FI105363B

FI105363B - Menetelmä virtauksen mittaamiseksi ja virtausmittari

Info

Publication number: FI105363B
Application number: FI972867A
Authority: FI
Inventors: Pekka Jakkula; Esko Tahkola; Kari Luostarinen
Original assignee: Neles Field Controls Oy
Priority date: 1997-07-04
Filing date: 1997-07-04
Publication date: 2000-07-31
Also published as: FI972867A0; AU8217598A; US6009760A; CA2295077A1; WO1999001721A1; EP0988513A1; FI972867A; JP2002508072A

Description

105363

Menetelmä virtauksen mittaamiseksi ja virtausmittari

Keksinnön ala

Keksinnön kohteena on menetelmä virtauksen mittaamiseksi die-lektrisessä putkessa tai vastaavassa.

5 Keksinnön kohteena on lisäksi virtausmittari, joka on sovitettu mit taamaan virtausta dielektrisessä putkessa tai vastaavassa, joka virtausmittari käsittää lähettimen ja vastaanottimen.

Keksinnön tausta

Virtausmittareita käytetään tavallisesti mittaamaan nestemäisen ai-10 neen virtausta putkessa. Tunnetun tekniikan mukaisia mittareita on useanlaisia ja ne perustuvat tyypillisesti sellaisiin fysikaalisiin ilmiöihin kuin koriolisvoi-ma, paine-ero ja magneettikentässä tapahtuva johtavan materiaalin liikkeen indusoima jännite. Lisäksi ultraäänitekniikalla on toteutettu korrelaatioon ja Doppler-ilmiöön perustuvia mittareita. Mikroaaltotekniikalla on toteutettu myös 15 Doppler-ilmiöön perustuvia virtausmittareita. Lisäksi tunnetaan ratkaisuja, joissa hyödynnetään mikroaaltojen korrelaatiota käyttäen metallista prosessiput-kea esimerkiksi US-patenttijulkaisut 4423623, 4888547 ja WO-patentti-julkaisussa 94/17373. US-patenttijulkaisujen 4423623, 4888547 mukaisissa ratkaisuissa prosessiputkea käytetään aaltoputkena ja aaltoputken cut-off-20 taajuuden vaihtelut toimivat korreloivina signaaleina. WO-patenttijulkaisun : '·· 94/17373 mukaisessa ratkaisussa hyödynnetään samalla taajuudella tai aina- kin samalla taajuuskaistalla olevien signaalien korrelaatiota signaalien kuljet- : V: tua viilaavan materiaalin läpi.

• · ' ;*·.· Näillä tekniikoilla on useita haittapuolia. Ultraäänimittauksen ongel- :·. 25 mana on se, että ultraääntä on vaikea saada siirtymään lähetysanturista letkun *.·:·. seinämän dielektriseen materiaaliin ja edelleen letkun sisällä virtaavaan ainee- » · · seen. Erityisesti pneumaattisiin putkistoihin on vaikea soveltaa edellä mainittuja menetelmiä, koska mm. magneettinen virtausmittari vaatii mitattavalta ai- • · ’”·/ neelta riittävän suuren sähkön johtokyvyn, joka tavallisesti puuttuu pneumaat- 30 tisissa siirtolinjoissa vihaavilta aineilta. Tunnetun tekniikan mukaisilla mikro-. aaltotekniikkaan perustuvilla ratkaisuilla ei tyypillisesti (US patentit 4423623 ja « · I , 4888547) voida mitata esimerkiksi paperimassan virtausta dielektrisissä put-·, kissa kuten kumiletkussa. WO-patenttijulkaisun 94/17373 mukaisessa ratkai- sussa taas eri lähetysantennien signaalit häiritsevät vastaanotettaessa toisi-35 aan.

2 105363

Keksinnön lyhyt selostus

Keksinnön tavoitteena on siten toteuttaa menetelmä ja menetelmän mukainen laitteisto siten, että myös dielektrisistä putkista voidaan mitata putkia rikkomatta sellaisten aineiden virtausta, joilla on huono sähkönjohtokyky ilman 5 signaalien keskinäistä häiriötä vastaanotossa.

Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että ainakin kaksi eri taajuista mikroaaltosignaalia lähetetään toisistaan tunnetulla etäisyydellä olevista mittauskohdista lähetinan-tenneilla dielektrisen putken läpi kohti vastaavaa vastaanottoantennia; läpi 10 menneet signaalit otetaan vastaan vastaanottoantenneilla, ja lähetinantennit ja vastaanottoantennit on erotettu virtaavasta aineesta; ja eri vastaanottoantenneilla vastaanotetut signaalit erotetaan toisistaan suodattamalla ja muodostetaan mainittujen ainakin kahden, eri vastaanottoantennilla vastaanotetun signaalin välinen ristikorrelaatio tai vastaava, jolloin virtausnopeus määritetään 15 parhaan korrelaatiotuloksen perusteella.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on lisäksi tunnusomaista, että ainakin kaksi mikroaaltosignaalia, jotka on polarisoitu eri tavalla, lähetetään toisistaan tunnetulla etäisyydellä olevista mittauskohdista dielektrisen putken läpi lähetinantenneilla, ja lähetinantennit ja vastaanottavat polarisaatioantennit 20 on erotettu virtaavasta aineesta; ja dielektrisen putken läpi menneet signaalit erotetaan vastaanotettaessa toisistaan polarisaatioantenneilla ja muodostetaan mainittujen ainakin kahden, eri vastaanottoantennilla vastaanotetun sig- • · · ] a.a naalin välinen ristikorrelaatio tai vastaava, jolloin virtausnopeus määritetään parhaan korrelaatiotuloksen perusteella.

