CN116973594A - 包括压力传感器的超声流体表 - Google Patents

包括压力传感器的超声流体表 Download PDF

Info

Publication number
CN116973594A
CN116973594A CN202310485100.7A CN202310485100A CN116973594A CN 116973594 A CN116973594 A CN 116973594A CN 202310485100 A CN202310485100 A CN 202310485100A CN 116973594 A CN116973594 A CN 116973594A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flow rate
fluid
pressure
current flow
ultrasonic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310485100.7A
Other languages
English (en)
Inventor
A·萨布拉维
A·S·巴斯特克
O·阿比德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sagemcom Energy and Telecom SAS
Original Assignee
Sagemcom Energy and Telecom SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sagemcom Energy and Telecom SAS filed Critical Sagemcom Energy and Telecom SAS
Publication of CN116973594A publication Critical patent/CN116973594A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/34—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0025—Electrical or magnetic means
    • F16K37/005—Electrical or magnetic means for measuring fluid parameters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K5/00—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary
    • F16K5/06—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary with plugs having spherical surfaces; Packings therefor
    • F16K5/0605—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary with plugs having spherical surfaces; Packings therefor with particular plug arrangements, e.g. particular shape or built-in means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
    • G01F1/22—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow by variable-area meters, e.g. rotameters
    • G01F1/26—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow by variable-area meters, e.g. rotameters of the valve type
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/34—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
    • G01F1/36—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/662—Constructional details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/005—Valves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
