de várias centenas de kHz ou mais. A frequência de medidores de fluxo ultrassônicos de tempo de trânsito está tipicamente na faixa de kHz ou MHz.

[0021] De acordo com um aspecto, o presente relatório descreve um método implementado por computador para determinar uma velocidade de fluxo de um fluido em um duto ou canal para fluidos usando um medidor de fluxo ultrassônico de tempo de transmissão. Em particular, o método pode ser usado para um cano ou tubo, mas igualmente para aplicações de canal aberto, tais como aplicações para canais de drenagem ou irrigação. Em uma modalidade preferida, “implementado por computador” refere-se à execução em componentes eletrônicos de pequena escala tais como microprocessadores, ASICs, FPGAs e similares, que podem ser usados em dispositivos portáteis ou em dispositivos fixos compactos para processamento com sinal digital, que são geralmente de tamanho menor do que estações de trabalho ou computadores mainframe e que podem ser localizados em uma localização requerida ao longo de um tubo para fluido.

[0022] Na descrição a seguir, os termos “canal”, “duto”, “passagem”, “tubo”, etc. são usados como sinônimos. A matéria do presente pedido pode ser aplicada a todos os tipos de dutos para fluidos independentemente de sua respectiva forma e independente de se eles estão abertos ou fechados ou completamente cheios ou parcialmente cheios. A matéria do presente pedido pode igualmente ser aplicada a todos os tipos de fluidos ou gases, quer eles sejam gases ou líquidos, ou uma mistura de ambos.

[0023] Durante uma fase geradora de sinal de medição, o duto para fluidos é provido com um fluido a uma velocidade pré-determinada em relação ao duto para fluidos, especialmente com um fluido que está essencialmente em repouso em relação ao duto para fluidos. O sinal de medição é gerado a partir de um sinal de resposta, que o canal de transmissão gera em resposta a um sinal de impulso inicialmente aplicado.

[0024] Um sinal de impulso é aplicado a um primeiro transdutor ultrassônico, tal como um transdutor piezoelétrico, onde um sinal de impulso refere-se a um sinal, que tem uma energia de sinal que é concentrada em um período de tempo curto em particular. Em uma modalidade específica, o sinal de impulso se estende sobre somente alguns períodos de oscilação de uma onda portadora, como 10- 20 períodos de oscilações ou menos. Em particular, um envelope do sinal de impulso pode ter uma forma retangular, mas outras formas são igualmente possíveis. Por exemplo, o sinal de impulso pode corresponder a um pico único ou um impulso individual, uma descarga retangular curta ou qualquer outra forma de sinal, tal como uma forma de dente de serra, uma onda retangular, um chirp, uma onda sinusoidal ou uma descarga de ruído pré-determinada, tal como um ruído branco ou um ruído cor de rosa, que também é conhecido como ruído 1/f. O método funciona com quase qualquer forma de sinal do sinal de impulso.

[0025] A fase geradora de sinal não necessita ser repetida para cada medição. Por exemplo, ela pode ser realizada antes da primeira medição e em tempos mais posteriores quando as condições no duto para fluidos mudam, por exemplo, devido a sedimentos, corrosões e estresse térmico.

[0026] Às vezes, o termo “fase de calibração” é usado para referir à fase geradora de sinal de medição. Isto não está totalmente correto. Para medidores de fluxo, é típico que o medidor de fluxo seja posicionado em uma plataforma de calibração onde os valores medidos e os valores alvo para vazões são comparados. O fator de ligação entre estes dois valores é chamado fator de calibração e ele incorpora erros de hardware e de programa de computador da medição de fluxo que não podem ser especificados. Para a matéria do presente pedido, é mais adequado discernir entre a fase geradora de sinal de medição e a fase de calibração. A fase geradora de sinal de medição provê um sinal de medição que - quando usado - entrega um pico relativamente agudo no sinal de resposta ao sinal de medição, enquanto a fase de calibração provê um medidor de fluxo que provê uma medição precisa de vazão.

[0027] As seguintes etapas do método de acordo com a presente invenção: - prover um sinal de impulso a um primeiro transdutor ultrassônico, o primeiro transdutor ultrassônico sendo localizado no duto para fluidos em uma primeira localização, - prover um sinal de resposta do sinal de impulso a um segundo transdutor ultrassônico, o segundo transdutor ultrassônico sendo localizado no duto para fluidos em uma segunda localização, - derivar um sinal de medição a partir do sinal de resposta, a derivação do sinal de medição compreendendo selecionar uma parcela do sinal de resposta ou de um sinal derivado do mesmo e reverter a parcela do sinal em relação ao tempo podem ser providas aplicando e efetuando a medição de um sinal real efetivo em um duto real. Verificou-se que as etapas de prover um sinal de resposta do sinal de impulso a um segundo transdutor ultrassônico e derivar um sinal de medição podem ser obtidas por uma simulação numérica ou analógica, uma vez que o sinal de impulso seja provido sob forma de sinal digital ou analógico. Programa de computador de elementos finitos pode ser usado para esta finalidade.

[0028] Os transdutores piezoelétricos estão localizados no duto para fluidos. Em particular, eles podem estar localizados de modo a estar respectivamente montados no duto para fluidos. O primeiro transdutor piezoelétrico é localizado de modo a estar respectivamente montado em um perímetro do duto para fluidos em uma primeira localização. Em uma modalidade particular, ele é pinçado sobre o perímetro do duto para fluidos. Um sinal de resposta do sinal de impulso é recebido em um segundo transdutor piezoelétrico.

[0029] O segundo transdutor piezoelétrico, tal como um transdutor piezoelétrico está localizado de modo a estar respectivamente montado no duto para fluidos em uma segunda localização, que está deslocada ao longo de um sentido longitudinal do duto para fluidos em relação à primeira localização e ao longo de uma seção transversal que passa através do centro do eixo do duto, onde o sentido longitudinal corresponde a um sentido de fluxo médio através do canal. O duto para fluidos pode estar totalmente cheio com o fluido se reflexões na superfície do fluido e outros efeitos não são desejados.

[0030] Um sinal de medição é derivado do sinal de resposta, que é uma resposta do canal de transmissão a um sinal de impulso inicial, com meios analógicos ou igualmente digitais. A derivação do sinal de medição compreende selecionar uma parcela do sinal do sinal de resposta ou de um sinal derivado do mesmo e reverter a parcela do sinal em relação ao tempo, e ela pode compreender a etapa de armazenar o sinal de medição, por exemplo, na sua forma digital em um suporte informático para uso posterior. Aqui, diferentes sequências das etapas do método são possíveis. Por exemplo, o sinal pode ser invertido em relação ao tempo após ele ser armazenado.

[0031] Durante a fase de medição, na qual o fluido se move em relação ao duto para fluidos conforme condições externas como pressão, gravidade, inclinação do duto, etc., o sinal de medição é aplicado a um dos primeiro e segundo transdutores ultrassônicos, tal como transdutores piezoelétricos. Mais particularmente, um sinal elétrico, que pode ser derivado de um sinal de medição armazenado, pode ser aplicado ao transdutor.

[0032] Um primeiro sinal de resposta do sinal de medição é medido no outro transdutor ultrassônico, tal como um transdutor piezoelétrico, uma velocidade de fluxo do fluido é derivada a partir do pelo menos primeiro sinal de resposta. Em particular isto compreende medir um tempo de voo a jusante ou a montante. Uma estimativa da velocidade pode ser obtida comparando o tempo de voo medido com um tempo de voo sob calibração levando em consideração a velocidade do som sob as condições vigentes, por exemplo, medindo a temperatura do fluido. Em etapas posteriores, um fluxo volumétrico ou um fluxo de massa podem ser derivados da velocidade de fluxo ou de um perfil de velocidade de fluxo.

[0033] A fim de obter uma estimativa mais precisa, mensurações podem ser realizadas em ambos os sentidos, a partir do primeiro para o segundo transdutor ultrassônico, tal como transdutor piezoelétrico e no sentido inverso. Em particular, isto permite eliminar a velocidade do som em uma medição de tempo de voo ou pode prover uma estimativa confiável da velocidade do som atual.

[0034] Uma medição de fluxo de acordo com a presente invenção pode ser usada em montagens com somente dois transdutores e igualmente em montagens com múltiplos transdutores, tal como nas montagens das Figuras 43 e 44 ou a montagem das Figuras 4 e 5. Em particular, a medição de fluxo pode ser obtida por meio de um par de transdutores de uma montagem de transdutores múltiplos, que são montados opostos um em relação ao outro. O par de transdutores pode ser montado em um plano através de um eixo central do duto, como representado na Figura 43 ou eles podem ser montados em um plano que é deslocado em relação ao eixo central do duto, como representado na Figura 44. A montagem da Figura 44 pode ser usada para determinar a velocidade do fluido em uma camada de fluido a uma distância pré- determinada do eixo central.

[0035] Por conseguinte, as etapas para aplicar o sinal de medição e medição do sinal de resposta são repetidas no sentido inverso. Em outras palavras, o receptor anterior é usado como transmissor e o transmissor anterior é usado como receptor e um sinal é transmitido desde o respectivo outro transdutor ultrassônico, tal como um transdutor piezoelétrico para o respectivo primeiro dentre os dois transdutores a fim de obter um segundo sinal de resposta. Uma velocidade de fluxo do fluido é derivada do primeiro sinal de resposta e do segundo sinal de resposta. Em particular, a derivação compreende derivar um tempo de voo a jusante e a montante.

[0036] Embora seja possível transmitir um sinal de medição desde um transdutor ultrassônico, tal como um transdutor piezoelétrico até outro transdutor ultrassônico, tal como um transdutor piezoelétrico, também é interessante executar este para frente e inverso quando uma velocidade ou medição de fluxo é realizada.

[0037] Em outras palavras, o procedimento pode ser efetuado da seguinte maneira:

[0038] Sentido para frente: - Transmitir um sinal de impulso desde um primeiro transdutor ultrassônico para um segundo transdutor ultrassônico, - Receber um sinal de resposta do sinal de impulso no segundo transdutor ultrassônico, - Inverter o sinal de resposta recebido no segundo transdutor ultrassônico em relação ao tempo, obtendo deste modo um sinal de medição, - Transmitir o sinal de medição do primeiro transdutor ultrassônico para o segundo transdutor ultrassônico, - Receber um sinal de resposta do sinal de medição no segundo transdutor ultrassônico.

[0039] Sentido inverso: - Transmitir um sinal de impulso do segundo transdutor ultrassônico para o primeiro transdutor ultrassônico, como um transdutor piezoelétrico, - Receber um sinal de resposta do sinal de impulso no primeiro transdutor ultrassônico, - Inverter o sinal de resposta recebido do sinal de impulso do primeiro transdutor ultrassônico em relação ao tempo, obtendo deste modo um sinal de medição, - Transmitir o sinal de medição do segundo transdutor ultrassônico para o primeiro transdutor ultrassônico, - Receber um sinal de resposta ao sinal de medição no primeiro transdutor ultrassônico, - Efetuar a medição da diferença de tempo entre os sinais de resposta recebidos no segundo transdutor ultrassônico e primeiro transdutor ultrassônico. Esta diferença de tempo é proporcional à velocidade de fluxo entre os dois transdutores ultrassônicos, tal como transdutores piezoelétricos.

[0040] Deve-se notar que o sinal de medição para o sentido para frente pode ser diferente do sinal de medição para o sentido para trás. O sinal de medição tem normalmente uma forma singular para cada direção de propagação, embora para configurações simples sinais de medição idênticos possam ser usados.

[0041] Ao longo do presente pedido, o termo “computador” é utilizado várias vezes. Embora um computador inclua dispositivos como um equipamento portátil ou um computador de mesa, a transmissão e recepção de sinais pode igualmente ser efetuada por micro controladores ACIDs, FPGAs, etc.

[0042] Adicionalmente, uma linha de conexão entre os transdutores pode ser deslocada de modo geométrico em relação ao centro do duto para fluidos a fim de obter uma velocidade de fluxo em uma camada pré-determinada e pode haver mais de um par de transdutores. Além disso, o sinal de medição pode ser provido por mais de um transdutor e/ou o sinal de resposta ao sinal de medição pode ser medido por mais de um transdutor.

