ES2552953T3

ES2552953T3 - Método para determinar el caudal de flujo de fluidos según el método de medición del tiempo de propagación de ultrasonidos

Info

Publication number: ES2552953T3
Application number: ES12730455.8T
Authority: ES
Inventors: Katarzyna Kudlaty; Michael Wiesinger; Stefan NÖHAMMER; Klaus Witrisal; Gernot Kubin
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2015-12-03
Anticipated expiration: 2032-06-19
Also published as: US9354093B2; EP2724123B1; US20140216166A1; CN103649691B; JP5914643B2; CN103649691A; AT509641A2; AT509641B1; KR20140012761A; EP2724123A1; KR101602031B1; JP2014516162A; WO2012175493A1; AT509641A3

Abstract

Método para determinar el caudal de flujo de fluidos según el método de medición del tiempo de propagación de ultrasonidos, donde se determina la velocidad de flujo y, en base a ello, el caudal de flujo del fluido a partir del tiempo de propagación de señales de ultrasonido a través de la sección de medición, donde la función de transmisión de la sección de medición se determina al menos de forma aproximada, caracterizado porque al menos un tiempo de propagación de ultrasonidos se corrige mediante un valor de corrección, determinado a partir del tiempo de propagación de grupo de la función de transmisión.

Description

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DESCRIPCION

Metodo para determinar el caudal de flujo de fluidos segun el metodo de medicion del tiempo de propagacion de ultrasonidos.

La presente invencion hace referencia a un metodo para determinar el caudal de flujo de fluidos segun el metodo de medicion del tiempo de propagacion de ultrasonidos, donde se determina la velocidad de flujo y, en base a ello, el caudal de flujo del fluido a partir del tiempo de la propagacion de senales de ultrasonido a traves de la seccion de medicion, donde la funcion de transmision de la seccion de medicion se determina al menos de forma aproximada.

La utilizacion de sensores ultrasonicos para medir el caudal volumetrico y el caudal de masa en base al metodo del tiempo de propagacion puede considerarse actualmente como una tecnologla de medicion establecida, de alta precision. La precision que pueden alcanzar los instrumentos de medicion de ese tipo se determina a traves de las influencias del sistema de transmision, las cuales, en el caso de un sistema invariante en el tiempo, pueden ser eliminadas a traves de calibracion.

En la aplicacion de la medicion del caudal de flujo, las causas de la necesidad de modification de la funcion de transmision del transductor ultrasonico pueden ser variadas (como por ejemplo suciedad, humedad del aire o procesos de envejecimiento de los materiales). Las modificaciones de las funciones de transmision del transductor actuan en forma de una desviacion de las variables de medicion.

En la solicitud DE 10 2005 037 458 A1 se muestra una posibilidad para compensar esa desviacion, midiendo una variable electrica durante el funcionamiento, como por ejemplo la tension decreciente en el transductor ultrasonico. En base a esa senal se deriva una variable de correction que puede utilizarse para compensar la desviacion del sensor ultrasonico.

Es objeto de la presente invencion un metodo mejorado, con el cual se tenga en cuenta la desviacion mencionada, para mejorar los resultados de la medicion.

Para alcanzar dicho objeto, conforme a la invencion, se preve que al menos un tiempo de propagacion de ultrasonidos se corrija mediante un valor de correccion, determinado a partir de un tiempo de propagacion de grupo de la funcion de transmision.

De manera ventajosa, el valor de correccion se determina periodicamente durante el funcionamiento.

De acuerdo con otra variante de ejecucion de la invencion, se preve que una aproximacion de la funcion de transmision se efectue a traves de la determination de la impedancia electrica del transductor ultrasonico en al menos tres puntos de frecuencia.

Otra variante de la invencion se caracteriza porque la funcion de transmision se determina a partir de la FFT (por sus siglas en ingles, transformada de Fourier rapida) de la senal de reception.

De forma alternativa, la funcion de transmision podrla determinarse a partir de la FFT de la correlation entre la senal de recepcion y la senal de emision

De acuerdo con la invencion, puede preverse que se forme un modelo teorico de la funcion de transmision y que los parametros del modelo se determinen mediante procedimientos de ajuste.

En una variante de ejecucion ventajosa de la invencion se preve que la distancia real entre los sensores se calcule a traves de la multiplication del tiempo de propagacion corregido con una velocidad de sonido determinada a partir de una medicion precisa de la temperatura.

Se considera particularmente conveniente que la distancia real entre los sensores se determine periodicamente durante el funcionamiento.

En la siguiente description la invencion se explica mediante un ejemplo y de forma mas detallada haciendo referencia a los dibujos anadidos.

De manera esquematica, la figura 1 muestra la seccion de transmision de un pulso ultrasonico, y la figura 2 muestra una representation del error del tiempo de propagacion a traves de la modificacion de la funcion de transmision del transductor ultrasonico.

En correspondencia con la figura 1, la seccion de medicion puede representarse con los siguientes componentes: filtro de paso de banda BP1 (transductor de emision), distancia del medio y filtro de paso de banda BP2 (transductor de recepcion). La referencia S0 indica la FFT de la senal de emision, ST la FFT de la senal emitida (transmitida), SL la FFT de la senal despues de la distancia del medio, antes de ingresar al transductor de recepcion, y SE la FFT de 5 la senal recibida (despues del filtro BP2). FFT es la forma abreviada de la "transformada de Fourier rapida" (en ingles: Fast Fourier Transform). La FFT es un algoritmo para el calculo eficiente de los valores de una transformada de Fourier discreta, donde a diferencia de un calculo directo se consideran resultados intermedios calculados previamente, economizando as! en cuanto a operaciones aritmeticas de calculo.