    • G01P5/245—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by measuring transit time of acoustical waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/50—Systems of measurement, based on relative movement of the target
    • G01S15/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

一种超声流体表(1)，包括：超声测量设备(6)；阀(12)，包括可移动构件(14)；位置传感器(15)，被配置成测量可移动构件的当前位置；压力传感器(16)，被布置成测量在管道中的流体的压力；处理单元(5)，被布置成在可移动构件的当前位置使得当前流速不能被超声测量设备测量的情况下根据可移动构件的当前位置、流体在当前流速下的压力、以及流体在零流速下的压力来评估当前流速。

Description

包括压力传感器的超声流体表
技术领域
本发明涉及超声流体表的领域。
背景技术
超声流体表最通常包括流体在其中流动的管道，以及包括上游换能器(在网络侧上)和下游换能器(在用户设施侧上)的超声测量设备。每个换能器相继地充当超声信号的发射器和接收器。因此，上游换能器将超声信号发射到管道中，该超声信号在流体中沿着(精确已知长度的)预定义路径行进之后被下游换能器接收。接下来，该下游换能器进而发射超声信号，该超声信号在该流体中沿着预定义路径(在另一方向上)行进之后被上游换能器接收。然后，超声测量设备基于超声信号在换能器之间的飞行时间来评估流体的流速。估计流体流速使得有可能评估消耗的流体量并对其开账单。
在一些国家中，仪表必须能够限制、调节和关闭流体的流速。作为示例，在一些国家中并且在未付费的水账单的情况下，配水商必须在完全切断对水的接入之前给“坏的付款人”终端客户提供最小流速达一定天数。
这个最小流速可以根据国家和客户而变化，并且因此有必要具有“按需”调节流速的可能性：流速必须根据流速设定点来调节。
为了调节流速，已经提出了将电动球阀整合到仪表管道中的提议。可以远程地控制球的角位置以便调节流速。
然而，必须限制仪表的尺寸，并且可能有必要将阀定位在流速测量区中，即在这两个换能器之间。
然而，当阀未充分打开时，超声信号不能以正常方式在管道中行进并且遵循预定义路径。
因此针对球的某些角位置来测量和调节流速是不可能的。
发明内容
本发明的目的是不管超声流体表中的阀的状态(打开、关闭、部分打开)如何都能够测量和调节流体的流速，该流体表包括流体在其中流动的管道和定位于该管道中的阀。
为了达成这一目的，提供了一种超声流体表，包括：
流体能在其中流动的管道；
超声测量设备，该超声测量设备包括布置成在管道中发射和接收超声信号的两个换能器，该超声测量设备被布置成根据超声信号在换能器之间的飞行时间评估流体的当前流速；
沿着管道的长度定位在两个换能器之间的阀，该阀包括可移动构件(14)，该可移动构件在管道中延伸并且能针对该可移动构件调节当前位置以便控制流体的当前流速；
位置传感器，该位置传感器被配置成测量可移动构件的当前位置；
压力传感器，该压力传感器布置成测量在管道中的流体的压力
处理单元，该处理单元布置成在可移动构件的当前位置使得当前流速不能被超声测量设备测量的情况下根据可移动构件的当前位置、流体在当前流速下的压力、以及流体在零流速下的压力来评估当前流速。
因此，在本发明的仪表中，当阀的移动构件阻塞管道使得超声设备不可操作时，由压力传感器产生的压力测量可被用于评估和调节当前流体流速。
在一个实施例中，压力传感器被定位在阀的上游。
在一个实施例中，为了评估流体在零流速下的压力，处理电路被配置成：
将阀完全打开；
使用超声测量设备以测量当前流速；
等待直到所述当前流速变为零；
然后采集由压力传感器产生的至少一个压力测量。
在一个实施例中，为了评估流体在零流速下的压力，处理电路被配置成：
将阀完全关闭；
然后采集由压力传感器产生的至少一个压力测量。
在一个实施例中，处理单元被布置成在移动构件的当前位置使得当前流速可由超声测量设备测量时，使用流体的压力来合并由超声测量设备产生的流体的当前流速的测量。
在一个实施例中，流体是可压缩流体，流体表还包括温度传感器，该温度传感器被配置成测量管道中的流体的温度，该处理电路被配置成使得：如果可移动构件的当前位置使得当前流速不能被超声测量设备测量，则处理电路还使用流体的温度来评估当前流速。
在一个实施例中，阀是球阀。
还提供了一种用于测量流体的当前流速的方法，该方法在如上所述的超声流体表的处理电路中执行，并且如果可移动构件的当前位置使得当前流速不能被超声测量设备测量，则该方法包括根据可移动构件的当前位置、流体在当前流速下的压力、以及流体在零流速下的压力来评估当前流速的步骤。