• · « ’·'·* 25 Keksinnön mukaiselle menetelmälle on edelleen tunnusomaista, • · · *· " että ainakin kaksi mikroaaltosignaalia, joita on moduloitu eri tavalla, lähetetään • · : *·· toisistaan tunnetulla etäisyydellä olevista mittauskohdista dielektrisen putken M· : läpi lähetinantenneilla, ja lähetinantennit ja vastaanottavat antennit on erotettu virtaavasta aineesta; ja dielektrisen putken läpi menneet signaalit otetaan :***: 30 vastaan, erotetaan toisistaan demoduloimalla ja muodostetaan mainittujen ai- • · · nakin, kahden eri vastaanottoantennilla vastaanotetun signaalin välinen risti- ,**, korrelaatio tai vastaava, jolloin virtausnopeus määritetään parhaan korrelaa- 11« :;;t: tiotuloksen perusteella.

Keksinnön mukaiselle virtausmittarille on puolestaan tunnusomais- : 35 ta, että virtausmittari käsittää ainakin kaksi vastaanotto- ja lähetinantenniparia, ·»· joista ensimmäisen antenniparin lähetinantenni on sovitettu lähettämään en- 3 105363 simmäisen antenniparin vastaanottoantennille ja joista toisen antenniparin lä-hetinantenni on sovitettu lähettämään toisen antenniparin vastaanottoantennille, ja lähetinantennit ja vastaanottoantennit on erotettu viilaavasta aineesta; lähetinantennit on sovitettu lähettämään ainakin kahta eri taa-5 juista mikroaaltosignaalia ainakin kahdesta eri mittauskohdasta dielektrisen putken läpi; vastaanotinantennit on sovitettu ottamaan vastaan dielektrisen putken läpi menneet signaalit; ja vastaanotin on sovitettu erottamaan vastaanotetut signaalit toisistaan suodattamalla, ja virtausmittari käsittää korrelaattorin muodostaa ainakin kahden, eri vastaanottoantennilla vastaanotetun signaalin 10 välinen ristikorrelaatio tai vastaava, jolloin tunnettaessa mittauskohtien välinen etäisyys virtausmittari on sovitettu määrittämään parhaan korrelaatiotuloksen avulla virtausnopeus.

Keksinnön mukaiselle virtausmittarille on lisäksi tunnusomaista, että virtausmittari käsittää ainakin kaksi vastaanotto- ja lähetinantenniparia, joista 15 ensimmäisen antenniparin lähetinantenni on sovitettu lähettämään ensimmäisen antenniparin vastaanottoantennille ja joista toisen antenniparin lähetinantenni on sovitettu lähettämään toisen antenniparin vastaanottoantennille, ja modulaattorit, jotka on sovitettu moduloimaan lähetettävät signaalit eri tavalla, ja lähetinantennit ja vastaanottoantennit on erotettu virtaavasta aineesta; lä-20 hetinantennit on sovitettu lähettämään ainakin kahta, eri tavalla moduloitua mikroaaltosignaalia ainakin kahdesta eri mittauskohdasta dielektrisen putken . läpi; ja virtausmittari käsittää demodulaattorit, ja vastaanottoantennit on sovi- « : ” tettu ottamaan vastaan dielektrisen putken läpi menneet signaalit, demodu- laattorit on sovitettu demoduloimalla erottamaan vastaanotetut signaalit ja vir- V * 25 tausmittari käsittää korrelaattorin muodostaa mainittujen ainakin kahden, eri • · ·.*·: vastaanottoantennilla vastaanotetun signaalin välinen ristikorrelaatio tai vas- taava, jolloin tunnettaessa mittauskohtien välinen etäisyys virtausmittari on so-vitettu määrittämään parhaan korrelaatiotuloksen avulla virtausnopeus.