Se conocen diferentes metodos que pueden utilizarse para determinar el tiempo de propagation, como por ejemplo 10 el procedimiento de activation, la utilization de la determination de fases o el metodo de correlation. En estos metodos se determina un tiempo de propagacion medio de la senal que resulta de la funcion de transmision total de los componentes individuales.

imagen1

De este modo, tmess representa el tiempo de propagacion medido, W - el tiempo de propagacion del sonido en la 15 distancia del medio, tBPi - el tiempo de propagacion de la senal a traves del primer filtro de paso de banda (tiempo de propagacion de grupo) y tBP2 - el tiempo de propagacion de grupo del segundo filtro.

La variable de medicion de la medicion del caudal de flujo corresponde a la modification de la funcion de transmision de la distancia del medio L(w), mientras que eventuales modificaciones de las funciones de transmision de los dos filtros de paso de banda actuan como variable de perturbation.

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imagen2

De este modo, BP1 y BP2 representan la funcion compleja de transmision de los dos filtros de paso de banda, con el valor |BP1|, |BP2| y la fase Oi y O2.

La explication para esa desviacion se encuentra en la modificacion del tiempo de propagacion de grupo de los dos filtros de paso de banda, tal como se muestra en la figura 2. Si esa desviacion se elimina a traves de una calibration, 25 entonces esto no sucede durante la operation de medicion, sino solamente como un ajuste a cero en funcion de las condiciones del ambiente que deben controlarse de forma precisa.

tapx + tQpi — tmifss tLufi'Ojhwntisdi

t, —i — At

LUft

En este metodo, los valores actuales del tiempo de propagacion de grupo de los sensores ultrasonicos se determinan a traves de una comparacion del tiempo de propagacion medido (tmess) con un tiempo de propagacion del 30 sonido teorico sin flujo (tLuft,0;theoretisch). Posteriormente, durante el funcionamiento, estos factores de correction se sustraen del tiempo de propagacion medido, determinando con ello el tiempo de propagacion del sonido en la distancia del medio (W).

Con el metodo acorde a la invention, la compensation del punto cero puede efectuarse periodicamente durante la operacion de medicion en curso. Para ello se determina al menos de forma aproximada la funcion de transmision de 35 la seccion de medicion y al menos un tiempo de propagacion, de la propagacion de los ultrasonidos, es corregido

mediante un valor de correccion, determinado a partir del tiempo de propagacion de grupo de la funcion de transmision. El valor de correccion mencionado puede determinarse periodicamente durante el funcionamiento.

Existen varias posibilidades para determinar la funcion de transmision, donde preferentemente se efectua una aproximacion a la misma a traves de la determinacion de la impedancia electrica del transductor ultrasonico en al 5 menos tres puntos de frecuencia, pero tambien puede determinarse a partir de la FFT de la senal de recepcion o de la FFT de la correlation entre la senal de recepcion y la senal de emision. Eventualmente podrla conformarse tambien un modelo teorico de la funcion de transmision y asl, los parametros del modelo podrlan ser determinados mediante procedimientos de ajuste.

En cuanto al aspecto vinculado a los aparatos, para mejorar los resultados de medicion, se preve adicionalmente 10 que la distancia real entre los sensores se calcule a traves de la multiplication del tiempo de propagacion corregido con una velocidad del sonido determinada a partir de una medicion precisa de la temperatura. Tambien en este caso la distancia real entre los sensores puede determinarse periodicamente durante el funcionamiento.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Metodo para determinar el caudal de flujo de fluidos segun el metodo de medicion del tiempo de propagacion de ultrasonidos, donde se determina la velocidad de flujo y, en base a ello, el caudal de flujo del fluido a partir del tiempo de propagacion de senales de ultrasonido a traves de la seccion de medicion, donde la funcion de

5 transmision de la seccion de medicion se determina al menos de forma aproximada, caracterizado porque al menos un tiempo de propagacion de ultrasonidos se corrige mediante un valor de correccion, determinado a partir del tiempo de propagacion de grupo de la funcion de transmision.
2. Metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el valor de correccion se determina periodicamente durante el funcionamiento.

10 3. Metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la distancia real entre los sensores se calcula a traves de

la multiplication del tiempo de propagacion corregido con una velocidad del sonido determinada a partir de una medicion precisa de la temperatura.
4. Metodo segun la reivindicacion 3, caracterizado porque la distancia real entre los sensores se determina periodicamente durante el funcionamiento.

15 5. Metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado porque una aproximacion de la funcion de transmision se efectua

a traves de la determination de la impedancia electrica del transductor ultrasonico en al menos tres puntos de frecuencia.
6. Metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la funcion de transmision se determina a partir de la FFT de la senal de reception.

20 7. Metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la funcion de transmision se determina a partir de la FFT

de la correlation entre la senal de recepcion y la senal de emision.
8. Metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado porque se forma un modelo teorico de la funcion de transmision y los parametros del modelo se determinan mediante procedimientos de ajuste.