在一个实施例中，如果可移动构件的当前位置使得当前流速可由超声测量设备测量，则如上所述的测量方法包括以下步骤：
测量可移动构件的当前位置；
将阀完全打开；
使用超声测量设备以测量当前流速；
等待直到所述当前流速变为零；
然后采集由压力传感器产生的至少一个压力测量，并且从而评估流体在零流速下的压力；
将可移动构件返回至所述当前位置；
然后采集由压力传感器产生的至少一个压力测量，并且从而评估流体在当前流速下的压力；
根据移动构件的所述当前位置、流体在当前流速下的压力、以及流体在零流速下的压力来评估当前流速。
在一个实施例中，如上所述的测量方法还包括以下步骤：
检测在时间t1与时间t2之间延伸的时间间隔，使得：
o在时间t1，流体的压力值从等于网络压力的值变化成另一值；
o在时间t2，流体的压力值再次变化成等于网络的压力；
在时间间隔[t1；t2]上对当前流速进行积分，以便计算所消耗的体积。
另外，提供了一种计算机程序，其包括使得如上所述的仪表的处理单元执行如上所述的检测方法的各步骤的指令。
还提供了一种计算机可读存储介质，其存储上述计算机程序。
另外，提出了一种用于调节当前流速的方法，该方法在如上所述的超声流体表的处理电路中执行，并且包括以下步骤：
采集流速设定点；
使用如上所述的测量方法估计当前流速；
根据流速设定点和当前流速之间的差值适配可移动构件的所述当前位置。
还提供了一种计算机程序，其包括使得如上所述的仪表的处理单元执行如上所述的调节方法的各步骤的指令。
还提供了一种计算机可读存储介质，其存储上述计算机程序。
根据以下对本发明的特定非限制性实施例的描述，将最好地理解本发明。
附图说明
将对附图作出参考，附图中：
[图1]图1示出了根据本发明的第一实施例的超声流体表；
[图2]图2示意性地示出了管道中的两个换能器；
[图3]图3示出了针对第二参考表的表格；
[图4]图4示出了测量方法的各步骤；
[图5]图5示出了显示针对不同的网络压力值的作为阀打开角度的函数的流速的变化的曲线的图；
[图6]图6示出了针对第三参考表的表格；
[图7]图7示出了调节方法的各步骤；
[图8]图8示出了包括20℃处作为压力的函数的水中声速的曲线的图；
[图9]图9示出了其中示出了当设施开始并随后停止消耗水时在管道中测得的压力变化的图；
[图10]图10示出了根据本发明的第二实施例的超声流体表；
[图11]图11示出了根据本发明的第三实施例的超声流体表。
具体实施方式
参考图1和图2，本发明体现在超声水表1中。这里，仪表1是被用于测量订户的设施2的水消耗的水表。水由配送网络3供应给订户的设施2。
表1包括管道4，其中流动着由网络3供应给设施2的水。管道4中的水从上游流至下游，如由箭头F的方向所指示的。这里，术语“上游”意指网络3的一侧上，而术语“下游”意指设施2的一侧上。
仪表1包括处理电路5。处理电路5包括至少一个处理组件5a，该处理组件例如是“通用”处理器、专用于信号处理的处理器(或数字信号处理器(DSP))、微控制器、或实际上诸如FPGA(或现场可编程门阵列)或ASIC(或专用集成电路)的可编程逻辑电路。处理电路5还包括连接到或集成到处理组件5a中的一个或多个存储器5b。这些存储器5b中的至少一个形成计算机可读存储支持，至少一个计算机程序被存储在该计算机可读存储支持上，至少一个计算机程序包括使处理组件5a执行以下将描述的测量方法和调节方法的至少一些步骤的指令。
仪表1还包括超声测量设备6。“默认地”使用超声测量设备6以便测量通过网络3供应至设施2的水的流速。
超声测量设备6包括上游换能器7a和下游换能器7b。超声测量设备6还包括连接至上游换能器7a和下游换能器7b的测量模块9。这里，处理模块9被实现在处理电路5中。
上游换能器7a和下游换能器7b是(但不一定)配对的。在该示例中，上游换能器7a和下游换能器7b是压电换能器。
每个换能器7a、7b相继地充当超声信号的发射器和接收器。
处理器模块9生成电激励信号并将电激励信号递送给发射器。发射器接着生成超声信号。接收器在超声信号沿预定以路径10在流体中行进之后接收它，并且处理模块9测量飞行时间。
预定义路径10在这里是直的路径(相对于管道4的纵向轴线倾斜，如在图1中的情况，或者平行于所述轴线，如在图2中的情况)。预定义路径10具有非常精确地已知的长度d。
因此，首先，上游换能器7a发射由下游换能器7b接收的超声信号。处理模块9测量从上游到下游的飞行时间TOFUP。
接着，下游换能器7b发射由上游换能器7a接收的超声测量信号。处理模块9测量从下游到上游的飞行时间TOFDN。
我们有：
其中c是水中的声速，d是预定义路径10的长度，而vfluid是水的流速。
现在我们定义ΔTOF和ΣTOF：
ΔTOF＝TOFDN-TOFUP
ΣTOF＝TOFDN+TOFUP
处理模块9经由两个飞行时间(向外和返回)的均值计算声速，该声速与流体的流动无关：