[0043] De acordo com uma modalidade simples, um sinal de medição médio é gerado por uma superposição linear dos sinais de resposta provenientes da multitude de transdutores receptores e as etapas de processamento de sinal mencionadas anteriormente no presente relatório são efetuadas sobre o sinal de resposta médio para obter um sinal de medição.

[0044] Conforme ainda uma outra modalidade, há um número igual, digamos N, de transdutores transmissores e receptores, onde os posicionamentos relativos dos transdutores transmissores são iguais aos posicionamentos relativos dos transdutores receptores. Os N sinais de resposta recebidos são então processados individualmente conforme as etapas de processamento de sinal mencionadas anteriormente no presente relatório para obter N sinais de medição individuais.

[0045] Estes N transdutores são montados tipicamente por exemplo como transdutores em pinça, transdutores de inserção ou de montagem interna. À guisa de exemplo, a Figura 43 representa uma montagem com oito transdutores de pinça e a Figura 44 representa uma montagem com oito transdutores de inserção. Os oito transdutores da Figura 43 são montados em quatro planos respectivos, que atravessam o eixo central do duto. Os oito transdutores de inserção da Figura 44 estão montados em quatro planos paralelos.

[0046] As linhas de conexão entre os transdutores mostram um modo de operação dos transdutores. No modo de operação da Figura 43, sinais são transmitidos a partir de um primeiro transdutor para um segundo transdutor que está em oposição ao primeiro transdutor em relação a um ponto central do eixo central do duto de água.

[0047] No modo de operação da Figura 44, sinais são transmitidos a partir de um primeiro transdutor para um segundo transdutor em relação a um ponto central, que está localizado no centro da respectiva montagem retangular e em um dos quatro planos paralelos.

[0048] Conforme uma modalidade a parcela do sinal de resposta que é usada para derivar o sinal de medição compreende uma primeira parcela em torno de uma amplitude máxima do sinal de resposta e uma parcela de um sinal atrasado, a parcela de sinal atrasado se estendendo no tempo atrás do tempo de chegada da amplitude máxima. A parcela de sinal atrasado provê sinais de reflexões adicionais sem contar os sinais da vizinhança do sinal direto e pode contribuir para melhor focalização.

[0049] A fim de obter um sinal de medição gerado melhorado, as etapas de aplicar um sinal de impulso e receber um sinal de resposta correspondente pode ser efetuado não somente uma vez, mas podem ser repetidas múltiplas vezes, pelo menos duas vezes, Pelo que, é obtida uma pluralidade de sinais de resposta. Um sinal de medição é então derivado a partir de uma média dos sinais de resposta recebidos.

[0050] Em uma modalidade, as mensurações são repetidas múltiplas vezes, mas com o sinal de ultrassom se deslocando somente em um sentido. Em outra modalidade, as mensurações são repetidas múltiplas vezes, o sinal de ultrassom se deslocando em ambos os sentidos. Em ainda outra modalidade, as mensurações são repetidas múltiplas vezes, o sinal de ultrassom se deslocando em ambos os sentidos e médias separadas são derivadas para ambos os sentidos.

[0051] De acordo com uma modalidade adicional, a derivação de um sinal de medição a partir de um ou mais sinais de resposta recebidos compreende determinar um envelope do sinal de resposta ou de um sinal derivado do mesmo. Um sinal de oscilação modulado por amplitude é provido, o qual é modulado por amplitude de acordo com o envelope. Usar um envelope em vez de amostra, ou adicionalmente a estas, pode proporcionar vantagens em termos de espaço de armazenamento e velocidade de computação.

[0052] Em particular, a amplitude de modulação pode ter a forma do envelope determinado para o sinal de medição ou para uma parcela do mesmo. A frequência de oscilação de uma oscilação de onda portadora é de pelo menos 20 kHz. De acordo com modalidades adicionais a frequência é de pelo menos 100 kHz, pelo menos 500 kHz, ou pelo menos 1MHz. A escolha da frequência afeta o processo de espalhamento e uma frequência mais elevada pode proporcionar uma amostragem com grãos mais finos de uma parede do duto, que por sua vez pode permitir uma formatação mais precisa do sinal de ultrassom.

[0053] De acordo com modalidades adicionais, o sinal de resposta ou um sinal derivado do mesmo é digitalizado em relação à amplitude, e especialmente com uma resolução entre 1 e 8 bit. O presente pedido demonstra que mesmo uma digitalização grosseira em relação à amplitude pode levar a uma focalização suficiente do sinal de ultrassom. Usar baixa resolução economiza tempo de computação e espaço de memória, enquanto resoluções mais elevadas não necessariamente proporcionam um resultado de medição mais preciso da taxa de vazão através do duto. Também foi constatado que ampliando ou reduzindo a resolução do sinal de resposta ou do sinal de medição pode ajudar a melhorar a razão sinal-ruído e a precisão da medição do tempo. Reduzindo a resolução resulta em um pico mais agudo ou mais característico na resposta ao sinal de medição. Isto significa que se há alta SNR (Razão Sinal-Ruído), seria possível reduzir a resolução do sinal de medição ou o sinal de resposta ao sinal de medição em vez de aumentar a potência de transmissão do sinal de medição.

[0054] De acordo com um aspecto adicional do presente pedido, alguns métodos para a determinação da velocidade de fluxo de um fluido em um duto ou tubo para fluido podem fazer uso de um sinal de medição com amplitude modulada ou um sinal de resposta com amplitude modulada de um medidor de vazão ultrassônico de tempo de transmissão. Este método não necessariamente envolve uma etapa geradora de sinal, embora uma etapa única de fase geradora de sinal possa ser usada para obter um sinal de medição. Por exemplo, o método pode se valer de um sinal de medição pré- gerado em um local da fábrica, onde o sinal de medição é gerado como um sinal invertido em relação ao tempo, recebido de um transdutor ultrassônico, como um transdutor piezoelétrico que recebeu uma série de oscilações transmitidas por outro transdutor ultrassônico, como um transdutor piezoelétrico.

[0055] Em uma primeira etapa, o duto é provido com o fluido que se movimenta em relação ao duto para fluidos conforme condições externas como pressão, gravidade, inclinação do duto, etc.

[0056] Um primeiro transdutor piezoelétrico é provido em uma primeira localização do duto para fluidos. Um segundo transdutor ultrassônico, como um transdutor piezoelétrico é provido em uma segunda localização do duto para fluidos. A segunda localização é deslocada ao longo de um sentido longitudinal do duto para fluidos em relação à primeira localização, o sentido longitudinal correspondendo a um sentido de fluxo de fluido do canal de fluido.

[0057] Um sinal de medição é provido e aplicado ao primeiro ou ao segundo transdutor ultrassônico, tal como transdutores piezoelétricos. Mais particularmente, um sinal elétrico que é derivado de um sinal com amplitude modulada que pode ser transmitido ao transdutor.

[0058] Um primeiro sinal de resposta do sinal de medição é mensurado no outro transdutor ultrassônico, como um transdutor piezoelétrico, e uma velocidade de fluxo do fluido é derivada do primeiro sinal de resposta. Em particular, isto compreende derivar um tempo de voo a jusante ou a montante.

[0059] De modo análogo ao método mencionado acima no presente relatório, precisão mais elevada pode ser realizada repetindo a medição no sentido inverso para obter um tempo de voo a jusante e a montante. Como representado nas Figuras 43 e 44, N pares de transdutores podem ser utilizados, por exemplo, para obter uma estimativa mais precisa do fluxo médio ou para obter uma estimativa do fluxo em um plano a uma distância pré- determinada do eixo central do duto para líquidos.

[0060] Em particular, as etapas de aplicar o sinal de medição e mensurar o sinal de resposta são repetidas no sentido inverso para obter um segundo sinal de resposta, e a velocidade de fluxo do fluido é derivada do primeiro sinal de resposta e do segundo sinal de resposta, onde a derivação compreende derivar um tempo de voo a jusante e um a montante.

[0061] Estas etapas são muito similares às etapas do método tal como descrito acima no presente relatório, com a diferença que as medições são efetuadas sem ajustar o dispositivo antes de cada medição.

[0062] As seguintes características se aplicam a ambos os métodos, com ou sem fase geradora de sinal antes de cada medição.

[0063] Conforme uma modalidade adicional, a amplitude do sinal de medição ou a amplitude do sinal de resposta podem crescer até uma amplitude máxima ao longo de um número pré-determinado de oscilações, por exemplo, cinco ou mais períodos de oscilação do sinal portador. Quando a amplitude aumenta durante um período de tempo, um efeito de inércia de um tempo de reação dos transdutores ultrassônicos, como transdutores piezoelétricos para a medição pode ser reduzido.

[0064] Em uma modalidade específica, o sinal de medição ou o sinal de resposta aumenta exponencialmente até uma amplitude máxima ao longo de pelo menos cinco períodos de oscilação do sinal portador.

[0065] Conforme uma modalidade adicional, o sinal de medição compreende uma parcela de ponta, a parcela de ponta se estendendo no tempo ao longo de um certo número de meias larguras de um sinal máximo do sinal de medição, e a parcela de ponta precede pelo menos a região de uma meia largura do sinal máximo no tempo.

[0066] Conforme ainda outra modalidade, o sinal de medição compreende uma parcela de ponta. A parcela de ponta é derivada de uma parcela atrasada de um sinal recebido, que sucede a um máximo de sinal do sinal recebido em relação ao tempo. A parcela de ponta se estende ao longo de pelo menos três vezes a meia largura em torno do máximo de sinal do sinal recebido.

[0067] De acordo com modalidades adicionais, a parcela de ponta compreende pelo menos 10% ou pelo menos 50% da energia de sinal do sinal de medição.

[0068] Uma energia de sinal E de um sinal s(t) em um intervalo de tempo pode ser definida em termos da expressão ou sua versão discreta, onde o intervalo de tempo é dado por [Tl, T2] ou [-m*At, n*At] respectivamente.

[0069] A parcela de ponta do sinal de medição pode contribuir significativamente para a produção de um sinal que tem pico no espaço e no tempo.

[0070] Em algumas modalidades específicas, o sinal de medição ou o sinal de resposta podem ser proporcionados por um sinal oscilante com amplitude modulada, que é digitalizado em relação à amplitude, por exemplo, com uma resolução entre 1 e 8 bits. Isto pode proporcionar vantagens em termos de velocidade computacional e espaço de memória e pode até mesmo levar a um pico de sinal ampliado.

[0071] Conforme uma modalidade adicional, o sinal de medição que é aplicado a um transdutor pode compreender um sinal oscilante que é modulado conforme uma modulação 0-1 proporcionando seja uma amplitude pré- determinada ou nenhuma amplitude, ou, em outras palavras, uma amplitude zero.

[0072] Em particular, o sinal de medição com amplitude modulada pode ser derivado de um sinal de resposta mensurado de acordo com uma fase geradora de sinal na qual o duto para fluidos é provido com um fluido que tem uma velocidade pré-determinada ou está essencialmente em repouso em relação ao duto para fluidos.

[0073] Um sinal de impulso é aplicado ao primeiro transdutor ultrassônico, tal como um transdutor piezoelétrico, e um sinal de resposta ao sinal de impulso é recebido em um segundo transdutor ultrassônico, como um transdutor piezoelétrico.

[0074] O sinal de medição é derivado do sinal de resposta. A derivação do sinal de medição compreende selecionar uma parcela de sinal do sinal de resposta ou de um sinal derivado do mesmo e inverter a parcela de sinal em relação ao tempo e um sinal de medição digitalizado pode ser armazenado na memória legível de um computador para uso posterior.

[0075] Em uma modalidade específica, a amplitude de um envelope do sinal de medição ou de um sinal de resposta pode aumentar em pelo menos uma ordem de grandeza a partir de uma parcela de sinal de ponta do sinal de medição até uma amplitude máxima. A parcela de sinal de ponta precede o máximo do sinal no tempo. Em outras palavras, ele é transmitido anteriormente. De acordo com modalidades adicionais, a amplitude aumenta em pelo menos duas ou em até duas ordens de grandeza.