Keksinnön mukaiselle virtausmittarille on edelleen tunnusomaista, .···. 30 että virtausmittari käsittää ainakin kaksi polarisoivaa vastaanotto- ja lähe- • tinantenniparia, joista ensimmäisen antenniparin lähetinantenni on sovitettu lähettämään ensimmäisen antenniparin vastaanottoantennille ja joista toisen • · : antenniparin lähetinantenni on sovitettu lähettämään toisen antenniparin vas- taanottoantennille, ja lähetinantennit ja vastaanottoantennit on erotettu virtaa- . ’·. 35 vasta aineesta; polarisaatiolähetinantennit on sovitettu lähettämään ainakin * · * kahta eri tavalla polarisoitua mikroaaltosignaalia ainakin kahdesta eri mittaus- 9 9 4 105363 kohdasta dielektrisen putken läpi; ja polarisaatiovastaanottoantennit on sovitettu vastaanottamaan oleellisesti vain itselleen sopivasti polarisoidun, dielektrisen putken läpi menneen signaalin ja virtausmittari käsittää korrelaattorin muodostaa ainakin kahden, eri vastaanottoantennilla vastaanotetun signaalin 5 välinen ristikorrelaatio tai vastaava, jolloin tunnettaessa mittauskohtien välinen etäisyys virtausmittari on sovitettu määrittämään parhaan korrelaatiotuloksen avulla virtausnopeus.

Keksinnön mukaisella menetelmällä ja virtausmittarilla saavutetaan useita etuja. Käyttämällä kahta eri taajuutta, polarisaatiota ja/tai modulaatiota 10 estetään mikroaallon kulku ristikkäin lähetin- ja vastaanottoantennien välillä ja saadaan yksiselitteinen mittaustulos. Tulosta voidaan parantaa vielä suuntaamalla eri mikroaaltosignaaleja eri tavalla. Virtausta voidaan mitata putken tai vastaavan ulkopuolelta rikkomatta putkea. Mittarin asennus putkeen ei aiheuta vuotoriskiä. Mittari voidaan asentaa mittauspaikalle milloin tahansa, myös pro- 15 sessin käydessä. Mittaus ei vaadi mitattavalta materiaalilta muuta kuin mikro-aaltosignaalin läpäisykykyä ja jonkinlaista dielektrisyyttä, joka moduloi mikro-aaltosignaalia. Keksinnöllisellä ratkaisulla voidaan mitata virtausnopeutta, vaikka putki ei olisi täynnä.

Kuvioiden lyhyt selostus 20 Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista: : Kuvio 1 esittää mittausjärjestelyn periaatetta;

Kuvio 2 esittää mittausjärjestelyä, jossa signaalit erotetaan toisis-: V: taan suodattamalla; 25 Kuvio 3 esittää mittausjärjestelyä, jossa signaalit on moduloitu; "... Kuvio 4 esittää mittausjärjestelyä, jossa signaaleilla on eri suunta; •

Kuvio 5 esittää virtausmittarin kiinnittämistä putkeen;

Kuvio 6 esittää virtausmittarin kiinnittämistä putkeen ja ... Kuvio 7 esittää virtausmittarin edullista rakennetta.

• · • ·

• M

30 Keksinnön yksityiskohtainen selostus : .·. Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukainen virtausmittariratkaisu, .···! joka käsittää mikroaaltolähettimen 10 ja 11, kaksi lähetinantennia 12 ja 13, • · "·' kaksi vastaanotinantennia 14 ja 15, vastaanottimen 16 ja korrelaattorin 17.

v..: Mittausjärjestelyyn kuuluu myös putki 18 ja putkessa virtaava aine 19. Putken 35 18 tai vastaavan ei keksinnön mukaisessa ratkaisussa tarvitse olla täynnä vir- 5 105363 taavaa ainetta 19, vaan riittää, että ainetta on edes hieman putkessa 18. Tässä ratkaisussa lähettimiltä 10 ja 11 tulevat signaalit lähetetään antennien 12 ja 13 kautta läpi putken 18 ja virtaavan aineen 19. Mittauskohdat ovat signaalien 20 ja 21 kutualueella ja mittauskohtien välinen etäisyys on tunnettu. Kun sig-5 naalit 20 ja 21 lähetetään putken 18 pinnan normaalin suunnassa putken 18 läpi etäisyys on sama kuin lähetinantennien 12 ja 13 etäisyys toisistaan, joka on helppo mitata. Vastaanotinantennit 14 ja 15 ottavat mittaussignaalit 20 ja 21 vastaan ja vastaanotin 16 tunnetun tekniikan mukaisesti vahvistaa ja ilmaisee signaalit. Tämän jälkeen korrelaattori 17 vertaa signaalien 20 ja 21 salo mankaltaisuutta toisiinsa korrelaation avulla. Signaalit muistuttavat toisiaan eli korreloivat parhaiten sellaisella viiveellä eli sellaisen ajan kuluttua, joka menee viilaavalla aineella 19 antennien 12 ja 13 ja/tai 14 ja 15 välisen matkan kulkemiseen, koska virtaava aine 19 moduloi signaaleja 20 ja 21. Kun virtaava aine 19 virtaa kuviossa 1 vasemmalta oikealle ja virtausnopeus on sellainen, että 15 antennien 12 ja 14 välisellä mittausalueella ollut aine liikkuu x:ssa sekunnissa antennien 13 ja 15 väliselle mittausalueelle, korrelaatio signaalien 20 ja 21 välillä on suurimmillaan, kun signaalia 20 viivästytetään τ sekuntia suhteessa signaaliin 21. Kun tiedetään virtaavan aineen mittauskohtien väliseen etäisyyteen käyttämä aika, voidaan helposti muodostaa virtausnopeus. Virtausno- 20 peudeksi saadaan v = -, missä v on virtausnopeus, s on mittauskohtien väli-

T

nen etäisyys (^signaalien 20 ja 21 välinen etäisyys) ja τ on korrelaatiolla mi- « • *·· tattu virtaavan aineen 19 antennien väliseen etäisyyteen käyttämä aika.