处理模块如下计算水的流速：
例如，经由多项式近似从声速计算温度，而不考虑压力(如果未测量)：
根据这些数据，水的流速Q计算如下：
因子KT在表面处是均匀的，并且尤其与管道4的截面相关。因子KT是根据水的温度从第一参考表导出的。第一参考表被存储在处理电路5的存储器5b中。对于测得的ΔTOF，经由声速计算温度。接着，经由第一参考表获得作为先前计算的温度的函数的KT。
参考图3，为了限制复杂的计算(并且因此计算时间和能量消耗)，有可能使用第二参考表11以便估计水的流速。举例来讲，此第二参考表11是二维的：温度与流速。第二参考表11被存储在处理电路5的存储器5b中。
这里，第二参考表11包括单个表。
作为示例，如果温度等于T1，并且如果ΔTOF等于ΔTOF11，则处理模块9将从其中推断出流速等于D1。
仪表1还包括阀12，该阀使得有可能调节、限制或关闭水的流动。阀12可以在图1中看到，但在图2中未示出。
阀12沿着管道4的长度定位在两个换能器7a、7b之间。
阀12是电动(机电)多位置阀。阀12包括可移动构件，该可移动构件在管道4中延伸并且可以针对该可移动构件调节当前位置，以便控制流体的当前流速。这里，阀12是球阀并且因此可移动构件是球14；球14的当前位置是角位置。
计数器(counter)1还包括位置传感器15，该位置传感器被配置成测量球14的当前位置。
仪表1还包括可以用于实现任何类型的通信的通信装置，例如，经由2G、3G、4G、Cat-M或NB-IOT蜂窝网络的通信、根据LoRa协议的通信、根据在169MHz的频率下操作的Wize标准的无线电通信等。
该通信装置特别地使处理电路5能够从外部接收流速设定点。作为示例，该流速设定点是由供水方或网络管理方的信息系统(IS)可能经由数据集中器来传送的。
处理电路5获取流速设定点、球14的当前位置(由位置传感器15测量)，并且因此可在必要时通过修改球14的角位置来调节当前流速。应注意，处理电路5还能够自主地控制阀12(即，没有接收来自外部的设定点)。还应该注意的是，阀12可以经由不同的设定点来管理，例如经由球14的角位置设定点来管理。
仪表1还包括定位在管道4中的压力传感器16。第一压力传感器16在此被定位在管道14中阀12的上游，大致面向上游换能器7a。压力传感器16使得有可能测量管道4中的流体的瞬时压力。
如上所示，默认使用超声测量设备6来测量当前流速。
然而，当阀12未充分打开时(即，对于球(14)的某些角位置)，存在球14将阻止超声信号在换能器7a、7b之间传播的可能性：阀12阻塞超声场，然后水流速不能由超声测量设备6测量。在此类情况下，处理电路5使用压力传感器16以测量管道4中的水的当前流速。
具体地，阀12充当减压设备，从而放大在其入口与其出口之间的负载下降。
当阀12打开或部分打开并且当前流速为零时，测得的压力是该点处的网络压力(静态压力)。
在阀关闭的情况下，对于给定的网络压力，打开阀将导致压力变化(下降)：在零流速下的压力与具有流速的压力之间将存在差值。
截面(管道、阀等)的变化生成速度上的变化并且因此生成压力上的变化。因此，测得的瞬时压力(对于恒定网络压力)是当前流速的反映。
当阀12关闭时，当前流速为零时，并且测得的压力是该点处的网络压力(静态压力)。
当球14的当前位置使得当前流速不能被超声测量设备6测量时，即当阀12处于半打开位置并且超声测量不可能时，处理电路5根据球14的当前角位置、流体在当前流速下的压力、以及流体在零流速下的压力来评估当前流速。
现在参考图4，现在将描述在这种情况下由处理电路5实现的测量方法的更详细描述。
处理电路5首先尝试通过使用超声测量设备6测量当前流速(步骤E1)。
处理电路5验证超声信号是否能在换能器7a、7b之间自由行进，并且因此验证球14的当前位置是否使得当前流速能由超声测量设备6测量(步骤E2)。如果是这种情况，则处理电路5使用超声测量设备6以测量当前流速。
否则，处理电路5(经由位置传感器15)采集球14的当前角位置：步骤E3。
如果阀12关闭，则处理电路5采集经由压力传感器产生的至少一个压力测量(步骤E4)，并且因此评估零流速下的水压(步骤E5)。
如果阀12部分打开，则处理电路5测量球14的当前位置(步骤E6)。
处理电路5随后将阀完全打开(至100％)：步骤E7。
处理电路因此使用超声测量设备6来测量流速(步骤E8)。
处理电路5等待直到当前流速为零(步骤E9)。
当当前流速为零时，处理电路5采集由压力传感器产生的至少一个压力测量，并且因此评估零流速下的水压(步骤E10)。
处理电路5随后将球14返回至其初始位置(即，至当前位置)：步骤11。
处理电路5然后采集由压力传感器16产生的至少一个压力测量，并且因此评估水在当前流速下的压力。处理电路5随后根据球14的当前位置、水在当前流速下的压力、以及水在零流速下的压力来估计当前流速(步骤E12)。