[0076] De acordo com um aspecto adicional, é descrito um dispositivo para a medição da velocidade de fluxo em um medidor de fluxo ultrassônico de tempo de percurso. O dispositivo compreende um primeiro conector para conectar um primeiro elemento piezoelétrico, um segundo conector para conectar um segundo elemento piezoelétrico, um conversor opcional digital para analógico (DAC), que é conectado ao primeiro conector e um conversor opcional analógico para digital (ADC), que é conectado ao segundo conector.

[0077] Adicionalmente, o dispositivo compreende uma memória legível por computador, um temporizador eletrônico ou oscilador, uma unidade de transmissão para transmitir um sinal de impulso ao primeiro conector e uma unidade de recepção para receber um sinal de resposta ao sinal de impulso do segundo conector.

[0078] Adicionalmente, o dispositivo compreende dispositivos para gerar o sinal de medição a partir de um sinal de resposta recebido, tal como uma unidade de seleção para selecionar uma parcela do sinal de resposta recebido ou um sinal derivado do mesmo, e uma unidade de inversão para inverter a parcela selecionada do sinal de resposta em relação ao tempo para obter um sinal invertido. Opcionalmente um filtro passa banda pode ser proporcionado para remover componentes de sinal indesejados. Adicionalmente, uma unidade de processamento é proporcionada para derivar um sinal de medição de pelo menos o sinal invertido e para armazenar o sinal de medição na memória legível do computador.

[0079] Adicionalmente, o dispositivo compreende meios para a medição de uma velocidade de fluxo. Um gerador de sinal de medição, que pode ser conectado ao primeiro conector ou ao segundo conector e um meio de transmissão, como o DAC e os conectores, para transmitir o sinal de medição ao primeiro conector são providos em uma região de transmissão. Uma unidade de recepção para receber um sinal de resposta do sinal de medição do segundo conector e uma unidade de processamento de velocidade para derivar a velocidade de fluxo do sinal de resposta recebido são providas em uma região de recepção. Os termos velocidade de fluxo e rapidez de fluxo são usados como sinônimos no presente pedido.

[0080] Embora o dispositivo possa ser fornecido como um dispositivo analógico sem conversores A/D e D/A e sem uma unidade de memória legível por computador é igualmente possível fornecer o dispositivo ou partes do mesmo com um sistema digital de computador.

[0081] Em particular, as várias unidades processadoras de sinal, tal como a unidade de processamento de velocidade, a unidade de seleção e a unidade de inversão podem ser fornecidas inteira ou parcialmente por um componente eletrônico de aplicação específica ou por uma memória de programa com um equipamento de instrução legível por computador. De modo análogo, o gerador de sinal de medição e um gerador de sinal de impulso da unidade de transmissão podem ser fornecidos total ou parcialmente por um componente eletrônico de aplicação específica que pode compreender um equipamento de instrução legível por computador.

[0082] De acordo com uma modalidade adicional, o dispositivo compreende um sintetizador direto de sinal digital (DDS) que compreende o ADC referido acima no presente relatório. O DDS compreende um registro de controle de frequência, um oscilador de referência, um oscilador controlado numericamente e um filtro passa baixa de reconstrução. Adicionalmente, o ADC é conectável ao primeiro e ao segundo conector através do filtro passa baixa de reconstrução.

[0083] Dentre outros, o sintetizador de sinais digitais pode ser configurado para sintetizar um sinal, tal como o sinal de medida, usando um algoritmo prédeterminado ou valores pré-determinados que são armazenados em uma unidade de memória com uma memória legível de computador. Por exemplo, o sinal pode ser gerado por geração direta de sinal ou por DDS (síntese digital direta).

[0084] Adicionalmente, a especificação de corrente descreve um dispositivo para medição de fluxo com um primeiro transdutor piezoelétrico que é conectado ao primeiro conector, e com um segundo transdutor ultrassônico, tal como um transdutor piezoelétrico, que é conectado ao segundo conector. Especificamente, os transdutores ultrassônicos, tal como transdutores piezoelétricos podem ser fornecidos com regiões de conexão, tais como um mecanismo de pinça para conectar os mesmos a um duto.

[0085] Adicionalmente, o presente pedido descreve um dispositivo de medição de fluxo com uma parte que é um duto. O primeiro transdutor ultrassônico, como um transdutor piezoelétrico, é montado no duto em uma primeira localização e o segundo transdutor ultrassônico, tal como um transdutor piezoelétrico é no duto em uma segunda localização. Especificamente, os transdutores podem ser pinçados no duto. Fornecer o dispositivo com um duto pode prover benefícios quando o dispositivo é pré-calibrado em relação ao duto.

[0086] O dispositivo pode ser construído compacto e portátil. Um dispositivo portátil conforme a presente invenção, que é equipado com transdutores que podem ser montados na superfície, como transdutores de pinça, podem ser usados para verificar um duto em qualquer localização acessível. De modo geral, o dispositivo pode ser fixo ou portátil. De preferência, o dispositivo é suficientemente compacto para ser colocado em uma localização requerida e suficientemente protegido contra condições ambientais, tais como umidade, calor e substâncias corrosivas.

[0087] Além disso, o presente relatório descritivo descreve um código legível por computador para executar um método de medição de fluxo de acordo com o presente relatório, uma memória legível por computador que compreende o código legível por computador e um componente eletrônico de aplicação específica, que é operável para executar as etapas de um método de acordo com o presente relatório descritivo.

[0088] Em particular, o componente eletrônico de aplicação específica pode ser provido por um componente eletrônico que compreende a memória legível de computador mencionada anteriormente no presente relatório, como EPROM, EEPROM, uma memória flash ou similar. De acordo com outras modalidades, o componente eletrônico de aplicação específica é provido por um componente cabeado ou por um circuito configurável tal como um circuito integrado de aplicação específica (ASIC) ou matrizes de portas de campo programáveis (FPGA).

[0089] Em uma modalidade adicional, um componente eletrônico de aplicação específica de acordo com o presente relatório descritivo é provido por uma pluralidade de componentes eletrônicos interconectados, por exemplo por uma FPGA que é conectada a uma EPROM programada adequadamente em uma montagem multimatrizes. Exemplos adicionais de um componente eletrônico de aplicação específica são circuitos integrados programáveis como matrizes lógicas de campo programáveis (PLAs) e dispositivos lógicos programáveis complexos (CPLDs).

[0090] É útil determinar se um dispositivo de teste comercial está mensurando uma velocidade de fluxo de um fluido em um duto de acordo com o presente pedido. Para esta finalidade é fornecido ao duto um fluido que tem uma velocidade pré-determinada em relação ao duto para fluidos. Um sinal de impulso em teste é aplicado a um primeiro transdutor ultrassônico, tal como um transdutor piezoelétrico do dispositivo de teste, o primeiro transdutor piezoelétrico sendo montado no duto para fluidos em uma primeira localização, seguido pela recepção de um sinal de resposta em teste do sinal de impulso em teste em um segundo transdutor piezoelétrico do dispositivo de teste, o segundo transdutor ultrassônico, tal como um transdutor piezoelétrico sendo montado no duto para fluidos em uma segunda localização.

[0091] Um sinal de medição em teste é então derivado do sinal de resposta, a derivação do sinal de medição em teste compreendendo inverter o sinal em relação ao tempo, seguido da comparação do sinal de medição em teste com um sinal de medição que é emitido no outro dentre o primeiro e o segundo transdutor ultrassônico, tal como o transdutor piezoelétrico. O sinal de medição é um sinal fornecido pelo dispositivo de teste quando fornecido pelo fabricante, com base em um sinal de medição gerado uma única vez na fábrica após a fabricação do dispositivo de teste, muitas vezes acoplado a uma parte de um tubo.

[0092] Em uma situação em que o dispositivo de teste usa um método para determinar a velocidade de fluxo de um fluido em um duto para fluidos de acordo com o presente pedido, o sinal de medição em teste e o sinal de medição são similares. Em outras palavras, a engenharia reversa da matéria do presente pedido é proporcionada pela escolha de um sinal em teste e repetição da fase geradora de sinal da aplicação até que o sinal de medição em teste e o sinal de medição sejam similares. A expressão “similar” significa que há uma correlação significativa entre o sinal de medição em teste e o sinal de medição.

[0093] O método pode igualmente compreender selecionar uma parcela de sinal do sinal de resposta em teste ou de um sinal derivado do mesmo e armazenar o sinal de medição em teste para uso posterior.

[0094] Assim, um dispositivo para a medição de uma velocidade de fluxo em um medidor de fluxo ultrassônico com tempo de percurso tal como definido por características funcionais compreende um primeiro conector para um primeiro elemento piezoelétrico, um segundo conector para um segundo elemento piezoelétrico, uma unidade de transmissão para transmitir um sinal de impulso para o primeiro conector, uma unidade de recepção para receber um sinal de resposta ao sinal de impulso do segundo conector, uma unidade de inversão para inverter o sinal de resposta em relação ao tempo para obter um sinal invertido, uma unidade de processamento para derivar um sinal de medição do sinal invertido. Ao fazer uso do dispositivo para determinar uma velocidade de fluxo de um fluido em um duto para fluidos, será fornecido ao duto para fluidos um fluido que tem uma velocidade em relação ao duto para fluidos. Isto é seguido da aplicação de um sinal de medição em um dentre o primeiro e o segundo transdutor ultrassônico, tal como um transdutor piezoelétrico, e mensurando um primeiro sinal de resposta do sinal de medição no outro dentre o primeiro e segundo transdutor ultrassônico, tal como um transdutor piezoelétrico. Torna-se então possível derivar uma velocidade de fluxo do fluido a partir do primeiro sinal de resposta. A engenharia reversa do dispositivo irá revelar que, ao aplicar um sinal de impulso teste a um primeiro transdutor ultrassônico, tal como um transdutor piezoelétrico do dispositivo de teste, recebendo um sinal de resposta em teste do sinal de impulso em teste em um segundo transdutor piezoelétrico do dispositivo de teste, o segundo transdutor ultrassônico, tal como um transdutor piezoelétrico sendo montado no duto para fluidos em uma segunda localização, derivando um sinal de medição em teste a partir do sinal de resposta, a derivação do sinal de medição em teste compreendendo inverter o sinal em relação ao tempo, o sinal de medição em teste e um sinal de medição que é emitido no primeiro ou no segundo transdutor ultrassônico, tal como um transdutor piezoelétrico, são similares. Esta descrição funcional ajuda a caracterizar o dispositivo do presente pedido sem descrever a estrutura e forma dos sinais emitidos.

[0095] É evidente que o dispositivo pode ter um conversor D/A, o conversor D/A sendo conectado ao primeiro conector, e um conversor A/D, o conversor A/D sendo conectado ao segundo conector, e uma memória legível de computador. Adicionalmente ele pode compreender uma unidade de seleção para selecionar uma parcela do sinal de resposta recebido ou um sinal derivado do mesmo, onde as avaliações acima são efetuadas com a parcela selecionada do sinal de resposta recebido ou de um sinal derivado do mesmo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0096] A Figura 1 representa um primeiro arranjo de medidor de fluxo com dois elementos piezoelétricos. A Figura 2 representa o medidor de fluxo da Figura 1, com um sinal direto. A Figura 3 representa o arranjo do medidor de fluxo da Figura 1 visto no sentido do fluxo. A Figura 4 representa um segundo arranjo de medidor de fluxo com quatro elementos piezoelétricos e quatro sinais diretos. A Figura 5 representa o arranjo de medidor de fluxo da Figura 4 visto no sentido do fluxo. A Figura 6 representa um diagrama esquemático de um sinal em teste. A Figura 7 representa um diagrama esquemático de uma resposta de sinal em teste. A Figura 8 representa um diagrama esquemático de um sinal invertido. A Figura 9 representa um diagrama esquemático de uma resposta do sinal invertido. A Figura 10 representa um primeiro sinal invertido em alta resolução. A Figura 11 representa uma resposta do sinal invertido da Figura 10. A Figura 12 representa um sinal invertido adicional em alta resolução. A Figura 13 representa uma resposta do sinal invertido da Figura 12. A Figura 14 representa um sinal invertido adicional em alta resolução. A Figura 15 representa uma resposta do sinal invertido da Figura 14. A Figura 16 representa um sinal invertido adicional em alta resolução. A Figura 17 representa uma resposta do sinal invertido da Figura 16. A Figura 18 representa um sinal invertido adicional em alta resolução. A Figura 19 representa uma resposta do sinal invertido da Figura 18. A Figura 20 representa um sinal invertido adicional em alta resolução. A Figura 21 representa uma resposta do sinal invertido da Figura 20. A Figura 22 representa um sinal invertido adicional em alta resolução. A Figura 23 representa uma resposta do sinal invertido da Figura 22. A Figura 24 representa um sinal invertido adicional em alta resolução. A Figura 25 representa uma resposta do sinal invertido da Figura 24. A Figura 26 representa um sinal invertido adicional em alta resolução. A Figura 27 representa uma resposta do sinal invertido da Figura 26. A Figura 28 representa um sinal invertido adicional em resolução de 12 bits. A Figura 29 representa uma resposta do sinal da Figura 28. A Figura 30 representa um sinal invertido adicional com resolução de 3 bits. A Figura 31 representa uma resposta do sinal da Figura 30. A Figura 32 representa um sinal invertido adicional com resolução de 2 bits. A Figura 33 representa uma resposta do sinal da Figura 32. A Figura 34 representa um sinal invertido adicional com resolução de 1 bit. A Figura 35 representa uma resposta do sinal da Figura 34. A Figura 36 representa um impulso curto em um elemento piezoelétrico do medidor de fluxo da Figura 1. A Figura 37 representa um sinal de um elemento piezoelétrico do medidor de fluxo da Figura 1, que é derivado da resposta invertida do sinal da Figura 36. A Figura 38 representa uma resposta do sinal da Figura 37. A Figura 39 representa uma função de correlação cruzada a montante e a jusante. A Figura 40 representa uma ampliação de uma seção da Figura 39. A Figura 41 representa um dispositivo para a medição de uma velocidade de fluxo de acordo com o presente relatório descritivo, e A Figura 42 representa um sintetizador digital direto para uso no dispositivo da Figura 41. A Figura 43 representa um primeiro arranjo multi-transdutor. A Figura 44 representa um segundo arranjo multi-transdutor. A Figura 45 representa uma configuração Z de transdutores de pinça. A Figura 46 representa uma configuração V de transdutores de pinça. A Figura 47 representa uma configuração W de transdutores de pinça. A Figura 48 representa um sinal de transmissão de um ciclo. A Figura 49 representa um sinal de transmissão de dez ciclos. A Figura 50 representa um sinal de transmissão TRA. A Figura 51 representa um sinal de resposta ao sinal de transmissão de um ciclo da Figura 48. A Figura 52 representa um sinal de resposta ao sinal de transmissão de dez ciclos da Figura 49. A Figura 53 representa um sinal de resposta ao sinal de transmissão TRA da Figura 50. A Figura 54 representa uma curva de pressão de um sinal de transmissão TRA e um sinal de resposta ao sinal de transmissão TRA. A Figura 55 representa uma curva de pressão de um sinal de transmissão TRA e um sinal de resposta ao sinal de transmissão TRA. A Figura 56 representa um sinal de impulso que é usado para gerar a entrada de sinal da Figura 55. A Figura 57 representa um primeiro sinal de resposta indicando propriedades de canal. A Figura 58 representa um segundo sinal de resposta indicando propriedades de canal. A Figura 59 representa um sinal de resposta adicional. A Figura 60 representa um sinal de resposta adicional.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0097] A matéria objeto do presente pedido será a seguir explicada com mais detalhes em relação às Figuras anexas.

[0098] Na descrição a seguir, são apresentados detalhes para descrever as modalidades do presente relatório descritivo. Deve ficar claro para os especialistas, no entanto, que as modalidades podem ser realizadas sem tais detalhes.

[0099] A Figura 1 representa um primeiro arranjo para medidor de fluxo (10). No arranjo do medidor de fluxo, um primeiro elemento piezoelétrico (11) é posicionado em uma parede externa de um duto (12), que é igualmente referido como tubo (12). Um segundo elemento piezoelétrico (13) é posicionado em um lado oposto do duto (12) de modo que uma linha reta entre o primeiro elemento piezoelétrico (11) e o elemento piezoelétrico a jusante (13) seja orientada em um ângulo β no sentido (14) do fluxo médio, que é igualmente ao mesmo tempo igualmente o sentido do eixo de simetria do duto (12). O ângulo β é escolhido para ser aproximadamente de 45 graus no exemplo da Figura 1, mas pode igualmente ser mais agudo, como por exemplo, 60 graus, ou mais raso, como por exemplo, 30 graus.

[0100] Um elemento piezoelétrico, como os elementos piezoelétricos (11,13) da Figura 1 podem em geral ser operados por um transmissor acústico e por um sensor acústico. Um transmissor acústico e um sensor acústico podem ser fornecidos pelo mesmo elemento piezoelétrico ou por diferentes regiões do mesmo elemento piezoelétrico. Neste caso, um elemento piezoelétrico ou transdutor é igualmente referido como transmissor piezoelétrico quando ele é operado como transmissor ou fonte de som e é igualmente referido como sensor acústico ou receptor quando ele é operado como sensor acústico.

[0101] Quando o sentido de fluxo é como representado na Figura 1, o primeiro elemento piezoelétrico (11) é igualmente referido como elemento piezoelétrico “a montante” e o segundo elemento piezoelétrico (13) é igualmente referido como elemento piezoelétrico “a jusante”. Um medidor de fluxo de acordo com o presente relatório descritivo funciona para ambos os sentidos de fluxo essencialmente do mesmo modo e o sentido de fluxo da Figura 1 é igualmente apresentado à guisa de Exemplo.

[0102] A Figura 1 ilustra um fluxo de sinais elétricos da Figura 1 para uma configuração na qual o elemento piezoelétrico a montante (11) é operado como um transdutor piezoelétrico e o elemento piezoelétrico a jusante (13) é operado como um sensor acústico. Por questões de clareza, a aplicação funciona a jusante e a montante, isto é, a posição dos elementos piezoelétricos pode ser intercambiada.

[0103] Uma primeira unidade de computação (15) é conectada ao elemento piezoelétrico a montante (11) e uma segunda unidade de computação (16) é conectada ao elemento piezoelétrico a jusante (13). A primeira unidade de computação (15) compreende um primeiro processador de sinal digital, um primeiro conversor digital analógico (DAC) e um primeiro conversor analógico digital (ADC). De modo análogo, a segunda unidade de computação (16) compreende um segundo processador de sinal digital, um segundo conversor digital analógico (DAC) e um segundo conversor analógico digital (ADC). A primeira unidade de computação (15) está conectada à segunda unidade de computação (16).

[0104] O arranjo com duas unidades computacionais (15, 16) representado na Figura 1 é fornecido unicamente à guisa de Exemplo. Outras modalidades podem ter diferentes números e arranjos de unidades computacionais. Por exemplo, pode haver somente uma unidade computacional central ou pode haver dois conversores AD/DC e uma unidade computacional central, ou pode haver duas unidades computacionais de pequeno porte nos transdutores e uma unidade computacional central maior.

[0105] Uma unidade computacional ou unidades computacionais podem ser providas por micro controladores ou por circuitos integrados de aplicação específica (ASICs), ACIDs ou matrizes de porta de campo programáveis (FPGAs), por exemplo. Especificamente, a síntese de um sinal elétrico a partir de um sinal digital armazenado pode ser provida por um sintetizador digital direto (DDS), que compreende um conversor digital para analógico (DA, DAC).

[0106] O método para gerar um sinal de medição de acordo com o presente relatório compreende as seguintes etapas:

[0107] Um sinal de teste digital pré-determinado é gerado sintetizando um sinal acústico com o processador de sinal digital da primeira unidade de computação (15). O sinal de teste digital é transmitido da primeira unidade de computação (15) para o transdutor piezoelétrico (11) ao longo do percurso (17) de sinal. O transdutor piezoelétrico (11) gera um sinal de teste ultrassônico correspondente. As unidades (15) e (16) podem ser igualmente fornecidas em uma única unidade.

[0108] O sinal de teste é fornecido como um pulso curto, por exemplo, por uma única oscilação 1MHz ou por 10 dessas oscilações. Especificamente, o sinal de teste pode ser fornecido por um pequeno número de oscilações de amplitude constante, se aproximando deste modo de um sinal retangular. A oscilação ou as oscilações podem ter uma forma sinusoidal, uma forma triangular, uma forma retangular ou ainda outras formas.

[0109] O sinal de teste de ultrassom viaja através do líquido no duto (12) até o sensor piezoelétrico (13). Na Figura 1, a trajetória do sinal direto de ultrassom é indicada pela flecha (18). De modo análogo, a trajetória do sinal direto de ultrassom no sentido inverso é indicada pela flecha (19). Um sinal de resposta é capturado pelo sensor piezoelétrico (13), transmitido para a segunda unidade de computação (16) ao longo do percurso (20) de sinal e digitalizada pela segunda unidade computacional (16).

[0110] Em uma etapa posterior, um sinal de medição é derivado do sinal de resposta digitalizado. A derivação da medição produz uma inversão do sinal de resposta digitalizado em relação ao tempo. De acordo com modalidades adicionais, a derivação compreende etapas adicionais, tais como conversão a uma resolução reduzida na faixa de amplitude, filtragem da largura de banda do sinal para remover ruído, tal como ruído de baixa frequência e ruído de alta frequência. Especificamente, a etapa de filtragem da largura de banda pode ser executada antes da etapa de inversão do sinal em relação ao tempo.

[0111] A inversão de sinal pode ser efetuada de vários modos, por exemplo lendo uma área de memória em direção inversa ou invertendo o sinal de componentes sinusoidais em uma representação de Fourier.

[0112] Em uma modalidade, uma parcela adequada do sinal de resposta digitalizado é selecionado a qual contém a resposta do sinal direto. A parcela do sinal de resposta é então virada ao contrário, ou invertida, em relação ao tempo. Em outras palavras, parcelas de sinal do sinal de resposta que são recebidas posteriormente são transmitidas mais cedo no sinal de medição invertido. Se um sinal é representado por uma sequência ordenada no tempo de amostras de amplitude, à guisa de Exemplo, a inversão de sinal mencionada acima no presente relatório significa inverter ou reverter a ordem das amostragens de amplitude.

[0113] O sinal resultante, no qual o sentido, ou o sinal, de tempo foi invertido, também é referido como um “sinal invertido”. A expressão “invertido” neste contexto refere-se a uma inversão em relação à direção de tempo, e não a uma inversão em relação a um valor, tal como o valor da amplitude.

[0114] As Figuras 10 a 19 mostram, como Exemplo, sinais digitais de acordo com o presente relatório.

[0115] Em um medidor de fluxo de acordo com uma modalidade do presente relatório, o mesmo sinal de medição é usado para ambos os sentidos (18, 19), o sentido a jusante e a montante, proporcionando um arranjo simples e eficiente. De acordo com outras modalidades, diferentes sinais de medição são usados para ambos os sentidos. Especificamente, o sinal de medição pode ser aplicado ao receptor original do sinal de teste. Esses arranjos podem prover vantagens para condições e formatos assimétricos de dutos.

[0116] O método de medição de uma velocidade de fluxo de um líquido através de um duto, que faz uso do sinal invertido mencionado acima como sinal de medição compreende as seguintes etapas.

[0117] O sinal de medição mencionado acima é transmitido da primeira unidade de computação (15) para o transdutor piezoelétrico (11) ao longo do trajeto de sinal (17). O transdutor piezoelétrico (11) gera um sinal de medição de ultrassom correspondente. Exemplos deste tipo de sinal de medição são apresentados nas Figuras 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 37 e 38.

[0118] O sinal de medição de ultrassom se desloca através do líquido no duto (12) até o sensor piezoelétrico (13). Um sinal de resposta é capturado pelo sensor piezoelétrico (13), transmitido à segunda unidade de computação (16) ao longo do percurso (20) de sinal e digitalizado pela segunda unidade de computação (16).

[0119] A segunda unidade de computação (16) transmite o sinal de resposta digitalizado para a primeira unidade de computação (15). A primeira unidade de computação (15) determina um tempo de voo do sinal recebido, por exemplo, usando um dos métodos descritos posteriormente abaixo.

[0120] Um processo similar é efetuado para um sinal que se desloca no sentido inverso (19), a saber, o sinal de medição mencionado acima é aplicado ao elemento piezoelétrico (13) a jusante e um sinal de resposta é medido pelo elemento piezoelétrico (11) a montante para obter um tempo de voo TOF a montante no sentido inverso (19). A primeira unidade de computação (15) determina uma velocidade de fluxo, por exemplo, conforme a formula

Onde L é o comprimento do trajeto direto entre os elementos piezoelétricos (11, 13), β é o ângulo de inclinação do percurso direto entre os elementos piezoelétricos (11, 13) e o sentido do fluxo médio, e c é a velocidade do som no líquido sob as dadas condições de pressão e temperatura.

[0121] A velocidade ao quadrado do som c2 pode ser aproximada à segunda ordem pela expressão

que leva à formula

[0122] Deste modo não é necessário determinar temperatura ou pressão, que por sua vez determinam a densidade do fluido e a velocidade do som, ou efetuar a medição da velocidade do som ou da densidade do fluido diretamente. Em oposição, a primeira ordem do erro não é eliminada para somente um sentido de medição.

[0123] Em vez de usar um fator 2 L cos β uma constante de proporcionalidade pode ser derivada de uma medição de calibração com velocidade de fluxo conhecida. A constante de proporcionalidade da calibração leva em consideração efeitos adicionais tais como perfis de fluxo e contribuições de ondas de som que foram espalhadas e não se deslocaram ao longo de uma linha reta.

[0124] De acordo com uma modalidade adicional, o processo de gerar um sinal de impulso, gravar um sinal de resposta e derivar um sinal de medição invertido a partir do sinal de resposta é simulado em um computador. Parâmetros relevantes, tais como o diâmetro de duto do duto (12) e as localizações dos sensores são fornecidos como parâmetros de entrada para a simulação.

[0125] De acordo com ainda uma outra modalidade, o sinal de medição, que deve ser fornecido a um elemento de transmissão piezoelétrico, é sintetizado fazendo uso de uma forma típica de um sinal de resposta a um sinal de impulso, tal como as formas de sinal representadas nas Figuras 37 e 38. Por exemplo, o sinal de medição pode ser fornecido por uma oscilação sinusoidal de 1MHz, que é modulada em amplitude com um envelope conforme uma função de probabilidade gaussiana com meia largura de 10 microssegundos. A meia largura pode ser escolhida como um parâmetro de entrada, que depende do arranjo real, tal como o diâmetro do duto e a localização do sensor.

[0126] Um medidor de fluxo de acordo com o presente relatório pode igualmente ser fornecido como um medidor de fluxo pré-definido no qual o sinal de medição é gerado durante um teste efetuado em um local de fábrica, especificamente quando o medidor de fluxo é fornecido junto com uma seção de tubo.

[0127] De acordo com uma modalidade simples do presente relatório, o tempo de voo em sentido a montante e a jusante é determinado pela avaliação da amplitude do tempo de pico de um sinal recebido em relação ao tempo de envio do sinal de medição. Para atingir precisão mais elevada, o máximo pode ser determinado usando um envelope do sinal recebido. De acordo com uma modalidade adicional, a medição é repetida múltiplas vezes e um tempo de voo médio é usado.

[0128] De acordo com uma modalidade adicional do presente relatório, o tempo de voo de um sinal é avaliado usando uma técnica de correlação cruzada. Especificamente, os respectivos deslocamentos de tempo podem ser avaliados fazendo correlações cruzadas entre o sinal recebido a jusante ou a montante com o sinal recebido à velocidade de fluxo zero conforme a formula

Onde SigFlow representa um sinal a montante ou a jusante sob condições de medição, quando há um fluxo de fluido através do duto, e onde Sig NoFlow representa um sinal sob condições de calibração para fluxo zero. Os limites de soma infinitos representam uma janela de tempo suficientemente ampla [-T1, +T2]. Em termos mais gerais, -T1 e +T2 não necessitam ser os mesmos por razões práticas isto pode ser vantajoso para o medidor de fluxo.

[0129] O deslocamento de tempo TOFup - TOFdown é então obtido comparando o tempo do máximo da função de correlação a montante com o tempo do máximo da função de correlação a jusante. O envelope da função de correlação pode ser usado para determinar a localização do máximo com maior precisão.

[0130] Em uma modalidade adicional, uma unidade de avaliação separada é provida entre a primeira unidade de computação (15) e a segunda unidade de computação (16), que efetua o cálculo dos tempos de chegada do sinal e a velocidade de fluxo.

[0131] De modo geral, o sinal medido do sensor acústico resulta da superposição de sinais espalhados e um sinal direto. Os sinais espalhados são espalhados das paredes do duto uma ou várias vezes. Isto é mostrado, à guisa de Exemplo, nas Figuras 2 e 3.

[0132] A configuração de transdutor da Figura 1 é uma configuração em linha direta ou em “Z”. Outros arranjos, que fazem uso de reflexões sobre um lado oposto do duto, são igualmente possíveis, tal como a configuração em “V” e a configuração em “W”. As configurações V e W funcionam à base de reflexões sobre a parede do duto que induzem mais espalhamentos do que a configuração Z. A matéria objeto do presente pedido será vantajosa para estas configurações à medida que os percursos sejam adequadamente compreendidos.

[0133] Em uma configuração em V, os dois transdutores são montados do mesmo lado do duto. Para registrar uma reflexão de 45 graus eles são localizados separados por uma distância igual ao diâmetro do duto no sentido do fluxo. A configuração em W faz uso de três reflexões. De modo similar à configuração em V, os dois transdutores são montados do mesmo lado do duto. Para gravar um sinal depois de duas reflexões de 45 graus eles são colocados separados por uma distância de dois dutos no sentido do fluxo.

[0134] A Figura 2 mostra, à guisa de Exemplo, um primeiro sinal acústico que se desloca diretamente do primeiro elemento piezoelétrico (11) para o elemento piezoelétrico (13).

[0135] Por questões de simplicidade, os eventos de espalhamento são representados como reflexões nas Figuras 2 a 5, mas o processo real de espalhamento pode ser mais complicado. Especificamente, o espalhamento mais importante ocorre tipicamente sobre a parede do duto ou em um material que é montado em frente aos transdutores piezoelétricos. O espalhamento recebido depende igualmente do arranjo de sensores. À guisa de Exemplo, as Figuras 45, 46 e 47 representam arranjos de sensores em Z, V e W. A Figura 3 mostra uma vista da Figura 2 no sentido do fluxo no sentido A-A.

[0136] As Figuras 4 e 5 mostram um segundo arranjo de sensores no qual um elemento piezoelétrico (22) adicional é posicionado em um ângulo de 45 graus em relação ao elemento piezoelétrico (11) e um elemento piezoelétrico (23) adicional é posicionado em um ângulo de 45 graus em relação ao elemento piezoelétrico (13).

[0137] Adicionalmente, as Figuras 4 e 5 mostram trajetos de sinal acústico diretos ou em linha reta, para uma situação em que os elementos piezoelétricos (11, 22) são operados como piezo transdutores e os elementos piezoelétricos (13, 23) são operados como sensores acústicos. O elemento piezoelétrico (23), que está na parte traseira do duto (12) na vista da Figura 4 é indicado por uma linha pontilhada na Figura 4.

[0138] As Figuras 6 a 9 mostram, de modo simplificado, um método para gerar um sinal de medição a partir da resposta de um sinal de teste. Nas Figuras 6 a 9, perdas devido a espalhamento são indicadas por partes hachuradas de um sinal e por setas.

[0139] A partir das considerações das Figuras 6 a 9 entende-se que o sinal acústico somente se propaga ao longo de um trajeto em linha reta, ao longo de um primeiro canal de espalhamento com um atraso de Δt, e ao longo de um segundo canal de espalhamento com um atraso de 2 Δt. A atenuação de sinal ao longo dos trajetos não é considerada.

[0140] Um sinal de teste sob forma de um pico retangular é aplicado ao elemento piezoelétrico (11). Devido ao espalhamento, uma primeira parcela da amplitude do sinal é perdida devido ao trajeto do primeiro trajeto de espalhamento e aparece após um tempo Δt, e uma segunda parcela da amplitude do sinal é perdida devido a um segundo trajeto de espalhamento e aparece depois de um tempo 2 Δt. Isto produz um sinal de acordo com as barras brancas da Figura 7, que é gravado no elemento piezoelétrico (13).

[0141] Um processador de sinal inverte o sinal gravado em relação ao tempo e aplica o sinal invertido ao elemento piezoelétrico (11). O mesmo processo de espalhamento explicado acima agora é aplicado aos três componentes de sinal. Como resultado, um sinal conforme a Figura 9 é gravado no elemento piezoelétrico (13), que é aproximadamente simétrico.

[0142] Na verdade, os sinais recebidos serão distribuídos ao longo do tempo e há muitas vezes uma “onda de superfície” que se deslocou através do material do duto e chega antes do sinal direto. A onda de superfície é descartada pela escolha de uma janela de tempo adequada para gerar o sinal de medição invertido. De modo análogo, sinais que resultam de reflexões múltiplas e chegam tarde podem ser descartados pela limitação da janela de tempo, e/ou escolha de partes específicas do sinal.

[0143] A Tabela 1 a seguir mostra medidas de atrasos de tempo para um alinhamento direto, ou, em outras palavras, para uma conexão em linha reta entre elementos piezoelétricos conectados em pinça em um duto DN 250 em um plano perpendicular à extensão longitudinal do duto DN 250. A velocidade de fluxo refere-se a um fluxo de água através do duto DN 250.

[0144] No presente relatório a expressão “ciclo TOF 1‘” refere-se a um impulso como aquele representado na Figura 36, que é gerado por um elemento piezoelétrico que é excitado por um sinal elétrico com 1 oscilação de um período de 1 μs. A expressão “ciclo TOF 10” refere-se a um sinal gerado por um elemento piezoelétrico que é excitado por um sinal elétrico com 10 oscilações sinusoidais de amplitude constante de 1 período de 1 μs.

[0145] As Figuras 10 - 27 mostram sinais invertidos em alta resolução e seus respectivos sinais de resposta. A voltagem é colocada em gráfico em unidades arbitrárias contra o tempo em microssegundos.

[0146] Os eixos de tempo nas Figuras superiores mostram o tempo de transmissão do sinal invertido. O tempo de transmissão é limitado à janela de tempo usada para gravar o sinal invertido. No Exemplo das Figuras 10-27 a janela de tempo se inicia pouco tempo antes do início do máximo, que vem do sinal direto e termina 100 microssegundos depois. Os eixos de tempo nas Figuras inferiores estão centralizados em torno do máximo dos sinais de resposta e se estendem por 100 microssegundos, que é o tamanho da janela de tempo para o sinal invertido, antes e depois do máximo dos sinais de resposta.

[0147] As Figuras 28-35 mostram sinais invertidos digitalizados em alta resolução e em resolução de 12, 3, 2 e 1 bits na faixa de amplitude e seus respectivos sinais de resposta. A voltagem é colocada em gráfico em Volt contra o tempo em microssegundos. Os sinais das Figuras 28-35 foram obtidos para um duto DN 250 cheio de água.

[0148] A extensão da janela de tempo para o sinal invertido é de 450 microssegundos. Portanto, a janela de tempo das Figuras 28-35 é mais de quatro vezes maior do que nas Figuras precedentes 9-27.

[0149] Nas Figuras 28-35 pode ser constatado que mesmo uma digitalização com resolução de 1 bit produz um pico agudo. Pode ser visto que o pico se torna até mesmo mais pronunciado para as resoluções mais baixas. Uma explicação possível para este efeito é que no Exemplo das Figuras 28-35 a energia total do sinal de entrada é ampliada pela utilização de digitalização mais grosseira na faixa de amplitude enquanto o sinal de resposta permanece concentrado no tempo.

[0150] A Figura 36 representa um sinal gerado por um elemento piezoelétrico após receber um pulso elétrico com duração de cerca de 0,56 microssegundos, que é equivalente a uma frequência de 3,57 MHz. Devido à inércia do elemento piezoelétrico, a amplitude máxima para a voltagem negativa é menor do que para a voltagem positiva e há múltiplas reverberações antes que o elemento piezoelétrico entre em repouso.

[0151] A Figura 37 mostra um sinal elétrico aplicado a um elemento piezoelétrico, como o elemento piezoelétrico (11) a montante, da Figura 1. O sinal da Figura 37 é derivado pela formação de uma média de dez sinais de resposta digitalizados para um sinal do tipo representado na Figura 36 e efetuar inversão de tempo do sinal, pelo que os sinais de resposta são recebidos por um elemento piezoelétrico tal como o elemento piezoelétrico (13) a jusante, da Figura 1.

[0152] No Exemplo da Figura 37, os sinais digitalizados são obtidos cortando uma parcela de sinal do sinal de resposta que inicia aproximadamente 10 microssegundos antes do início de envelope do sinal de resposta e que se termina aproximadamente 55 microssegundos atrás do envelope do sinal de resposta. A forma de envelope do sinal de resposta da Figura 37 é similar à forma de uma distribuição de probabilidade gaussiana, ou, em outras palavras, a uma versão deslocada e em escala adequada de exp(-xA2).

[0153] A Figura 38 ilustra uma parcela de um sinal de resposta ao sinal representado na Figura 37, onde o sinal da Figura 37 é aplicado a um primeiro elemento piezoelétrico, como o elemento piezoelétrico (11) a montante, e recebido em um segundo elemento piezoelétrico, tal como o elemento piezoelétrico (13) a jusante, da Figura 1.

[0154] A Figura 39 mostra uma função de correlação cruzada a montante e uma função de correlação cruzada a jusante, que são obtidas através da correlação cruzada do sinal a montante e do sinal a jusante do arranjo da Figura 1 com o sinal obtido a fluxo zero, respectivamente.

[0155] A Figura 40 mostra uma ampliação de uma seção da Figura 39. Dois marcadores de posição indicam as posições dos respectivos máximos das funções de correlação cruzada a montante e a jusante. A diferença de tempo entre os máximos é uma medida para a diferença de tempo entre o sinal a montante e a jusante.

[0156] As Figuras 48, 49 e 50 mostram três diferentes sinais de envio: a Figura 48 mostra um pulso convencional (1 ciclo) e a Figura 49 mostra um pulso de 10 ciclos comparado ao sinal de medição gerado como descrito acima, tal como sinal da Figura 50. Os transdutores foram colocados em pinça em um duto DN250.

[0157] As Figuras 51, 52 e 53 mostram os sinais correspondentes recebidos após transmitir os sinais como ilustrado nas respectivas Figuras 48, 49 e 50. Em comparação, pode ser constatado facilmente que o sinal de medição focaliza a energia e gera uma energia mais de duas vezes maior do que o sinal receptor comparado aos sinais receptores em resposta aos pulsos convencionais (por exemplo, 1 ou 10 ciclos) das Figuras 48 e 49.

[0158] A Figura 41 mostra, à guisa de Exemplo, um dispositivo (60) de medição de fluxo para medição de fluxo no arranjo da Figura 1 ou outros arranjos de acordo com o presente relatório. No arranjo da Figura 1, o dispositivo (60) de medição de fluxo é provido pelas primeira e segunda unidades de computação (15, 16).

[0159] O dispositivo (60) de medição de fluxo compreende um primeiro conector (61) para conectar um primeiro transdutor piezoelétrico e um segundo conector (62) para conectar um segundo transdutor piezoelétrico. O primeiro conector (61) é conectado a um conversor (64) digital para analógico (DAC) por um multiplexador (63). O segundo conector (62) é conectado a um conversor (65) analógico para digital por um multiplexador (66).

[0160] O ADC (65) é conectado a uma unidade (67) de seleção de sinal que é conectada a uma unidade (68) de reversão de sinal, que é conectada a um filtro passa banda (69), conectado a uma memória legível de computador (70). Adicionalmente, o ADC (65) é conectado a uma unidade (71) de computação de velocidade.

[0161] O DAC (64) é conectado a um gerador (72) de sinal de impulso e um gerador (73) de sinal de medição. O gerador de sinal de medição é conectado ao gerador (72) de sinal de impulso por uma linha de comando (74). A unidade de computação de velocidade é conectada ao gerador (73) de sinal de medição via uma segunda linha de comando (75).

[0162] Via de regra, o gerador (72) de sinal de impulso e o gerador de sinal de medição compreendem elementos de hardware, como um oscilador, e elementos de software como um módulo de gerador de impulso e um módulo de gerador de sinal de medição. Neste caso, as linhas de comando (74,75) podem ser fornecidas por interfaces de software entre os respectivos módulos.

[0163] Durante a fase de geração de sinal, o gerador de sinal de impulso envia um sinal ao DAC (64), a unidade de seleção (67) recebe um sinal de entrada correspondente pelo ADC (65) e seleciona uma parcela de um sinal de entrada. A unidade de inversão (68) inverte a parcela do sinal selecionado em relação ao tempo, o filtro passa banda opcional (69) filtra as frequências mais baixas e mais altas e o sinal de medição resultante é armazenado na memória do computador (70). Quando a palavra “sinal“ é usada por referência a uma etapa de manipulação de sinal, ela pode se referir especificamente a uma representação de um sinal em uma memória de computador.

[0164] Especificamente, uma representação de sinal pode ser definida por pares de valores de amplitudes digitalizadas e tempos discretos associados. Outras representações compreendem, dentre outros, coeficientes de Fourier, coeficientes de wavelet e um envelope para modular um sinal em amplitude.

[0165] A Figura 42 mostra uma segunda modalidade de um dispositivo (60’) de medição de fluxo para a medição de um fluxo no arranjo da Figura 1 ou outros arranjos de acordo com o presente relatório. O dispositivo (60’) de medição de fluxo compreende um sintetizador digital direto (DDS) (76). Por questões de simplicidade, somente os componentes do DDS (76) são representados. O DDS (76) também é referido como um gerador de formato de onda arbitrário (AWG).

[0166] O DDS (76) compreende um oscilador de referência (77), que é conectado a um registro controlador de frequência (78), um oscilador (NCO) controlado numericamente (79) e o DAC (64). Uma entrada do (NCO) (79) para N canais é conectado a uma saída do registro de controle de frequência (78). Uma entrada do DAC (64) para M canais é conectada ao (NCO) (79) e uma entrada de um filtro passa baixa de reconstrução é conectada ao DAC (64). À guisa de Exemplo, um oscilador controlado numericamente (79) com frequência de 100 MHz pode ser usado ara gerar um sinal de 1 MHz com modulação em amplitude.

[0167] Uma saída do filtro passa baixa de reconstrução (80) é conectada aos transdutores piezoelétricos (11,13) da Figura 1.

[0168] Devido à inércia de um cristal oscilador, muitas vezes é vantajoso usar um oscilador de frequência mais alta do que aquela de uma onda portadora a fim de obter um sinal com modulação em amplitude pré-determinada, por exemplo usando um sintetizador digital direto.

[0169] As Figuras 45, 47 e 48 ilustram as configurações Z, V e W mencionadas acima no presente relatório para medição de fluxo. Nos Exemplos das Figuras 45, 47 e 48 transdutores tipo pinça são conectados a um duto via peças respectivas de acoplamento.

[0170] As Figuras 54 e 55 mostram uma comparação de sinais recebidos ou de resposta para respectivos sinais transmitidos que foram gerados sem usar um procedimento de inversão de tempo com o uso de procedimento de inversão de tempo.

[0171] No Exemplo da Figura 54, uma onda sinusoidal modulada com envelope em formato gaussiano é usada como sinal transmitido. A energia de sinal do sinal transmitido é proporcional a 1,3.10-7 (Pa/m)2 e a amplitude do sinal é 0,1 Pa. O valor é obtido integrando a pressão ao quadrado por unidade de comprimento ao longo do tempo. O sinal de resposta tem uma amplitude pico- a-pico do sinal recebido de cerca de 0,09Pa.

[0172] No Exemplo da Figura 55, um sinal de tempo invertido, que é derivado do sinal de resposta ao sinal de impulso da Figura 56 é usado como sinal de transmissão. O sinal de transmissão é ajustado para ter a mesma energia de sinal de 1,3.10-7 (Pa/m)2 do sinal de transmissão da Figura 54. Isto produz uma amplitude pico-a-pico do sinal recebido que é de cerca de 0,375 Pa.

[0173] A amplitude recebida da Figura 55 é mais do que quatro vezes mais elevada do que a amplitude do sinal recebido da Figura 54. A amplitude ampliada recebida pode prover reconhecimento de sinal mais fácil e mais estável. Dentre outros, o aumento em amplitude pode ser ajustado através do ajuste da resolução em bit da amplitude do sinal de tempo invertido, em particular aumentando ou reduzindo a resolução em bits a fim de obter maior amplitude.

[0174] As Figuras 56 e 57 ilustram como os sinais recebidos podem ser usados para derivar informações sobre o canal de transmissão e em particular sobre a espessura de parede do duto, e depósitos sobre a parede. De acordo com o presente relatório, uma resposta do sinal de medição, que é o sinal de resposta com tempo invertido, pode ser analisada para permitir a determinação de variações de propriedades do material do tubo, como fendas, formação de crostas, etc. Em uma medição de fluxo de acordo com uma modalidade do presente relatório, estas variações de propriedades são determinadas pela análise do mesmo sinal recebido que é usado para a medição do tempo de voo.

[0175] A Figura 57 mostra um primeiro sinal de resposta, que contém informações sobre um primeiro canal de transmissão.

[0176] A Figura 58 mostra um segundo sinal de resposta, que contém informações sobre um segundo canal de transmissão. O comprimento da seta horizontal sobre o lóbulo central principal se estende entre o lóbulo do lado esquerdo e o lóbulo do lado direito, que estão à esquerda e à direita do lóbulo principal, respectivamente. O comprimento da seta representa a espessura da parede de um duto se o sinal é gerado de acordo com a Figura 46. A espessura de parede mensurada é determinada na localização onde a onda é refletida na parte inferior do duto na Figura 46. Se há um depósito sobre a parede do duto, a espessura medida da parede aumentará.

[0177] A Figura 59 mostra um sinal de resposta adicional. A montagem experimental para obter o sinal da Figura 59 compreende transdutores de pinça em ângulo, uma cabeça de acoplamento de transdutor em acrílico, uma velocidade de som de c= 2.370 m/s, ângulo de acoplamento de 40°, parede em aço inoxidável, velocidade de onda transversal de c = 3.230 m/s, 61.17°, água como fluido, velocidade do som no fluido de c = 1.480 m/s, eixo de ângulo da onda transversal de 23,67°, e ângulo de fluxo de 66,33° extraídos da Figura 59.

[0178] A Figura 60 representa um sinal de resposta adicional. A montagem experimental para obter o sinal da Figura 60 compreende uma cabeça acrílica de acoplamento para transdutor, velocidade de som de c=2.370 m/s, ângulo de acoplamento de 20°, parede de aço inoxidável, velocidade longitudinal de onda c = 5.790 m/s, 56.68°, onda transversal c = 3.230 m/s, água como fluido, velocidade do som no fluido c = 1.480 m/s, eixo de ângulo de onda longitudinal = 12,33°, eixo de ângulo de onda transversal 12,33°, e ângulo de fluxo 77, 67°, extraídos da Figura 60.

[0179] As configurações alternativas de montagens para as Figuras 59 e 60 são representadas nas Figuras 45, 46 e 47.

[0180] De acordo com uma modalidade do presente relatório descritivo, as propriedades de canal são deduzidas pela análise de um sinal de recepção tal como os sinais das Figuras 57 a 60.

[0181] O Exemplo das Figuras 59 e 60 ilustra as diferenças nos sinais de recepção dependendo da presença de ondas longitudinais e transversais no material do duto. A presença destas ondas é típica para o material selecionado e a geometria e pode ser usada para análise de material. Essa análise de material à base de ondas ultrassônicas de teste é usada no campo de aplicação de Testes Não Destrutivos (NDT). O presente relatório descritivo permite a análise simultânea de fluxo e, por exemplo, do material do duto já que o sinal recebido contém a resposta de impulso do sistema de medição incluindo o canal de transmissão e o ambiente material.

[0182] A análise dos sinais de recepção pode ser efetuada de várias maneiras, como comparar o sinal de recepção com uma resposta de impulso previamente recebida ou avaliação direta de uma resposta de impulso, por exemplo, para determinar uma espessura de parede.

[0183] Embora a descrição acima contenha grande especificidade, isto não deve ser considerado como limitativo do escopo das modalidades, mas simplesmente ilustrar as modalidades previsíveis. As etapas de método podem ser realizadas em ordem diferente daquela apresentada nas modalidades, e a subdivisão do dispositivo de medição em unidades de processamento e suas respectivas interconexões podem ser diferentes das modalidades apresentadas.

[0184] Especificamente, as etapas de método de armazenar uma representação digital de um sinal e efetuar operações tais como a seleção de uma parcela de sinal, efetuar reversão temporal e filtrar um sinal podem ser intercambiadas. Por exemplo, um sinal pode ser armazenado em forma de reversão temporal ou ele pode ser lido em ordem reversa para obter um sinal com reversão temporal.

[0185] Embora a presente invenção seja explicada em relação a um duto redondo DN 250, ela pode ser facilmente aplicada a outros tamanhos de dutos ou até à outras formas de dutos. Embora as modalidades sejam explicadas em relação a transdutores de pinça, transdutores úmidos, que se projetam dentro de um duto ou são instalados em um canal aberto podem igualmente ser utilizados.

[0186] Especialmente, as vantagens citadas acima no presente relatório a respeito das modalidades não devem ser consideradas como limitativas do escopo das modalidades mas unicamente ser destinadas a explicar realizações possíveis se as modalidades preferidas são colocadas em prática. Portanto, o escopo das modalidades deve ser determinado pelas reivindicações e seus equivalentes, em vez de pelos Exemplos dados.

[0187] As modalidades do presente relatório podem igualmente ser descritas pela seguinte lista de elementos que são organizados em itens. As respectivas combinações de características que são reveladas na lista de itens são consideradas como matéria independente, respectivamente, e podem ser igualmente combinadas com outras características do presente pedido.

[0188] 1. Método para a determinação da velocidade de fluxo de um fluido em um duto para fluidos, dito método compreendendo: - prover o duto para fluidos com um fluido que tem uma velocidade pré-determinada em relação ao duto para fluidos; - aplicar um sinal de impulso a um primeiro transdutor ultrassônico, o primeiro transdutor ultrassônico sendo montado no duto para fluidos em uma primeira localização: - receber um sinal de resposta do sinal de impulso em um segundo transdutor ultrassônico, o segundo transdutor ultrassônico sendo localizado no duto para fluidos em uma segunda localização; - derivar um sinal de medição do sinal de resposta, a derivação do sinal de medição compreendendo selecionar uma parcela de sinal do sinal de resposta ou de um sinal derivado do mesmo e efetuar a reversão temporal da parcela de sinal; - armazenar o sinal de medição para uso posterior, - prover o duto para fluidos com o fluido, o fluido se deslocando em relação ao duto para fluidos, - aplicar o sinal de medição a um dentre o primeiro e segundo transdutores ultrassônicos, - efetuar a medição de um primeiro sinal de resposta do sinal de medição no outro dentre o primeiro e segundo transdutores ultrassônicos, - derivar a velocidade de fluxo do fluido a partir do primeiro sinal de resposta, onde as seguintes etapas de: - aplicar um sinal de impulso a um primeiro transdutor ultrassônico, o primeiro transdutor ultrassônico sendo montado no duto para fluidos em uma primeira localização, - receber um sinal de resposta do sinal de impulso em um segundo transdutor ultrassônico, o segundo transdutor ultrassônico sendo localizado no duto para fluidos em uma segunda localização, - derivar um sinal de medição do sinal de resposta, a derivação do sinal de medição compreendendo selecionar uma parcela de sinal do sinal de resposta ou de um sinal derivado do mesmo e efetuar a reversão temporal da parcela de sinal; - armazenar o sinal de medição para uso posterior, são opcionais e podem ser canceladas se o sinal de medição tiver sido estabelecido anteriormente.

[0189] 2. Método de acordo com o item 1, compreendendo - repetir as etapas de aplicar o sinal de medição e medir o sinal de resposta na direção reversa para obter um segundo sinal de resposta, - derivar uma velocidade de fluxo do fluido a partir do primeiro sinal de resposta e do segundo sinal de resposta.

[0190] 3. Método de acordo com o item 1 ou item 2, onde a parcela de sinal usada para derivar o sinal de medição compreende uma primeira parcela em torno de uma amplitude máxima do sinal de resposta e uma parcela de sinal atrasado, a parcela de sinal atrasado se estendendo no tempo atrás do tempo de chegada da amplitude máxima.

[0191] 4. Método de acordo com um dos itens anteriores, compreendendo: - repetir as etapas de aplicar um sinal de impulso e receber múltiplas vezes um sinal de resposta correspondente, obtendo deste modo uma pluralidade de sinais de resposta, - derivar o sinal de medição de uma média dos sinais de resposta recebidos.

[0192] 5. Método de acordo com um dos itens anteriores, onde a derivação do sinal de medição compreende digitalizar o sinal de resposta ou um sinal derivado do mesmo em relação à amplitude.

[0193] 6. Método de acordo com o item 5, compreendendo ampliar a resolução em bits do sinal digitalizado para ampliar a amplitude de um sinal de resposta ao sinal de medição.

[0194] 7. Método de acordo com o item 5, compreendendo reduzir a resolução em bits do sinal digitalizado para ampliar a amplitude de um sinal de resposta ao sinal de medição.

[0195] 8. Método de acordo com um dos itens 5 a 7, onde a resolução em bits do sinal digitalizado em relação à amplitude é uma resolução com baixo número de bits.

[0196] 9. Método de acordo com um dos itens anteriores, compreendendo processar pelo menos um dos sinais de resposta para determinar uma variação na espessura de parede do duto ou para determinar características de material das paredes do duto através da determinação de características de ondas de som longitudinais e transversais.

[0197] 10. Dispositivo para a medição da velocidade de fluxo em um medidor de fluxo ultrassônico de tempo de percurso, dito dispositivo compreendendo - um primeiro conector para um primeiro elemento ultrassônico, - um segundo conector para um segundo elemento ultrassônico, - uma unidade de transmissão para transmitir um sinal de impulso para o primeiro conector, - uma unidade de recepção para receber um sinal de resposta ao sinal de impulso do segundo conector, - uma unidade de reversão para efetuar reversão temporal do sinal de resposta e obter um sinal invertido; - uma unidade de processamento para derivar um sinal de medição do sinal revertido e armazenar o sinal de medição, onde os seguintes elementos de: - uma unidade de transmissão para transmitir um sinal de impulso ao primeiro conector, - uma unidade de recepção para receber um sinal de resposta ao sinal de impulso do segundo conector, - uma unidade de reversão para efetuar reversão temporal do sinal de resposta e obter um sinal invertido; -uma unidade de processamento para derivar um sinal de medição do sinal revertido e armazenar o sinal de medição, são opcionais e podem ser abandonadas se o sinal de medição tiver sido estabelecido anteriormente de modo que esteja facilmente disponível.

[0198] 11. Dispositivo do item 10, compreendendo adicionalmente – um conversor D/A, o conversor D/A estando conectado ao primeiro conector, - um conversor A/D, o conversor A/D estando conectado ao segundo conector, - uma memória de computador legível para armazenar o sinal de medição.

[0199] 12. Dispositivo do item 10 ou item 11, compreendendo adicionalmente uma unidade de seleção para selecionar uma parcela do sinal de resposta recebido ou um sinal derivado do mesmo, onde a unidade de unidade de reversão é fornecida para efetuar reversão temporal da parcela selecionada do sinal de resposta para obter o sinal revertido.

[0200] 13. Dispositivo de um dos itens 10 a 12, o dispositivo compreendendo - um gerador de sinal de medição, o gerador de sinal de medição sendo conectável ao primeiro conector ou ao segundo conector, - um dispositivo de transmissão para transmitir o sinal de medição ao primeiro conector, - uma unidade de recepção para receber um sinal de resposta do sinal de medição do segundo conector, - uma segunda unidade de processamento para derivar a velocidade de fluxo do sinal de resposta recebido.

[0201] 14. Dispositivo de acordo com um dos itens 10 a 13, o dispositivo compreendendo - um sintetizador direto de sinal digital, o sintetizador direto de sinal digital compreendendo o ADC, - um registro de controle de frequência, um oscilador de referência, um oscilador com controle numérico e um filtro passa baixa de reconstrução, o ADC sendo conectável ao primeiro e segundo conectores através do filtro passa baixa de reconstrução.

[0202] 15. Dispositivo de acordo com um dos itens 10 a 14, o dispositivo compreendendo - um primeiro transdutor ultrassônico, o primeiro transdutor ultrassônico sendo conectado ao primeiro conector, - um segundo transdutor ultrassônico, o segundo transdutor ultrassônico sendo conectado ao segundo conector.

[0203] 16. Dispositivo de acordo com um dos itens 10 a 15, compreendendo uma parcela do duto, o primeiro transdutor ultrassônico sendo montado na área do duto em uma primeira localização, o segundo transdutor ultrassônico sendo montado na área do duto em uma segunda localização.

[0204] 17. Código de programa legível por computador compreendendo instruções legíveis pelo computador para executar o método de acordo com um dos itens 1 a 9.

[0205] 18. Memória legível por computador, a memória legível por computador compreendendo o código de programa legível por computador do item 17.

[0206] 19. Componente eletrônico de aplicação específica, que é operável para executar o método de acordo com um dos itens 1 a 9.

[0207] 20. Método para determinar se um dispositivo de teste está medindo a velocidade de fluxo de um fluido em um duto para fluidos de acordo com um dos itens 1 a 5, compreendendo: - prover o duto para fluidos com um fluido que tem uma velocidade prédeterminada em relação ao duto para fluidos, - aplicar um sinal de teste de impulso a um primeiro transdutor ultrassônico do dispositivo de teste, o primeiro transdutor ultrassônico estando montado no duto para fluidos em uma primeira localização, - receber um sinal de resposta de teste do sinal de impulso de teste em um segundo transdutor ultrassônico do dispositivo de teste, o segundo transdutor ultrassônico estando montado no duto para fluidos em uma segunda localização - derivar um sinal de medição de teste a partir do sinal de resposta, a derivação do sinal de medição de teste compreendendo efetuar a reversão temporal do sinal: - comparar o sinal de medição de teste com um sinal de medição emitido no outro dentre os primeiro e segundo transdutores ultrassônicos, Onde o dispositivo de teste usa um método para determinar a velocidade de fluxo de um fluido em um duto para fluidos de acordo com um dos itens 1 a 5, se o sinal de medição de teste e o sinal de medição são similares.

[0208] 21. Dispositivo para a medição da velocidade de fluxo em um medidor de fluxo ultrassônico de tempo de percurso, compreendendo - um primeiro conector para um primeiro elemento ultrassônico, - um segundo conector para um segundo elemento ultrassônico, - uma unidade de transmissão para transmitir um sinal de impulso para o primeiro conector, - uma unidade de recepção para receber um sinal de resposta ao sinal de impulso do segundo conector, - uma unidade de reversão para efetuar reversão temporal do sinal de resposta e obter um sinal invertido; - uma unidade de processamento para derivar um sinal de medição do sinal invertido e armazenar o sinal de medição na memória legível do computador, onde o dispositivo é usado para determinar a velocidade de fluxo de um fluido em um duto para fluidos através de: - provisão ao duto para fluidos de um fluido que tem uma velocidade em relação ao duto para fluidos, - aplicação de um sinal de medição a um dentre o primeiro e segundo elementos ultrassônicos, - medição de um primeiro sinal de resposta do sinal de medição ao outro dentre o primeiro e segundo elementos ultrassônicos, - derivação da velocidade de fluxo do fluido a partir do primeiro sinal de resposta, onde - ao aplicar o sinal de teste de impulso ao primeiro elemento ultrassônico do dispositivo de teste, - receber um sinal de teste de resposta ao sinal de teste de impulso em um segundo elemento ultrassônico do dispositivo de teste, o segundo elemento ultrassônico estando montado no duto para fluidos em uma segunda localização, - derivar um sinal de teste de medição a partir do sinal de resposta, a derivação do sinal de teste de medição compreendendo a reversão temporal do sinal: - onde o sinal de teste de medição e o sinal de medição que é emitido nos primeiro ou segundo elementos ultrassônicos são similares.

Claims

1. Método para determinar uma velocidade de fluxo de um fluido em um conduíte de fluido (12) com um medidor de fluxo de tempo de viagem ultrassônico, caracterizado pelo fato de compreender: - aplicar um sinal de impulso a um primeiro transdutor ultrassônico (11, 22), o primeiro transdutor ultrassônico (11, 22) sendo montado no conduíte de fluido (12) em um primeiro local; - receber um sinal de resposta do sinal de impulso em um segundo transdutor ultrassônico (13, 23), o segundo transdutor ultrassônico (13, 23) sendo localizado no conduíte de fluido (12) em um segundo local, o segundo local sendo a montante ou a jusante do primeiro local; - derivar um sinal de medição pré-determinado do sinal de resposta, a derivação do sinal de medição pré-determinado compreendendo: - digitalizar o sinal de resposta ou um sinal derivado do mesmo em relação à amplitude; - selecionar uma porção de sinal do sinal de resposta ou de um sinal derivado dele e reverter a porção de sinal em relação ao tempo; e - armazenar o sinal de medição pré-determinado para uso posterior; - fornecer ao conduíte de fluido (12) um fluido que tem uma velocidade predeterminada em relação ao conduíte de fluido (12); - aplicar o sinal de medição pré-determinado a um do primeiro e do segundo transdutores ultrassônicos (11, 22; 13, 23), o sinal de medição compreendendo uma porção de sinal invertido em relação ao tempo de um sinal de resposta de um sinal de impulso ou de um sinal derivado dele e, - medir um primeiro sinal de resposta do sinal de medição no outro do primeiro e do segundo transdutor ultrassônico (11, 22; 13, 23), - derivando um tempo de vôo do primeiro sinal de resposta, - derivando uma velocidade de fluxo do tempo de vôo.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: - repetir as etapas de aplicação do sinal de medição e medição do sinal de resposta na direção reversa para obter um segundo sinal de resposta; - derivar um tempo de voo do primeiro sinal de resposta e do segundo sinal de resposta; - derivando uma velocidade de fluxo do tempo de vôo.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a porção do sinal que é usada para derivar o sinal de medição compreende uma primeira porção em torno de uma amplitude máxima do sinal de resposta e uma porção do sinal posterior, a porção do sinal posterior se estendendo no tempo atrás do tempo de chegada da amplitude máxima.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: - repetir as etapas de aplicar um sinal de impulso e receber um sinal de resposta correspondente várias vezes, obtendo assim uma pluralidade de sinais de resposta; - derivar o sinal de medição de uma média dos sinais de resposta recebidos.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende aumentar a resolução de bits do sinal digitalizado para aumentar a amplitude de um sinal de resposta ao sinal de medição.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende diminuir a resolução de bits do sinal digitalizado para aumentar a amplitude de um sinal de resposta ao sinal de medição.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a broca de resolução do sinal digitalizado em relação à amplitude é uma resolução de bits baixa.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende o processamento de pelo menos um dos sinais de resposta para determinar uma mudança na espessura da parede do conduíte (12) ou para determinar as características do material das paredes do conduíte através da determinação das características da onda sonora longitudinal e transversal.

9. Dispositivo (10) para medir uma velocidade de fluxo em um medidor de fluxo ultrassônico de tempo de viagem (60'), caracterizado pelo fato de que compreende: - um primeiro conector (61) para um primeiro elemento ultrassônico (11, 22); - um segundo conector (62) para um segundo elemento ultrassônico (13, 23); - uma unidade de transmissão para enviar um sinal de impulso para o primeiro conector (61); - um conversor D / A (64), o conversor D / A (64) sendo conectado ao primeiro conector (61); - um conversor A / D (65), o conversor A / D (65) sendo conectado ao segundo conector (62); - uma memória legível por computador (70) para armazenar o sinal de medição; - uma unidade receptora para receber um sinal de resposta ao sinal de impulso do segundo conector (62); - uma unidade de seleção para selecionar uma porção do sinal de resposta recebido ou um sinal derivado do mesmo; - uma unidade de inversão (68) para inverter o sinal de resposta em relação ao tempo para obter um sinal invertido; em que a unidade de inversão (68) é fornecida para inverter a porção selecionada do sinal de resposta em relação ao tempo para obter o sinal invertido; - uma unidade de processamento (15, 16, 71) para derivar um sinal de medição do sinal invertido e armazenar o sinal de medição; - a derivação do sinal de medição que compreende digitalizar o sinal de resposta ou um sinal derivado do mesmo em relação à amplitude.

10. Dispositivo (10), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dispositivo (10) compreende: - um gerador de sinal de medição (73), o gerador de sinal de medição (73) sendo conectável ao primeiro conector (61) ou ao segundo conector (62); - um meio de transmissão para enviar o sinal de medição para o primeiro conector (61); - uma unidade de recepção para receber um sinal de resposta do sinal de medição do segundo conector (62); - uma segunda unidade de processamento (15, 16, 71) para derivar uma velocidade de fluxo do sinal de resposta recebido.

11. Dispositivo (10), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dispositivo (10) compreende: - um sintetizador de sinal digital direto (76), o sintetizador de sinal digital direto (76) compreendendo o DAC (64); - um registro de controle de frequência (78), um oscilador de referência (77), um oscilador controlado numericamente e um filtro passa baixo de reconstrução, o DAC (64) sendo conectável ao primeiro e ao segundo conectores (61, 62) ao longo do passe baixo de reconstrução filtro.

12. Dispositivo (10), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dispositivo (10) compreende: - um primeiro transdutor ultrassônico (11, 22), o primeiro transdutor ultrassônico (11, 22) sendo conectado ao primeiro conector (61); - um segundo transdutor ultrassônico (13, 23), o segundo transdutor ultrassônico (13, 23) sendo conectado ao segundo conector (62).

13. Dispositivo (10), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende uma porção de um tubo (12), o primeiro transdutor ultrassônico (11, 22) sendo montado na porção de tubo em um primeiro local, e o segundo transdutor ultrassônico (13, 23) sendo montado na porção de tubo em um segundo local.

14. Memória legível por computador (70), a memória legível por computador (70) caracterizada por compreender instruções legíveis por computador para executar o método de acordo com uma das reivindicações 1 a 8.

15. Componente eletrônico específico de aplicativo, caracterizado por ser operável para executar o método de acordo com a reivindicação 1.

16. Método para determinar uma velocidade de fluxo de um fluido em um conduíte de fluido (12) com um medidor de fluxo de tempo de viagem ultrassônico (60), caracterizado pelo fato de que compreende: - fornecer ao conduíte de fluido (12) um fluido que tem uma velocidade predeterminada em relação ao conduíte de fluido (12); - fornecer um sinal de impulso para um primeiro transdutor ultrassônico (11, 22), o primeiro transdutor ultrassônico (11, 22) sendo localizado no conduíte de fluido (12) em um primeiro local; - receber um sinal de resposta do sinal de impulso em um segundo transdutor ultrassônico (13, 23), o segundo transdutor ultrassônico (13, 23) sendo localizado no conduíte de fluido (12) em um segundo local, o segundo local sendo a montante ou a jusante do primeiro local; - derivar um sinal de medição do sinal de resposta, a derivação do sinal de medição compreendendo: - digitalizar o sinal de resposta ou um sinal derivado dele com relação à amplitude e com relação ao tempo; - selecionar uma parte do sinal do sinal de resposta ou de um sinal derivado dele e inverter a parte do sinal em relação ao tempo; - armazenar o sinal de medição para uso posterior; - fornecer o conduíte de fluido (12) com o fluido, o fluido se movendo em relação ao conduíte de fluido (12); - aplicar o sinal de medição a um do primeiro e do segundo transdutores ultrassônicos (11, 22; 13, 23); - medir um primeiro sinal de resposta do sinal de medição no outro do primeiro e do segundo transdutor ultrassônico (11, 22; 13, 23); - derivando um tempo de vôo do primeiro sinal de resposta; - derivando uma velocidade de fluxo do tempo de vôo.

17. Dispositivo (10) para medir uma velocidade de fluxo em um medidor de fluxo ultrassônico de tempo de viagem (60), caracterizado pelo fato de que compreende: - um primeiro conector (61) para um primeiro elemento ultrassônico (11, 22); - um segundo conector (62) para um segundo elemento ultrassônico (13, 23); - uma unidade de transmissão para enviar um sinal de impulso para o primeiro conector (61); - uma unidade receptora para receber um sinal de resposta ao sinal de impulso do segundo conector (62); - uma unidade de inversão (68) para inverter o sinal de resposta em relação ao tempo para obter um sinal invertido, em que a unidade de inversão (68) é fornecida para inverter uma porção selecionada do sinal de resposta em relação ao tempo para obter o sinal invertido; - uma unidade de processamento (15, 16, 71) para derivar um sinal de medição do sinal invertido e armazenar o sinal de medição, a derivação do sinal de medição compreendendo digitalizar o sinal de resposta ou um sinal derivado dele em relação à amplitude; - uma unidade de seleção (67) para selecionar uma porção de um sinal de resposta recebido ou um sinal derivado do mesmo; - um gerador de sinal de medição (73) para gerar um sinal de medição compreendendo uma porção de sinal invertido em relação ao tempo de um sinal de resposta de um sinal de impulso ou de um sinal derivado do mesmo, o gerador de sinal de medição (73) sendo conectável ao primeiro conector (61) ou para o segundo conector (62); - um conversor D / A (64), o conversor D / A (64) sendo conectado ao primeiro conector (61); - um conversor A / D (65), o conversor A / D (65) sendo conectado ao segundo conector (62); - uma memória legível por computador (70) para armazenar o sinal de medição; - um meio de transmissão para enviar o sinal de medição para o primeiro conector (61); - uma unidade de recepção para receber um sinal de resposta do sinal de medição do segundo conector (62); - uma segunda unidade de processamento (15, 16, 71) para derivar uma velocidade de fluxo do sinal de resposta recebido.

18. Dispositivo (10), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o dispositivo (10) compreende: - um sintetizador de sinal digital direto (76), o sintetizador de sinal digital direto (76) compreendendo o DAC (64); - um registro de controle de frequência (78), um oscilador de referência (77), um oscilador controlado numericamente (79) e um filtro passa baixa de reconstrução (80), o DAC (64) sendo conectável ao primeiro e ao segundo conectores (61, 62) sobre o filtro passa-baixo de reconstrução (80).

19. Dispositivo (10), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o dispositivo (10) compreende: - um primeiro transdutor ultrassônico (11, 22), o primeiro transdutor ultrassônico (11, 22) sendo conectado ao primeiro conector (61); - um segundo transdutor ultrassônico (13, 23), o segundo transdutor ultrassônico (13, 23) sendo conectado ao segundo conector (62).

20. Dispositivo (10), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende uma porção de um tubo (12), o primeiro transdutor ultrassônico (11, 22) sendo montado na porção de tubo em um primeiro local, e o segundo transdutor ultrassônico (13, 23) sendo montado na porção de tubo em um segundo local.