Ideaalisessa tapauksessa vastaanotinantennille 14 tulee vain lähet-timen 12 signaali samoin kuin vastaanotinantennille 15 tulee vain lähetinan-25 tennin 13 signaali. Mittausta kuitenkin häiritsee käytännössä ylikuuluminen,

> I

jolloin lähettimen 10 tehosta osa 22 tulee vastaanotinantennille 15 ja lähetti-]·;·, men 11 tehosta osa 23 tulee vastaanotinantennille 14. Erityisen häiritsevää se • · t on tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa, joissa molemmat lähettimet 10 ja 11 lähettävät samalla taajuudella tai samalla kaistalla. Keksinnön mukaises- • * ’···’ 30 sa ratkaisussa nämä häiriöt voidaan välttää, koska lähettimet 10 ja 11 toimivat eri taajuudella.

- · Kuviossa 2 on esitetty keksinnön mukainen virtausmittariratkaisu, » «· · ;···. joka käsittää mikroaaltolähettimet 10 ja 11, kaksi lähetinantennia 12 ja 13, kaksi vastaanotinantennia 14 ja 15, vastaanottimen 16 ja korrelaattorin 17.

• · I

**v 35 Mittausjärjestelyyn kuuluu myös putki 18 ja putkessa virtaava aine 19. Tässä keksinnöllisessä ratkaisussa lähettimet 10 ja 11 lähettävät eri taajuista signaa- 6 105363 lia, jotka suodatetaan vastaanottimeen 16 kuuluvilla suodattimilla 24 ja 25. Näin vastaanotetut signaalit voidaan erottaa toisistaan ja siten poistaa ylikuu-lumishäiriöiden 22 ja 23 vaikutus mittaustuloksesta. Suodattimet 24 ja 25 voivat olla kaistanpäästösuodattimia, jolloin suodatin 24 päästää vain signaalin 5 20 läpi ja suodatin 25 päästää vain signaalin 21 läpi varsinaiselle vastaanotti- melle 16. Suodattimet 24 ja 25 voivat olla myös ali- ja ylipäästösuodattimia. Oletetaan, että signaalin 20 taajuus on pienempi kuin signaalin 21. Tällöin suodatin 24 voi olla alipäästösuodatin, jonka ylärajataajuus on suurempi kuin signaalin 20 taajuus mutta hieman pienempi kuin signaalin 21 taajuus. Suoda-10 tin 25 voi puolestaan olla ylipäästösuodatin, jonka alarajataajuus on hieman suurempi kuin signaalin 20 taajuus mutta pienempi kuin signaalin 21 taajuus.

Keksinnöllistä ratkaisua, jossa signaalit 20 ja 21 ovat eri taajuisia, voidaan edelleen parantaa polarisoimalla signaalit 20 ja 21 eri tavoilla. Toisaalta keksinnöllisessä ratkaisussa, kun signaalit 20 ja 21 polarisoidaan eri ta-15 valla, on myös mahdollista, että signaalit 20 ja 21 ovat samantaajuisia, jolloin lähettimet 10 ja 11 voidaan korvata yhdellä lähettimellä. Tällöin lähetysantenni 12 ja vastaanottoantenni 14 toimivat samassa polarisaatiotasossa keskenään ja vastaavasti lähetysantenni 13 ja vastaanottoantenni 15 toimivat keskenään samassa polarisaatiotasossa. Kun signaalien 20 ja 21 polarisaatiotasojen kul-20 ma on 90°, saadaan signaaleille suurin mahdollinen erottelu. Useammalla kuin kahdella mittaussignaalilla 20 ja 21 polarisaatiotasojen välinen kulma jää pienemmäksi kuin 90° ja siksi polarisaatioon perustuva signaalien 20 ja 21 erottelu parhaimmillaan kahdella mittaussignaalilla. Polarisaatiot voidaan toteuttaa tasopolarisaation sijasta myös oikean ja vasemman käden ympyräpolarisaati-25 olla.

• ·

Kuviossa 3 on esitetty keksinnöllinen ratkaisu, jossa signaalit 20 ja 21 erotetaan toisistaan modulaatiolla. Tällöin signaalit 20 ja 21 voivat olla joko eri taajuisia tai samantaajuisia. Jos käytetään kahta tai useampaa samantaa-juista signaalia 20 ja 21 lähettimet 10 ja 11 voidaan korvata yhdellä lähetti- ... 30 mellä. Modulaattori 26 moduloi lähettimen 10 signaalia 20 yhdellä tavalla. Mo- dulaattori 27 puolestaan moduloi lähettimen 11 signaalia 21 toisella tavalla.

• « ·;* Alan ammattimies tuntee erilaiset tunnetun tekniikan mukaiset modulointitavat eikä niitä siksi tässä yhteydessä selitetä tarkemmin. Näin signaalit 20 ja 21 ovat erotettavissa toisistaan vastaanottimessa 16, johon kuuluu demodulaatto-

I I I

# \ 35 rit 28 ja 29. Demodulaattori 28 ilmaisee modulaattorin 26 modulaation signaa- •:·* lista 20 ja samalla ilmaisee signaalin 21 häiriöllisen vaikutuksen, joka on tullut • · · · · • · 7 105363 antenniin 14. Samoin demodulaattori 29 poistaa modulaattorin 27 modulaation signaalista 21 ja poistaa signaalin 20 antennin 15 kautta tulleen häiriöllisen vaikutuksen.

Kuviossa 4 on esitetty kolmas tapa rajoittaa signaalien 20 ja 21 5 keskinäistä häiriötä. Tässä ratkaisussa antennit 12 ja 13 suunnataan toisistaan poispäin kohti vastaanottoantenneja 14 ja 15.

Keksinnöllisessä ratkaisussa kaikkia eri vaihtoehtoja voidaan yhdistää tai käyttää yksinään tarpeen mukaan. Eri taajuiset signaalit 20 ja 21 voidaan samanaikaisesti polarisoida, moduloida sekä suunnata edullisesti ja 10 vastaanotettaessa erottaa toisistaan käyttämällä suodatusta (kaistanpäästö-suodatus tai yli/alipäästösuodatus), polarisaatiota, modulaatiota ja suunnattavia antenneja.

Kun tunnetaan putken poikkipinta-ala A, voidaan virtausnopeuden avulla muodostaa myös tilavuusvirtausnopeus P kertomalla virtausnopeus v V s 15 putken 18 poikkipinta-alalla A eli P = — = A- — = A-v. Näin voidaan muodos- x x taa myös tuotantomäärä. Tuotantomäärää voidaan tarkentaa vielä mittaamalla vihaavan aineen sakeus ja putken täyttöaste, joka voidaan mitata esimerkiksi radioaktiivisella tiheysmittauksella. Virtausmittariratkaisussa, joka on kuviossa 1 - 4, virtausmittari muodostaa myös edullisesti virtausnopeuden ja tarvittaes-20 sa lisäksi tilavuusvirtausnopeuden. Tämä tapahtuu esimerkiksi korrelaattorissa 17. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa virtausnopeus muodostetaan edulli-sesti keskiarvona useista mittauksista. Tällöin mittaustulos voidaan keskiar-. .·. voistaa useista kahdella lähetinantennilla 12 ja 13 ja kahdella vastaanotinan- tennilla 14 ja 15 suoritetuista mittauksista ja/tai lähetinantenneja ja vastaanoti- • · 1/. 25 nantenneja voi olla vielä useampia, jolloin mittaus suoritetaan useissa eri mit- * tauskohdissa ja näiden kaikkien mittauskohtien mittaustulosten keskiarvona • · *,// muodostetaan virtausnopeus putkessa 18. Mittaus on sitä tarkempi mitä suu- : : : rempi joukko yksittäisiä mittaustuloksia lopullisen arvon muodostuksessa huomioidaan.

• · · 30 Kuviossa 5 on esitetty virtausmittarin yksi mahdollinen rakenne.

\m\i Putken 18 ympärille kiinnitettävä osat 31 käsittävät saranan 32, jonka avulla osat 31 on helposti kiinnitettävissä ja irrotettavissa. Osat 31 käsittävät ainakin « · · lähetysantennit 12 ja 13 ja vastaanotinantennit 14 ja 15. Kuvio 6 esittää osia « · 31 putken 18 suunnasta. Osat 31 käsittää saranan 32 vastakkaisella puolella 35 lukitusosan 34, jolla osissa 31 olevat antennit lukitaan paikalleen putkeen 18 ·:·: mittauksen ajaksi. Kuviossa 5 ja 6 osa 35 edustaa vastaanotinta 16 ja korre- 105363 δ laattana 17, jotka on yhdistetty antenneihin 12-15 kaapelilla 33. Kuviossa 6 osa 36 edustaa lähetinantenneja 12 ja 13 ja osa 37 edustaa vastaanotinantenneja 14 ja 15.

Kuviossa 7 on esitetty keksinnöllisen ratkaisun edullinen rakenne. 5 Keksinnöllinen mittari on pihtien muotoinen väline 38, johon kuuluu osat 31 lähetin- ja vastaanottoantenneineen 36 ja 37. Keksinnön mukainen pihtimäinen väline 38 voidaan helposti puristaa putkea 18 vasten mittausta varten. Ratkaisu on helpolla tavalla toistuvasti kiinnitettävä ja irrotettava.

Korrelaattori 17 muodostaa korrelaation C(t) yleisessä tapauksessa 10 kaavan (1) mukaan C(r)= \x(t)y(t-T)dt (1) missä x(t) on signaali 21 ja y(t - τ) on signaali 20, jota viivästetty τ:η verran. Korrelaation arvo lasketaan useilla viiveen arvoilla siten, että τ e [to, .... tn], missä to on lyhin mahdollinen viive ja t„ on suurin mahdollinen viive. Nämä ly-15 hin ja suurin mahdollinen viive määrittävät suurimman ja pienimmän mitattavissa olevan virtausnopeuden. Mittausväli τ ε [ζ, ..., tj määritetään tapauskohtaisesti. Korrelaattori 17 toimii keksinnöllisessä ratkaisussa elektronisesti ja se voi olla analoginen tai digitaalinen.

Virtaava aine 19 voi keksinnöllisessä ratkaisussa olla mitä tahansa 20 mikroaaltosäteilyä läpäisevää nestemäistä ainetta. Erityisen sopiva keksinnöllinen ratkaisu on esimerkiksi käytettäväksi pehmopaperikoneen kumiletkupil-listön paperimassan virtausmittauksissa. Letkuilla, joita on tyypillisesti noin 40 : ‘‘ kappaletta, siirretään noin 1 %:n sakeuksista massaa jakotukilta perälaatik- ’·:· koon. Paperikoneen käyttöönotossa täytyy virtaukset putkissa virittää ja tämä v.: 25 vaatii virtausten mittausta. Mittaus on käytännöllistä suorittaa keksinnön mu- • · kaisella laitteella, koska mittalaite voidaan kätevästi siirtää letkusta ja paikasta toiseen.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaiseen esimerkkiin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan .···. 30 sitä voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten esittämän .···. keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

• · · * I I « · · • · «

• « · f I · I

• · • « • « f • · · • · 1 • · · »

Claims

9 105363
1. Menetelmä virtauksen mittaamiseksi dielektrisessä putkessa tai vastaavassa, tunnettu siitä, että ainakin kaksi eri taajuista mikroaaltosignaalia lähetetään toisistaan 5 tunnetulla etäisyydellä olevista mittauskohdista lähetinantenneilla (12-13) di-elektrisen putken (18) läpi kohti vastaavaa vastaanottoantennia; läpi menneet signaalit (20-21) otetaan vastaan vastaanottoanten-neilla (14 - 15), ja lähetinantennit (12 -13) ja vastaanottoantennit (14-15) on erotettu viilaavasta aineesta (19); ja 10 eri vastaanottoantenneilla (14 -15) vastaanotetut signaalit (20 - 21) erotetaan toisistaan suodattamalla ja muodostetaan mainittujen ainakin kahden, eri vastaanottoantennilla vastaanotetun signaalin välinen ristikorrelaatio tai vastaava, jolloin virtausnopeus määritetään parhaan korrelaatiotuloksen perusteella.
2. Menetelmä virtauksen mittaamiseksi dielektrisessä putkessa tai vastaavassa, tunnettu siitä, että ainakin kaksi mikroaaltosignaalia, jotka on polarisoitu eri tavalla, lähetetään toisistaan tunnetulla etäisyydellä olevista mittauskohdista dielektrisen putken (18) läpi lähetinantenneilla (12 -13), ja lähetinantennit (12 -13) ja vas-20 taanottavat polarisaatioantennit (14- 15) on erotettu viilaavasta aineesta (19); ja ' . dielektrisen putken (18) läpi menneet signaalit (20 - 21) erotetaan I I I vastaanotettaessa toisistaan polarisaatioantenneilla (14 - 15) ja muodostetaan • · · mainittujen ainakin kahden, eri vastaanottoantennilla vastaanotetun signaalin 25 välinen ristikorrelaatio tai vastaava, jolloin virtausnopeus määritetään parhaan t · • '*· korrelaatiotuloksen perusteella. • · · I I I I I «
3. Menetelmä virtauksen mittaamiseksi dielektrisessä putkessa tai vastaavassa, tunnettu siitä, että • « '*··;* ainakin kaksi mikroaaltosignaalia, joita on moduloitu eri tavalla, lä- • · ”·* 30 hetetään toisistaan tunnetulla etäisyydellä olevista mittauskohdista dielektrisen i putken (18) läpi lähetinantenneilla (12 -13), ja lähetinantennit (12 -13) ja vas- taanottavat antennit (14-15) on erotettu viilaavasta aineesta (19); ja t · · . dielektrisen putken (18) läpi menneet signaalit (20 - 21) otetaan III vastaan, erotetaan toisistaan demoduloimalla ja muodostetaan mainittujen ai- • · 10 105363 nakin, kahden eri vastaanottoantennilla vastaanotetun signaalin välinen risti-korrelaatio tai vastaava, jolloin virtausnopeus määritetään parhaan korrelaatio-tuloksen perusteella.
4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 5 että vastaanotettaessa signaalit (20 - 21) erotetaan toisistaan kaistanpäästö- suodattamalla.
5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vastaanotettaessa ensimmäinen signaali (20) alipäästösuodatetaan ja toinen signaali (21) ylipäästösuodatetaan.
6. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että signaalit, jotka lähetetään toisistaan tunnetulla etäisyydellä olevista mittauskohdista dielektrisen putken (18) läpi, ovat samantaajuisia.
7. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että signaalien (20 - 21) erottelua parannetaan käyttämällä lähetyksessä 15 modulaatiota, jolloin signaalit erotetaan toisistaan myös demoduloimalla.
8. Patenttivaatimuksen 1 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että signaalien (20 - 21) erottelua parannetaan käyttämällä lähetyksessä polarisaatiota, jolloin signaalit erotetaan toisistaan myös polarisaatioantenneil-la (14 -15). • * · : 20 9. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnet- « v v tu siitä, että signaalien (20 - 21) erottelua parannetaan suuntaamalla signaalit • · .·. : lähetettäessä oleellisesti vastakkaisiin suuntiin. • VV V · V V : ” 10. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tun- « ♦· V : n e 11 u siitä, että virtausnopeus muodostetaan keskiarvona useamman kuin 25 yhden mittauksen perusteella. V V V • V • V *” 11. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tun- • 1 1 V *!’ nettu siitä, että tunnettaessa putken (18) poikkipinta-ala virtausnopeuden VV i avulla muodostetaan tilavuusvirtausnopeus, jolloin voidaan määrittää tuotanto- määrä. • · V V V V V V * V V V · V V V V „ 105363
12. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmää käytetään pehmopaperikoneen kumiletkupillis-tön virtausnopeusmittauksessa.
13. Virtausmittari, joka on sovitettu mittaamaan virtausta dielektri-5 sessä putkessa (18) tai vastaavassa, joka virtausmittari käsittää lähettimen (10 -11) ja vastaanottimen (16), tunnettu siitä, että virtausmittari käsittää ainakin kaksi vastaanotto- ja lähetinantenni-paria, joista ensimmäisen antenniparin lähetinantenni (12) on sovitettu lähettämään ensimmäisen antenniparin vastaanottoantennille (14) ja joista toisen an-10 tenniparin lähetinantenni (13) on sovitettu lähettämään toisen antenniparin vastaanottoantennille (15), ja lähetinantennit (12 - 13) ja vastaanottoantennit (14 -15) on erotettu viilaavasta aineesta (19); lähetinantennit (12 -13) on sovitettu lähettämään ainakin kahta eri taajuista mikroaaltosignaalia ainakin kahdesta eri mittauskohdasta dielektrisen 15 putken (18) läpi; vastaanottoantennit (14 - 15) on sovitettu ottamaan vastaan dielektrisen putken (18) läpi menneet signaalit (20 - 21); ja vastaanotin (16) on sovitettu erottamaan vastaanotetut signaalit (20-21) toisistaan suodattamalla, ja virtausmittari käsittää korrelaattorin (17) muodostaa ainakin kahden, eri vastaanottoantennilla (14 - 15) vastaanotetun 20 signaalin (20 - 21) välinen ristikorrelaatio tai vastaava, jolloin tunnettaessa mit-tauskohtien välinen etäisyys virtausmittari on sovitettu määrittämään parhaan korrelaatiotuloksen avulla virtausnopeus. • · ·