使用如下假设：与网络压力3的测量频率相比，网络3的静态压力PS不会改变或轻微改变，则网络压力PS与瞬时压力之间的差值ΔP(ΔP＝PS-PI)事实上是当前流速的反映。
图5示出了其中针对网络压力的不同值，流速根据阀12的球14的角位置改变的方式：曲线C1对应于16巴的网络压力，曲线C2对应于6巴的压力，而曲线C3对应于1巴的压力。
参考图6，为了估计当前流速，处理电路5然后使用存储在处理电路5的存储器5b中的第三参考表18。
第三参考表18是三维表，其例如包括三个表格，每个与网络压力PS相关联：PS＝16巴，PS＝6巴，PS＝1巴。
例如，如果网络压力PS＝16巴，并且ΔP＝PS-PI＝ΔP31，并且球的角位置是θ＝θ3，则处理电路估计当前流速等于D1。
应该观察到，网络的静态压力PS被认为恒定，直到下一测量。阀12的关闭出于更新它的目的(若必要)来被编程。
再次参考图4，应该观察到，步骤E7、E8和E9可以用仅包括将阀12完全关闭(这可能对订户不利)的步骤替代。流速随后为零。处理电路5然后采集由压力传感器16产生的至少一个压力测量，以便评估水在零流速下的压力。
如果必要，处理电路5也可以调节当前流速。
为此，现在参考图7，处理电路5采集流速设定点(步骤E20)。
处理电路5然后使用刚刚描述的测量方法来测量当前流速，然后计算流速设定点与当前流速之间的差值(步骤E21)。
处理电路5然后根据该差值适配球14的当前位置。
为此，处理电路5采集网络的压力(先前经由测量方法测量)－步骤E22，然后在第三参考表18中确定球14的最佳角位置，该最佳角位置使得有可能向当前流速赋予流速设定点的值(步骤E23)。
处理电路5然后调节阀12以使球14进入最佳角位置。
然后，处理电路5再次测量当前流速(步骤E24)，并且调节方法返回至步骤E21。伺服控制继续直到获得当前流速和流速设定点之间的可忽略的差异。
有利地，如果球14的当前位置使得当前流速可由超声测量设备6测量时，处理电路6能通过使用水的压力来合并由超声测量设备6产生的当前流速的测量。
如上所讨论的，超声测量设备6使用超声信号来计算声音在水中的速度和水在管道4中的流速。事实上，超声信号的向外时间和返回时间之间的差值反映了流动的速度。向外时间和返回时间的总和反映了水的温度。
为了获得流速的非常精确的测量，因此优选的是知道管道4中的温度、水中声速以及水的压力。
一般来说，压力被认为是可忽略的。
然而，水中声速(如在任何流体中)除其他之外是温度和压力的函数。
因此，在恒定的温度T下，水中的声速c(T,P)作为压力P的函数而变化，如在Belogol’skii等人的方程中所指示的：
c(T,P)＝c(T,0)+M1(T)(P-0.101325)+M2(T)(P-0.101325)2+
M3(T)(P-0.101325)3
c(T,0)＝a00+a10T+a20T2+a30T3+a40T4+a50T5
M1(T)＝a01+a11T+a21T2+a31T3
M2(T)＝a02+a12T+a22T2+a32T3
M3(T)＝a03+a13T+a23T2+a33T3
系数a00、a10、a20等在本说明书的附录中提供。
在图8中可以看出，水中声速根据压力而变化。
因此，在20℃处，在1巴的介质与16巴的介质之间(住宅水网络的最大压力)，声速将从1482.5m/s至1484.99m/s变化(2.48m/s的差值)。该差值对应于0.82℃的温度差。
该差值可经由第二参考表11(图3)将误差引入到流速的计算中。
因此，有利的是在校准期间和在测量期间考虑压力以便改进介质的表征和流速的计算。
于是有可能用三维表来替换第二参考表11，该三维表包括与图3中的表相似的表，用于不同的预定义压力值。
有利地，处理电路5能使用压力传感器16和第二压力传感器17以评估经管道4配送的水量。
事实上，在存在流速的情况下，水的压力将变化。
为此，参考图9，处理电路5检测在时间t1和时间t2之间延伸的时间间隔，使得：
o在时间t1，水的压力值从等于网络压力的值变成另一值；
o在时间t2，水的压力值再次变成等于网络压力。
在时间t1，水压Pt1因此不同于在时间t1之前的时间t1-1处测量的水压Pt1-1。Pt1≠Pt1-1。压力Pt1-1等于网络的压力PS，并且时间t1–1是执行紧接在时间t1处执行的测量之前的压力测量的时间。在时间t2，流体压力Pt2再次变得等于压力Pt1-1：Pt2＝Pt1-1＝PS。
该时间间隔[t1,t2]的准确性取决于压力传感器16的测量频率。
然后，处理电路5在时间间隔[t1；t2]上对当前流速进行积分，以便计算所消耗的体积：
其中Q是当前流速(以升/小时计)。
应当指出的是，本发明可以清楚地在除了水表之外的流体表中进行。特别地，流体可以是可压缩流体(例如气体)。
在这种情况下，有利地，参考图10，根据本发明的第二实施例的超声流体表101包括用于流体的温度传感器120。这里，温度传感器120位于压力传感器116的上游。应注意，图10的附图标记是图1的那些附图标记加了值100。
