BR112018009412B1

BR112018009412B1 - Método para a determinação da velocidade de fluxo de um fluido em um conduto para fluidos e dispositivo para a medição da velocidade de fluxo de um fluido em um conduto com um medidor de fluxo ultrassônico de tempo de percurso

Info

Publication number: BR112018009412B1
Application number: BR112018009412-9A
Authority: BR
Inventors: Thomas Werner Hies; Juergen Heinz-Friedrich Skripalle; Trung Dung Luong; Claus-Dieter Ohl
Original assignee: Gwf Messsysteme Ag
Priority date: 2016-01-18
Filing date: 2016-01-18
Publication date: 2023-02-14
Also published as: AU2016387414A1; JP2019502119A; US20180328956A1; EP3256862A1; SG11201803194RA; CN108369242B; IL258825A; ZA201802412B; UA122259C2; EP3256862A4; CA3002128C; DK3256862T3; BR112018009412A2; US11333676B2; PL3256862T3; CA3002128A1; US10598684B2; AU2016387414B2; US20180113145A1; IL258825B

Abstract

MÉTODO PARA A DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DE FLUXO DE UM FLUIDO EM UM DUTO PARA FLUIDOS E DISPOSITIVO APERFEIÇOADO PARA A MEDIÇÃO DA VELOCIDADE DE FLUXO EM UM MEDIDOR DE FLUXO ULTRASSÔNICO DE TEMPO DE PERCURSO, são descritos um método e o dispositivo correspondente para determinar a velocidade de fluxo em um conduto (12) para fluidos. O conduto (12) para fluidos é dotado de primeiro (11), segundo (13) e terceiro (23) transdutores ultrassônicos, onde as respectivas linhas de conexão entre transdutores (11, 13,23) se estendem além de um eixo de simetria do conduto (12) para fluidos. Primeiro e segundo sinais de medição são aplicados ao primeiro transdutor ultrassônico (11) e recebidos no segundo (13) e terceiro transdutores (23) ultrassônicos, respectivamente. Os sinais de medição compreendem um trecho respectivo de sinal revertido de um sinal de resposta em relação ao tempo. Primeiro e segundo sinais de resposta são medidos e a velocidade de fluxo é derivada de pelo menos um dentre o primeiro e segundo sinais de resposta.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] O presente pedido diz respeito a medidores de fluxo e em particular a medidores de fluxo ultrassônicos de tempo de percurso.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Vários tipos de medidores de fluxo estão atualmente em uso para medir o fluxo em volume de um fluido, tal como um líquido ou um gás, através de um duto. Medidores de fluxo ultrassônicos são ou medidores de fluxo Doppler, que utilizam o efeito acústico Doppler, ou medidores de fluxo de tempo de percurso, às vezes também chamados medidores de fluxo por transmissão, que fazem uso de uma diferença no tempo de propagação causada pelo movimento relativo da fonte e meio. O tempo de percurso é igualmente referido como tempo de voo ou tempo de trânsito.

[003] Um medidor de fluxo ultrassônico de tempo de percurso avalia a diferença de tempo de propagação de pulsos ultrassônicos que se propagam na e contra o sentido do fluxo. Medidores de fluxo ultrassônicos são fornecidos como medidores de fluxo em-linha, também conhecidos como medidores de fluxo intrusivos ou úmidos, ou como medidores de fluxo em pinça, também conhecidos como medidores de fluxo não intrusivos. Outras formas de medidores de fluxo incluem medidores de canais de Venturi, medidores de fluxo em bordas para transbordamento, medidores de fluxo com radar, medidores de fluxo Coriolis, medidores de fluxo por pressão diferencial, medidores de fluxo por indução indutiva e outros tipos de medidores de fluxo.

[004] Quando há perfis de fluxo irregulares ou canais abertos, mais de uma trajetória de propagação pode ser necessária para determinar a velocidade de fluxo média. Dentre outros, procedimentos de trajetória múltipla são descritos em padrões hidrométricos tais como IEC 41 ou EN ISO 6416. Como aplicação adicional, os medidores de fluxo ultrassônicos também são usados para medir perfis de fluxo, por exemplo, com um perfilador de corrente acústico Doppler (ADCP). O ADCP também é adequado para medir a velocidade da água e descarga em rios e águas abertas.

[005] Um objeto da presente invenção é prover um medidor de fluxo aperfeiçoado de tempo de percurso e um método de computador 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 ou para gases.

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

[007] Transmissores de som alternativos compreendem lasers que excitam uma membrana de metal ou outra superfície absorvedora de luz a vibrações, ou alto falantes movidos por bobina. É igualmente possível produzir ondas de pressão de outras maneiras. O lado do receptor pode também ser representado por outros dispositivos que são diferentes de transdutores piezoelétricos, mas detectam ondas ultrassônicas.

[008] Embora o termo “transdutor piezoelétrico” seja usado seguidamente na presente descrição, ele também representa outros transdutores de onda sonora que produzem ou detectam ondas ultrassônicas.

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

[0010] A inversão com relação ao tempo pode ser realizada de diversos modos. Se dispositivos analógicos são usados para registrar o sinal de resposta, é possível tocar o sinal de resposta registrado de modo reverso. Se dispositivos digitais são usados para registrar amostras do sinal de resposta, então a ordem das amostras registradas é revertida a fim de obter of sinal invertido. Isto pode ser realizado invertendo os valores dos carimbos de horário de cada amostra registrada multiplicando o respectivo valor de tempo por (-1). Se executadas conforme a ordem ascendente dos valores de carimbo de horário, as amostras registradas são executadas em ordem reversa. Em outras palavras, o sinal de resposta invertido é o sinal de resposta registrado, mas executado de trás para frente.

[0011] Um medidor de fluxo ultrassônico de acordo com o presente relatório descritivo provê uma propriedade focalizada usando o sinal invertido mencionado acima, ou um sinal de formato semelhante, 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 piezoelétrico receptor e a uma melhor razão sinal para ruído.

[0012] Com um medidor de fluxo ultrassônico de acordo com o presente relatório descritivo, propriedades focalizadas e formadoras de feixes podem ser obtidas sob condições muito gerais. Por exemplo, uma propriedade focalizada pode ser obtida quando somente um transmissor de ultra-som 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 de tempo do sinal invertido for suficiente.

[0013] Adicionalmente, um medidor de fluxo conforme o presente relatório descritivo pode ser usado com transdutores de pinça, que são fáceis de posicionar sobre um duto e não requerem modificações no duto. Em um medidor de fluxo conforme o presente relatório descritivo, características técnicas que assegurem bom acoplamento e direcionalidade de transdutores de pinça e que reduzam espalhamento podem não ser necessárias ou, ao contrário, a característica formadora de feixe pode ser aperfeiçoada ao ponto de omitir as mesmas. A fim de prover espalhamento ampliado um material de acoplamento pode ser selecionado o qual é adaptado a um índice de refração do líquido ou transdutores e acoplamentos de transdutores podem ser usados, os quais proporcionam mais ondas de cisalhamento.

[0015] De preferência, a frequência de ondas sonoras usadas em um medidor de fluxo conforme o presente relatório descritivo está entre > 20 kHz e 2 MHz, que corresponde a um período de oscilação de 0,5 microssegundos (μs) mas pode atingir 800 MHz. Em muitos casos, os medidores de fluxo ultrassônicos operam bem acima do limite da audição com frequências de várias centenas de kHz ou mais alto. A frequência dos medidores de fluxo de tempo de percurso está tipicamente na faixa de kHz ou de MHz.

[0016] De acordo com um aspecto, o presente relatório descritivo trata de um método executado por computador para determinar a velocidade de fluxo de um fluido em um duto ou canal para fluidos, particularmente em um duto ou tubo, usando um medidor de fluxo ultrassônico de tempo de transmissão. Em uma modalidade preferida, “executado por computador” refere-se à execução em componentes eletrônicos de escala pequena, como microprocessadores, ASICs. FPGAs e similares que podem ser usados em dispositivos de processamento de sinal digital, estacionários, compactos, que têm, em geral, tamanho menor do que estações de trabalho ou computadores mainframe e que podem ser colocados em uma locação requerida ao longo de um duto para fluidos.

[0017] A seguir, os termos “canal”, “conduto”, “passagem”, etc. são usados como sinônimos. A matéria do presente pedido pode ser aplicada a todos os tipos de condutos para fluidos independentemente de sua respectiva forma e independentemente se eles são abertos ou fechados. A matéria do presente pedido pode igualmente ser aplicada a todos os tipos de fluidos ou gases, ou a uma mistura de ambos.

[0018] Ao longo do presente pedido, o termo “computador” é usado muitas vezes. Embora um computador inclua dispositivos tais como um computador portátil ou um computador de mesa, a transmissão e recepção do sinal pode igualmente ser feita por microcontroladores, ASICs, FPGAs, etc.

[0019] Além disso, a linha de conexão entre os transdutores pode ser deslocada em relação do centro do conduto para fluido a fim de obter uma velocidade de fluxo em uma camada pré-determinada e pode haver mais de um par de transdutores. Adicionalmente, o sinal de medição pode ser proporcionado por um ou mais transdutores e/ou o sinal de resposta ao sinal de medição pode ser medido por mais de um transdutor.

[0020] Uma energia de sinal E de um sinal s(t) em um intervalo de tempo pode ser definida em termos da expressão:

ou de sua versão discreta,

onde o intervalo de tempo é dado por [T1, T2] ou [m*Δt, n*Δt], respectivamente.

[0021] O trecho principal do sinal de medição pode contribuir de modo significativo para a produção de um sinal que está em pico no espaço e no tempo.

[0022] Em algumas modalidades específicas, o sinal de medição ou o sinal de resposta podem ser fornecidos por um sinal oscilante com amplitude modulada, que é digitalizado em relação à amplitude, por exemplo, com uma resolução entre 1 e 12 bits. Isto pode proporcionar benefícios em termos de velocidade de computação e espaço de memória e pode mesmo levar a um pico de sinal aumentado. Em particular, os dados mostrados nas Figuras do presente pedido foram obtidos com uma resolução de 12 bits, exceto para as Figuras 30-35, que foram obtidas com uma resolução mais grosseira do que 12 bits.

[0023] De acordo com uma modalidade adicional, o sinal de medição aplicado a um transdutor pode compreender um sinal oscilante modulado conforme uma modulação 0-1 proporcionando ou uma amplitude pré-determinada ou nenhuma amplitude, ou, em outras palavras amplitude zero.

[0024] Conforme um aspecto adicional, um dispositivo para medir a velocidade de fluxo em um medidor de fluxo ultrassônico de tempo de percurso é descrito. O dispositivo compreende um primeiro conector para conectar um primeiro elemento piezoelétrico, um segundo conector para conectar um segundo elemento piezoelétrico, um conversor digital para analógico (DAC) que é conectado ao primeiro conector e um conversor análogo para digital (ADC) opcional que é conectado ao segundo conector.

[0025] Adicionalmente, o dispositivo compreende uma memória legível por computador, um temporizador ou oscilador eletrônico, uma unidade de transmissão para enviar 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.

[0026] Os termos velocidade de fluxo e rapidez de fluxo são usados como sinônimos no presente pedido.

[0027] Embora o dispositivo possa ser apresentado sob forma de um dispositivo analógico sem conversores A/D e D/A e sem uma unidade de memória legível por computador, é igualmente possível prover o dispositivo ou partes do mesmo com um sistema digital de computador.

[0028] Em especial, as várias unidades de processamento de sinal, tais como a unidade de processamento de velocidade, a unidade de seleção e a unidade de inversão podem ser inteira ou parcialmente atendidas por um componente eletrônico de aplicação específica ou por uma memória de programa com um conjunto de instrução legível por computador. Analogamente, o gerador de sinal de medição e um gerador de sinal de impulso da unidade de transmissão podem ser inteira ou parcialmente atendidos por um componente eletrônico de aplicação específica que pode compreender um conjunto de instruções legíveis por computador.

[0029] De acordo com uma modalidade adicional, o dispositivo compreende um sintetizador de sinal direto (DDS) que compreende o ADC mencionado acima. O DDS compreende um registro para controle de frequência, um oscilador de referência, um oscilador controlado no modo numérico e um filtro passa baixa de reconstrução. Adicionalmente, o ADC pode ser conectado ao primeiro e ao segundo conector através do filtro passa baixa de reconstrução.

[0030] Adicionalmente, o presente relatório descritivo refere-se a um dispositivo para medição de fluxo com um primeiro transdutor piezoelétrico que é conectado ao primeiro conector, e com um segundo transdutor ultrassônico, como um transdutor piezoelétrico, que é conectado ao segundo conector. Em particular, os transdutores ultrassônicos, tais como transdutores piezoelétricos podem ser dotados de regiões para conexão, como um mecanismo de pinça para conectar os mesmos a um duto.

[0031] Além disso, o presente relatório descritivo refere-se a um dispositivo para medição de fluxo com um trecho de duto. O primeiro transdutor ultrassônico, como o transdutor piezoelétrico é montado no trecho de duto em uma primeira locação e o segundo transdutor ultrassônico, como um transdutor piezoelétrico é montado no trecho de duto em uma segunda locação. Em particular, os transdutores podem ser conectados por pinça ao trecho de duto. Proporcionar o dispositivo com um trecho de duto pode ter benefícios quando o dispositivo é pré-calibrado em relação ao trecho de duto.