14. Virtausmittari, joka on sovitettu mittaamaan virtausta dielektri- ·.’·’· sessä putkessa (18) tai vastaavassa, joka virtausmittari käsittää lähettimen (10 25 -11) ja vastaanottimen (16), t u n n ett u siitä, että virtausmittari käsittää ainakin kaksi vastaanotto- ja lähetinantenni-paria, joista ensimmäisen antenniparin lähetinantenni (12) on sovitettu lähettämään ensimmäisen antenniparin vastaanottoantennille (14) ja joista toisen an-tenniparin lähetinantenni (13) on sovitettu lähettämään toisen antenniparin I” 30 vastaanottoantennille (15), ja modulaattorit (26 - 27), jotka on sovitettu modu-V’* loimaan lähetettävät signaalit (20 - 21) eri tavalla, ja lähetinantennit (12 -13) ja j,:': vastaanottoantennit (14 -15) on erotettu viilaavasta aineesta (19); lähetinantennit (12 -13) on sovitettu lähettämään ainakin kahta, eri • · tavalla moduloitua mikroaaltosignaalia (20 - 21) ainakin kahdesta eri mittaus-35 kohdasta dielektrisen putken (18) läpi; ja • · 105363 virtausmittari käsittää demodulaattorit (28 - 29), ja vastaanottoan-tennit (14 - 15) on sovitettu ottamaan vastaan dielektrisen putken (18) läpi menneet signaalit (20 - 21), demodulaattorit (28 - 29) on sovitettu demoduloimalla erottamaan vastaanotetut signaalit ja virtausmittari käsittää korrelaattorin 5 (17) muodostaa mainittujen ainakin kahden, eri vastaanottoantennilla (14-15 vastaanotetun signaalin (20 - 21) välinen ristikorrelaatio tai vastaava, jolloin tunnettaessa mittauskohtien välinen etäisyys virtausmittari on sovitettu määrittämään parhaan korrelaatiotuloksen avulla virtausnopeus.
15. Virtausmittari, joka on sovitettu mittaamaan virtausta dielektri-10 sessä putkessa (18) tai vastaavassa, joka virtausmittari käsittää lähettimen (10 -11) ja vastaanottimen (16), tunnettu siitä, että virtausmittari käsittää ainakin kaksi polarisoivaa vastaanotto- ja lä-hetinantenniparia, joista ensimmäisen antenniparin lähetinantenni (12) on sovitettu lähettämään ensimmäisen antenniparin vastaanottoantennille (14) ja 15 joista toisen antenniparin lähetinantenni (13) on sovitettu lähettämään toisen antenniparin vastaanottoantennille (15), ja lähetinantennit (12 -13) ja vastaan-ottoantennit (14-15) on erotettu viilaavasta aineesta (19); polarisaatiolähetinantennit (12 - 13) on sovitettu lähettämään ainakin kahta eri tavalla polarisoitua mikroaaltosignaalia ainakin kahdesta eri mit-20 tauskohdasta dielektrisen putken (18) läpi; ja polarisaatiovastaanottoantennit (14 - 15) on sovitettu vastaanottamaan oleellisesti vain itselleen sopivasti polarisoidun, dielektrisen putken (18) [ . läpi menneen signaalin (20 - 21) ja virtausmittari käsittää korrelaattorin (17) muodostaa ainakin kahden, eri vastaanottoantennilla vastaanotetun signaalin • « « **’·’. 25 (20 - 21) välinen ristikorrelaatio tai vastaava, jolloin tunnettaessa mittauskohti- '· ” en välinen etäisyys virtausmittari on sovitettu määrittämään parhaan korrelaa- : '·* tiotuloksen avulla virtausnopeus. • · · • · · • · 9
16. Patenttivaatimuksen 13 mukainen virtausmittari, tunnettu ..... siitä, että virtausmittari käsittää ainakin kaksi lähetintä. • · • · · • · i *...·* 30 17. Patenttivaatimuksen 14 tai 15 mukainen virtausmittari, tun- : n e 11 u siitä, että lähetettävät signaalit ovat samantaajuisia. • · · · • > t
18. Patenttivaatimuksen 13 tai 15 mukainen virtausmittari, tun- : nettu siitä, että virtausmittari käsittää lisäksi modulaattorit (26 - 27) ja vir- • · · « • « 105363 tausmittari on sovitettu lähettämään signaalit (20 - 21) eri tavalla moduloituna ja erottamaan signaalit toisistaan demodulaattoreilla (28 - 29).
19. Patenttivaatimuksen 13 tai 14 mukainen virtausmittari, tunnettu siitä, että virtausmittari on lisäksi sovitettu lähettämään signaalit (20 - 5 21) antenneilla (12-13) eri tavalla polarisoituna ja erottamaan signaalit polari-saatioantenneilla (14 -15).
20. Patenttivaatimuksen 13, 14 tai 15 mukainen virtausmittari, tunnettu siitä, että virtausmittari on lisäksi sovitettu lähettämään signaalit (20-21) oleellisesti vastakkaisiin suuntiin.
21. Patenttivaatimuksen 13, 14 tai 15 mukainen virtausmittari, tunnettu siitä, että virtausmittari on sovitettu muodostamaan virtausnopeuden keskiarvona useamman kuin yhden mittauksen perusteella.
22. Patenttivaatimuksen 13, 14 tai 15 mukainen virtausmittari, tunnettu siitä, että tunnettaessa putken (18) poikkipinta-ala virtausmittari 15 on sovitettu muodostamaan virtausnopeuden avulla tilavuusvirtausnopeus, jolloin voidaan määrittää tuotantomäärä.
23. Patenttivaatimuksen 13, 14 tai 15 mukainen virtausmittari, tunnettu siitä, että virtausmittari on sovitettu mittaamaan pehmopaperiko- neen kumiletkupillistön virtausnopeus. • · · . .·· 20 24. Patenttivaatimuksen 13, 14 tai 15 mukainen virtausmittari, • « · 1 ' tunnettu siitä, että virtausmittari käsittää putkea (18) vasten painettavat • · · lm1· osat (31), jotka käsittävät ainakin lähetysantennit (12 ja 13), vastaanottoanten- • · · .lm 1 nit (14 ja 15), ja ainakin antennit (12-15) ovat toistuvasti ja putkea (18) vahin- goittamattomasti kiinnitettävissä ja irrotettavissa ja koko virtausmittari on pai- • · · ’·’1 25 kasta ja putkesta toiseen helposti siirrettävissä. «M .· · • · ··· ·♦« • · ·«· « ’« · * · · • « f • « « · « · « • · • · «»» • · · • · · *»« ItMI • · 105363