在可压缩流体的情况下，实际上不可能在不知道温度的情况下将压力降与流速相关联。
具体地，已知：
P.V＝n.R.T，
其中：
P：压力(Pa)；
V：体积(m3)；
n：材料的量(mol)；
R：理想气体常数(≈8,314J/K/mol)；
T：绝对温度(K)。
在给定温度处，我们有：
其中：
ΔP：压力降；
Q：流速，以升/小时计。
根据Gay-Lussac定律，在恒定体积下，一定量的气体的压力与其绝对温度成正比(P∝T)：
因此，当知道绝对温度以便能够使流速与压降相关的重要性时，压力的变化可以是归因于流速的变化或温度的变化。因此，在气体的情况下有必要集成温度传感器并且在恒温下进行这些测量(如果仅存在一个温度传感器)。
处理电路105因此使用四个维度的第四参考表。举例来说，此第四参考表对应于第三参考表18，与温度相对应的第四维度被添加至该第三参考表。
自然地，本发明不限于所描述的实施例，而是涵盖了落入如由权利要求书限定的本发明范围内的任何变型。
清楚的是，无论上游换能器和下游换能器的定位和配置如何，本发明都是适用的。超声信号可在相对于管道的纵轴的任何定向角来发射。
换能器之间的预定义路径不一定需要是直路径。图11示出了根据第三实施例的超声流体表201。球阀212处于打开位置。由换能器207a、207b发射和接收的管道204中的超声信号通过反射器221(例如，以45°定向的反射镜)反射。
显然，本发明不仅适用于水表，而是适用于任何流体的任何仪表：气体、石油、油、药品等。
该阀不一定需要是球阀。可以使用任何类型的阀来调节流速，例如滑阀。可以调节流速的可移动构件的位置不一定是角位置，而可以是轴向位置。
压力传感器不一定要定位在阀的上游，而是可定位在其下游。然而，在这种情况下，当阀完全关闭时，测得的压力不对应于网络的压力。
附录：
以下表格包含在Belogol'skii等人的等式中使用的系数：
a00 1402.38744
a10 5.03836171
a20 -5.81172916×10-2
a30 3.34638117×10-4
a40 -1.48259672×10-6
a50 3.16585020×10-9
a01 1.49043589
a11 1.077850609×10-2
a21 -2.232794656×10-4
a31 2.718246452×10-6
a02 4.31532833×10-3
a12 -2.938590293×10-4
a22 6.822485943×10-6
a32 -6.674551162×10-8
a03 -1.852993525×10-5
a13 1.481844713×10-6
a23 -3.940994021×10-8
a33 3.939902307×10-10

Claims (14)

1.一种超声流体表(1)，包括：
管道(4)，流体能在所述管道中流动；
超声测量设备(6)，所述超声测量设备包括布置成在所述管道中发射和接收超声信号的两个换能器(7a，7b)，所述超声测量设备被布置成根据所述超声信号在所述换能器之间的飞行时间来评估所述流体的当前流速；
沿着所述管道的长度定位在所述两个换能器之间的阀(12)，所述阀包括可移动构件(14)，所述可移动构件在所述管道中延伸并且能针对所述可移动构件调节当前位置以便控制所述流体的当前流速；
位置传感器(15)，所述位置传感器被配置成测量所述可移动构件的当前位置；
压力传感器(16)，所述压力传感器被布置成测量在所述管道中的流体的压力；
处理单元(5)，所述处理单元被布置成在所述可移动构件的当前位置使得所述当前流速不能被所述超声测量设备测量的情况下根据所述可移动构件的当前位置、所述流体在所述当前流速下的压力、以及所述流体在零流速下的压力来评估所述当前流速。
2.如权利要求1所述的超声流体表，其特征在于，所述压力传感器(16)被定位在所述阀(12)的上游。
3.如前述权利要求中任一项所述的超声流体表，其特征在于，所述处理电路(5)被配置成评估所述流体在零流速下的压力以：
将所述阀(12)完全打开；
使用所述超声测量设备(6)以测量所述当前流速；
等待直到所述当前流速变为零；
然后采集由所述压力传感器(16)产生的至少一个压力测量。
4.如权利要求2所述的超声流体表，其特征在于，所述处理电路被配置成评估所述流体在零流速下的压力以：
将所述阀(12)完全关闭；
然后采集由所述压力传感器(16)产生的至少一个压力测量。
5.如前述权利要求中任一项所述的超声流体表，其特征在于，所述处理单元(5)被布置成在所述移动构件(14)的所述当前位置使得所述当前流速能由所述超声测量设备(6)测量时，使用所述流体的压力来合并由所述超声测量设备产生的所述流体的当前流速的测量。
6.如前述权利要求中任一项所述的超声流体表，其特征在于，所述流体是可压缩流体，所述仪表(101)还包括温度传感器(120)，所述温度传感器被配置成测量所述管道(104)中的流体的温度，所述处理电路被配置成使得：如果所述可移动构件的所述当前位置使得所述当前流速不能被所述超声测量设备测量，则所述处理电路还使用所述流体的温度来评估所述当前流速。
