FI87493C - Foerfarande och anordning foer maetning av stroemningshastigheten av gaser och/eller storheter som kan haerledas fraon denna - Google Patents

Foerfarande och anordning foer maetning av stroemningshastigheten av gaser och/eller storheter som kan haerledas fraon denna Download PDF

Info

Publication number
FI87493C
FI87493C FI916102A FI916102A FI87493C FI 87493 C FI87493 C FI 87493C FI 916102 A FI916102 A FI 916102A FI 916102 A FI916102 A FI 916102A FI 87493 C FI87493 C FI 87493C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
frequency
filters
sound
measurement
filter
Prior art date
Application number
FI916102A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI916102A0 (fi
FI87493B (fi
Inventor
Pekka Hiismaeki
Tarmo Maeyraenen
Sauli Koukkari
Matti Knuuttila
Leif Kaoll
Antero Tiitta
Original Assignee
Kytoelae Instrumenttitehdas
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 Kytoelae Instrumenttitehdas filed Critical Kytoelae Instrumenttitehdas
Priority to FI916102A priority Critical patent/FI87493C/fi
Publication of FI916102A0 publication Critical patent/FI916102A0/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI87493B publication Critical patent/FI87493B/fi
Priority to PCT/FI1992/000307 priority patent/WO1993013390A1/en
Priority to AT92923229T priority patent/ATE128763T1/de
Priority to CA002101652A priority patent/CA2101652C/en
Priority to DE69205274T priority patent/DE69205274T2/de
Priority to ES92923229T priority patent/ES2080525T3/es
Priority to EP92923229A priority patent/EP0572583B1/en
Priority to DK92923229.6T priority patent/DK0572583T3/da
Priority to US08/107,789 priority patent/US5513535A/en
Priority to JP5511455A priority patent/JPH06507724A/ja
Priority to CN92114882.8A priority patent/CN1076024A/zh
Publication of FI87493C publication Critical patent/FI87493C/fi
Priority to NO932977A priority patent/NO307112B1/no
Priority to GR960400008T priority patent/GR3018591T3/el

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
    • 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
    • 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
    • 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
    • G01F1/704—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
    • G01F1/708—Measuring the time taken to traverse a fixed distance
    • G01F1/712—Measuring the time taken to traverse a fixed distance using auto-correlation or cross-correlation detection 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
    • G01F1/704—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
    • G01F1/708—Measuring the time taken to traverse a fixed distance
    • G01F1/7082—Measuring the time taken to traverse a fixed distance using acoustic detecting arrangements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Industrial Gases (AREA)

Description

87493
Menetelmä ja laite kaasujen virtausnopeuden ja/tai siitä johdettavissa olevien suureiden mittaamiseksi Förfarande och anordning för mätning av strömningshastigheten av gaser och/eller storheter som kan härledas frän denna 5
Keksinnön kohteena on akustinen virtausmittausmenetelmä kaasujen virtausnopeuden ja/tai siitä johdettavien suureiden mittaamiseksi, jossa menetelmässä mittausputkeen lähetetään pitkäaaltoista ääntä ja kahdella määräetäisyydellä toisistaan mittausputken 10 yhteydessä sijaitsevalla ääni-ilmaisimella havaitaan kaasuvirtauksessa myötä- ja vastavirtaan kulkeneet äänisignaalit, joiden polariteettikorrelointia hyväksikäyttäen määrätään mittausputkessa virtaavan kaasun virtausnopeus ja jossa menetelmässä mittausputkeen lähetettävän äänen taajuutta pyyhkäistään tietyn minimi- ja maksimi-taajuuden välillä.
15
Lisäksi keksinnön kohteena on laite kaasujen virtausnopeuden ja/tai siitä johdettavien suureiden, kuten tilavuusvirtauksen ja/tai massavirtauksen mittaamiseksi, joka laite käsittää mittausputken, jossa mitattava kaasuvirtaus kulkee, joka laite käsittää äänisignaalien lähettiminä kaiuttimet ja äänen ilmaisimina mikrofonit, jotka on sijoitettu 20 mittausputken yhteyteen mainittujen kaiuttimien välille tietylle tunnetulle keskinäiselle etäisyydelle, joka laite käsittää taajuuspyyhkäistyn signaaligeneraattorin tai -generaattorit, jolla/joilla syötetään taajuuspyyhkäistyt sähkösignaalit mainituille kaiuttimille, ja joka laite käsittää polariteettikorrelaattorin, johon syötetään mainituista mikrofoneista saadut signaalit.
25
Valtion tutkimuskeskus VTT:n FI-patentista n:o 76 885 on ennestään tunnettu akustinen virtausmittausmenetelmä ja -laite kaasujen, nesteiden ja/tai multifaasisuspensioiden virtausnopeuden, tilavuusvirtauksen ja/tai massavirtauksen mittaamiseksi putkessa tai vastaavassa aaltoputkessa myötä- ja vastavirtaan eteneviä ääniaaltoja käyttäen. Tässä 30 tunnetussa menetelmässä ja laitteessa äänilähteistä tuleva laajakaistainen äänisignaali saatetaan kulkemaan mittausputkessa tai vastaavassa aaltoputkessa tasoaaltomoodissa sekä myötä- että vastavirtaan ja mitattujen äänisignaalien korrelaatiofunktioiden 2 87493 maksimista ja/tai minimistä saatujen äänen kulkuaikojen sekä mittauspisteiden keskinäisen välimatkan perusteella määrätään virtausnopeus.
Em. FI-patentissa esitetyssä eräässä teknillisessä ratkaisussa ääni syötetään mittaus-5 putkeen taajuuspyyhkäisyn muodossa ja äänen kulkuaika määrätään mittausvälin päihin sijoitettujen mikrofonien signaaleista polariteettikorrelaattorilla. Myötä- ja vastavirtaan mitatuista kulkuajoista voidaan suurella tarkkuudella mitata sekä keskimääräinen virtausnopeus että äänennopeus levossa olevassa väliaineessa. Virtausnopeudesta ja putken poikkipinta-alasta voidaan tarvittaessa lisäksi laskea tilavuusvirtausnopeus ja 10 siitä edelleen paine- ja lämpötilamittaustulokset yhdistämällä massavirtausnopeus.
Käytännön kokeet ovat osoittaneet, että em. FI-patentin menetelmä ja laite toimivat tarkoitetulla tavalla edellyttäen, että putkeen lähetettyjen taajuuspyyhkäisysignaalien äänitaso on vähintään samaa tasoa kuin putkessa esiintyvät häiriöäänet. Voimakkaan 15 taustamelun vallitessa haluttu äänisignaali superponoituu melun aiheuttaman signaalin päälle, jolloin polariteettikorrelaattorin sisäänmenossa olevan komparaattoripiirin tila ei pääse vaihtumaan halutulla tavalla, mitä ilmiötä selostetaan myöhemmin tarkemmin oheiseen kuvioon 3 viitaten. Ympäristön melun lisäksi itse mittausmenetelmässä ja laitteessa tarvittavien mikrofonien ja kaiuttimen liitäntä mittausputkeen aiheuttaa 20 kaasuvirtauksessa turbulenssia, mikä tunnetusti synnyttää verraten laajaspektristä melua. Myös muut virtauskanavan epäjatkuvuuskohdat, kuten venttiilit, virtauksen kuristimet tai putken mutkat saattavat aiheuttaa virtaukseen melua synnyttävää turbulenssia. Joskus virtauksen itsensä synnyttämässä melussa voi olla hyvinkin suuritehoisia diskreettejä taajuuksia. Virtausputken seinämiä ja tukirakenteita pitkin voi myös johtua 25 akustiseen virtausmittausjärjestelmään sitä häiritsevää melua. Esimerkiksi maakaasun turvallisuusstandardit estävät äänen syöttötehon nostamisen kaikissa oloissa riittävälle tasolle. Tästä syystä akustisen mittausjärjestelmän signaali/kohina-suhdetta on pyrittävä nostamaan muulla tavalla.
30 Em. FI-patentissa esitetyssä menetelmässä myötä- ja vastavirtaan etenevät äänisignaalit pyrkivät myös häiritsemään toisiansa, eli ne ovat toistensa suhteen verrattavissa 3 87493 mittausympäristön meluun. Tämän vuoksi äänisignaalit on lähetettävä vuorotellen myötä- ja vastavirtaan, mistä kuitenkin aiheutuu mittausvirheitä nopeasti muuttuvissa virtauksissa.
5 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on kehittää edelleen em. FI-patentissa 76 885 esitettyä virtausmittausmenetelmää ja -laitetta niin, että edellä käsitellyt epäkohdat pääasiallisesti vältetään.
Keksinnön erityistarkoituksena on saada aikaan menetelmä, joka entistä paremmin 10 soveltuu käytettäväksi meluisissa mittausympäristöissä, kuten tyypillisesti esim. maakaasun mittauksessa.
Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnön menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että molemmilta ääni-ilmaisimilta 15 tulevat mittaussignaalit johdetaan kapeakaistaiselle suodattimelle tai suodatinjäijestelmäl-le, että mainittujen suodattimien läpäisykaistaa pyyhkäistään äänilähetteen taajuus-pyyhkäisyn kanssa synkronisesti ja että taajuuspyyhkäisyn kesto ja mainittujen suodattimien päästökaistan leveys on siten valittu, että kummankin ääni-ilmaisimen havaitsema mittaussignaali pääsee mittaussekvenssihetkellä olennaisesti vaimentumatta suodattimen-20 sa läpi sekä siten, että suodattimien keski taajuudesta olennaisesti poikkeavat häiriötaa-juudet merkittävästi vaimentuvat.
Keksinnön mukaiselle laitteelle on puolestaan pääasiallisesti tunnusomaista se, että laite käsittää kaksi taajuuspyyhkäistyä suodatinta tai vastaavan suodatinjäijestelmän, joi-25 den/jonka kautta mainituista mikrofoneista tulevat signaalit syötetään mainitulle polariteettikorrelaattorille ja että laite käsittää taajuuspyyhkäisyn ohjauksen, jolla taajuuspyyhkäisysignaaligeneraattorin taajuutta ja mainittujen kapeakaistaisten suodattimien taajuuspyyhkäisyä ohjataan keskenään synkronisesti.
30 Tässä keksinnössä esitetään, että sinänsä edullinen ja yksinkertaista toteutusta edustava polariteettikorrelaatti on käyttökelpoinen aikaisempaan verrattuna paljon 4 37493 voimakkaamman taustamelun vallitessa, kun kumpikin mikrofonisignaali johdetaan ensin kapeakaistaiselle suodattimelle, jonka kaista seuraa lähetteen taajuuspyyhkäisyä. Tällöin edellytetään, että suodattimilla on taajuudesta riippumaton viive, kuten esim. FIR-suodattimilla. FIR-suodattimen kaistanpyyhkäisy on yksinkertaisimmin toteutettavis-5 sa kellotaajuutta muuttamalla, jolloin kuitenkin suodattimen aiheuttama viive muuttuu kääntäen verrannollisena kellotaajuuteen. Tämä ei kuitenkaan ole haitallista, sillä vain kummankin suodattimen viiveiden erotus vaikuttaisi mittaustulokseen, mutta se pysyy nollana. Taajuuspyyhkäisy on käytännössä valittava niin hitaaksi, että kummankin mikrofonin signaali, niiden aikaviiveestä huolimatta pääsee merkittävästi vaimentumat-10 ta identtisten, kapeakaistaisten suodattimien läpi, mutta muut suodattimien keskitaajuu-desta enemmän poikkeavat taajuudet vaimenevat merkittävästi. Tämä toteutuu parhaiten, jos suodattimien läpäisykaistan keski taajuus vastaa kulloinkin sen signaalin taajuutta, joka mitattaisiin mittausvälin puolivälissä, yhtä kaukana kummastakin mikrofonista.
15
Pyyhkäistävän suodattimen käyttäminen laajentaa polariteettikorrelaattorin käyttökelpoisuutta myös muulla tavoin. Ilman tässä keksinnössä sovellettavaa pyyhkäistävää suodatinta myötä- ja vastavirtaan lähetettävät äänisignaalit saattavat häiritä toisiaan siinä määrin, että ne on lähetettävä vuorotellen, mikä voi, kuten mainittua, aiheuttaa 20 virhettä silloin kun virtausnopeus nopeasti muuttuu. Keksinnössä pyyhkäistävillä, kapeakaistaisilla suodattimilla samanaikainenkin myötä- ja vastavirtaan etenevä ääni voidaan erottaa toisistaan, kun niiden taajuusero jäljestetään riittävän suureksi. Tällöin käytetään edullisimmin neljää pyyhkäistävää suodatinta.
25 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyihin keksinnön eräisiin toteutusesimerkkeihin sekä keksintöä ja sen taustaa havainnollistaviin kaavioihin.
Kuvio 1 esittää kaaviollisesti ja lohkokaaviona äänennopeuden vuorotellen myötä- ja 30 vastavirtaan tapahtuvaan mittaukseen perustuvaa keksinnön mukaista akustista virtaus-mittaria.
5 87493
Kuvio 2 esittää kuviota 1 vastaavalla tavalla äänennopeuden samanaikaiseen myötä- ja vastavirtaan tapahtuvaan mittaukseen perustuvaa keksinnön mukaista virtausmittaria.
Kuvio 3 A) esittää amplitudi-aikakoordinaatistossa meluun sekoittunutta mittaussignaa-5 lia, kuvio 3 B) eo. signaalin polariteetin ilmaisua ilman suodatusta ja kuvio 3 C) keksinnön mukaisen suodatuksen kanssa.
Kuvio 4 esittää keksinnössä sovellettavan kapeakaistaisen suodattimen läpäisykäyrää.
10 Kuvio 5 esittää myötävirtaan ja vastavirtaan mittaavien pyyhkäistävien suodattimien päästökaistoja.
Kuvioiden 1 ja 2 mukaisesti kaasuvirtaus, jonka virtausnopeutta v akustisesti mitataan, kulkee putkessa 10. Tyypillisesti mitattavana kaasuna on maakaasu. Mittausputkeen 10 15 lähetetään kaiuttimilla 13a ja 13b myötä-ja vastavirtaan äänisignaaleja, jotka vastaanotetaan kaiuttimien 13a ja 13b väliin sijoitetuilla mikrofoneilla 14a ja 14b, joiden keskinäinen väli L on virtausmittauksessa olennainen. Mittausputken 10 halkaisija D ja mittausväli L valitaan esim. niin, että L « 10D.
20 Keksintöön liittyvän mittaustekniikan kannalta keskeisin fysikaalinen havainto on, että jäykkäseinäisessä putkessa 10 voi tietyn, putken 10 mitoista riippuvan rajataajuuden alapuolella edetä vain n.k. tasoaalto- eli mäntämoodi, jonka etenemisnopeus ei riipu väliaineen, sen lämpötilan tai virtausnopeuden paikallisista vaihteluista, vaan ainoastaan mittausvälillä vallitsevista keskimääräisistä arvoista, (B. Robertson "Effect of arbitrary 25 temperature and flow profiles on the speed of sound in a pipe" J. Acoust. Soc. Am., Vol 62, No 4, p. 813-818, October 1977 ja B. Robertson "Flow and temperature profile independence of flow measurements using long acoustic waves" Transactions of the ASME, Vol. 106, p. 18-20, March 1984), mikä mahdollistaa tarkan profiiliriippumatto-man virtausmittauksen. Ympyräpoikkipintaiselle putkelle mainittu rajataajuus fc voidaan 30 laskea kaavasta 6 87493 fc = c/(1.7 * D ) , (1) missä c on äänen etenemisnopeus putken täyttävässä väliaineessa ja D on putken 10 halkaisija.
5 Seuraavassa esitetään keksinnön mukaisessa virtausmittauksessa käytettävät laskentakaavat.
Virtausnopeus [m/sj v = O.S * L * (ij1 - f2_1) O)
Tilavuusvirtaus [ot3/j] Q = v * A
Massavirtaus [kgls] M = Q * p M
10 v = keskimääräinen virtausnopeus L = mikrofonien 14a ja 14b välinen etäisyys tj = äänen kulkuaika myötävirtaan .....- t2 = äänen kulkuaika vastavirtaan 15 Q = tilavuusvirtaus A = putken 10 poikkipinta-ala M = massavirtaus p = kaasun tiheys 20 Kuvion 1 mukaisesti kaiuttimia 13a ja 13b syötetään vuoronperään pyyhkäisygeneraat-torista 12 saaduilla sähkösignaaleilla. Kaiuttimen 13a ja 13b syötön vuorottelua ohjataan taajuuspyyhkäisyn ohjausyksikön 11 ohjaamalla kytkimellä 18. Akustisen mittausjärjestelmän vastaanottopuoli käsittää edellä mainitut mittausvälin L päässä toisistaan 7 37493 olevat mikrofonit 14a ja 14b, joiden lähtösignaali syötetään vahvistimien 16a ja 16b välityksellä tässä keksinnössä olennaisina komponentteina oleviin pyyhkäistäviin suodattimiin 17a ja 17b, joiden pyyhkäisykaistaa ohjaa taajuuspyyhkäisyn ohjausyksikkö 11. Mainitut pyyhkäistävät suodattimet 17a ja 17b on yhdistetty polariteettikorrelaatto-5 riin 15.
Keksinnössä sovellettavan polariteettikorrelaattorin 15 toinen tulosignaali, fa(t), on tosiajassa ja toista fb(t-r), viivästetään siirtorekisterin avulla. Sana "polariteetti" tarkoittaa, että jos funktiot fa ja fb ovat jatkuvia, niiden arvo määritetään vain yhden 10 bitin tarkkuudella, ts. päätetään onko funktio positiivinen vai negatiivinen verrattuna ennalta määrättyyn "nolla"-vertailutasoon. Jos signaalien mahdolliset arvot ovat +1 (positiivinen) ja -1 (negatiivinen), normalisoitu korrelaatiofunktio voidaan määrittää
T
Kj, M - I / \ </. «> f k (»-O * 1 ) *· (5> 1 o z 15 Kun signaalien fa(t) ja fb(t) välillä on voimakas positiivinen korrelaatio, funktio Ra b saa lähellä 1 olevan arvon, ja kun kysymyksessä on voimakas negatiivinen korrelaatio, arvo on lähellä nollaa. Kun korrelaatiota ei ole lainkaan, saadaan arvo 0,5.
Jos signaalin fa tai fb positiivinen arvo määritellään loogiseksi arvoksi 1, samalla kun 20 negatiivinen arvo vastaa loogista 0, looginen funktio, joka saa yhtä suuret arvot integrandina /(».*)»! (/,(!)/» (»-O ♦ 1 <« 25 voidaan toteuttaa eksklusiivisella NOR-portilla.
8 37493
Polariteettikorrelaattori 15 ottaa näytetteitä integrandista, yhtälö (6), viiveen r tietyllä aikavälillä. Integrointi suoritetaan summaamalla näytteenottotulokset laskimiin mittaus-jaksonajalla T. Kullakin yksittäisellä arvolla r, jota nimitetään kanavaksi, on oma laskijansa. Maksimaalinen näytteenottotaajuus voi olla yhtä suuri kuin siirtorekisterin 5 kellotaajuus.
Polariteettikorrelaattorin eräs toteutusesimerkki on esitetty yksityiskohtaisesti hakijan em. FI-patentin 76 885 kuvioissa 5 ja 6, joihin polariteettikorrelaattorin 15;151,152 toteutuksen osalta viitataan. Polariteettikorrelaattorilta 15; 151,152 syötetään mittaussig-10 naali yksikölle 20, joka sisältää esim. tietojenkäsittelylaitteen, joka laskee edellä esitettyjen kaavojen (2), (3) tai (4) perusteella mitattavan virtausnopeuden (v), tarvittaessa mitattavan tilavuusvirtauksen (Q) tai massavirtauksen (M). Yksikköön 20 kuuluvat myös mittaustulokset tulostus- tai näyttölaitteet.
15 Tämän keksinnön mukaisesti kapeakaistaisten suodattimien 17a ja 17b läpäisykaista seuraa pyyhkäisygeneraattorin 12 taajuuspyyhkäisyä yksikön 11 ohjauksen perusteella. Suodattimet 17a ja 17b jäljestetään niin, että niillä on taajuudesta riippumaton viive. Tässä tarkoituksessa suodattimina ovat edullisesti FIR (Finite Impulse Response) -suodattimet, joiden kaistanpyyhkäisy toteutetaan yksinkertaisemmin kellotaajuutta 20 muuttamalla. Tällöin kuitenkin FIR-suodattimen aiheuttama viive muuttuu kääntäen verrannollisena kellotaajuutena, mikä ei kuitenkaan ole haitallista, sillä vain kummankin suodattimen viiveiden erotus vaikuttaa mittaustulokseen, mutta se pysyy nollana. Tajuuspyyhkäisyn taajuusalue valitaan esim. alueelta 0,1-10 kHz. Lisäksi taajuuspyyhkäisy on käytännössä valittava niin hitaaksi, että kummankin mikrofonin 25 14a, 14b signaali niiden aikaviiveestä huolimatta pääsee merkittävästi vaimentumatta keskenään identtisten kapeakaistaisten suodattimien 17a, 17b läpi, mutta muut suodattimien keski taajuudesta enemmän poikkeavat taajuudet vaimenevat merkittävästi, kuten kuviosta 4 selviää. Tämä toteutetaan edullisimmin siten, että suodattimien 17a ja 17b keskitaajuus f0 vastaa kulloinkin sen signaalin taajuutta, joka mitattaisiin mittausvälin 30 puolivälissä yhtä kaukana kummastakin mikrofonista 14a, 14b.
9 87493
Kuviossa 3, jossa pystyakselina on signaalien amplitudit ja vaaka-akselina aika, on esitetty mittausputken 10 häiriömelun vaikutusta mittaussignaalin polariteetin ilmaisussa. Kuviossa 3 A) on esitetty pääasiallisesti sinimuotoinen mittaussignaali, joka on super-ponoitunut mittaustaajuutta olennaisesti pienitaajuisemman melusignaalin päälle.
5 Kuviossa 3 B) on esitetty ilman tämän keksinnön mukaista suodatusta aikaansaatu signaalin polariteetin ilmaisu ja kuviossa 3 C) on esitetty keksinnön mukaisen suodatuksen kanssa aikaansaatu vastaava polariteetin ilmaisu.
Kuviossa 4 on esitetty kapeakaistaisten suodattimien 17a ja 17b taajuuskaistan valinnan 10 periaatetta. Pystyakseli G esittää suodattimien 17a, 17b läpäisyä ja vaaka-akseli taajuutta f. Mikrofonien 14a, 14b välityksellä havaittavat hetkelliset taajuudet fa ja fb pyritään saattamaan suodattimien 17a, 17b päästökaistaan symmetrisesti keski taajuuden f0 kahden puolen.
15 Kuvion 1 mukaisesti myötä- ja vastavirtaan lähetettävät äänisignaalit lähetetään vuorotellen. Tämä voi aiheuttaa mittausvirhettä silloin kun virtausnopeus v muuttuu nopeammin kuin mittaussekvenssin kesto. Keksinnön mukainen pyyhkäistävien suodattimien soveltaminen tekee mahdolliseksi myös tämän epäkohdan eliminoimisen esim. kuvion 2 mukaisella mittausjärjestelyllä. Kuvion 2 mukaisesti käytetään neljää 20 pyyhkäistävää suodinta 17aj,17a2 ja 17^,171^, ja kahta polariteettikorrelaattoria 15! ja 152. Pyyhkäistävistä suodattimista 17 on anturimikrofoniin 14a kytketty suodattimet 17aj ja 17a2. Pyyhkäistävistä suodattimista suodattimet 17b, ja 17b2 on kytketty toiseen anturimikrofoniin 14b. Suodattimet 17aj ja 17bj on kytketty polariteettikorrelaattoriin 15 j ja vastaavasti suodattimet 17a2 ja 17b2 toiseen polariteettikorrelaattoriin 152. 25 Suodattimet 17aj ja 17bj, jotka on kytketty seuraamaan myötävirtaan lähetettyä taajuuspyyhkäisyä, ovat keskenään identtiset samoin kuin suodattimet 17a2 ja 17b2, jotka ovat ohjattu seuraamaan vastavirtaan lähetettävää pyyhkäisyä, ovat keskenään identtiset. Myötä- ja vastavirtaan lähetettävien taajuuspyyhkäisyjen hetkelliset taajuudet ovat sopivimmin joka hetki toisistaan niin paljon poikkeavia, että vain oikea ääni 30 pääsee merkittävästi vaimentumatta kunkin suodattimen läpi. Yksinkertaisinta on käyttää samaa taajuuspyyhkäisyä kumpaankin suuntaan siten, että toista viivästetään 10 87493 toiseen nähden riittävästi, jotta suodattimien 17 päästökaistat eivät osu osittainkaan päällekkäin. Edellä esitetty tarkoittaa sitä, että kuviossa 2 esitetyn kahden pyyh-käisygeneraattorin 12a ja 12b asemesta käytetään vain yhtä generaattoria 12, joista toiseen kaiuttimeen syötetään sähkösignaali sinänsä tunnetun viivepiirin kautta. Tätä 5 järjestelyä havainnollistavat kuviossa 5 vinoviivoituksella taajuus-aika-asteikolla esitetyt suodattimien 17 päästökaistat. Kuviossa S D viittaa myötävirtaan ja U vastavirtaan mittaavien pyyhkäistävien suodattimien 17 päästökaistoihin, jotka on saatu toisistaan täysin eroon viivästämällä lähetettäviä taajuuspyyhkäisyjä riittävästi toisiinsa nähden. Taajuuspyyhkäisyn maksi mi taajuutta on merkitty f,^ ja minimitaajuutta fmin. 10 Kuvion 5 mukaisesti esimerkiksi ajanhetkellä t, myötävirtaan mittaavan suodattimen taajuuskaista on AfD ja vastavirtaan mittaavan suodattimen 17 päästökaista on Afy ja mainittujen kaistojen keskitaajuuksien f0 väli on Af.
Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen 15 ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella ja poiketa edellä vain esimerkinomaisesti esitetyistä.

Claims (11)

11 87493
1. Akustinen virtausmittausmenetelmä kaasujen virtausnopeuden ja/tai siitä johdettavien suureiden mittaamiseksi, jossa menetelmässä mittausputkeen (10) lähetetään pitkäaal-5 toista ääntä ja kahdella määräetäisyydellä (L) toisistaan mittausputken (10) yhteydessä sijaitsevalla ääni-ilmaisimella (14a, 14b) havaitaan kaasuvirtauksessa myötä-ja vastavirtaan kulkeneet äänisignaalit, joiden polariteettikorrelointia (15; 15j, 152) hyväksikäyttäen määrätään mittausputkessa (10) virtaavan kaasun virtausnopeus (v) ja jossa menetelmässä mittausputkeen (10) lähetettävän äänen taajuutta pyyhkäistään tietyn minimi- 10 ja maksimitaajuuden (f^ - fmax) välillä, tunnettu siitä, että molemmilta ääni-ilmaisimilta (14a, 14b) tulevat mittaussignaalit (fa(t), fb(t)) johdetaan kapeakaistaiselle suodattimelle (17a, 17b) tai suodatinjäijestelmälle (17a!,17a2,17b1,17b2), että mainittujen suodattimien (17) läpäisy kaistaa pyyhkäistään äänilähetteen taajuuspyyhkäisyn kanssa synkronisesti ja että taajuuspyyhkäisyn kesto ja mainittujen suodattimien (17) 15 päästökaistan leveys on siten valittu, että kummankin ääni-ilmaisimen (14a, 14b) havaitsema mittaussignaali pääsee mittaussekvenssihetkellä olennaisesti vaimentumatta suodattimensa (17) läpi sekä siten, että suodattimien (17) keskitaajuudesta (f0) olennaisesti poikkeavat häiriötaajuudet merkittävästi vaimentuvat.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitut suodattimet (17) valitaan niin, että niiden aiheuttama signaalin kulkuaikaviive on kullakin suodattimen keskitaajuudella (f0) riittävällä tarkkuudella taajuudesta riippuma-: ; ; ton.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ääni- ilmaisimen (14a, 14b) signaalien aikaerosta aiheutuvat "hetkelliset" taajuudet (fa,fb) sijoitetaan olennaisesti symmetrisesti päästökaistan keskitaaj uuden (f0) kummallekin puolelle (kuvio 4).
4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että taajuuspyyhkäistyt äänisignaalit lähetetään vuorotellen virtauksen myötä- ja vastavir- 12 87493 taan kytkemällä pyyhkäisygeneraattori kytkimellä (18) tai vastaavasti vuorotellen myötävirtaan lähettävään lähettimeen (13a) ja vastavirtaan lähettävään lähettimeen (13b).
5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, etenkin nopeasti vaihtelevan kaasuvirtauksen mittaamiseen, tunnettu siitä, että myötä- ja vastavirtaan lähetetään samanaikaisesti erilliskaistaiset taajuuspyyhkäisyt, että menetelmässä käytetään kahta rinnakkaista suodatinjäijestelmää (17aj,17a2;17bj,17b2), joista toinen (17ai,17a2) viritetään seuraamaan myötävirtaan ja toinen (17bI,17b2) vastavirtaan 10 lähetettävää taajuuspyyhkäisyä, joiden hetkelliset taajuudet jäljestetään poikkeamaan toisistaan riittävästi siten, että kumpikin suodatinjäijestelmä päästää lävitseen vain sen pyyhkäisyn, jota se on viritetty seuraamaan (kuvio 2).
6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 taajuuspyyhkäistyinä suodattimena (17) käytetään FIR (Finite Impulse Response)- suodattimia ja että suodattimien (17) kaistanpyyhkäisy toteutetaan sopivimmin niiden kellotaajuutta muuttamalla.
7. Laite kaasujen virtausnopeuden (v) ja/tai siitä johdettavien suureiden, kuten tilavuus-20 virtauksen (Q) ja/tai massavirtauksen (M) mittaamiseksi, joka laite käsittää mittausput- ken (10), jossa mitattava kaasuvirtaus kulkee, joka laite käsittää äänisignaalien lähettiminä kaiuttimet (13a, 13b) ja äänen ilmaisimina mikrofonit (14a, 14b), jotka on ·' sijoitettu mittausputken (10) yhteyteen mainittujen kaiuttimien (13a, 13b) välille tietylle tunnetulle keskinäiselle etäisyydelle (L), joka laite käsittää taajuuspyyhkäistyn signaali-25 generaattorin (12) tai -generaattorit (12a,12b), jolla/joilla syötetään taajuuspyyhkäistyt sähkösignaalit mainituille kaiuttimille (13a, 13b), ja joka laite käsittää polariteettikor-relaattorin (15; 151,152), johon syötetään mainituista mikrofoneista (14a, 14b) saadut signaalit, tunnettu siitä, että laite käsittää kaksi taajuuspyyhkäistyä suodatinta (17a,17b) tai vastaavan suodatinjäijestelmän (17a1,17a2,17b1,17b2), joiden/jonka kautta 30 mainituista mikrofoneista (14a, 14b) tulevat signaalit syötetään mainitulle polariteettikor-relaattorille (15; 15a, 15b) ja että laite käsittää taajuuspyyhkäisyn ohjauksen (11), jolla 13 37493 taajuuspyyhkäisysignaaligeneraattorin (12) taajuutta ja mainittujen kapeakaistaisten suodattimien (17) taajuuspyyhkäisyä ohjataan keskenään synkronisesti.
8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite käsittää yhden 5 taajuuspyyhkäisygeneraattorin (12), jota ohjataan kytkeytymään vuorotellen eri kaiuttimiin (13a, 13b).
9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite käsittää kaksi eri taajuuspyyhkäisygeneraattoria (12a, 12b), joilla syötetään molempiin kaiuttimiin 10 (13a, 13b) samanaikaisesti taajuudeltaan poikkeavat äänisignaalit (kuvio 2).
10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite käsittää neljä taajuuspyyhkäistävää suodatinta (17a|, 17a2,17b j, 17b2), jotka ovat pareittain keskenään identtiset ja joista toinen pari (17ai,17a2) on ohjattu seuraamaan myötävirtaan lähetet- 15 tyä taajuuspyyhkäisyä ja toinen pari (17b, ,17b2) vastavirtaan lähetettyä taajuuspyyhkäisyä ja joiden suodatinparien taajuuspyyhkäisyjen hetkellisten taajuuksien erotus (Af) on niin suuri, että vain oikea ääni pääsee merkittävästi vaimentumatta kunkin suodattimen läpi.
11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että sekä myötä- että vastavirtaan käytetään samaa taajuuspyyhkäisyä, joita toista viivästetään toiseen nähden niin, että suodattimien (17) päästökaistat (AfD,Afu) eivät osu samanaikaisesti osittainkaan päällekkäin (kuvio 5). 25 14 87493
FI916102A 1991-12-23 1991-12-23 Foerfarande och anordning foer maetning av stroemningshastigheten av gaser och/eller storheter som kan haerledas fraon denna FI87493C (fi)

Priority Applications (13)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI916102A FI87493C (fi) 1991-12-23 1991-12-23 Foerfarande och anordning foer maetning av stroemningshastigheten av gaser och/eller storheter som kan haerledas fraon denna
JP5511455A JPH06507724A (ja) 1991-12-23 1992-11-12 気体の流れ速度及び又はこれ等の速度から得られる量の測定を行う方法及び装置
US08/107,789 US5513535A (en) 1991-12-23 1992-11-12 Method and device for measurement of the flow velocities of gases and/or of quantities that can be derived from same
DE69205274T DE69205274T2 (de) 1991-12-23 1992-11-12 Verfahren und vorrichtung zur messung von strömungsgeschwindigkeiten von gasen und/oder davon abgeleiteter grössen.
AT92923229T ATE128763T1 (de) 1991-12-23 1992-11-12 Verfahren und vorrichtung zur messung von strömungsgeschwindigkeiten von gasen und/oder davon abgeleiteter grössen.
CA002101652A CA2101652C (en) 1991-12-23 1992-11-12 Measurement of the flow velocities of gases and/or of quantities that can be derived from same
PCT/FI1992/000307 WO1993013390A1 (en) 1991-12-23 1992-11-12 Method and device for measurement of the flow velocities of gases and/or of quantities that can be derived from same
ES92923229T ES2080525T3 (es) 1991-12-23 1992-11-12 Metodo y dispositivo para medir las velocidades y flujo de gases y/o las magnitudes que pueden derivarse de las mismas.
EP92923229A EP0572583B1 (en) 1991-12-23 1992-11-12 Method and device for measurement of the flow velocities of gases and/or of quantities that can be derived from same
DK92923229.6T DK0572583T3 (da) 1991-12-23 1992-11-12 Fremgangsmåde og indretning til måling af strømningshastighederne for gasser og/eller af størrelser, der kan afledes af samme
CN92114882.8A CN1076024A (zh) 1991-12-23 1992-12-23 用于测量气体流速和/或由其推导出的参量的方法及装置
NO932977A NO307112B1 (no) 1991-12-23 1993-08-20 Fremgangsmåte og anordning for å måle stroemningshastigheten til gasser og/eller stoerrelser som kan bli utledet fra samme
GR960400008T GR3018591T3 (en) 1991-12-23 1996-01-03 Method and device for measurement of the flow velocities of gases and/or of quantities that can be derived from same.

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI916102A FI87493C (fi) 1991-12-23 1991-12-23 Foerfarande och anordning foer maetning av stroemningshastigheten av gaser och/eller storheter som kan haerledas fraon denna
FI916102 1991-12-23

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI916102A0 FI916102A0 (fi) 1991-12-23
FI87493B FI87493B (fi) 1992-09-30
FI87493C true FI87493C (fi) 1993-01-11

Family

ID=8533731

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI916102A FI87493C (fi) 1991-12-23 1991-12-23 Foerfarande och anordning foer maetning av stroemningshastigheten av gaser och/eller storheter som kan haerledas fraon denna

Country Status (13)

Country Link
US (1) US5513535A (fi)
EP (1) EP0572583B1 (fi)
JP (1) JPH06507724A (fi)
CN (1) CN1076024A (fi)
AT (1) ATE128763T1 (fi)
CA (1) CA2101652C (fi)
DE (1) DE69205274T2 (fi)
DK (1) DK0572583T3 (fi)
ES (1) ES2080525T3 (fi)
FI (1) FI87493C (fi)
GR (1) GR3018591T3 (fi)
NO (1) NO307112B1 (fi)
WO (1) WO1993013390A1 (fi)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI88208C (fi) * 1992-04-01 1993-04-13 Valtion Teknillinen Foerfarande och anordning foer akustisk maetning av en gasstroem
FI88209C (fi) * 1992-04-14 1993-04-13 Kytoelae Instrumenttitehdas Foerfarande och anordning vid akustisk stroemmaetning foer att foersaekra sig om den funktionsfoermaoga
FI94909C (fi) * 1994-04-19 1995-11-10 Valtion Teknillinen Akustinen virtausmittausmenetelmä ja sitä soveltava laite
US5531099A (en) * 1994-11-09 1996-07-02 At&T Corp. Underground conduit defect localization
FI105363B (fi) * 1997-07-04 2000-07-31 Neles Field Controls Oy Menetelmä virtauksen mittaamiseksi ja virtausmittari
JP4556253B2 (ja) * 1999-06-24 2010-10-06 パナソニック株式会社 流量計
AU5569300A (en) * 1999-06-24 2001-01-31 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Flowmeter
AU7834000A (en) 1999-09-27 2001-04-30 Ohio University Determining gas and liquid flow rates in a multi-phase flow
SE0003348D0 (sv) * 2000-09-18 2000-09-18 Flaekt Ab Anordning och förfarande för att mäta flödet i en fluid
DE10062875B4 (de) * 2000-12-16 2007-02-08 Hydrometer Gmbh Durchflussmesser
JP4135056B2 (ja) * 2001-02-15 2008-08-20 横河電機株式会社 超音波流量計
JP4271979B2 (ja) * 2003-04-21 2009-06-03 帝人株式会社 超音波式ガス濃度流量測定方法および装置
JP2005189003A (ja) * 2003-12-24 2005-07-14 Ueda Japan Radio Co Ltd 流量測定および気泡検出の可能な統合システム
WO2006134199A1 (en) * 2005-06-16 2006-12-21 Justiflow Oy Ultrasound flowmeter arrangement for determining speed of sound
CN101900585B (zh) * 2009-05-25 2012-07-04 哈尔滨理工大学 电磁流量计采用窄带滤波信号调理的方法及设备
US10288641B2 (en) * 2010-01-29 2019-05-14 Worcester Polytechnic Institute System and method of measuring 2- and 3-dimensional velocity vector using cross-correlation velocimetry
CN102830245A (zh) * 2012-08-15 2012-12-19 华北电力大学 一种基于声学的锅炉炉膛烟气流速监测系统及监测方法
EP3056885B1 (en) 2015-02-11 2019-08-14 General Electric Technology GmbH Measurement system and method for measuring temperature and velocity of a flow of fluid
CN111028487B (zh) * 2019-12-27 2021-07-13 杭州青泓科技有限公司 一种水处理监测方法及系统

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2826912A (en) * 1948-12-27 1958-03-18 Kritz Jack Acoustic velocity measuring system
US3568661A (en) * 1968-10-02 1971-03-09 Us Health Education & Welfare Frequency modulated ultrasound technique for measurement of fluid velocity
USRE28686E (en) * 1970-07-06 1976-01-20 Measurement of fluid flow rates
US4019038A (en) * 1971-06-10 1977-04-19 Kent Instruments Limited Correlators
GB1393103A (en) * 1972-01-27 1975-05-07 Kent Instruments Ltd Flow velocity measurement
US3819919A (en) * 1972-12-08 1974-06-25 Gunigle R Mc Tracking system for time-displaced signals
GB2039110B (en) * 1978-05-25 1982-11-17 Sybron Corp Peak tracking correlator
US4312238A (en) * 1979-12-13 1982-01-26 Rey Thomas J Electro-acoustic flowmeter
FI76885C (fi) * 1987-01-16 1988-12-12 Valtion Teknillinen Akustiskt stroemningsmaetningsfoerfarande och anordning foer tillaempning av detta.
US4787252A (en) * 1987-09-30 1988-11-29 Panametrics, Inc. Differential correlation analyzer
GB2227841B (en) * 1988-12-03 1993-05-12 Schlumberger Ltd Impedance cross correlation logging tool
US5226328A (en) * 1989-11-17 1993-07-13 Ads Environmental Services, Inc. Velocity measurement system
CA2048960C (en) * 1990-08-20 1995-08-01 Hisashi Hagiwara Ultrasonic doppler blood flowmeter

Also Published As

Publication number Publication date
DE69205274D1 (de) 1995-11-09
EP0572583A1 (en) 1993-12-08
NO932977L (no) 1993-08-20
CN1076024A (zh) 1993-09-08
ATE128763T1 (de) 1995-10-15
FI916102A0 (fi) 1991-12-23
CA2101652C (en) 2000-01-18
GR3018591T3 (en) 1996-04-30
US5513535A (en) 1996-05-07
NO307112B1 (no) 2000-02-07
CA2101652A1 (en) 1993-06-24
NO932977D0 (no) 1993-08-20
DK0572583T3 (da) 1996-02-12
DE69205274T2 (de) 1996-05-02
JPH06507724A (ja) 1994-09-01
FI87493B (fi) 1992-09-30
WO1993013390A1 (en) 1993-07-08
ES2080525T3 (es) 1996-02-01
EP0572583B1 (en) 1995-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI87493C (fi) Foerfarande och anordning foer maetning av stroemningshastigheten av gaser och/eller storheter som kan haerledas fraon denna
CA2188145C (en) Acoustic flow measurement method and measurement apparatus implementing the method
CN107003332B (zh) 改进的信号行程时间流量计
EP0572581B1 (en) Method and device for monitoring of a gas flow, in particular a natural-gas flow
FI88209C (fi) Foerfarande och anordning vid akustisk stroemmaetning foer att foersaekra sig om den funktionsfoermaoga
DK1261846T3 (da) Fremgangsmåde og apparat til bestemmelse af volumenstrømhastigheder og volumenkoncentrationer af væskefasekomponenter og gas i en flerfase væske-/gasblanding
US5121639A (en) Fluid flow measurement
KR20000018659A (ko) 초음파 유속측정 방법
KR100276462B1 (ko) 초음파 유속측정 장치
FI88208C (fi) Foerfarande och anordning foer akustisk maetning av en gasstroem
USRE28686E (en) Measurement of fluid flow rates
FI76885C (fi) Akustiskt stroemningsmaetningsfoerfarande och anordning foer tillaempning av detta.
CN100356144C (zh) 一种确定流动介质流速的方法和装置
JP2007064792A (ja) 超音波式流れ計測装置
RU2313068C2 (ru) Способ измерения расхода газа в трубопроводах и устройство для его осуществления
Nemade et al. Sensing turbulence transit time by pulsed ultrasound for single-phase fluid flow measurement
WO1983004106A1 (en) Method and apparatus for the measurement of fluid flow velocities
JPS5852486Y2 (ja) 流速流量測定装置
JPS5866056A (ja) 超音波ドツプラ−流量計
JPS63133019A (ja) 流量測定装置
JP2017142144A (ja) 分析装置、分析システム、分析方法及びプログラム
JP2003315355A (ja) 流速測定装置および吐出量測定装置
JP2002365115A (ja) 超音波流量計
EP0900373A1 (en) Device to detect the speed profile of concrete flowing into a pipeline
JPH09243418A (ja) 渦流量計