[0032] O dispositivo pode ser manufaturado compacto e portátil. Um dispositivo portátil conforme o presente pedido, que é equipado com transdutores que podem ser montados na superfície, como transdutores pinça, pode ser usado para verificar um duto em qualquer locação acessível. Em geral, o dispositivo pode ser fixo ou portátil. De preferência, o dispositivo é suficientemente compacto para ser colocado em uma locação requerida e suficientemente protegido contra condições ambientais, tais como umidade, calor e substâncias corrosivas.

[0033] Além disso, o presente relatório descritivo trata de um código legível por computador para executar um método para medição de fluxo de acordo com o presente relatório descritivo, a memória legível por computador compreendendo o código legível por computador e um componente eletrônico de aplicação específica, que é operável para executar as etapas de método de um método de acordo com o presente relatório descritivo.

[0034] Em particular, o componente eletrônico de aplicação específica pode ser fornecido por um componente eletrônico compreendendo a memória legível por computador mencionada acima, como uma EPROM, uma EEPROM, uma memória flash ou similar. Conforme outras modalidades, o componente eletrônico de aplicação específica é fornecido por um componente fixo por fio ou por um circuito configurável como um circuito integrado para aplicação específica (ASIC) ou matrizes de portas de campo programáveis (FPGA).

[0035] Em uma modalidade adicional, um componente eletrônico de aplicação específica de acordo com o presente relatório descritivo é apresentado através de uma pluralidade de componentes eletrônicos interconectados, por exemplo por uma FPGA, que é conectada a uma EPROM adequadamente programada em um arranjo de matrizes múltiplas. Exemplos adicionais de um componente eletrônico de aplicação específica são circuitos programáveis integrados tais como matrizes lógicas programáveis (PLAs) e dispositivos lógicos programáveis complexos (CPLDs).

[0036] É útil determinar se um dispositivo em teste de prateleira está medindo a velocidade de fluxo de um fluido em um duto para fluidos de acordo com o presente pedido. Para este fim, é provido ao duto para fluidos um fluido que tem uma velocidade pré-determinada relativa ao duto para fluidos. Um sinal de teste de impulso é aplicado a um primeiro transdutor ultrassônico, tal como um transdutor piezoelétrico, do dispositivo em teste, o primeiro transdutor piezoelétrico sendo montado no conduto para fluido em uma primeira locação, seguido pela recepção de um sinal de teste de resposta do sinal de teste de impulso em um segundo transdutor piezoelétrico do dispositivo em teste, o segundo transdutor ultrassônico, tal como um transdutor piezoelétrico, sendo montado no conduto para fluidos em uma segunda locação.

[0037] Adicionalmente, o presente relatório descritivo relata um método executado por computador para determinar a velocidade de fluxo de um fluido em um conduto para fluidos usando sinais de medição prédeterminados em um arranjo com três ou mais transdutores ultrassônicos. Os sinais pré- determinados compreendem um primeiro sinal de medição e um segundo sinal de medição.

[0038] Um conduto para fluidos é provido de um fluido que tem uma velocidade pré-determinada em relação ao conduto para fluidos. Além disso, o conduto para fluidos é provido de um primeiro transdutor ultrassônico, um segundo transdutor ultrassônico e um terceiro transdutor ultrassônico. Em particular, o segundo transdutor e o terceiro transdutor podem ser colocados separados em relação ao primeiro transdutor e em relação ao sentido longitudinal do conduto.

[0039] Os transdutores são organizados de modo que as linhas de conexão respectivas entre o primeiro transdutor eletrônico, segundo transdutor eletrônico e terceiro transdutor eletrônico se estendem para além do eixo de simetria do conduto para fluidos. Em particular, a linha de conexão pode ser deslocada de 5% ou mais ou de 10% ou mais em relação ao diâmetro médio do conduto ou em relação ao raio médio do conduto.

[0040] Por exemplo, o raio médio do conduto pode ser definido em relação a um ponto de referência no eixo de simetria como:

[0041] Um primeiro sinal de medição pré-determinado é aplicado ao primeiro transdutor ultrassônico, e um primeiro sinal de resposta do primeiro sinal de medição pré-determinado recebido no segundo transdutor ultrassônico é medido, por exemplo, através da detecção de voltagem emitida pelo segundo transdutor ultrassônico.

[0042] De modo análogo, um segundo sinal de medição pré-determinado é aplicado ao primeiro transdutor ultrassônico e um segundo sinal de resposta do segundo sinal de medição pré-determinado recebido no terceiro transdutor ultrassônico é medido.

[0043] O primeiro sinal de medição pré-determinado e o segundo sinal de medição pré-determinado respectivamente compreendem um trecho de sinal revertido em relação ao tempo de um sinal de resposta de um sinal de impulso correspondente ou de um sinal derivado do mesmo.

[0044] Em particular, o sinal de medição respectivo pode ser gerado a partir de um sinal de impulso que é enviado entre o mesmo par de transdutores como sinal de medição. A geração do sinal de medição pode ser efetuada por uma medição real, por uma simulação ou por uma combinação de ambas.

[0045] O sinal de medição pode ser enviado no mesmo sentido ou no sentido reverso do sinal de impulso pelo qual ele é gerado. Em particular, se o fluido está se movendo em relação ao conduto durante o processo de calibração através do qual o sinal de medição é gerado a partir do sinal de impulso, pode ser vantajoso por razões de estabilidade mandar o sinal de medição para o mesmo sentido do sinal de impulso.

[0046] Em outras palavras, em uma fase de medição a sequência transdutor de envio e transdutor de recepção pode ser a mesma da fase de calibração precedente para gerar o sinal de medição ou, alternativamente, esta pode ser revertida pelo uso do transdutor anteriormente de envio como transdutor de recepção e do transdutor anteriormente de recepção como transdutor de envio.

[0047] Em geral, o primeiro sinal de medição é adaptado para um canal de transmissão ou trajetória que difere de um canal de transmissão do segundo sinal de medição. Em vista disso, o primeiro sinal de medição e o segundo sinal de medição são em geral diferentes um do outro. Além disso, um sinal de medição obtido pelo envio de um sinal de impulso de um primeiro transdutor para um segundo transdutor é em geral diferente de um sinal de medição obtido pelo envio do sinal de impulso no sentido contrário do segundo transdutor para o primeiro transdutor.

[0048] Em geral o sinal de propagação do sinal de pressão entre o transdutor de envio e o transdutor de recepção não somente compreende uma propagação reta, mas pode igualmente compreender uma ou mais reflexões em uma parede do conduto e/ou processos de espalhamento no interior da parede do duto.

[0049] Em particular, o método citado acima pode ser usado em uma medição de fluxo tempo de voo (Time Of Flight - TOF). Para a medição do TOF, as etapas de aplicar o primeiro sinal de medição e medir um sinal de resposta correspondente e aplicar um segundo sinal de medição e medir um sinal de resposta correspondente são repetidas em sentido reverso para obter o primeiro sinal de resposta em sentido reverso e o segundo sinal de resposta em sentido reverso correspondentes.

[0050] Como explicado acima, efetuar a medição “no sentido reverso” refere-se a desenvolver as etapas de medição de modo que os papéis dos respectivos transdutores são trocados, ou em outras palavras, que o transdutor anteriormente de envio é usado como transdutor de recepção e que o transdutor anteriormente de recepção é usado como transdutor de envio.

[0051] Assim, se uma primeira medição compreende enviar um sinal de medição em um sentido de fluxo do fluido no sentido de que o sinal de medição tem um componente de velocidade no sentido do fluxo de fluido então a medição correspondente “em sentido reverso” compreende enviar o sinal de medição contra o sentido de fluxo do fluido.

[0052] O primeiro sinal de resposta e o segundo sinal de resposta ao respectivo primeiro sinal de medição e segundo sinal de medição são usados para derivar uma ou mais velocidades de fluxo do fluido. Em particular, o primeiro sinal de resposta pode ser usado para determinar uma velocidade de fluxo em uma camada de fluido que compreende a linha de conexão entre o primeiro transdutor e o segundo transdutor, e o segundo sinal de resposta pode ser usado para determinar a velocidade de fluxo em uma camada de fluido que compreende a linha de conexão entre o primeiro transdutor e o terceiro transdutor.

[0053] De acordo com uma modalidade adicional, que é adequada para uma medição via tempo de voo, um primeiro sinal de medição pré-determinado no sentido reverso é aplicado ao segundo transdutor ultrassônico, e um primeiro sinal de resposta no sentido reverso do primeiro sinal de medição em sentido reverso é medido no segundo transdutor ultrassônico.

[0054] De modo análogo, um segundo sinal de medição em sentido reverso é aplicado ao terceiro transdutor ultrassônico e um segundo sinal de resposta em sentido reverso do segundo sinal de medição recebido no primeiro transdutor ultrassônico é medido.

[0055] O primeiro sinal de medição em sentido reverso e o segundo sinal de medição em sentido reverso compreendem respectivamente um trecho de sinal revertido em relação ao tempo de um sinal de resposta de um sinal de impulso correspondente ou de um sinal derivado do mesmo. “Sinal de impulso correspondente” refere-se a um sinal de impulso enviado entre o mesmo par de transdutores do que o sinal de medição correspondente.

[0056] A velocidade de fluxo do fluido é derivada de pelo menos um dentre o primeiro sinal de resposta, o primeiro sinal de resposta no sentido reverso, o segundo sinal de resposta e o segundo sinal de resposta no sentido reverso. Em particular, o primeiro sinal de resposta e o primeiro sinal de resposta no sentido reverso podem ser usados para derivar a velocidade de fluxo usando o método de tempo de voo. De modo análogo, o segundo sinal de resposta e o segundo sinal de resposta no sentido reverso podem ser usados para derivar a velocidade de fluxo usando o método de tempo de voo.

[0057] Em uma modalidade adicional, que também usa um sinal de medição que se desloca do segundo transdutor para o terceiro transdutor no arranjo mencionado acima de três transdutores, a medição compreende adicionalmente as seguintes etapas.

[0058] Um terceiro sinal de medição é aplicado ao segundo transdutor ultrassônico e um terceiro sinal de resposta do segundo sinal de medição no terceiro transdutor ultrassônico é medido.

[0059] De modo análogo às modalidades mencionadas acima, o terceiro sinal de medição pré-determinado compreende um trecho de sinal revertido em relação ao tempo de um sinal de resposta de um sinal de impulso correspondente ou de um sinal derivado do mesmo.

[0060] Pelo menos uma velocidade de fluxo do fluido é derivada do terceiro sinal de resposta. Com a finalidade de determinar a pelo menos uma velocidade de fluxo, o primeiro sinal de resposta, o primeiro sinal de resposta em sentido reverso, o segundo sinal de resposta e o segundo sinal de resposta em sentido reverso podem ser igualmente utilizados.

[0061] Em uma modalidade adicional, que é adequada para determinar velocidade de fluxo em camada fluida entre o segundo transdutor e o terceiro transdutor usando um método de tempo de voo, o método compreende adicionalmente as seguintes etapas.

[0062] Um terceiro sinal de medição em sentido reverso é aplicado ao terceiro transdutor ultrassônico e um terceiro sinal de resposta em sentido reverso do terceiro sinal de medição em sentido reverso recebido no segundo transdutor ultrassônico é medido.

[0063] De modo análogo às modalidades mencionadas acima, o terceiro sinal de medição no sentido reverso compreende um trecho de sinal reverso em relação ao tempo de um sinal de resposta de um sinal de impulso correspondente ou de um sinal derivado do mesmo.

[0064] Pelo menos uma velocidade de fluxo do fluido é derivada do terceiro sinal de resposta e do terceiro sinal de resposta em sentido reverso. Com a finalidade de determinar a pelo menos uma velocidade de fluxo, o primeiro sinal de resposta, o primeiro sinal de resposta em sentido reverso, o segundo sinal de resposta e o segundo sinal de resposta em sentido reverso podem ser igualmente usados.

[0065] Conforme um método adicional a ser executado por computador, o qual é adequado para determinar velocidade de fluxo em um conduto para fluidos com um arranjo de pelo menos dois transdutores pinça, é fornecido ao conduto para fluido um fluido que tem uma velocidade pré-determinada em relação ao conduto para fluido.

[0066] Adicionalmente, o conduto para fluido é dotado de um primeiro transdutor ultrassônico pinça e de um segundo transdutor ultrassônico pinça. De preferência, o segundo transdutor ultrassônico pinça é deslocado em relação ao primeiro transdutor ultrassônico pinça em sentido longitudinal do conduto.

[0067] Os transdutores pinça são organizados de modo que uma linha de conexão, reta, entre o primeiro transdutor ultrassônico pinça e o segundo transdutor ultrassônico pinça se estenda para além de um eixo de simetria do conduto para fluido. Em particular, a linha de conexão pode ser deslocada em relação ao eixo de simetria de 5% ou mais, ou por 10% ou mais em relação a um diâmetro médio ou em relação a um radio médio do conduto.

[0068] Um sinal de medição pré-determinado é aplicado ao primeiro transdutor ultrassônico pinça e um sinal de resposta do sinal de medição recebido no segundo transdutor ultrassônico pinça é medido.

[0069] De modo análogo à modalidade mencionada acima o sinal de medição pré-determinado compreende um trecho de sinal revertido em relação ao tempo de um sinal de resposta de um sinal de impulso correspondente ou de um sinal derivado do mesmo. Uma velocidade de fluxo do fluido é derivada do sinal de resposta.

[0070] De modo análogo às modalidades mencionadas acima, a fase de medição pode igualmente compreender enviar sinais de medição no sentido reverso. Em particular o método pode compreender aplicar um sinal de medição pré-determinado em sentido reverso ao segundo transdutor ultrassônico pinça e medir um sinal de resposta em sentido reverso do sinal de medição em sentido reverso no segundo transdutor ultrassônico pinça.

[0071] De modo análogo à modalidade mencionada acima o sinal de medição em sentido reverso compreende um trecho de sinal revertido em relação ao tempo, de um sinal de resposta de um sinal de impulso correspondente ou de um sinal derivado do mesmo. Uma velocidade de fluxo do fluido é derivada do sinal de resposta e do sinal de resposta em sentido reverso, em particular pelo uso de um método de tempo de voo.

[0072] Os métodos de medição para o arranjo mencionado acima de pelo menos três transdutores ultrassônicos, que pode ser constituído de transdutores úmidos ou de transdutores pinça, se aplicam de modo análogo igualmente a arranjos correspondentes de transdutores pinça.

[0073] Transdutores pinça podem trazer vantagens particulares no contexto de concentrar um sinal acústico em uma locação específica sobre o conduto, o que é igualmente referido como “moldagem de feixe” (“beam shaping”). Através do uso de uma interação com o conduto e, opcionalmente, igualmente com peças de conexão as ondas sonoras dos transdutores pinça podem ser espalhadas para um ângulo mais amplo ou em mais direções em comparação com transdutores úmidos. As peças de conexão permitem dirigir as ondas acústicas de acordo com a lei de Snell e ajudam igualmente na geração de mais modos e espalhamento.

[0074] Uma inversão em relação ao tempo conforme a presente invenção pode então ser usada para gerar um sinal de medição que adiciona os vários componentes de sinal em trajeto ao longo de diferentes trajetórias por superposição, e leva, portanto, a uma maior amplitude de sinal em uma locação específica do conduto onde um transdutor de recepção pode ser colocado.

[0075] As modificações mencionadas abaixo em relação a medições repetidas e a uma etapa de digitalização na geração do sinal de medição podem ser aplicadas a todos os arranjos de transdutores conforme o presente relatório descritivo.

[0076] Nas modalidades mencionadas acima, as etapas de aplicar um sinal de impulso e receber um sinal de resposta correspondente são repetidas múltiplas vezes e uma pluralidade de sinais de resposta é obtida. Em particular, as medições repetidas podem se referir a uma dada combinação de dois transdutores. O sinal de medição respectivo, tal como o primeiro e segundo sinais de medição, é então derivado de uma média dos sinais de resposta recebidos.

[0077] Em particular, a derivação do respectivo sinal de medição nas modalidades mencionadas acima pode compreender digitalizar o sinal de resposta correspondente ou um sinal derivado do mesmo em relação à amplitude. De acordo com uma modalidade, etapas de variar uma resolução em bit do sinal de medição respectivo e medir um sinal de resposta àquele sinal de medição, são repetidas até que um sinal de medição seja encontrado, o qual gera o sinal de resposta com a máxima amplitude mais elevada. O sinal de medição com a resolução em bit correspondente é então selecionado como sinal de medição.

[0078] De acordo com uma modalidade particular, a resolução em bit do sinal digitalizado é aumentada para aumentar a amplitude de um sinal de resposta ao respectivo sinal de medição, tal como o primeiro e segundo sinais de medição. À guisa de Exemplo, a resolução em bit é aumentada em etapas pré- determinadas, e a resolução em bit que produz o sinal de resposta com a amplitude mais elevada é selecionada e uma representação correspondente de um sinal de medição é armazenada na memória do computador.

[0079] De acordo com outra modalidade particular, a resolução em bit do sinal digitalizado é diminuída ou reduzida para aumentar a amplitude de um sinal de resposta ao respectivo sinal de medição. À guia de Exemplo, resolução em bit é reduzida em etapas pré-determinadas, a resolução em bit que produz o sinal de resposta com a amplitude mais elevada é selecionada e uma representação correspondente de um sinal de medição é armazenada na memória do computador.

[0080] Em particular, a resolução em bit do sinal digitalizado em relação à amplitude pode ser escolhida como uma baixa resolução em bit. Por exemplo, a resolução em bit pode ser uma resolução em bit entre 1 bit e 8 bit ou pode ser uma resolução em bit entre 1 bit e 64 bit.

[0081] Conforme uma modalidade específica, pelo menos um dos sinais de resposta aos sinais de medição é processado para determinar uma variação na espessura de parede do conduto ou para determinar características materiais das paredes do conduto através da determinação das características das ondas de som longitudinais e transversais. Por exemplo, as características das ondas transversais e longitudinais podem ser derivadas de trechos correspondentes do sinal de recepção ou de resposta, o que corresponde a diferentes tempos de chegada das ondas acústicas.

[0082] Conforme uma modalidade adicional, o método compreende uma calibração prévia, na qual os sinais de medição respectivos são gerados pelo sinal de resposta a um sinal de impulso. A calibração pode ser efetuada em uma instalação da fábrica ou igualmente durante a operação do método. A calibração mencionada abaixo pode ser aplicada de modo análogo a todas as combinações de pares de dois transdutores e a calibração pode ser efetuada em um sentido somente em relação a um par de transdutores ou em ambos os sentidos em relação ao par de transdutores. No primeiro caso, um sinal de medição é obtido para o par de transdutores e no último caso, dois sinais de medição são obtidos para o par de transdutores.

[0083] Durante a fase de calibração, o conduto para fluido recebe um fluido que está parado em relação ao conduto para fluido ou que está se movendo a uma velocidade pré-determinada em relação ao conduto para fluido.

[0084] Um primeiro sinal de impulso é aplicado ao segundo transdutor ultrassônico, e um primeiro sinal de resposta do primeiro sinal de impulso é recebido no primeiro transdutor ultrassônico.

[0085] De modo similar, um segundo sinal de impulso é aplicado ao terceiro transdutor ultrassônico e um segundo sinal de resposta do pelo menos um sinal de impulso é recebido no primeiro transdutor ultrassônico.

[0086] O primeiro sinal de medição é derivado do primeiro sinal de resposta e o segundo sinal de medição é derivado do segundo sinal de resposta.

[0087] A derivação dos respectivos primeiro e segundo sinais de medição compreende selecionar um trecho de sinal dos respectivos primeiro e segundo sinais de resposta ou de um sinal derivado do mesmo e reverter o trecho de sinal em relação ao tempo.

[0088] Em outras palavras, um trecho do primeiro sinal de resposta é selecionado e é invertido ou revertido em relação ao tempo e o primeiro sinal de medição é gerado usando o trecho de sinal invertido. De modo análogo, um trecho do segundo sinal de resposta é selecionado e é invertido ou revertido em relação ao tempo e o segundo sinal de medição é gerado usando o trecho de sinal invertido.

[0089] O primeiro sinal de medição pré-determinado e o segundo sinal de medição pré-determinado são armazenados para uso posterior. Como mencionado acima, o mesmo processo de calibração pode ser usado para todas as combinações de dois transdutores.

[0090] Em geral, a calibração é efetuada também no sentido reverso para evitar ou compensar instabilidades. Dependendo se a calibração é efetuada sob condições de fluxo zero ou não zero pode ser vantajoso efetuar a calibração em ambos os sentidos e usar cada um dos dois sinais de medição gerados em qualquer sentido.

[0091] Em outras palavras, durante o processo de medição um primeiro transdutor é o transdutor de envio e um segundo transdutor é o transdutor de recepção então o sinal de medição pode ser sido gerado pelo envio de um sinal de impulso do primeiro transdutor para o segundo transdutor ou pelo envio do sinal de impulso do segundo transdutor para o primeiro transdutor.

[0092] Um processo de calibração similar pode ser efetuado para cada par de dois transdutores. Em particular, o processo de calibração pode ser efetuado de modo similar para cada par de transdutores do arranjo de três transdutores mencionado acima que compreende primeiro, segundo e terceiro transdutores.

[0093] No caso específico de um arranjo de dois ou mais transdutores de pinça, a calibração pode ser realizada através das seguintes etapas. Um conduto para fluido é provido de um fluido. O fluido tem uma velocidade pré-determinada em relação ao conduto para fluido em particular.

[0094] Um sinal de impulso é fornecido ao primeiro transdutor ultrassônico pinça ou ao segundo transdutor ultrassônico pinça. Depois, um sinal de resposta do sinal de impulso é recebido no outro dos dois transdutores ultrassônicos e o sinal de medição é derivado do sinal de resposta. De modo análogo, o sinal de impulso pode ser fornecido ao segundo transdutor ultrassônico pinça e o sinal de resposta pode ser recebido no primeiro transdutor ultrassônico pinça.

[0095] No presente documento, a derivação do sinal de medição compreende selecionar um trecho de sinal do respectivo sinal de resposta ou de um sinal derivado do mesmo e reverter o trecho de sinal em relação ao tempo. O sinal de medição é armazenado para uso posterior durante um processo de medição, em particular para determinar a velocidade de fluxo do fluido.

[0096] Um sinal de impulso de acordo com o presente relatório descritivo pode se referir a um único sinal de impulso. Em geral, um sinal de impulso refere-se a um sinal que tem uma energia de sinal que é concentrada ao longo de um curto período de tempo. Em uma modalidade específica, o sinal de impulso se estende ao longo de somente alguns poucos períodos de oscilação de um carreador, tal como 10-20 períodos de oscilação ou menos.

[0097] Em particular, um envelope do sinal de impulso pode ter forma retangular, mas outras formas são igualmente possíveis. Por exemplo, o sinal de impulso pode corresponder a um pico único ou a um impulso individual, um curto surto retangular ou a qualquer outra forma de sinal, tal como a forma de dente de serra triangular, onda retangular, um Chirp, uma onda sinusoidal ou um surto de ruído pré-determinado, como um ruído branco ou um ruído cor de rosa, que também é conhecido como ruído 1/f. O método de calibração funciona com quase qualquer forma de sinal do sinal de impulso.

[0098] Em uma modalidade adicional, um sinal de resposta correspondente é enviado e recebido múltiplas vezes, obtendo deste modo uma pluralidade de sinais de resposta e o sinal de medição respectivo é derivado de uma média dos sinais de resposta recebidos.

[0099] Em particular a derivação do sinal de medição respectivo pode compreender digitalizar o sinal de resposta correspondente ou um sinal derivado do mesmo em relação à amplitude.

[00100] Como mencionado adicionalmente acima, a resolução em bit do sinal digitalizado é aumentada para aumentar a amplitude de um sinal de resposta ao respectivo sinal de medição. Em uma modalidade particular a amplitude do sinal de resposta ao sinal de medição gerado é medida em uma locação pré- determinada do conduto para sinais de medição correspondentes a diferentes resoluções em bit. O sinal de medição com a amplitude mais elevada é então selecionado e armazenado na memória para uso posterior.

[00101] Procedimento similar pode igualmente ser obtido reduzindo a resolução em bits do sinal digitalizado até que seja detectado um sinal de resposta do sinal de medição o qual tem amplitude elevada e o sinal de medição correspondente é então armazenado em memória para uso posterior.

[00102] Em particular, a resolução em bits do sinal digitalizado em relação à amplitude pode ser escolhida como resolução de baixo bit tal como uma resolução entre 1 e 10 bit.

[00103] Adicionalmente, o presente relatório descritivo trata de um código de programa legível por computador com instruções legíveis por computador par executar um dos métodos de medição de fluxo mencionados acima. Ainda, o presente relatório descritivo trata igualmente de uma memória legível por computador com o código de programa legível por computador e um componente eletrônico de aplicação específica, que é operável para executar o método de medição de fluxo mencionado acima.

[00104] Ainda, o presente relatório descritivo trata de um dispositivo para a medição de uma velocidade de fluxo de um fluido em um conduto dotado de um arranjo de três transdutores. O dispositivo é operacional para efetuar uma medição de fluxo de tempo de percurso ou de tempo de voo.

[00105] O dispositivo compreende um primeiro conector para conectar um primeiro elemento ultrassônico, um segundo conector para conectar um segundo elemento ultrassônico, e um terceiro conector para conectar um terceiro elemento ultrassônico.

[00106] Ainda, o dispositivo compreende uma unidade de transmissão para enviar sinais de impulso e para enviar sinais de medição, uma unidade de recepção para receber sinais de resposta, e uma unidade de processamento. A unidade de transmissão, a unidade de recepção e a unidade de processamento são destinadas a derivar um primeiro sinal de medição a partir de um primeiro sinal invertido, para derivar um segundo sinal de medição a partir de um segundo sinal invertido e para armazenar o primeiro sinal de medição e o segundo sinal de medição.

[00107] Análoga às modalidades mencionadas acima, a derivação do sinal invertido compreende reverter um trecho de sinal de um sinal de resposta de um sinal de impulso correspondente ou de um sinal derivado do mesmo em relação ao tempo.

[00108] A unidade de processamento, a unidade de transmissão e a unidade de recepção são operacionais para aplicar o primeiro sinal de medição pré- determinado ao primeiro conector, e para receber um primeiro sinal de resposta do primeiro sinal de medição no segundo conector.

[00109] Adicionalmente, a unidade de processamento, a unidade de transmissão e a unidade de recepção são operacionais para aplicar um segundo sinal de medição ao primeiro conector e para receber um segundo sinal de resposta do segundo sinal de medição no terceiro conector, e para derivar a velocidade de fluxo do fluido a partir de pelo menos um dentre o primeiro sinal de resposta e o segundo sinal de resposta.

[00110] Adicionalmente, a unidade de processamento, a unidade de transmissão e a unidade de recepção são operacionais para aplicar quaisquer dos outros métodos de medição e calibração descritos acima em relação a um arranjo de três transdutores, que podem ser transdutores úmidos ou transdutores pinça.

[00111] A aplicação de um sinal pode compreender em particular recuperar da memória do computador um sinal armazenado e gerar um sinal elétrico correspondente que é então transmitido ao transdutor, em geral por meio de um cabo. Adicionalmente, a unidade de processamento é operacional para derivar a velocidade de fluxo do fluido a partir de pelo menos um dentre o primeiro sinal de resposta e o segundo sinal de resposta.

[00112] Em particular, os conectores, a unidade de transmissão, a unidade de recepção e a unidade de processamento podem ser apresentadas por um medidor de fluxo ultrassônico de tempo de percurso ou por um trecho do mesmo, e em particular por um medidor de fluxo ultrassônico portátil de tempo de percurso ou um trecho do mesmo.

[00113] Em um aspecto adicional, o presente relatório descritivo trata de um dispositivo para medir a velocidade de fluxo de um fluido em um conduto em um arranjo com pelo menos dois transdutores pinça.

[00114] Em particular, o dispositivo compreende um primeiro conector e um primeiro transdutor ultrassônico pinça conectado ao primeiro conector. De modo análogo, o dispositivo compreende um segundo conector e um segundo transdutor ultrassônico pinça conectado ao segundo conector.

[00115] Adicionalmente, o dispositivo compreende um trecho de um conduto, o primeiro transdutor ultrassônico pinça sendo montado no trecho de conduto em uma primeira locação e o segundo transdutor ultrassônico pinça sendo montado no trecho de conduto em uma segunda locação.

[00116] Os transdutores-pinça são dispostos de modo que as respectivas linhas de conexão entre o primeiro transdutor ultrassônico e o segundo transdutor ultrassônico se estendem além de um eixo de simetria do conduto para fluidos.

[00117] De modo análogo ao dispositivo mencionado acima, o dispositivo compreende uma unidade de transmissão para enviar sinais de impulso e para enviar sinais de medição, uma unidade de recepção para receber sinais de resposta e uma unidade de processamento para derivar um sinal de medição a partir de um sinal invertido.

[00118] De modo análogo às modalidades mencionadas acima, o sinal invertido compreende um trecho com sinal revertido em relação ao tempo de um sinal de resposta de um sinal de impulso correspondente ou de um sinal derivado do mesmo.

[00119] A unidade de processamento, a unidade de transmissão e a unidade de recepção são operacionais para aplicar o sinal de medição ao primeiro conector, para receber um sinal de resposta do primeiro (prédeterminado) sinal de medição no segundo conector e derivar a velocidade de fluxo do fluido a partir do sinal de resposta.

[00120] Adicionalmente, a unidade de processamento, a unidade de transmissão e a unidade de recepção podem ser operacionais para desempenhar quaisquer das outras medições e métodos de calibração descritos acima em relação a um arranjo com um primeiro transdutor pinça e um segundo transdutor pinça.

[00121] Em uma modalidade adicional, o dispositivo compreende um conversor D/A, conectado aos respectivos conectores, e um conversor A/D, conectado aos respectivos conectores. Adicionalmente, o dispositivo compreende uma memória legível por computador para armazenar o pelo menos um sinal de medição.

[00122] Conforme uma modalidade adicional, o dispositivo compreende um sintetizador direto de sinal digital, que compreende 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 pode ser conectado aos respectivos conectores ao longo do filtro passa baixa de reconstrução.

[00123] Conforme um aspecto adicional, o presente relatório descritivo trata de um método executado por computador para determinar se um dado dispositivo em teste ou dispositivo em teste está medindo uma velocidade de fluxo de um fluido em um conduto para fluidos conforme o método de medição mencionado acima. O método de teste não fornece uma prova matemática de que o mesmo método seja usado, mas uma probabilidade, que é suficiente para as finalidades práticas.

[00124] Conforme este método, o conduto para fluido é provido com um fluido que tem uma velocidade pré-determinada em relação ao conduto para fluido.

[00125] O conduto para fluido é provido de um primeiro transdutor ultrassônico e um segundo transdutor ultrassônico, que são montados em primeira e segunda locações respectivas.

[00126] Um sinal de teste de impulso é aplicado ao primeiro transdutor ultrassônico do dispositivo em teste, e um sinal de teste de resposta do sinal de teste de impulso é recebido no segundo transdutor ultrassônico do dispositivo em teste.

[00127] Um primeiro sinal de teste de medição é derivado do primeiro sinal de resposta, onde a derivação do primeiro sinal de medição compreende reverter o respectivo primeiro ou segundo sinal de resposta, ou um trecho do mesmo, em relação ao tempo.

[00128] O primeiro sinal de teste de medição é comparado com um primeiro sinal de medição que é emitido em um transdutor do dispositivo em teste. É determinado que o dispositivo em teste está usando um método para determinar uma velocidade de fluxo de um fluido em um conduto para fluidos de acordo com uma dentre as reivindicações 1 a 5, se o primeiro sinal de teste de medição e o primeiro sinal de medição são similares.

[00129] Em particular, este método pode ser aplicado para cada par de transdutores mencionados em uma das reivindicações 1 a 5 e é detectado que o método correspondente é usado se os sinais de medição obtidos são similares para cada par de transdutores.

[00130] Especificamente, em relação ao método da reivindicação 1 o método de teste correspondente pode compreender adicionalmente prover o conduto para fluido de um terceiro transdutor ultrassônico, aplicar um sinal de teste de impulso ao primeiro transdutor ultrassônico do dispositivo em teste ou ao segundo transdutor ultrassônico do dispositivo em teste, receber um segundo sinal de teste de resposta do sinal de teste de impulso no terceiro transdutor ultrassônico do dispositivo em teste, derivar um segundo sinal de teste de medição do segundo sinal de resposta de teste, e comparar o segundo sinal de teste de medição com um segundo sinal de medição que é emitido em um transdutor do dispositivo em teste.

[00131] É determinado que o dispositivo em teste está usando um método para determinar a velocidade de fluxo de um fluido em um conduto para fluido de acordo com a reivindicação 1, se o primeiro sinal de teste de medição e o primeiro sinal de medição são similares.

[00132] A matéria do presente relatório descritivo será explicada com mais detalhes a seguir, a partir das Figuras seguintes.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00133] A FIGURA 1 mostra um primeiro arranjo de medidor de fluxo com dois elementos piezoelétricos. A FIGURA 2 mostra o arranjo de medidor de fluxo da Figura 1, um sinal direto e dois sinais espalhados. A FIGURA 3 mostra o arranjo de medidor de fluxo da Figura 1 visto no sentido do fluxo. A FIGURA 4 mostra um segundo arranjo de medidor de fluxo com quatro elementos piezoelétricos e quatro sinais diretos. A FIGURA 5 mostra o arranjo de medidor de fluxo da Figura 4 visto no sentido do fluxo. A FIGURA 6 mostra um diagrama esquemático de um sinal de teste. A FIGURA 7 mostra um diagrama esquemático de uma resposta de sinal de teste. A FIGURA 8 mostra um diagrama esquemático de um sinal invertido. A FIGURA 9 mostra um diagrama esquemático de uma resposta do sinal invertido. A FIGURA 10 mostra um primeiro sinal invertido em alta resolução. A FIGURA 11 mostra uma resposta do sinal invertido da Figura 10. A FIGURA 12 mostra um sinal invertido adicional em alta resolução. A FIGURA 13 mostra uma resposta do sinal invertido da Figura 12. A FIGURA 14 mostra um sinal invertido adicional em alta resolução. A FIGURA 15 mostra uma resposta do sinal invertido da Figura 14. A FIGURA 16 mostra um sinal invertido adicional em alta resolução. A FIGURA 17 mostra uma resposta do sinal invertido da Figura 16. A FIGURA 18 mostra um sinal invertido adicional em alta resolução. A FIGURA 19 mostra uma resposta do sinal invertido da Figura 18. A FIGURA 20 mostra um sinal invertido adicional em alta resolução. A FIGURA 21 mostra uma resposta do sinal invertido da Figura 20. A FIGURA 22 mostra um sinal invertido adicional em alta resolução. A FIGURA 23 mostra uma resposta do sinal invertido da Figura 22. A FIGURA 24 mostra um sinal invertido adicional em alta resolução. A FIGURA 25 mostra uma resposta do sinal invertido da Figura 24. A FIGURA 26 mostra um sinal invertido adicional em alta resolução. A FIGURA 27 mostra uma resposta do sinal invertido da Figura 26. A FIGURA 28 mostra um sinal invertido adicional em resolução de 12 bits. A FIGURA 29 mostra uma resposta do sinal invertido da Figura 28. A FIGURA 30 mostra um sinal invertido adicional em resolução de 3 bits. A FIGURA 31 mostra uma resposta do sinal da Figura 30. A FIGURA 32 mostra um sinal invertido adicional em resolução de 2 bits. A FIGURA 33 mostra uma resposta do sinal da Figura 32. A FIGURA 34 mostra um sinal invertido adicional em resolução de 1 bit. A FIGURA 35 mostra uma resposta do sinal da Figura 34. A FIGURA 36 mostra um impulso curto em um elemento piezoelétrico do medidor de fluxo da Figura 1. A FIGURA 37 mostra um sinal de um elemento piezoelétrico do medidor de fluxo da Figura 1, derivado da resposta invertida do sinal da Figura 36. A FIGURA 38 mostra uma resposta do sinal da Figura 37. A FIGURA 39 mostra uma função de correlação cruzada a montante e a jusante. A FIGURA 40 mostra uma ampliação seccional da Figura 39. A FIGURA 41 mostra um sinal de resposta de um sinal invertido para um desalinhamento de 12 graus contra um arranjo oposto de elementos piezoelétricos A FIGURA 42 mostra um arranjo de sensores muitos a um para uma medição de fluxo de acordo com o presente relatório descritivo. A FIGURA 43 mostra um arranjo de sensores um a muitos para uma medição de fluxo de acordo com o presente relatório descritivo. A FIGURA 44 mostra um arranjo de sensores um a um para medição de fluxo em uma camada de acordo com o presente relatório descritivo. A FIGURA 45 mostra um arranjo de multi sensores para medição de fluxo em camadas múltiplas de acordo com o presente relatório descritivo. A FIGURA 46 mostra um dispositivo para medição de uma velocidade de fluxo de acordo com o presente relatório descritivo. A FIGURA 47 mostra um sintetizador direto digital para uso no dispositivo da Figura 46. A FIGURA 48 mostra uma seção transversal longitudinal de um arranjo assimétrico de transdutores. A FIGURA 49 mostra uma seção transversal transversa do arranjo da Figura 48. A FIGURA 50 mostra um sinal de medição em um ciclo de uma medição de tempo de voo. A FIGURA 51 mostra um sinal de medição em dez ciclos de uma medição de tempo de voo. A FIGURA 52 mostra um sinal de medição derivado de um sinal revertido no tempo. A FIGURA 53 mostra um sinal de resposta do sinal da Figura 50, onde o canal de transmissão é dado pelo arranjo assimétrico das Figuras 48 e 49. A FIGURA 54 mostra um sinal de resposta do sinal da Figura 51 para o arranjo das Figuras 48 e 49. A FIGURA 55 mostra um sinal de resposta do sinal da Figura 52 para o arranjo das Figuras 48 e 49. A FIGURA 56 mostra um procedimento para obter sinais de medição correspondentes a duas trajetórias de sinal em um arranjo de três transdutores. A FIGURA 57 mostra uma medição de fluxo TOF usando os sinais de medição obtidos no método da Figura 56. A FIGURA 58 mostra dois diferentes arranjos de dois transdutores em um conduto. A FIGURA 59 mostra distribuições de pressão de sinais de medição obtidos no arranjo da Figura 58. A FIGURA 60 ilustra um exemplo para determinar se um dispositivo em teste usa o mesmo método de medição de fluxo que um dispositivo de verificação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[00134] Na descrição a seguir, são apresentados detalhes para descrever as modalidades do presente relatório descritivo. Para um especialista na técnica, no entanto, se tornará aparente que as modalidades podem ser executadas sem tais detalhes.

[00135] Algumas peças das modalidades, representadas nas Figuras, têm peças similares. As peças similares têm os mesmos nomes ou numerais de peças similares com um símbolo de apóstrofo ou com um símbolo alfabético. A descrição dessas peças similares também se aplica por referência a outras peças similares, quando for apropriado, reduzindo deste modo a repetição do texto sem limitar a matéria exposta.

[00136] A Figura 1 mostra um primeiro arranjo (10) de medidor de fluxo. No arranjo de medidor de fluxo, um primeiro elemento piezoelétrico (11) é colocado em uma parede externa de um duto (12), também referido como tubo (12). Um segundo elemento piezoelétrico (13) é colocado em um lado oposto do duto (12), de modo que uma linha direta entre o elemento piezoelétrico (11) e o elemento piezoelétrico (13) a jusante é orientado em um ângulo β ao sentido (14) do fluxo médio, que é ao mesmo tempo igualmente o sentido do eixo de simetria do duto (12). O ângulo β é escolhido para ser aproximadamente 45 graus no Exemplo da Figura 1, mas pode ser igualmente mais agudo, como por exemplo 60 graus, ou mais raso, como por exemplo 30 graus.

[00137] Um elemento piezoelétrico, por exemplo, como os elementos piezoelétricos (11,13) da Figura 1 podem, em geral, ser operados como transmissor acústico e como sensor acústico. Um transmissor acústico e um sensor acústico podem ser oferecidos pelo mesmo elemento piezoelétrico ou por diferentes regiões do mesmo elemento piezoelétrico. Neste caso, um elemento ou piezoelétrico ou transdutor é igualmente referido como transmissor piezoelétrico quando for operado como transmissor ou fonte de som e é igualmente referido como sensor acústico ou receptor quando ele é operado como sensor acústico.

[00138] Quando um 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 apresentado unicamente como Exemplo.

[00139] A Figura 1 mostra um fluxo de sinais elétricos para uma configuração na qual o elemento piezoelétrico a montante (11) é operado como transdutor piezoelétrico e o elemento piezoelétrico a jusante (13) é operado como sensor acústico. Por questões de clareza, o aplicativo funciona a montante e a jusante, isto é, a posição dos elementos piezoelétricos pode ser intercambiada.

[00140] Uma primeira unidade computacional (15) é conectada ao elemento piezoelétrico a montante (11) e uma segunda unidade computacional (16) é conectada ao elemento piezoelétrico a jusante (13). A primeira unidade computacional (15) compreende um primeiro processador de sinais digital, um primeiro conversor digital-analógico (DAC) e um primeiro conversor analógico para digital (ADC). De modo análogo, a segunda unidade computacional (16) compreende um segundo processador de sinais digital, um segundo conversor digital para analógico (DAC) e um segundo conversor analógico para digital (ADC). A primeira unidade computacional (15) é conectada à segunda unidade computacional (16).

[00141] O arranjo com duas unidades computacionais (15,16) representado na Figura 1 é apresentado unicamente como Exemplo. Outras modalidades podem ter diferentes números e arranjos de unidades computacionais. Por exemplo, pode haver somente uma unidade central de computação ou pode haver dois conversores AD/DA e uma unidade central de computação, ou pode haver duas unidades de computação em pequena escala nos transdutores e uma grande unidade central de computação.

[00142] A unidade ou unidades de computação pode ser proporcionada por microcontroladores ou circuitos integrados de aplicação específica (ASICs) ou matrizes de portas de campo programáveis (FPGAs), por exemplo. Especificamente, a síntese de um sinal elétrico de um sinal digital armazenado pode ser fornecida por um sintetizador digital direto (DDS), que compreende um conversor digital para analógico (D/A, DAC).

[00143] O método para gerar um sinal de medição de acordo com o presente relatório descritivo compreende as seguintes etapas:

[00144] Um sinal de teste digital pré-determinado é gerado sintetizando um sinal acústico com o processador de sinais digital da primeira unidade computacional (15). O sinal de teste digital é enviado desde a primeira unidade computacional (15) para o transdutor piezoelétrico (11) ao longo da trajetória (17) de sinal.

[00145] O transdutor piezoelétrico (11) gera um sinal de teste de ultrassom correspondente. As unidades (15,16) podem igualmente ser apresentadas em uma única unidade.

[00146] O sinal de teste é dado sob forma de um pulso rápido, por exemplo, por uma única oscilação de 1MHz ou por 10 dessas oscilações. Em particular, o sinal de teste pode ser dado por um pequeno número de oscilações de amplitude constante, de modo a se aproximar de um sinal retangular. A oscilação ou as oscilações podem ter uma forma sinusoidal, uma forma triangular, uma forma retangular ou igualmente outras formas.

[00147] O sinal de teste de ultrassom se desloca através do líquido no duto (12) até o sensor piezoelétrico (13). Na Figura 1, uma trajetória de sinal direta do sinal de ultrassom é indicada por uma seta (18). De modo análogo, uma trajetória de sinal direta do sinal de ultrassom no sentido inverso é indicada por uma seta (19). Um sinal de resposta é capturado pelo sensor piezoelétrico (13), enviado para a segunda unidade computacional ao longo da trajetória (20) de sinal e digitalizada pela segunda unidade computacional (16).

[00148] Em uma etapa posterior, um sinal de medição digital é derivado do sinal de resposta digitalizado. A derivação da medição refere-se a uma reversão do sinal de resposta digitalizado em relação ao tempo. De acordo com modalidades adicionais, a derivação compreende etapas adicionais tais como uma conversão a uma resolução reduzida na faixa de amplitude, uma filtragem de largura de banda do sinal para remover ruído, como ruído de baixa frequência e ruído de alta frequência. Em particular, a etapa de filtragem de largura de banda pode ser executada antes da etapa de reversão do sinal em relação ao tempo.

[00149] A reversão de sinal pode ser efetuada de vários modos, por exemplo lendo uma superfície de memória em sentido reverso ou revertendo o sinal de componentes sinusoidais em uma representação de Fourier.

[00150] Em uma modalidade, um trecho adequado do sinal de resposta digitalizado é selecionado, o qual contém a resposta do sinal direto. O trecho do sinal de resposta é então virado ao contrário ou é invertido em relação ao tempo. Em outras palavras, trechos de sinal do sinal de resposta que são recebidos mais tarde são enviados antes 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 implica em inverter ou reverter a ordem das amostras de amplitude.

[00151] O sinal invertido, em qual o sentido, ou o sinal, de tempo, foi invertido, é igualmente referido como um “sinal invertido”. A expressão “invertido” neste contexto refere-se a uma inversão em relação ao sentido de tempo, e não a uma inversão em relação a um valor, tal como o valor da amplitude.

[00152] As Figuras 10 a 19 mostram, à guisa de Exemplo, sinais digitais de acordo com o presente relatório descritivo.

[00153] Em um medidor de fluxo de acordo com uma modalidade do presente relatório descritivo, o mesmo sinal de medição é usado para ambos os sentidos (18,19), o sentido a montante e a jusante, apresentando um arranjo simples e eficiente. De acordo com outras modalidades, diferentes sinais de medição são usados para ambos os sentidos. Em particular, o sinal de medição pode ser aplicado ao receptor original do sinal de teste. Tais arranjos podem representar benefícios para condições assimétricas e formas de dutos.

[00154] O método para medir a velocidade de fluxo de um líquido através de um duto, que utiliza o sinal invertido mencionado acima como sinal de medição compreende as seguintes etapas.

[00155] O sinal de medição mencionado acima é enviado da primeira unidade de computação (15) até o transdutor piezoelétrico (11) ao longo da trajetória (17) de sinal. O transdutor piezoelétrico (11) gera um sinal correspondente de medição de ultrassom. Exemplos para este tipo de sinal de medição são dados nas Figuras 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 37, e 38.

[00156] 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), enviado para a segunda unidade de computação (16) ao longo da trajetória (20) de sinal e digitalizado pela segunda unidade de computação (16).

[00157] A segunda unidade de computação (16) envia o sinal de resposta digitalizado até 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 mais adiante.

[00158] Um processo similar é efetuado para um sinal que se desloca no sentido reverso (19), a saber, o sinal de medição mencionado acima é aplicado ao elemento piezoelétrico a jusante (13) e um sinal de resposta é medido pelo elemento piezoelétrico a montante (11) para obter um tempo de voo TOF a montante (ou TOFup) no sentido reverso (19). A primeira unidade de computação (15) determina uma velocidade de fluxo, por exemplo, de acordo com a fórmula:

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

[00159] A velocidade do som ao quadrado pode ser aproximada para segunda ordem através da expressão

[00160] Portanto, não é necessário determinar a temperatura ou pressão, que por sua vez determinam a densidade de fluido e a velocidade do som, ou medir a velocidade do som ou a densidade do fluido diretamente. Ao contrário, a primeira ordem do erro não é cancelada para somente um sentido de medição.

[00161] 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.

[00162] 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 proveniente do sinal de resposta é simulado em um computador. Parâmetros relevantes, como o diâmetro do duto (12) e as locações do sensor são dados como parâmetros de entrada para a simulação.

[00163] De acordo com ainda outra modalidade, o sinal de medição, que deve ser fornecido a um elemento piezoelétrico de transmissão, é sintetizado usando a forma de um sinal de resposta típico para um sinal de impulso, tal como as formas de sinal representadas nas Figuras 37 e 38. Por exemplo, o sinal de medição pode ser dado por uma oscilação sinusoidal de 1MHz, que é modulada em amplitude com um envelope de acordo com uma função de probabilidade gaussiana tendo meia largura de 10 microssegundos. A meia largura pode ser usada como parâmetro de entrada, que depende do arranjo real, tal como o diâmetro do duto e a localização do sensor.

[00164] Um medidor de fluxo de acordo com o presente relatório descritivo pode igualmente ser apresentado como um medidor de fluxo pré-definido no qual o sinal de medição é gerado durante uma corrida de teste em um local de fábrica, em particular quando o medidor de fluxo é fornecido junto com um trecho de duto.

[00165] Conforme uma modalidade simples do presente relatório descritivo, um tempo de voo em sentido a montante e a jusante é determinado para avaliar o tempo da amplitude de pico de um sinal recebido em relação ao tempo de envio do sinal de medição. A fim de obter 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.

[00166] De acordo com uma modalidade adicional do presente pedido, o tempo de voo de um sinal é avaliado usando uma técnica de correlação cruzada. Em particular, os respectivos deslocamentos no tempo podem ser avaliados efetuando a correlação cruzada entre o sinal recebido a jusante ou o sinal recebido a montante com o sinal recebido a velocidade de fluxo zero conforme a fórmula:

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

[00167] O deslocamento de tempo TOF_up - TOF_down 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 locação do máximo com mais precisão.

[00168] Em uma modalidade adicional, uma unidade de avaliação separada é apresentada 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.

[00169] Em geral, o sinal de medição do sensor acústico é resultante da sobreposição de sinais espalhados e um sinal direto. Os sinais espalhados são refletidos das paredes internas e externas do duto uma vez ou múltiplas vezes incluindo processos de espalhamento adicionais no interior da parede do duto. Isto é mostrado como Exemplo na Figura 2.

[00170] 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, bem como a configuração “V” e “W”. As configurações V e W funcionam à base de reflexões sobre a parede do duto, que induzem mais espalhamento do que a configuração Z. A matéria objeto do presente pedido se beneficia destas configurações desde que as trajetórias sejam compreendidas adequadamente.

[00171] Em uma configuração em V, os dois transdutores são montados no mesmo lado do duto. Para registrar uma reflexão de 45 graus, eles são colocados separados por cerca de um diâmetro de duto, no sentido do fluxo. A configuração em W faz uso de três reflexões. De modo análogo à configuração em V, os dois transdutores são montados no mesmo lado do duto. Para registrar o sinal após reflexões de 45 graus, eles são colocados separados por dois diâmetros de duto no sentido do fluxo.

[00172] A Figura 2 mostra, à guisa de Exemplo, um primeiro sinal acústico “1” que se desloca diretamente desde o elemento piezoelétrico (11) até o elemento piezoelétrico (13), um segundo sinal acústico “2” que é espalhado uma vez na periferia do duto (12) e um terceiro sinal “3” que é espalhado três vezes na periferia do duto (12).

[00173] Por questões de simplicidade, os eventos de espalhamento são representados nas Figuras 2 a 5, mas o processo de espalhamento real pode ser mais complicado. Em particular, o espalhamento mais relevante ocorre tipicamente na parede do duto ou em material que está montado em frente aos transdutores piezoelétricos. A Figura 3 mostra uma vista da Figura 2 em sentido de fluxo na direção de visão A-A.

[00174] As Figuras 4 e 5 mostram um segundo arranjo de sensor no qual um elemento piezoelétrico adicional (22) é posicionado em um ângulo de 45 graus ao elemento piezoelétrico (11) e um elemento piezoelétrico adicional (23) é posicionado em um ângulo de 45 graus ao elemento piezoelétrico (13).

[00175] Adicionalmente, as Figuras 4 e 5 mostram em uma linha direta ou reta, trajetórias de sinais acústicos para uma situação na qual os elementos piezoelétricos (11,22) são operados como piezo transdutores e os elementos (13,23) são operados como sensores acústicos. O elemento piezoelétrico (23), que está na parte de trás do duto (12) na vista da Figura 4 é indicado por uma linha pontilhada na Figura 4.

[00176] 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 devidas ao espalhamento são indicadas por partes hachuradas de um sinal e por setas.

[00177] Para as considerações das Figuras 6 a 9, considera-se que o sinal acústico somente se propaga ao longo de uma trajetória em linha reta, ao longo de um primeiro canal de espalhamento com um atraso de tempo de Δt, e ao longo de um segundo canal de espalhamento com um atraso de tempo de 2Δt. A atenuação de sinal ao longo das trajetórias não é considerada.

[00178] Um sinal de teste sob forma de pontas retangulares é aplicado ao elemento piezoelétrico (11). Devido ao espalhamento, um primeiro trecho da amplitude do sinal é perdido devido à primeira trajetória de espalhamento e aparece após um tempo Δt, e um segundo trecho da amplitude do sinal é perdido devido à segunda trajetória de espalhamento e aparece após um tempo 2Δt. Isto gera um sinal conforme as colunas brancas na Figura 7, que é registrado no elemento piezoelétrico (13).

[00179] 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 anteriormente agora se aplica a todos os componentes de três sinais. Como resultado, um sinal conforme a Figura 9 é registrado no elemento piezoelétrico (13) que é aproximadamente simétrico.

[00180] Na realidade os sinais recebidos serão distribuídos ao longo do tempo e há muitas vezes uma “onda balística” que se deslocou através do material do duto e chega antes do sinal direto. A onda superficial é descartada pela escolha de uma janela de tempo adequada para gerar o sinal de medição invertido. De modo análogo, sinais que derivam de reflexões múltiplas e chegam tarde podem ser descartados limitando a janela de tempo e/ou escolhendo trechos específicos do sinal.

[00181] A Tabela 1 a seguir mostra atrasos de tempo medidos para um alinhamento direto, ou em outras palavras, para uma conexão em linha reta entre elementos piezoelétricos pinça sobre um duto DN 250 em um plano perpendicular à extensão longitudinal do duto DN 250. A vazão se refere a um fluxo de água através do duto DN 250.

[00182] Aqui o “ciclo TOF 1” refere-se a um impulso como aquele mostrado na Figura 36, que é gerado por um elemento piezoelétrico que é excitado por um sinal elétrico com 1 oscilação com um período de 1 μs. “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 com período de 1 μs. TABELA 1

[00183] A Tabela 2 a seguir mostra atrasos de tempo medidos para um desalinhamento de 12 graus contra uma conexão em linha reta entre elementos piezoelétricos pinça em um duto DN 250 em um plano perpendicular à extensão longitudinal do duto DN 250 (vide igualmente as Figuras 48 e 49).

[00184] As Figuras 9 a 27 mostram sinais invertidos em alta resolução e seus respectivos sinais de resposta. A voltagem é colocada em gráfico em unidades arbitrárias em relação ao tempo em microssegundos.

[00185] 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 registrar o sinal invertido. No Exemplo das Figuras 9-27 a janela de tempo inicia pouco antes do início do máximo, que vem do sinal direto e termina 100 microssegundos depois.

[00186] Os eixos de tempo nas Figuras inferiores são centrados 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.

[00187] As Figuras 28-35 mostram sinais invertidos digitalizados em alta resolução e em resolução de 12, 3, 2 e 1 bit na faixa de amplitude e seus respectivos sinais de resposta. A voltagem é colocada em gráfico em Volts em relação ao tempo em microssegundos. Os sinais das Figuras 28-35 foram obtidos para um duto DN 250 cheio de água.

[00188] O comprimento 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 9-27 precedentes.

[00189] Nas Figuras 28-35 pode ser visto que mesmo uma digitalização com resolução de 1 bit produz um pico agudo. Pode ser visto que o pico se torna até 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 aumentada usando uma digitalização mais grosseira na faixa de amplitude enquanto o sinal de resposta permanece concentrado no tempo.

[00190] A Figura 36 mostra um sinal gerado por um elemento piezoelétrico depois de receber um impulso elétrico que dura cerca de 0,56 microssegundos, que é equivalente à 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.

[00191] A Figura 37 mostra um sinal elétrico que é aplicado a um elemento piezoelétrico, tal como o elemento piezoelétrico a montante (11) da Figura 1. O sinal da Figura 37 é derivado formando uma média de dez sinais de resposta digitalizados em um sinal do tipo mostrado na Figura 36 e revertendo o sinal no tempo, onde os sinais de resposta são recebidos por um elemento piezoelétrico tal como o elemento piezoelétrico a jusante (13) da Figura 1.

[00192] No Exemplo da Figura 37, os sinais digitalizados são obtidos cortando um trecho de sinal do sinal de resposta que se inicia aproximadamente 10 microssegundos antes do início do envelope do sinal de resposta e que termina aproximadamente 55 microssegundos atrás do envelope do sinal de resposta. A forma do envelope do sinal de resposta da Figura 37 é similar à forma de uma distribuição de probabilidade de Gauss, ou, em outras palavras, a uma versão adequadamente deslocada e colocada em escala da expressão exp(- xA2).

[00193] A Figura 38 mostra um trecho de um sinal de resposta ao sinal representado na Figura 37, onde o sinal da Figura 37 é aplicado a um primeiro elemento piezoelétrico, tal como o elemento piezoelétrico a montante (11), e é recebido em um segundo elemento piezoelétrico tal como o elemento piezoelétrico a jusante (13) da Figura 1.

[00194] A Figura 39 mostra uma função de correlação cruzada a montante e uma função de correlação cruzada a jusante, que são combinadas correlacionando de modo cruzado o sinal a montante e o sinal a jusante do arranjo da Figura 1 com um sinal obtido a fluxo zero, respectivamente.

[00195] A Figura 40 mostra uma ampliação seccional da Figura 39. Dois marcadores de posição indicam as posições dos máximos respectivos da função de correlação cruzada a montante e a jusante. A diferença de tempo entre os máximos é uma medida da diferença de tempo entre o sinal a montante e o sinal a jusante.

[00196] A Figura 41 mostra um sinal de resposta, que foi obtido sob condições similares àquelas do sinal de resposta da Figura 37. Diferente do arranjo da Figura 37, os elementos piezoelétricos são desalinhados de 12 graus em relação a um arranjo em linha reta ao longo do perímetro do duto. Este deslocamento é representado na inserção da Figura 41. A Figura 41 mostra que mesmo sob condições de desalinhamento há um sinal de resposta razoavelmente bem definido.

[00197] As Figuras 42 a 45 mostram, à guisa de Exemplo, diferentes arranjos de transdutores piezoelétricos pinça para os quais a medição de fluxo conforme o presente relatório descritivo pode ser usado. Especialmente para transdutores pinça um método de medição de fluxo conforme o presente relatório descritivo pode levar a um aperfeiçoamento da razão sinal para ruído nos arranjos das Figuras 42 a 45 ou em outros arranjos de transdutores similares. Adicionalmente, o método de medição de fluxo pode proporcionar economia de energia ao prover uma amplitude de sinal aumentada do sinal de resposta para uma energia de sinal de envio. Pelo que, a energia de envio de um sinal pode ser reduzida.

[00198] As Figuras 42 a 45 são alinhadas de tal modo que a força de gravidade sobre um líquido no duto (12) aponta para baixo. No entanto, arranjos que são rotacionados em relação aos arranjos das Figuras 42 a 45 também podem ser usados. O sentido da visão das Figuras 42 a 45 é ao longo do eixo longitudinal do duto (12). Uma posição a montante ou a jusante de um transdutor não está indicada nas Figuras 42 a 45.

[00199] No arranjo da Figura 42, uma matriz dos cinco elementos piezoelétricos 31-35 é proporcionada em uma primeira locação e um elemento piezoelétrico adicional é posicionado a montante ou a jusante da primeira locação. A matriz de elementos piezoelétricos 31-35 pode ser usada para obter uma frente de onda pré-determinada e atingir focalização aperfeiçoada de uma onda acústica em um sentido pré-determinado, quando a matriz de cinco elementos 31-35 é usada como transmissor e o elemento adicional 36 é usado como receptor.

[00200] No arranjo da Figura 43, um único elemento piezoelétrico (37) é alocado em uma primeira locação e uma matriz de cinco elementos piezoelétricos (38-42) é posicionada a montante ou a jusante da primeira locação. A matriz de cinco elementos piezoelétricos (38-42) pode ser usada para obter uma gravação aperfeiçoada da frente de onda do sinal de resposta. A gravação aperfeiçoada pode então ser usada para obter um sinal de medição de fluxo aperfeiçoado, que é então aplicado ao elemento piezoelétrico isolado (37).

[00201] A Figura 44 mostra um arranjo de dois elementos piezoelétricos (43,44) onde um elemento é posicionado a jusante em relação ao outro. A distância d da linha de conexão entre os elementos piezoelétricos (43,44) ao eixo de simetria do duto (12) é cerca de metade do raio do duto (12), de modo que uma camada de fluxo a uma distância d ao eixo central do duto (12) pode ser medida.

[00202] Especialmente para transdutores pinça, como os elementos piezoelétricos (43,44) representados na Figura 44, a medição de fluxo de acordo com o presente pedido provê sinal aperfeiçoado nos elementos piezoelétricos (43,44) receptores através da formação de feixes.

[00203] A Figura 45 mostra um arranjo de oito elementos piezoelétricos (4552) que são espaçados a 45 graus de distância. Vários arranjos são possíveis em relação a posicionamentos a montante - a jusante.

[00204] Em um arranjo, as locações dos sensores alternam entre a montante e a jusante ao longo do perímetro, por exemplo, (45,47,59,51) a montante e (46,48,50,52) a jusante.

[00205] Em outro arranjo, os primeiros quatro elementos consecutivos, tais como (45-48) ao longo do perímetro são colocados a montante ou a jusante em relação aos outros quatro elementos tais como (49-52). Em um arranjo adicional com 16 elementos piezoelétricos, todos os elementos piezoelétricos (45-52) da Figura 45 são colocados em um plano e o arranjo da Figura 45 é repetido no sentido a montante ou a jusante.

[00206] A Figura 46 mostra, à guisa de Exemplo, um dispositivo (60) de medição de fluxo no arranjo da Figura 1 ou outros arranjos conforme o presente relatório descritivo. No arranjo da Figura 1, dispositivo (60) de medição de fluxo é provido pelas primeira e segunda unidades de computação (15) e (16).

[00207] 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 digital para analógico (DAC) (64) através de um multiplexador (63). O segundo conector (62) é conectado a um conversor analógico para digital (ADC) (65) através de um multiplexador (66).

[00208] O ADC (65) é conectado a uma unidade (67) de seleção de sinal, que é conectada a uma unidade (68) de inversão de sinal, que é conectada a um filtro (69) de passa banda, que é conectado a uma memória (70) legível por computador. Adicionalmente, o ADC (65) é conectado a uma unidade (71) de computação de velocidade.

[00209] O DAC (64) é conectado a um gerador (72) de sinal de impulso e a um gerador (73) de sinal de medição. O gerador (73) de sinal de medição é conectado ao gerador (72) de sinal de impulso através de uma linha de comando (74). A unidade (71) de computação de velocidade é conectada ao gerador (73) de sinal de medição através de uma segunda linha de comando (75).

[00210] Em geral, o gerador (72) de sinal de impulso e o gerador (73) 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 dadas por interfaces de software entre os respectivos módulos.

[00211] Durante uma fase geradora de sinal, o gerador de sinal de impulso envia um sinal ao DAC (64), a unidade de seleção (67) recebe um sinal recebido correspondente através do ADC (65) e seleciona um trecho de um sinal recebido. A unidade de inversão (68) inverte o trecho de sinal selecionado em relação ao tempo, o filtro opcional (69) de passa banda elimina por filtração as frequências mais baixas e mais altas e o sinal de medição resultante é armazenado na memória (70) de computador. Quando a palavra “sinal” é usada por referência à etapa de manipulação de um sinal, ela pode se referir particularmente à representação de um sinal em uma memória de computador.

[00212] Em particular, a representação de um sinal pode ser definida por pares de valores de amplitudes digitalizadas e tempos discretos associados. Outras representações incluem, dentre outros, coeficientes de Fourier, coeficientes de transformada de wavelet e um envelope para a modulação de um sinal por amplitude.

[00213] A Figura 47 mostra uma segunda modalidade de um dispositivo (60’) para medição de fluxo no arranjo da Figura 1 ou outros arranjos de acordo com o presente relatório descritivo. O dispositivo (60’) para 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 forma de onda arbitrário (AWG).

[00214] O DDS (76) compreende um oscilador de referência (77), que é conectado a um registro (78) de controlador de frequência, um oscilador de controle numérico (NCO) (79) e ao DAC (64).

[00215] A entrada do NCO (79) para N canais é conectada à saída do registro (78) de controlador de frequência. A entrada do DAC (64) para M canais é conectada ao NCO (79) e a entrada de um filtro de passa baixa de reconstrução é conectada ao DAC (64). À guisa de Exemplo, um oscilador (79) direto com controle numérico com uma frequência de relógio de 100 MHz pode ser usado para gerar um sinal de amplitude modulada de 1 MHz. A saída do filtro (80) de passa baixa de reconstrução é conectada aos transdutores piezoelétricos (11,13) da Figura 1.

[00216] Devido à inércia de um oscilador de cristal, muitas vezes é vantajoso usar um oscilador de frequência mais alta do que aquela de uma onda carreadora a fim de obter um sinal pré-determinado com modulação de amplitude, por exemplo, usando um sintetizador digital direto como representado na Figura 47.

[00217] Em particular, as etapas do método de armazenar uma representação digital de um sinal e efetuar operações como selecionar um trecho de sinal, reverter um sinal no tempo e filtrar um sinal podem ser intercambiadas. Por exemplo, um sinal pode ser armazenado em uma forma invertida em relação ao tempo ou ele pode ser lido em ordem reversa para obter um sinal com inversão de tempo.

[00218] Embora a presente invenção tenha sido explicada em relação a um duto redondo DN 250, ela pode ser facilmente aplicada a outros tamanhos de duto ou mesmo a outras formas de duto. Embora as modalidades sejam explicadas em relação a transdutores pinça, transdutores úmidos, que se projetam no interior de um duto, podem ser igualmente usados.

[00219] As Figuras 48 e 49 ilustram um arranjo assimétrico de transdutores, onde um segundo transdutor é deslocado de 12 graus em relação a um eixo de simetria do duto (12).

[00220] A Figura 50 representa um sinal de medição de um ciclo de uma medição de tempo de voo, e a Figura 51 mostra um sinal de medição de dez ciclos de uma medição de tempo de voo. Os sinais representados nas Figuras 50 e 51 podem ser usados para uma medição de tempo de voo. Além disso, os sinais também podem ser usados para gerar um sinal de medição de acordo com o presente relatório usando uma inversão em relação ao tempo de um sinal de resposta recebido, tal como os sinais de resposta das Figuras 52 e 53.

[00221] A Figura 52 mostra um exemplo de um sinal de medição que é derivado de um sinal revertido em relação ao tempo, que é armazenado em baixa resolução.

[00222] As Figuras 53 a 55 mostram sinais de resposta aos respectivos sinais das Figuras 50 a 52. O sinal de resposta é capturado por um transdutor (11,13) de recepção do arranjo assimétrico das Figuras 48, 49 em resposta a um sinal de um transdutor de envio, que é excitado pelo sinal da Figura 50.

[00223] Em particular, a Figura 53 mostra um sinal de resposta do sinal da Figura 50, a Figura 54 mostra um sinal de resposta do sinal da Figura 51 para o arranjo das Figuras 48 e 49 e a Figura 55 mostra um sinal de resposta do sinal da Figura 52 para o arranjo das Figuras 48 e 49. Nos Exemplos mostrados, o sinal de resposta é mais concentrado no tempo, tem maior amplitude e tem envelope mais bem definido em comparação com os sinais das Figuras 52 e 53.

[00224] O resultado da Figura 55 demonstra que os benefícios da inversão da resposta de impulso em relação ao tempo que permitem, dentre outros, o uso de sinais de energia menores, podem ser retidos para resolução grosseira e arranjos de transdutores assimétricos.

[00225] Os resultados da Figura 55 demonstram que o uso de um sinal invertido em relação ao tempo de acordo com o presente relatório é capaz de prover atrasos de curta duração em comparação com medições convencionais de deslocamento Doppler para tempo de voo usando um sinal com 1 a 10 ciclos de oscilação. A Figura 55 enquanto resultado do arranjo representado na Figura 48 e na Figura 49 mostra adicionalmente que um sinal de medição de acordo com o presente relatório descritivo pode ser usado para finalidades de formatar feixes.

[00226] A Tabela 2 mostra resultados de atrasos de tempo para os arranjos assimétricos representados nas Figuras 48 e 49 e para as respectivas vazões de 21, 44 e 61 metros cúbicos por hora. TABELA 2

[00227] As Figuras 56 a 59 ilustram Exemplos adicionais de aplicações de V jV-1 i = N formatação de feixes. Em geral

canais de transmissão direta entre N transdutores sem considerar as reflexões nas paredes do duto, que são providas em um conduto. Esses canais de transmissão em geral têm diferentes propriedades e levam a diferentes sinais de resposta.

[00228] No caso em que todos os N transdutores são montados em diferentes alturas em relação ao sentido de fluxo ou ao sentido longitudinal do conduto, todos estes canais de transmissão podem ser usados para medições de fluxo. Uma propagação de sinal entre transdutores que seja perpendicular ao fluxo médio em geral não é útil para capturar componentes de velocidade de fluxo, mas ainda pode ser usada para determinar contaminações e variações materiais do conduto e variações nas propriedades dos transdutores e sua conexão ao conduto.

[00229] Uma medição de fluxo TOF compreende uma medição em ambos os sentidos em relação a um dado canal de transmissão entre dois dos transdutores. Uma medição de fluxo TOF que envolve canais de transmissão entre um primeiro transdutor e N-1 outros transdutores requer pelo menos N medições consecutivas: uma primeira medição com um sinal de medição aplicado ao primeiro transdutor e N-1 medições consecutivas com sinais de medição aplicados a cada um dos N-1 outros transdutores.

[00230] Em geral, os sinais de medição requeridos são diferentes para cada canal de transmissão e medições separadas para frente e para trás são necessárias para cada canal de transmissão. Assim, são requeridas 2 x (N1) medições. Por exemplo, max 2x (3-1) = 4 medições são possíveis, mas não necessariamente requeridas, no Exemplo da Figura 57.

[00231] Os sinais das Figuras 41 e 55 são produzidos por transdutores, que irradiam principalmente em um sentido preferencial, com um ângulo máximo de cerca de 12 graus para ambos os lados do sentido preferido. A direcionalidade dos transdutores é realizada, dentre outros, pelo ajuste da forma dos transdutores e sua conexão ao conduto. Dependendo do ângulo entre os transdutores, nem todas as trajetórias podem produzir um sinal suficientemente forte por um receptor, especialmente se aquele que envia tem alta direcionalidade. Aplicando as técnicas comumente somente resultados representados nas Figuras 53 e 54 podem ser obtidos os quais são tipicamente excessivamente ruidosos para estabelecer medições de fluxo. No entanto com o método proposto usando sinais de medições invertidos, sinais suficientemente bons tais como aqueles representados na Figura 55 podem ser obtidos.

[00232] O uso de um sinal de medição de acordo com o presente pedido, que usa uma reversão em relação ao tempo torna possível prover transdutores com menos direcionalidade. O sinal de medição focaliza a energia do sinal no receptor e o sinal recebido ainda é suficientemente forte.

[00233] De modo análogo a uma medição usando somente dois transdutores ou somente um canal de transmissão, a medição de fluxo pode ser efetuada usando um sinal de medição pré-determinado ou um sinal que é obtido por uma calibração prévia. Durante a etapa de calibração, os sinais de medição são derivados de sinais de resposta aos sinais de impulso. De acordo com um Exemplo, um sinal de impulso é aplicado a um transdutor para obter um ou mais sinais de resposta nos outros transdutores. Os sinais de medição são derivados aplicando uma inversão em relação ao tempo aos sinais de resposta ou a um trecho dos mesmos.

[00234] Em um Exemplo no qual há quatro trajetórias de medição, medições consecutivas são tomadas ao longo da primeira trajetória, segunda trajetória, terceira trajetória e quarta trajetória. As medições consecutivas são usadas para derivar um fluxo geral e/ou fluxos em uma camada ou posição pré- determinada.

[00235] Uma ou mais velocidades de fluxo podem então ser derivadas comparando as medições com um perfil de fluxo pré-determinado. À guisa de Exemplo, o perfil de fluxo pré-determinado pode ser obtido por uma simulação. Em outra modalidade, a velocidade de fluxo para uma camada ou posição específica é estimada usando resultados de um ou mais sinais de medição e métodos conhecidos para calcular o perfil de fluxo. Em uma modalidade, um volume de fluxo geral é derivado aplicando um perfil de fluxo calculado ou simulado a uma área de seção transversal do conduto.

[00236] As Figuras 56 e 57 ilustram uma medição de fluxo por tempo de voo usando três transdutores e duas trajetórias de transmissão.

[00237] As Figuras 58 e 59 mostram uma medição de pressão em um arranjo de dois transdutores. A escala de pressão da Figura 59 é exibida em unidades arbitrárias (u.a.).

[00238] Um sinal de medição de acordo com o presente pedido é aplicado ao primeiro transdutor (11) e a distribuição de pressão resultante é medida na periferia do conduto (12). Os transdutores (11,13) são deslocados no sentido longitudinal, similar ao arranjo da Figura 1.

[00239] Em um primeiro Exemplo, um sinal de medição adaptado à trajetória de sinal entre o transdutor (11) e o transdutor (13) é enviado desde o transdutor (11) ao transdutor oposto (13) e a distribuição de pressão resultante é medida. Isto produz uma curva similar à distribuição de pressão (90) da Figura 59, que tem um pico na posição do transdutor (13).

[00240] Em um segundo Exemplo, um sinal de medição adaptado à trajetória de sinal entre o transdutor (11) e o transdutor (13) é enviado desde o transdutor (11) ao transdutor (13’) e a distribuição de pressão resultante é medida. Diferente do primeiro arranjo, o transdutor (13’) é deslocado por um ângulo de 45 graus em relação a uma linha de conexão através do primeiro transdutor e o centro do conduto (12). Mesmo nesta situação, a distribuição de pressão resultante apresenta um pico em torno da posição do transdutor (13’) e, por conseguinte, a energia do sinal é concentrada em torno da posição do transdutor (13’).

[00241] Assim, um sinal de medição de acordo com o presente pedido, que é obtido usando uma reversão em relação ao tempo de um sinal entre os respectivos transdutores, leva a um sinal de pressão que não é somente concentrado no tempo, como mostrado na respectiva segunda Figura do conjunto de Figuras 10-35, mas a distribuição de pressão resultante é igualmente concentrada no espaço.

[00242] Usando um sinal padrão, tal como um sinal de impulso, ainda é possível obter a concentração no espaço, mas somente em uma locação fixa, próxima ao lado oposto do transdutor de envio. No entanto, usando um sinal de acordo com o presente relatório descritivo, que compreende um trecho com reversão, o pico da concentração de pressão pode ser deslocado.

[00243] Os transdutores ultrassônicos (11,13,23) das Figuras 56-59 podem ser dados por transdutores montados, que são montados no lado externo do conduto ou por transdutores úmidos, que penetram no interior do conduto (12) a partir do lado de fora do conduto (12).

[00244] A Figura 60 mostra um Exemplo para determinar se um dispositivo em teste usa o mesmo método de medição de fluxo que um dispositivo de verificação. Em uma primeira etapa, o dispositivo de verificação seleciona um sinal de impulso de teste. Por exemplo, isto pode compreender a seleção de uma forma de sinal para efetuar uma modulação de amplitude de uma onda sinusoidal a partir de um conjunto de formas de sinal armazenadas, tais como forma retangular, forma sinusoidal, forma em dente de serra, etc.

[00245] Em uma etapa adicional, o sinal de teste de impulso é aplicado a um primeiro transdutor. Em uma etapa posterior, um sinal de teste de resposta correspondente é recebido no segundo transdutor. Em etapas posteriores, o sinal de resposta de teste, ou um trecho do mesmo, é invertido e um sinal de teste de medição é derivado. Os transdutores aos quais o dispositivo de verificação está conectado são de preferência os transdutores do dispositivo em teste.

[00246] Em uma etapa adicional, o sinal de teste de medição é comparado com o sinal de medição real do dispositivo em teste. Se o sinal de teste de medição é similar ao sinal de medição do dispositivo em teste, é decidido que o dispositivo em teste usa o mesmo método que o dispositivo de verificação. Alternativamente ou adicionalmente, o dispositivo de verificação pode aplicar o sinal de teste de medição a um transdutor, receber um sinal de teste de resposta correspondente e comparar este sinal de teste de resposta com o sinal de resposta ao sinal de medição do dispositivo em teste.

[00247] O dispositivo de verificação pode receber ou medir os sinais do dispositivo em teste como sinais elétricos via ligação com fios do dispositivo em teste aos transdutores ou, alternativamente, os sinais podem ser medidos colocando um microfone no conduto e recebendo um sinal do microfone.

[00248] Se os sinais não são similares, o mesmo processo é repetido com sinais adicionais de impulso de teste disponíveis para ver se um dos sinais de impulso de teste leva a um sinal de teste de medição e/ou a um sinal de resposta ao mesmo que se pareça com o sinal de medição e/ou o sinal de resposta ao mesmo. No caso em que um sinal de impulso do dispositivo em teste está disponível, o dispositivo de verificação pode escolher o sinal de impulso disponível ou um sinal de impulso similar em vez de testar vários sinais de teste de impulso ou isto pode reduzir a seleção de sinais de teste de impulso.

[00249] Para um dispositivo em teste que usa várias trajetórias de sinal e/ou combinações de pares de transdutores de envio e recepção para a medição de fluxo, o dispositivo de verificação repete o método da Figura 60 para as trajetórias de sinais múltiplos e/ou para as combinações de transdutores múltiplos e os respectivos sinais de medição e/ou sinais de resposta aos sinais de medição são comparados.

[00250] Embora a descrição acima contenha bastante especificidade, isto não deve ser considerado como sendo limitativo do escopo das modalidades, mas como sendo meramente ilustrativo das modalidades previstas. As etapas do método podem ser efetuadas em ordem diferente do que aquela das modalidades apresentadas, e a subdivisão do dispositivo de medição em unidades de processamento e suas respectivas interconexões pode ser diferente daquelas das modalidades apresentadas.

[00251] Especialmente, as vantagens citadas acima em relação às modalidades não devem ser consideradas como sendo limitativas do escopo das modalidades, mas meramente destinadas a explicar possíveis realizações se as modalidades descritas são colocadas em prática. Assim, o escopo das modalidades deve ser determinado pelas reivindicações e seus equivalentes, em vez de pelos Exemplos apresentados.

[00252] As modalidades do presente relatório descritivo podem igualmente ser descritas com a seguinte lista de elementos sendo organizada em itens. As respectivas combinações de características que são descritas na lista de itens são consideradas como matéria independente, respectivamente, e podem igualmente ser combinadas com outras características do pedido.

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 (10), em que o método compreende: - fornecer ao conduíte de fluido (12) com um fluido que tem uma velocidade predeterminada em relação ao conduto de fluido; - fornecer ao conduíte de fluido (12) com um primeiro transdutor ultrassônico de fixação (11), um segundo transdutor ultrassônico de fixação (13) e um terceiro transdutor ultrassônico de fixação (23), o primeiro transdutor ultrassônico de fixação (11) e o terceiro transdutor ultrassônico de fixação (23) sendo desviados em relação ao segundo transdutor ultrassônico de fixação (13) em uma direção longitudinal do conduíte de fluido (12), em que as respectivas linhas de conexão entre o primeiro transdutor ultrassônico de fixação (11), o segundo transdutor ultrassônico de fixação (13) e o terceiro transdutor ultrassônico de fixação (23) se estendem para fora de um eixo de simetria do conduíte de fluido (12); - aplicar um primeiro sinal de medição ao primeiro transdutor ultrassônico de fixação (11); - medir um primeiro sinal de resposta do primeiro sinal de medição no segundo transdutor ultrassônico de fixação (13); - aplicar um segundo sinal de medição ao primeiro transdutor ultrassônico de fixação (11); - medir um segundo sinal de resposta do segundo sinal de medição no terceiro transdutor ultrassônico de fixação (23), caracterizado pelo fato de que o primeiro sinal de medição e o segundo sinal de medição compreendem, respectivamente, uma porção de sinal invertido em relação ao tempo de um sinal de resposta de um sinal de impulso correspondente ou de um sinal derivado do mesmo; - derivar um tempo de voo de pelo menos um dentre o primeiro sinal de resposta e o segundo sinal de resposta, derivar uma velocidade de fluxo do fluido a partir do tempo de voo; - aplicar um primeiro sinal de medição de direção reversa ao segundo transdutor ultrassônico de fixação (13); - medir um primeiro sinal de resposta de direção reversa do primeiro sinal de medição de direção reversa no primeiro transdutor ultrassônico de fixação (11); - aplicar um segundo sinal de medição de direção reversa ao terceiro transdutor ultrassônico de fixação (23); - medir um segundo sinal de resposta de direção reversa do segundo sinal de medição de direção reversa no primeiro transdutor ultrassônico de fixação (11) em que o primeiro sinal de medição de direção reversa e o segundo sinal de medição de direção reversa compreendem, respectivamente, uma porção de sinal invertido em relação ao tempo de um sinal de resposta de um sinal de impulso correspondente ou de um sinal derivado do mesmo; - derivar um tempo de voo de pelo menos um dentre o primeiro sinal de resposta, o primeiro sinal de resposta de direção reversa, o segundo sinal de resposta e o segundo sinal de resposta de direção reversa e derivar uma velocidade de fluxo do fluido do tempo de voo; - aplicar um terceiro sinal de medição ao segundo transdutor ultrassônico de fixação (13); - medir um terceiro sinal de resposta do segundo sinal de medição no terceiro transdutor ultrassônico de fixação (23) em que o terceiro sinal de medição compreende uma porção de sinal invertido em relação ao tempo de um sinal de resposta de um sinal de impulso correspondente ou de um sinal derivado do mesmo; - derivar pelo menos uma velocidade de fluxo do fluido do terceiro sinal de resposta; - aplicar um terceiro sinal de medição de direção reversa ao terceiro transdutor ultrassônico de fixação (23); - medir um terceiro sinal de resposta de direção reversa do terceiro sinal de medição de direção reversa no segundo transdutor ultrassônico de fixação (13) em que o terceiro sinal de medição de direção reversa compreende uma porção de sinal invertido em relação ao tempo de um sinal de resposta de um sinal de impulso correspondente ou de um sinal derivado do mesmo; - derivar pelo menos uma velocidade de fluxo do fluido do terceiro sinal de resposta e do terceiro sinal de resposta de direção reversa; - aplicação de um sinal de medição ao primeiro transdutor ultrassônico de fixação (11); - medir um sinal de resposta do sinal de medição no segundo transdutor ultrassônico de fixação (13), em que o sinal de medição compreende uma porção de sinal invertido em relação ao tempo de um sinal de resposta de um sinal de impulso correspondente ou de um sinal derivado dele; - derivar uma velocidade de fluxo do fluido do sinal de resposta; - aplicação de um sinal de medição de direção reversa ao segundo transdutor ultrassônico de fixação (13); - medir um sinal de resposta de direção reversa do sinal de medição no primeiro transdutor ultrassônico de fixação (11); em que o sinal de medição compreende uma porção de sinal invertido em relação ao tempo de um sinal de resposta de um sinal de impulso correspondente ou de um sinal derivado dele; - derivar uma velocidade de fluxo do fluido do sinal de resposta; - em que a porção do sinal que é usada para derivar os respectivos sinais de medição compreende uma primeira porção em torno de uma amplitude máxima de um sinal de resposta e uma porção do sinal posterior, a porção do sinal posterior se estendendo no tempo atrás da chegada tempo da amplitude máxima; - o processamento de pelo menos um dos sinais de resposta para determinar uma mudança na espessura da parede do conduíte ou para determinar as características do material das paredes do medidor através da determinação das características da onda sonora longitudinal e transversal; - fornecer um fluido ao conduíte de fluido (12); - fornecer um primeiro sinal de impulso a um do primeiro ou do segundo transdutor ultrassônico de fixação (11, 13); - receber um primeiro sinal de resposta do primeiro sinal de impulso no outro do primeiro ou do segundo transdutor ultrassônico de fixação (11, 13); - fornecer um segundo sinal de impulso para um do primeiro ou terceiro transdutor ultrassônico de fixação (11, 23); - receber um segundo sinal de resposta do segundo sinal de impulso no outro do primeiro ou terceiro transdutor ultrassônico de fixação (11, 23); - derivar o primeiro sinal de medição do primeiro sinal de resposta; - derivar o segundo sinal de medição do segundo sinal de resposta, onde a derivação dos respectivos primeiro e segundo sinais de medição compreendendo selecionar uma porção do sinal dos respectivos primeiro e segundo sinais de resposta ou de um sinal derivado dos mesmos e inverter a porção do sinal em relação ao tempo; - armazenar o primeiro sinal de medição e o segundo sinal de medição para uso posterior; - fornecer um sinal de impulso a um do primeiro transdutor ultrassônico de fixação (11) e ao segundo transdutor ultrassônico de fixação (13); - receber um sinal de resposta do sinal de impulso no outro do primeiro transdutor ultrassônico de fixação (11) e o segundo transdutor ultrassônico de fixação (13); - derivando o sinal de medição do sinal de resposta; a derivação do sinal de medição compreendendo a seleção de uma porção do sinal do respectivo sinal de resposta ou de um sinal derivado do mesmo e reversão da porção do sinal em relação ao tempo; - armazenar o sinal de medição para uso posterior; - 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 respectivo sinal de medição de uma média dos sinais de resposta recebidos; - a derivação do respectivo sinal de medição compreende digitalizar o sinal de resposta correspondente ou um sinal derivado do mesmo em relação à amplitude; - aumentar a resolução de bits do sinal digitalizado para aumentar a amplitude de um sinal de resposta para o respectivo sinal de medição; - diminuir a resolução de bits do sinal digitalizado para aumentar a amplitude de um sinal de resposta para o respectivo sinal de medição; - a resolução de bits do sinal digitalizado em relação à amplitude é uma resolução de bits baixa.

2. Dispositivo para medir uma velocidade de fluxo de um fluido em um conduto com um medidor de fluxo ultrassônico de tempo de viagem, compreendendo: - um primeiro conector (61); - um primeiro transdutor ultrassônico de fixação (11) que é conectado ao primeiro conector (61); - um segundo conector (62); - um segundo transdutor ultrassônico de fixação (13) que é conectado ao segundo conector (62); - uma porção de um medidor; - uma unidade de transmissão para enviar sinais de impulso e para enviar sinais de medição; - uma unidade receptora para receber sinais de resposta; caracterizado pelo fato de que o primeiro transdutor ultrassônico de fixação (11) sendo montado na porção de conduto em um primeiro local, e o segundo transdutor ultrassônico de fixação (13) sendo montado na porção do medidor em um segundo local, em que as respectivas linhas de conexão entre o primeiro transdutor ultrassônico de fixação (11) e o segundo transdutor ultrassônico de fixação (13) se estendem para fora de um eixo de simetria do conduíte de fluido (12); - uma unidade de processamento para derivar um sinal de medição de um sinal invertido, em que a derivação do sinal invertido compreende a reversão de uma porção de sinal de um sinal de resposta de um sinal de impulso correspondente ou de um sinal derivado deste em relação ao tempo, e em que a unidade de processamento, a unidade de transmissão e a unidade de recepção são operativas para aplicar o sinal de medição ao primeiro conector (61), para receber um sinal de resposta do primeiro sinal de medição no segundo conector (62), para derivar um tempo de voo do sinal de resposta e para derivar um tempo de voo da velocidade do fluxo; - um conversor D / A, o conversor D / A sendo conectado ao primeiro conector (61); - um conversor A / D, o conversor A / D sendo conectado ao segundo conector (62); - uma memória legível por computador (70) para armazenar o sinal de medição; - uma unidade de seleção (67), a unidade de seleção (67) sendo operativa para selecionar uma porção de um sinal de resposta recebido para o sinal de impulso ou um sinal derivado do mesmo, e uma unidade de inversão (68), a unidade de inversão (68) sendo operativa para inverter a porção selecionada do sinal de resposta recebido em relação ao tempo para obter o sinal invertido; - um sintetizador de sinal digital direto (76), o sintetizador de sinal digital direto (76) compreendendo um conversor A / D; - um registro de controle de frequência, um oscilador de referência, um oscilador controlado numericamente e um filtro passa baixa de reconstrução, o conversor A / D sendo conectável ao primeiro e ao segundo conectores através do filtro passa baixa de reconstrução; - uma porção de um conduíte (12), o primeiro transdutor ultrassônico de fixação (11) sendo montado na porção de conduto em um primeiro local, e o segundo transdutor ultrassônico de fixação (13) sendo montado na porção de conduto em um segundo local.

3. Método para determinar se um dispositivo de teste está medindo uma velocidade de fluxo de um fluido em um conduíte de fluido (12), de acordo com a reivindicação 1, 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 ao conduíte de fluido (12), um primeiro transdutor ultrassônico de fixação (11) e um segundo transdutor ultrassônico de fixação (13), o segundo transdutor ultrassônico de fixação (13) sendo fornecido a montante ou a jusante do primeiro transdutor ultrassônico de fixação (11); - aplicar um sinal de impulso de teste ao primeiro transdutor ultrassônico de fixação (11) do dispositivo de teste; - receber um primeiro sinal de resposta de teste do sinal de impulso de teste no segundo transdutor ultrassônico de fixação (13) do dispositivo de teste; - derivar um primeiro sinal de medição de teste do sinal de resposta de teste, a derivação do sinal de medição de teste compreendendo a reversão do primeiro sinal de resposta, ou uma parte dele, em relação ao tempo; - comparar o primeiro sinal de medição de teste com um primeiro sinal de medição que é emitido em um transdutor do dispositivo de teste, em que é determinado que o dispositivo de teste está usando um método para determinar uma velocidade de fluxo de um fluido em um conduíte de fluido (12), de acordo com a reivindicação 1, se o primeiro sinal de medição de teste e o primeiro sinal de medição forem semelhantes; - fornecer ao conduíte de fluido (12), um terceiro transdutor ultrassônico de fixação (23), o primeiro transdutor ultrassônico de fixação (11) e o terceiro transdutor ultrassônico de fixação (23) sendo desviados em relação ao segundo transdutor ultrassônico de fixação (13) em uma direção longitudinal do conduíte de fluido (12); - aplicar um sinal de impulso de teste ao primeiro transdutor ultrassônico de fixação (11) do dispositivo de teste ou ao segundo transdutor ultrassônico de fixação (13) do dispositivo de teste; - receber um segundo sinal de resposta de teste do sinal de impulso de teste no terceiro transdutor ultrassônico de fixação (23) do dispositivo de teste; - derivar um segundo sinal de medição de teste do segundo sinal de resposta de teste; - comparar o segundo sinal de medição de teste com um segundo sinal de medição que é emitido em um transdutor do dispositivo de teste, em que é determinado que o dispositivo de teste está usando um método para determinar uma velocidade de fluxo de um fluido em um conduíte de fluido (12) de acordo com a reivindicação 1, se o primeiro sinal de medição de teste e o primeiro sinal de medição forem semelhantes.