7.如前述权利要求中任一项所述的超声流体表，其特征在于，所述阀(12)是球阀。
8.一种用于测量流体的当前流速的方法，所述方法在如前述权利要求中任一项所述的超声流体表的处理电路(5)中执行，并且如果所述可移动构件(14)的所述当前位置使得所述当前流速不能被所述超声测量设备(6)测量，则所述方法包括根据所述可移动构件的当前位置、所述流体在所述当前流速下的压力、以及所述流体在零流速下的压力来评估所述当前流速的步骤。
9.如权利要求8所述的测量方法，其特征在于，如果所述可移动构件的所述当前位置使得所述当前流速能由所述超声测量设备测量，则所述方法包括以下步骤：
测量所述可移动构件(14)的所述当前位置；
将所述阀(12)完全打开；
使用所述超声测量设备(6)以测量所述当前流速；
等待直到所述当前流速变为零；
采集由所述压力传感器(16)产生的至少一个压力测量，并且从而评估所述流体在零流速下的压力；
将所述可移动构件返回至所述当前位置；
然后采集由所述压力传感器产生的至少一个压力测量，并且从而评估所述流体在所述当前流速下的压力；
根据所述移动构件的所述当前位置、所述流体在所述当前流速下的压力、以及所述流体在零流速下的压力来评估所述当前流速。
10.如权利要求8到9中任一项所述的测量方法，其特征在于，还包括以下步骤：
检测在时间t1与时间t2之间延伸的时间间隔，使得：
o在时间t1，所述流体的压力值从等于所述网络的压力的值变化成另一值；
o在时间t2，所述流体的压力值再次变化成等于所述网络的压力；
在时间间隔[t1；t2]上对所述当前流速进行积分，以便计算所消耗的体积。
11.一种计算机程序，其包括使如权利要求1至7中任一项所述的仪表的处理组件(5)执行如权利要求8至10中任一项所述的测量方法的各步骤的指令。
12.一种能由计算机读取的记录介质，其上记录如权利要求11所述的计算机程序。
13.一种用于调节流体的当前流速的方法，所述方法在如权利要求1到7中任一项所述的超声流体表(1)的处理电路(5)中执行，并且包括以下步骤：
采集流速设定点；
使用如权利要求8到10中任一项所述的测量方法估计所述当前流速；
根据所述流速设定点和所述当前流速之间的差值适配所述可移动构件的所述当前位置。
14.一种其上存储有计算机程序的能由计算机读取的存储介质，所述计算机程序其包括使如权利要求1至7中任一项所述的仪表的处理电路(5)执行如权利要求13所述的调节方法的各步骤的指令。
CN202310485100.7A 2022-04-29 2023-04-28 包括压力传感器的超声流体表 Pending CN116973594A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2204101A FR3135139B1 (fr) 2022-04-29 2022-04-29 Compteur de fluide à ultrasons intégrant un capteur de pression
FR2204101 2022-04-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116973594A true CN116973594A (zh) 2023-10-31

Family

ID=83188246

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310485100.7A Pending CN116973594A (zh) 2022-04-29 2023-04-28 包括压力传感器的超声流体表

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230349737A1 (zh)
EP (1) EP4269955A1 (zh)
CN (1) CN116973594A (zh)
AU (1) AU2023202614A1 (zh)
FR (1) FR3135139B1 (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3643955B1 (de) * 2018-10-26 2022-10-19 REHAU Industries SE & Co. KG Absperrarmatur zum einbau in ein leitungssystem für ein medium, insbesondere in eine gebäudeinstallation
US20200256713A1 (en) * 2019-02-13 2020-08-13 Caterpillar Inc. System for shutting-off fluid flow and measuring fluid flow rate
DE102019105948A1 (de) * 2019-03-08 2020-09-10 Grohe Ag Verfahren zum Messen eines Volumenstroms einer Flüssigkeit durch eine Flüssigkeitsleitung
FR3135137B1 (fr) * 2022-04-29 2024-03-29 Sagemcom Energy & Telecom Sas Compteur de fluide à ultrasons intégrant deux capteurs de pression.

Also Published As

Publication number Publication date
AU2023202614A1 (en) 2023-11-16
FR3135139B1 (fr) 2024-03-29
EP4269955A1 (fr) 2023-11-01
US20230349737A1 (en) 2023-11-02
FR3135139A1 (fr) 2023-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101423062B1 (ko) 상류의 질량 유량 검증 시스템 및 질량 유량 측정 장치의 성능 검증 방법
CN101243306B (zh) 组合有湿度感测的超声波测量单元及其测量方法
TWI521190B (zh) 質流控制器
CN106441520B (zh) 一种小口径超声波水表精度校准方法及其校准系统
KR20100116217A (ko) 질량 유량 검증기, 및 질량 유량 검증기 정밀도 및 동작 유량 레인지를 증가시키는 방법
WO2010138595A1 (en) Method and apparatus for monitoring multiphase fluid flow
WO2018174841A1 (en) Determining a zero offset of a vibratory meter at a process condition
US20190011300A1 (en) Method for operating a fluid meter, fluid meter and mounting adapter
US20160131516A1 (en) Method for ascertaining a compensated flow and/or a compensated flow velocity, ultrasonic, flow measuring device and computer program product
US20150043612A1 (en) Method for heat quantity measurement with an ultrasonic, flow measuring device
EP2350575A1 (en) Viscous fluid flow measurement using a differential pressure measurement and a sonar measured velocity
WO2014021846A1 (en) Indirect transducer temperature measurement
WO2021130309A1 (en) System and method for improved measurement of a flow of fluid through a channel
CN116973595A (zh) 包括两个压力传感器的超声流体表
US9435681B2 (en) Method for in-situ calibrating a differential pressure plus sonar flow meter system using dry gas conditions
CN111033190B (zh) 振动计量仪的标准可追溯验证
CN116973594A (zh) 包括压力传感器的超声流体表
US11835373B2 (en) Measurement of flow rate from the electrical impedances of piezoelectric transducers
KR101324574B1 (ko) 건식 단회선 초음파 유량계 및 그 보정정보 산출 방법
EP3649441A1 (en) Apparatus and method for measuring air flow
CN117999465A (zh) 用于预组装超声波流量计的自诊断的方法和系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication