MX2008002212A - Metodos para determinar el tiempo de retardo y la separacion entre transductores en medidores ultrasonicos de flujo. - Google Patents

Metodos para determinar el tiempo de retardo y la separacion entre transductores en medidores ultrasonicos de flujo.

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MX2008002212A
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Klaus J Zanker
William R Freund Jr
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Daniel Measurement & Control Inc
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Abstract

Se presentan los metodos y los sistemas relacionados para determinar el tiempo de retardo y la separacion entre transductores de medidores ultrasonicos de flujo. Al menos algunas de las modalidades ilustrativas se refieren a un metodo que comprende: medir el tiempo de retardo de un primer par de transductores; medir el tiempo total medido en la transmision de las senales ultrasonicas entre un segundo par de transductores de un medidor ultrasonico en el que estan instalados los dos pares de transductores, es decir, el primer par y el segundo par; y calcular un parametro asociado al segundo par de transductores utilizando el tiempo de retardo del primer par de transductores y el tiempo total medido del segundo par de transductores.

Description

MÉTODOS PARA DETERMINAR EL TIEMPO DE RETARDO Y LA SEPARACIÓN ENTRE TRANSDUCTORES EN MEDIDORES ULTRASÓNICOS DE FLUJO CAMPO DE A INVENCIÓN Diversas modalidades de la invención se relacionan con la detección de errores en las mediciones del tiempo de tránsito ultrasónico. De manera más particular, las modalidades de la invención se relacionan con el establecimiento de los tiempos de retardo inherentes a uno o más pares de transductores utilizados en un medidor ultrasónico y con la identificación de que los errores en el tiempo de retardo se han medido con imprecisión o han cambiado. Las modalidades relacionadas están orientadas a la identificación de los errores en la distancia medida entre los pares de transductores de un medidor ultrasónico.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Después de que los hidrocarburos se han eliminado del terreno, la corriente de fluido (como por ejemplo, de gas natural) es transportada de un lugar a otro por medio de tuberías. Sería deseable conocer con precisión la cantidad de fluido que fluye en la corriente y se requiere de una precisión particular cuando el fluido va a cambiar de manos, es decir, cuando habrá una "transferencia de custodia". No obstante, aunque esta transferencia de custodia no se lleve a cabo, es deseable contar con una medición precisa. La medición de la velocidad de flujo y la velocidad del sonido en el medidor ultrasónico, con la finalidad de determinar la magnitud del flujo del fluido, depende del tiempo de tránsito medido o tiempo de vuelo de las señales ultrasónicas. Una dificultad que surge en la medición precisa del tiempo de vuelo de una señal ultrasónica es la determinación del tiempo de vuelo real en contraste con un tiempo de vuelo medido. El cálculo de la velocidad de flujo del fluido, así como de la velocidad del sonido en el fluido, tiene como base el tiempo de vuelo "real", el cual excluye los retardos de la electrónica, de las capas de adaptación y otros factores . De este modo, existe la necesidad de métodos y sistemas que mejoren la precisión de las mediciones del tiempo de vuelo real e identifiquen el origen de las imprecisiones en las mediciones del tiempo de vuelo real.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN Los problemas arriba mencionados se resuelven, en general, utilizando métodos y sistemas relacionados para determinar el tiempo de retardo del transductor, así como la separación entre los transductores de medidores de flujo ultrasónicos. Al menos algunas de las modalidades ilustrativas se refieren a un método que comprende: medir el tiempo de retardo de un primer par de transductores; medir el tiempo total medido en la transmisión de las señales ultrasónicas entre un segundo par de transductores de un medidor ultrasónico en el que están instalados los dos pares de transductores, es decir, el primer par y el segundo par; y calcular un parámetro asociado al segundo par de transductores utilizando el tiempo de retardo del primer par de transductores y el tiempo total medido del segundo par de transductores . Otras modalidades ilustrativas tienen que ver con un método que comprende: medir la diferencia en el tiempo de retardo entre un primer par de transductores y un segundo par de transductores; medir el primer tiempo total medido de las señales ultrasónicas transmitidas entre el primer par de transductores de un medidor ultrasónico en el que están instalados tanto el primero como el segundo par de transductores; medir el segundo tiempo total medido de las señales ultrasónicas transmitidas entre el segundo par de transductores del medidor ultrasónico; y calcular el tiempo de retardo del primer par de transductores utilizando la diferencia en el tiempo de retardo y los tiempos totales medidos. Otras modalidades ilustrativas adicionales tienen que ver con un medidor ultrasónico que incluye un carrete, acoplado de manera que permita el flujo en un conducto que transporta el flujo del fluido; un sistema electrónico de control asociado al carrete; una primera cuerda que cruza por el carrete (la primera cuerda acepta un primer par de transductores y el sistema electrónico de control está acoplado con el primer par de transductores) y una segunda cuerda que cruza por el carrete (la segunda cuerda acepta un segundo par de transductores y el sistema electrónico de control está acoplado al segundo par de transductores) . El sistema electrónico de control acepta un valor proporcional al tiempo de retardo del primer par de transductores y el sistema electrónico de control calcula un parámetro asociado al segundo par de transductores utilizando al menos el valor proporcional al tiempo de retardo del primer par de transductores .
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para ofrecer una descripción más detallada de la invención, a continuación se hará referencia a los dibujos anexos, en los cuales: La figura ÍA es una vista superior en corte de un medidor ultrasónico de flujo de gas. La figura IB es una vista de extremo de un carrete que incluye las trayectorias cordales A a D.
La figura 1C es una vista superior de un carrete que aloja pares de transductores. La figura 2 ilustra un par de transductores y el sistema electrónico de control relacionado. Las figuras 3A y 3B ilustran los efectos físicos de una diferente separación entre transductores. La figura 4 ilustra una forma de la onda recibida. La figura 5 ilustra un método para calcular el tiempo de retardo. La figura 6 ilustra un método para calcular el tiempo de retardo de un segundo par de transductores después de medir el tiempo de retardo de un primer par de transductores . La figura 7 ilustra un método para determinar los tiempos de retardo que utiliza la diferencia en el tiempo de retardo entre dos pares de transductores. La figura 8 ilustra un método para determinar la longitud de una cuerda.
NOTACIÓN Y NOMENCLATURA En la siguiente descripción y sus reivindicaciones se utilizan ciertos términos para referirse a componentes particulares del sistema. Este documento no tiene la intención de distinguir entre aquellos componentes cuyo nombre sea diferente pero no la función que realizan. Tanto en la descripción siguiente como en las reivindicaciones anexas, los términos "que incluye (n) " , "que contiene (n) " y/o "que comprende (n) " se utilizan en un sentido amplio, de tal modo que debe interpretarse que su significado es: "que incluye (n), pero que no se limita (n) a,...". Del mismo modo, se pretende que los términos "está(n) acoplado(s)" o "se acopla(n)" se refieran a una conexión que bien puede ser directa o indirecta. De este modo, si un primer dispositivo se acopla con un segundo dispositivo, dicha conexión puede ser por medio de una conexión directa o por medio de una conexión indirecta a través de otros dispositivos y/o conexiones.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La figura ÍA muestra un medidor ultrasónico adecuado para realizar la medición del flujo del fluido de conformidad con las modalidades de la invención. El carrete (100) es adecuado para colocarlo entre dos secciones de una tubería, tiene un tamaño predeterminado y define, de este modo, la sección de medición. Como se utiliza en la presente, el término "tubería", cuando se le utiliza con referencia a un medidor ultrasónico, también puede referirse al carrete o a otro elemento de alojamiento adecuado a través del cual se envían las señales ultrasónicas. A lo largo de la longitud del carrete (100) se ubica un par de transductores (120) y (130) junto con sus respectivos alojamientos (125) y (135) . Los transductores (120) y (130) son, preferentemente, transceptores ultrasónicos, lo que se quiere decir con esto es que generan y a la vez reciben señales ultrasónicas. El término "ultrasónico" se refiere, en este contexto, a frecuencias mayores de aproximadamente 20 kilohercios . Estas señales pueden ser generadas y recibidas por un elemento piezoeléctrico ubicado en cada transductor. Para generar una señal ultrasónica, el elemento piezoeléctrico se excita por medio de electricidad y responde vibrando. La vibración del elemento piezoeléctrico genera una señal ultrasónica que viaja a través del fluido y cruza el carrete hasta el transductor correspondiente del par de transductores. De manera semejante, el elemento piezoeléctrico receptor vibra al recibir la señal ultrasónica y genera una señal eléctrica que es detectada, digitalizada y analizada por el sistema electrónico asociado al medidor. Entre los transductores (120) y (130) existe una trayectoria (110) , a la que en ocasiones se le denomina "cuerda", misma que forma un ángulo 0 con la línea central (105) . La longitud de la "cuerda" (110) es la distancia entre la cara del transductor (120) y la cara del transductor (130) . Los puntos (140) y (145) definen los lugares por los cuales las señales ultrasónicas generadas por los transductores (120) y (130) entran y salen del fluido que fluye a través del carrete (100) (es decir, la entrada al barreno del carrete) . La posición de los transductores (120) y (130) puede definirse por medio del ángulo ?; por una primera longitud L, medida entre los transductores (120) y (130) ; por una segunda longitud X que corresponde a la distancia axial entre los puntos (140) y (145) y por una tercera longitud D que corresponde al diámetro del tubo. En la mayoría de los casos, las distancias D, X y L quedan determinadas con toda precisión durante la fabricación del medidor. De manera adicional, los transductores, como por ejemplo, el (120) y el (130) , por lo general están colocados, respectivamente, a una distancia específica de los puntos (140) y (145) , sin importar el tamaño del medidor (es decir, el tamaño del carrete) . Un fluido, como por ejemplo, gas natural, fluye en la dirección (150) con el perfil de velocidad (152) . Los vectores de velocidad (153) a (158) muestran que la velocidad del gas a través del carrete (100) aumente conforme se aproximan a la línea central (105) del carrete (100) . Inicialmente, el transductor corriente abajo (120) genera una señal ultrasónica que es posteriormente recibida y detectada por el transductor corriente arriba (130) . Algún tiempo después, el transductor corriente arriba (130) genera una señal ultrasónica de regreso, misma que es posteriormente recibida y detectada por el transductor corriente abajo (120) . De este modo, los transductores (120) y (130) realizan la secuencia de "lanzar y cachar" las señales ultrasónicas (115) a lo largo de la trayectoria (110) de la cuerda. Durante la operación, esta secuencia puede llevarse a cabo miles de veces por minuto. El tiempo de tránsito de la onda ultrasónica (115) entre los transductores (120) y (130) depende, parcialmente, de si la señal ultrasónica (115) está viajando corriente arriba o corriente abajo con respecto al flujo del fluido. El tiempo de tránsito de una señal ultrasónica que viaja corriente abajo (es decir, en la misma dirección del flujo) es menor que su tiempo de tránsito cuando viaja corriente arriba (es decir, contra el flujo) . Los tiempos de tránsito corriente arriba y corriente abajo pueden ser utilizados para calcular la velocidad promedio a lo largo de la trayectoria de la señal, también pueden ser utilizados para calcular la velocidad del sonido en el flujo del fluido. Dadas las mediciones en sección transversal del medidor que transporta al fluido, la velocidad promedio en el área del barreno del medidor puede ser utilizada para hallar el volumen del fluido que fluye a través de la tubería o medidor (100) . Los medidores de flujo ultrasónicos pueden tener una o más trayectorias. La figura IB ilustra un medidor ultrasónico de múltiples trayectorias. En estas modalidades, el carrete (100) incluye cuatro trayectorias cordales, es decir, de las cuerdas, a saber, A, B, C y D, en niveles variables a través del flujo del fluido. Cada una de las trayectorias cordales de la A a la D corresponde a dos transductores que se comportan, alternadamente, como transmisor y como receptor. También se muestra el sistema electrónico de control (160) , el cual admite y procesa los datos provenientes de las cuatro trayectorias cordales A a D. En la figura IB hay, pero no pueden observarse, cuatro pares de transductores que corresponden a las trayectorias cordales A a D. La colocación precisa de los cuatro pares de transductores puede entenderse más fácilmente si se hace referencia a la figura 1C. En el carrete (100) están montados cuatro pares de puertos para los transductores. Cada uno de los puertos de los pares de transductores corresponden a una sola trayectoria de cuerda de la figura IB. Un primer par de puertos (125) y (135) para los transductores incluyen a los transductores (120) y (130) (figura ÍA) ligeramente embutidos con respecto al carrete (100) . Los transductores están montados en un ángulo ? no perpendicular a la línea central (105) del carrete (100) . Otro par de puertos para los transductores incluyen los puertos (165) y (175) (sólo se ven parcialmente) que contienen a los transductores asociados, los cuales están montados de modo que su trayectoria cordal forme algo parecido a una "X" con respecto a la trayectoria cordal de los puertos (125) y (135) de los transductores. De manera semejante, los puertos (185) y (195) de los transductores están colocados en forma paralela a los puertos (165) y (175) de los transductores, pero en un "nivel" diferente (es decir, en una diferente posición radial en el tubo o carrete medidor) . En la figura 1C no se muestra de manera explícita un cuarto par de transductores ni los puertos para los mismos. Si las figuras IB y 1C se consideran en conjunto, los pares de transductores están colocados de tal forma que los dos pares superiores de transductores que corresponden a las cuerdas A y B forman una X y los dos pares inferiores de transductores que corresponden a las cuerdas C y D también forman una X. La velocidad de flujo del fluido puede determinarse en cada una de las cuerdas A a D con la finalidad de obtener las velocidades de flujo cordal y estas velocidades de flujo cordal se combinan para la determinación de la velocidad de flujo promedio en todo el tubo. A partir de la velocidad de flujo promedio, puede determinarse la cantidad de fluido que fluye en la tubería. La figura 2 ilustra con mayor detalle los diversos componentes de un par de transductores, figura que se puede aprovechar para introducir conceptos relacionados con las diferentes modalidades de la invención. En particular, la figura 2 ilustra el sistema electrónico de control (200) , el cual está acoplado con un primer transductor (202) y con un segundo transductor (204) . Para los fines de la presente descripción, el transductor (202) es el transductor emisor y el transductor (204) es el transductor receptor; no obstante, estas funciones se van alternando durante el funcionamiento real . El sistema electrónico de control (200) se conecta con el transductor (202) por medio de una línea de señal eléctrica (206) y el sistema electrónico de control (200) se conecta con el transductor (204) por medio de la línea de señal eléctrica (208) . El sistema electrónico de control (200) , que posiblemente incluye un microprocesador que ejecuta un programa, envía al transductor (202) una señal a través de la línea (206) y, a su vez, el transductor (202) genera una señal acústica. La señal acústica cruza el fluido y recorre entonces la distancia L entre el transductor (202) y el transductor (204). El transductor (204) recibe la energía acústica y a través de la línea (208) envía una señal eléctrica al sistema electrónico de control (200) . El sistema electrónico de control (200) puede arrancar un temporizador cuando la señal enviada al transductor (202) se desvíe del sistema electrónico de control y puede parar el temporizador cuando la señal del transductor (204) llegue al sistema electrónico de control (200) ; sin embargo, el tiempo total medido por el sistema electrónico de control (200) incluye no sólo el tiempo de tránsito de la señal acústica a través del fluido que hay entre los transductores (202) y (204) , sino que incluye además los retardos asociados a la propagación de la señal desde el sistema electrónico de control (200) hasta el transductor (202) , el retardo de propagación entre el transductor (204) y el sistema electrónico de control (200) , el retardo en los transductores y las capas de adaptación relacionadas y el retardo entre la primera llegada de la señal recibida hasta el punto real de medición de la señal recibida (punto de medición que se ve afectado por el efecto de la difracción y que se discute en forma detallada más adelante) . El retardo de propagación entre el sistema electrónico de control y los transductores y viceversa es despreciable en la mayoría de las circunstancias, en caso de que esto no sea así, al menos es constante en los tramos de cables de longitud fija que haya entre el sistema electrónico de control y los transductores. Sin embargo, el efecto de la difracción depende de la distancia entre los transductores . Aunque el inventor de la materia de esta especificación no desea adherirse a ninguna teoría física particular sobre el porqué existe el efecto de la difracción, las figuras 3A y 3B ilustran una posible teoría física para el efecto de la difracción. En particular, la figura 3A ilustra al transductor (202) y al transductor (204), entre los cuales existe una distancia L relativamente pequeña. Si se considera que sólo un elemento (300) del transductor (202) vibra para generar una señal acústica (en el entendido de que toda la cara del transductor también está vibrando para crear la señal) , las distancias que las señales acústicas recorren para llegar a la cara del transductor (204) no son iguales. En particular, a lo largo de la línea (302) puede viajar una porción de la señal acústica completa e incidir en la cara del transductor (204) en la ubicación indicada. A lo largo de la línea (304) puede viajar otra porción de la señal acústica completa e incidir en el transductor (204) en la ubicación indicada. Como se ilustra, son diferentes las distancias recorridas por estas porciones de la señal acústica y, de este modo, la señal compuesta que el transductor (204) recibe puede verse afectada por la interferencia constructiva y/o destructiva de las diversas porciones de la señal acústica. La figura 3A solamente ilustra dos trayectorias posibles, no obstante, una señal acústica que emana del punto (300) de un transductor (204) se difunde en un frente de onda, donde las porciones del frente de onda inciden en el transductor (204) en diferentes momentos. En contraste, la figura 3B ilustra al transductor (202) y al transductor (204) , entre los cuales existe una distancia L relativamente grande. La porción de la señal acústica completa que emana del elemento (300) del transductor (202) puede viajar a lo largo de la trayectoria (306) o (308) ; sin embargo, conforme la distancia L se incrementa, la longitud de las trayectorias (306) y (308) se aproximan de manera asintótica al mismo valor. De este modo, la interferencia constructiva y/o destructiva asociada a la recepción de la señal acústica es diferente, lo cual afecta las diversas características de la señal recibida. En particular y con referencia a la figura 4, se muestra una señal recibida (400) ilustrativa, de tal manera que pueda ser recibida por el transductor (204). Si bien para calcular el tiempo de tránsito puede utilizarse cualquier característica como el elemento disparador o activador de la señal recibida (400) , de conformidad con algunas modalidades de la invención, se usa el segundo cruce a cero (402) que va del lado positivo al lado negativo. De esta manera, el sistema electrónico de control (200) (figura 2) detiene al temporizador del tiempo total medido en el punto en que se encuentra el segundo cruce a cero (402) . Sin embargo, el efecto de la difracción se manifiesta como una desviación en el tiempo de la señal recibida. De manera más particular, el tiempo entre el primer movimiento (404) y la característica seleccionada se alarga conforme la distancia L se vuelve más pequeña, incluso si todos los parámetros, como por ejemplo, la velocidad del sonido y/o el flujo del fluido, se mantienen constantes. El tiempo asociado al efecto de la difracción con respecto al tiempo total medido y, con mayor importancia, con respecto al tiempo de tránsito, no es despreciable y así, de conformidad con las modalidades de la invención, el efecto de la difracción se tiene en cuenta al calcular el tiempo de tránsito. Para los fines de esta especificación y de las reivindicaciones, el término "tiempo de retardo" abarca el tiempo total medido menos el tiempo de tránsito. Dicho de otra manera, el tiempo de tránsito es el tiempo de vuelo total medido entre los transductores en los que se corrigió el efecto de la difracción y otros retardos de tiempos. De este modo, el tiempo de retardo incluye no sólo los retardos en la propagación asociados al sistema electrónico, a los transductores y a las capas de adaptación, así como también el retardo provocado por el efecto de la difracción. Un primer paso para la ejecución de los métodos de conformidad con al menos algunas de las modalidades es la determinación del tiempo de retardo de un par de transductores si tienen una separación infinita. Esta determinación se realiza, en algunas modalidades, en una celda de prueba. El tiempo de retardo a una separación infinita de los transductores, calculado por la celda de prueba, se utiliza entonces cuando en un medidor ultrasónico se coloca un par de transductores, el tiempo de retardo utilizado en el medidor real es el tiempo de retardo a una separación infinita corregida a la separación real. De acuerdo con las modalidades de la invención, la corrección se realiza esencialmente conforme a la siguiente ecuación: 2 t = ta + —- (1) 2cL donde: t8 es el tiempo de retardo cuando la separación entre los transductores es infinita; t es el tiempo de retardo cuando la separación entre los transductores es L; a es el radio del transductor (para el diseño de un transductor determinado, el "radio" del transductor podría determinarse de manera experimental) ; L es la distancia entre los transductores, y c es la velocidad del sonido del fluido existente entre los transductores . Al ajuste del valor del tiempo de retardo de la celda de prueba en un medidor real puede denominársele como el ajuste o la compensación del tiempo de retardo. Una manera de compensar el tiempo de retardo es alimentar el tiempo de retardo t«. calculado a una separación infinita, a un procesador asociado al medidor y permitir que la microprogramación cableada (firmware) del medidor calcule los tiempos de retardo correctos utilizando la distancia L entre los transductores del medidor. El tiempo de retardo podría entonces corregirse de manera dinámica en cuanto a los cambios en la velocidad del sonido del fluido en el medidor. En las modalidades alternativas, el tiempo de retardo puede ser medido en un medidor ultrasónico. Esta segunda técnica tiene la ventaja de evitar que se tenga que compensar la alteración de la distancia entre los transductores individuales, no obstante, requiere un largo tiempo de corrección para que la velocidad del sonido en el fluido dentro del medidor alcance un valor casi constante (es decir, que sea aceptablemente estable) . En otras modalidades adicionales, es posible utilizar las mediciones de temperatura en diferentes niveles del medidor para compensar el efecto de la temperatura y, en estas modalidades alternativas, podría medirse la temperatura en el nivel de una de las cuerdas (por ejemplo, la cuerda B) y podría determinarse el tiempo de retardo de la cuerda B. Las modalidades alternativas para medir la temperatura en el nivel de las cuerdas no necesitarían un largo tiempo de corrección. De conformidad con estas modalidades de la invención, un medidor ultrasónico puede compensar el efecto de la difracción a pesar del hecho de que la celda de prueba y/o el medidor real tienen una diferente separación entre las caras de los transductores y también, a pesar del hecho de que la velocidad del sonido en el fluido de la celda de prueba y/o del medidor donde se midió el tiempo de retardo era diferente. En la técnica relacionada, todos y cada uno de los pares de transductores tienen un tiempo de retardo medido, este tiempo de retardo se alimenta entonces al sistema electrónico de control del medidor ultrasónico real, en el que está instalado el par de transductores, para compensar los efectos del tiempo de retardo (teniendo en mente que la técnica relacionada no compensa, sin embargo, el efecto de la difracción) . Sin embargo, el inventor de la presente- especificación ha encontrado que siempre que en un par de transductores el tiempo de retardo se calcule a una separación infinita (.Do), como por ejemplo, mediante una determinación hecha en una celda de prueba, el tiempo de retardo de los otros pares de transductores del medidor ultrasónico puede determinarse sin probar específicamente en una celda de prueba a esos otros pares de transductores. La figura 5 ilustra un método para determinar el tiempo de retardo de conformidad con las modalidades de la invención. En particular, el proceso empieza al medir el tiempo de retardo en una celda de prueba (bloque 500) . Dado que la distancia L entre los transductores de la celda de prueba debe ser un dato conocido, es posible calcular el tiempo de retardo a una separación infinita (t8) (bloque 502) , por ejemplo, utilizando la anterior ecuación (1) (bloque 502) . El par de transductores puede instalarse, posteriormente, en un medidor real (bloque 504) y el tiempo de retardo (t) puede calcularse utilizando el tiempo de retardo determinado a una separación infinita (t8) y a la separación L entre caras (bloque 506) . De conformidad con algunas modalidades adicionales, los tiempos de retardo de otras cuerdas, posiblemente de cuerdas cuyo tiempo de retardo no se midió o no se conoce, pueden determinarse utilizando una función ? (eta) . Para derivar a eta, se sabe que para una cuerda A de longitud LA conocida, una onda de ultrasonido que viaja a la velocidad del sonido c a través de un medio homogéneo cuyo flujo es igual cero atraviesa la longitud LA de la cuerda en un tiempo tA. El tiempo tA es también el tiempo de tránsito promedio de la señal ultrasónica a lo largo de la cuerda A conforme el fluido se mueve a través del medidor. En términos algebraicos, tA puede expresarse así: ' ?„=— (2) Al reordenar algebraicamente la ecuación se obtiene: c = ^ (3) Lo cual también es cierto para una segunda cuerda B, de tal modo que: c = - LB2- (,4) y El tiempo de tránsito de una señal ultrasónica no es el tiempo total medido, ya que existe un tiempo de retardo inherente al sistema electrónico, a los transductores, a las capas de adaptación y al efecto de la difracción mencionados en lo anterior. El tiempo total medido T puede definirse como sigue: T = t + t (5) donde T es el tiempo total medido; t es el tiempo de tránsito de la señal ultrasónica, y t es el tiempo de retardo asociado al sistema físico, tal como los retardos asociados al sistema electrónico, a los transductores, a las capas de adaptación y/o al efecto de la difracción.
Cuando los tiempos de retardo de las cuerdas A y B son iguales, es posible usar a t como el tiempo de retardo de las dos cuerdas A y B. De la ecuación (4), la velocidad del sonido puede expresarse como: c = t^~ (6) De la suposición de que la velocidad del sonido en el medio es la misma tanto para la cuerda A como para la cuerda B, se deduce que: LA(TB - t) = LB{TA -t) (7) y t = LBTA - L B (g) LB Í-? Si ?L se def ine como : AL = LB - LA ( 9 ) entonces t puede expresarse como sigue: t = L _ (10) AL AL El tiempo de retardo del par de transductores asociados a la cuerda A, tA, y el tiempo de retardo del par de transductores asociados a la cuerda B, tB, no puede ser el mismo. Sin embargo, si para derivar a eta se supone que tA y tB son conocidos y se supone que cada medidor será calibrado para no tener en cuenta estos tiempos de retardo de los transductores. Con estas suposiciones, tA y tB son entonces iguales a cero y, por lo tanto, son iguales. Puesto que el tiempo total medido T se definió como el tiempo de tránsito, t, más el tiempo de retardo, t, el tiempo total medido T puede ser sustituido por el tiempo de tránsito en donde ya se haya hecho la corrección en el tiempo de retardo, para tener como resultado: Podemos definir entonces una variable ? (eta) : ^_ ? (12) AL AL donde LA es la longitud de la cuerda A; LB es la longitud de la cuerda B; tA es el tiempo de tránsito de las señales ultrasónicas que viajan a lo largo de la cuerda A; tB es el tiempo de tránsito de las señales ultrasónicas que viajan a lo largo de la cuerda B, y ?L es LB - LA.
Al hacer que "te" sea igual al error en el tiempo de tránsito, la ecuación (12) puede reformularse para dar: _ L ¡ ongte shon L Sho Ye Long . . ? - ^Long ^Shorl Si B es la cuerda más larga, entonces LLong corresponde a la longitud de la cuerda B, Lsh0rt corresponde a la longitud de la cuerda A; teSort es el error en el tiempo de tránsito de la cuerda A y teLong es el error en el tiempo de tránsito de la cuerda B. Si no hay errores en el tiempo de retardo utilizado por el procesador con respecto al tiempo de retardo real de los pares de transductores de la cuerda A y la cuerda B, entonces eta será esencialmente cero. También debe observarse que eta será diferente de cero si existe alguna identificación incorrecta en los tiempos de llegada de las señales ultrasónicas al igual que para errores de selección pico, que pueden detectarse tal y como se describe en la patente de EE . UU. Núm. 6,816,808, titulada "Peak Switch Detector for Transit Time Ultrasonic Meters", cuya patente se ha cedido a la cesionaria de la presente, al igual que esta especificación. Los cambios en eta debidos a los errores de selección de pico pueden distinguirse de otros errores en el tiempo de retardo debido a sus magnitudes normalmente diferentes. Eta también puede ser diferente de cero si en los transductores hay presencia de suciedad. Una vez que se ha derivado la ecuación de eta, la figura 6 ilustra un método que puede ser puesto en práctica de conformidad con las modalidades de la invención para, utilizando un primer par de transductores cuyo tiempo de retardo se midió y/o es conocido, calcular el tiempo de retardo de un par de transductores, par en el cual el tiempo de retardo a una separación infinita (t8) no se determinó en una celda de prueba o en otro medidor. En particular, el proceso empieza midiendo el tiempo de retardo en un primer par de transductores (bloque 600) . Como se mencionó en lo anterior, esta medición del tiempo de retardo puede realizarse en una celda de prueba o en un medidor ultrasónico real. Después de lo cual, el primer par de transductores es instalado en un medidor ultrasónico que incluye un segundo par de transductores cuyo tiempo de retardo no se conoce con precisión y el tiempo de retardo a una separación infinita (t8) del primer par de transductores se alimenta a un procesador asociado al medidor ultrasónico (bloque 602) . En estos casos, el procesador del medidor calcula el tiempo de retardo (t) utilizando la separación entre transductores. En las modalidades alternativas, el tiempo de retardo (t) puede calcularse de manera externa y alimentarse directamente al medidor. El tiempo de retardo del segundo par de transductores puede fijarse en un valor por omisión o, posiblemente, en un valor medido cuya precisión está en duda. Después de lo cual, el tiempo de retardo del segundo par de transductores del medidor ultrasónico puede calcularse sabiendo la longitud de la cuerda asociada a cada par de transductores, calculando eta (por ejemplo, usando las ecuaciones (14) o (15) que están más adelante) y suponiendo que el error de tiempo del primer par de transductores será igual a cero o prácticamente es igual a cero. Al reordenar algebraicamente la ecuación (13), puede determinarse el error en el tiempo de tránsito, que es el error en el tiempo de retardo, asociado al segundo par de transductores (bloque 604) . La anterior derivación de eta está basada en la suposición de que el flujo a través del medidor o de la celda de prueba que contiene un medio homogéneo es cero. En una aplicación real, la suposición de un medio homogéneo no es necesariamente cierta a velocidades muy bajas, debido a la estratificación y la convección. A altas velocidades de flujo, la turbulencia y los picos de presión alteran la homogeneidad del medio. Algunas modalidades ponen en práctica la teoría subyacente en las ecuaciones de Eta cuando utilizan la velocidad del sonido (c) medida. Al utilizar un medidor por el que pasa un flujo, el fluido dentro del medidor se vuelve homogéneo y, por lo tanto, la velocidad del sonido en cada cuerda será esencialmente la misma. En algunas modalidades, el tiempo de tránsito promedio tA tiene como base el promedio de un lote de mediciones corriente arriba y corriente abajo de la cuerda A. Un "lote" de mediciones es un conjunto de mediciones (por ejemplo, 20) combinadas (por ejemplo, el promedio verdadero, el promedio en el que no se consideraron los valores atípicos, el promedio móvil, etc.) . De manera semejante, tB está basado en el promedio de un lote de mediciones del tiempo de tránsito corriente arriba y corriente abajo de la cuerda B. Sin embargo, se sabe que tA = LA/cA y tB = LB/cB y de la ecuación (12) se deduce algebraicamente que : ? = LBLA (CB - CÁ ) (14) ALcAcB donde ? es el indicador de error eta; LA y LB son las longitudes de las cuerdas A y B; cA y cB son los valores de la velocidad del sonido medidas en las cuerdas A y B y ?L es la diferencia en las longitudes de las cuerdas A y B. Alternativamente, la ecuación (14) puede reescribirse como: _ ^Long ^Short ( Long ~ short ) . . ^ Long Short ^I.ong ~ ^Shorl ) La ecuación (15) de eta representa la ventaja adicional de que debido a que algunos medidores ultrasónicos pueden calcular la velocidad del sonido en el fluido transportado a través del medidor con respecto a cada cuerda y, por lo tanto, puede calcularse un valor de eta mientras haya presencia de flujo (en tanto que la ecuación (13) supone un flujo igual a cero) . Existen diversas variantes con respecto al método de la figura 6. En un primer caso, se supone que el tiempo de retardo de una de las cuerdas se conoce con precisión. Con fines ilustrativos, se supone que se conoce el tiempo de retardo de una cuerda larga. No obstante, se desconoce el tiempo de retardo exacto de la cuerda corta. Como se utiliza en la presente, el término "cuerda larga" implica que por lo menos existe una cuerda cuya longitud es menor que la de esta cuerda larga. El término "cuerda corta" implica que existe al menos una cuerda cuya longitud es mayor que la de esta cuerda corta. El valor aproximado del tiempo de retardo de la cuerda corta, tshortoid, puede ser conocido o supuesto, este valor puede ser incluso igual a cero (aunque un par de transductores siempre tendrá asociado un cierto tiempo de retardo) . Cuando el tiempo de retardo de la cuerda larga es un dato conocido, se considera que el error de medición del error en el tiempo de tránsito de la cuerda larga es igual a cero (te?ong = 0) . Por lo tanto, al hacer que ?L = Long - Lsh?rt/ de la ecuación (13) se deduce que: < , ="C—- (16) Long donde LLong es la distancia entre los transductores de un par de transductores seleccionado, cuya separación es mayor que LShort. Lshort es la distancia entre los transductores de un par de transductores seleccionado cuya separación es menor que LLong; y teShort es el error en el tiempo de tránsito de la cuerda corta. Si LShort es correcta, entonces el nuevo tiempo de retardo, tShortNew, es: tShorlNew = ShortOld + ^ 'shorl ( 17 ) En caso de que el usuario confíe en el tiempo de retardo de la cuerda corta a una separación infinita (t8) , pero ? ? 0, puede existir un error en la medición de la longitud de la cuerda corta. Si se sabe que el tiempo de retardo de la cuerda corta a una separación infinita (t8) es correcto, entonces la corrección en la longitud (LCor) es : Lcor ~ tß short C/ong ( 18 ) y la nueva longitud de la cuerda corta (Lsh?rtNe ) es : LshortNew = LshortOld + Lcor (19) En un segundo caso con respecto a la figura 6, se conoce con precisión el tiempo de retardo de una cuerda corta, donde la variable de interés es el error en el tiempo de retardo de la cuerda larga. Puesto que se conoce el tiempo de retardo de la cuerda corta, su error es cero. Por lo tanto, de la ecuación (12) se deduce que: " =-? " (2°) ^ Short Si LLong es correcta, entonces el nuevo tiempo de retardo (tLongNew) es : ^LongNew = "^LongOld + ?Long V ^ 1 / Cuando la cantidad conocida es la diferencia en el tiempo de retardo entre una cuerda larga y una cuerda corta, también puede utilizarse a la variable eta. La figura 7 ilustra un método que puede ponerse en práctica de conformidad con las modalidades de la invención para determinar el tiempo de retardo de pares de transductores una vez que se conoce la diferencia en el tiempo de retardo entre dos transductores. En particular, el proceso empieza midiendo la diferencia en el tiempo de retardo de dos pares de transductores (bloque 700) . Se observa que para medir la diferencia en el tiempo de retardo entre dos pares de transductores no es necesario conocer la velocidad del sonido en el fluido, no obstante, la longitud de la cuerda que está entre los dos transductores debe igualarse para reducir los errores de medición. Después de lo cual, el tiempo de retardo de la separación infinita (t8) , el tiempo de retardo (t) calculado y corregido por el efecto de la difracción o la diferencia en el tiempo de retardo calculado se alimenta a un procesador asociado a un medidor ultrasónico (bloque 702) . Se realiza ahora una determinación, utilizando a eta, en cuanto al error en el tiempo de tránsito de los dos primeros pares de transductores (bloque 704) . Entonces, eta es igual al error en el tiempo de tránsito de las dos cuerdas. Y, finalmente, se realiza una determinación, utilizando a eta (bloque 706) , de los tiempos de retardo de otros pares de transductores, tal y como se describe en la figura 6. El procedimiento para determinar el tiempo de retardo de cada cuerda al conocer una diferencia en el tiempo de retardo es el siguiente. Supongamos que ?te es la diferencia de errores en el tiempo de tránsito y es igual a eíong - tesh0rt • Se deduce entonces que : ^ Long te Short ^sh , tesh , + Ate) ? = g- — ( 22 , AL _ teshon ^I.ong ^Short ) '-'Short ^ß . . ? ~ AL { } AL? + L,. .Ate t^ Short = —, f ( 24 ) AL £<.„_,, ?te teshor, = + :^f - ( 5 ) AL De este modo, el error en el tiempo de tránsito de la cuerda corta puede determinarse utilizando la ecuación (25) . El error en el tiempo de tránsito de la cuerda corta puede ser utilizado para determinar el nuevo tiempo de retardo de la cuerda corta, obtenido esencialmente por medio de la ecuación: TShortNew ~ T ShortOld + ^ Short ( 2 6 ) Del supuesto de que ?te es igual a teLong menos teShort y sabiendo el valor de teShort, se deduce que teLong es: teLong = teShor, + Ate ( 27 ) Y, finalmente, el nuevo tiempo de retardo de la cuerda larga puede determinarse como se indica a continuación: TeLongNew = ^LongOld + tß ong (28) Debido a que se conoce el tiempo de retardo tanto de la cuerda larga como de la cuerda corta, en el medidor pueden determinarse los tiempos de retardo de otras cuerdas, como se ilustra en la figura 6. El método ilustrativo de la figura 7 depende así de las mediciones precisas de L y su ventaja reside en que no es necesario conocer la velocidad del sonido en el fluido. La ecuación de eta derivada arriba supone que hubo errores en la medición del tiempo de retardo. Surgen otras circunstancias cuando hay incertidumbre en la distancia L existente entre los transductores de un par de transductores. Si hay incertidumbre en la distancia L, pero hay confianza en el tiempo de retardo a una separación infinita (t8) , para determinar si la distancia L entre los transductores ha sido correctamente establecida y si no hay error en L, puede usarse entonces una variable llamada épsilon, que está relacionada con eta. La figura 8 ilustra un método de conformidad con las modalidades alternativas de la invención para determinar la longitud de la separación de pares de transductores una vez que se conoce la diferencia en el tiempo de retardo de los pares de transductores. El proceso empieza midiendo los tiempos de retardo de dos pares de transductores (bloque 800) . Después de lo cual, los dos pares de transductores se instalan en un medidor ultrasónico, la longitud de la cuerda de uno de ellos se conoce o determina con precisión (bloque 802) . Posteriormente, se realiza la determinación de la longitud de la cuerda del otro de los pares de transductores (bloque 804) .
De las ecuaciones (1) y (2) , la verdadera velocidad del sonido, CTrue, es: = shorlTrue = Lon&True (29) ^ True ¿- I ' Short 'Long 5 En caso de que existan errores en la medición de la longitud de la cuerda corta: ri _ '-'Short _ ^ShortTrue + *~ 'ShortError /,nv ^ Short ~ ~ \¿V) I Short ' Short Del mismo modo, si existen errores en la medición 0 de la longitud de la cuerda larga: (-, _ Long LongTrue LongError . . Long ~ ~ - " lJ1' Long Long De la combinación de las ecuaciones (30) y (31) se obtiene: 5 yy s~? _ LongTrue LongError ^ShortTrue + *- 'ShortError CX1\ ^ Lañe ^ Short ~ -i ¿ ) Long 1 Short Que, por reacomodo algebraico se convierte en: n '-'LongTrue '-'ShortTrue . LongError '-'ShorError _ yy _ yi T O \ U + - '- ong C Short -í -í . ' Long *Short Long ' Shor' La sustracción de los dos primeros términos es igual a cero, puesto que cada término representa la verdadera velocidad del sonido, que se supone es la misma para las dos cuerdas. Si se supone además que el error en la cuerda larga es igual al error en la cuerda corta, entonces : '-'Error ~ = ¡j0ng ~ shorl ( 34 ) Long Short Y : r / Short Long -. _ si _ s~? I 1 C \ ^ Error ) ~ ^ Long ^ Short > => ) Long Short Por lo tanto : t t¡.ongt Short ( Long ~ ^ Short ) . . ¿-Error = " ~ ( 3 6 ) ' Short Long Cuando no hay errores en la longitud, la expresión del lado derecho de la ecuación (36) se vuelve igual a cero. Puede definirse una función e (épsilon) , la cual será igual a la expresión del lado derecho de la ecuación (36), de modo que : _ ' Long ' Short X Long ~ ^ Short ) . . £ — -J / ' Short ~ .ong Es posible derivar diferentes expresiones de épsilon, con una diversidad de ventajas. Por ejemplo, puesto que t = L/C, se deduce que: '-'Long '-'Short ,^~, _ ^-, .. f~, fy ^ Long ^ Short) e= Long Sh0" — (38) ^ Short Long c Short c Long Que se reduce a: '-'Long '-'Short V^ Long ~ C short ) , , . , e — -iy) C ^ Long ' 1-'Short -C *" Short ^ I Long La ventaja de la expresión de la ecuación (39) es 5 que épsilon se calcula con base en las distancias L y en la velocidad del sonido en el fluido. Debido a que se supone que se conoce al menos un valor de L y a que la velocidad del sonido es una cantidad determinada por medio de un medidor ultrasónico, es un cálculo conveniente. 10 Si en la ecuación (38) , los valores de C se sustituyen en función de los valores de t, épsilon se convierte en: «ng -'Short .ong hort V Long 1 Short e - (4o; tshort ' ,,ong 15 Que se reduce a: _ * Short ^ Long ~ ' Long '-'Short , , ' Short ~ ' Long Debido a que los valores L son iguales a LTrue + LError, puede hacerse la sustitución: _. _ Short LongTrue LongError Long ShortTi e ShortError ) , . n y e = (42) ' Short ~ Long Después de reordenar : Short LongTrue Long ShorlTrue Short LongError Long ShorlError . . -. . e = 1- — ( 43 ) * Short ~ ' Long '- Short ~ ' ong El primer término es igual a cero, lo que deja: ' Short LongError Long ShortError , . e = ( 44 ) Short Long La ecuación (44) ilustra que los errores en las cuerdas larga y corta afectan a épsilon. El tiempo de tránsito a un flujo igual a cero no está disponible cuando hay un flujo presente, de modo que t pueda ser sustituido por L/C, de este modo, la ecuación (44) se convierte en: r ^ Short 'ing Después de simplificar : C ^ Long 'T-'Short 'T-'LongError - C *" Short * T-• Long ^ T ShorError , . \ e - ( 46 ) C '- Long ' T-'Short - C *" Short ^ T 'Long La ventaja de la ecuación (46) es que una vez que el valor de épsilon se ha determinado en el medidor, es posible utilizar este valor de épsilon y el error en la longitud puede calcularse más fácilmente. Las ecuaciones de épsilon y eta son: '-'Long L 'Short V- Long ~ Short ) , „ _ . e = ( 47 ) C ^ Long ' T-'Short - C ^ Short ' T-'Long y '-' ong '-'Short ( ^ Long ^ Short ) , „ „ . ? = (48) ^Long*~ Short ( '-'Long ~ '-'Short ) Por lo tanto, épsilon puede expresarse en función de eta: Long Short ^Long '-'Short ) e = - 77 (49) C ^ Long T Short -C ° Short ^ T Long El término de proporcionalidad de la ecuación (49) es igual al negativo de la velocidad del sonido. Al hacer que Cong sea igual a CShort/ la. ecuación (49) se reduce a: e = -C? (50) En un primer caso, se supone que la cuerda larga está correctamente medida. Para encontrar el error en la longitud, ShortError, de la cuerda corta: C e = Longl Shortl Longkrror -C Short L Long L ShortError ( ,5_.1 %) C *- Long ^ T Short -C^ Short ^ T Long Debido a que LLongError es igual a 0, lo anterior se reduce a : = (C Long L Short ~ shorl L Long ) ~ ~ ^ Short ^ Long '-'ShortError (52) o j ^ e{C Short Long - Long Shorl ) ?c-¡ \ L ShortError ~ fi t (53 *- Short L Long y T — (\ C Long ' T-'Short , . . '-'ShortError ~ E( ' ~ ~Y, Z / ( 547 ^ Short L Long Por lo tanto, si el tiempo de retardo es correcto, entonces el error en la longitud es: '"ShorlNew = ^ShortOld ~ ^ ShortError (55) Si Lshort es correcto, entonces el error en la longitud puede convertirse en un error en el tiempo de tránsito: t _, _ '_-'_S?hortError . ¡r _: \ teshon = c Y., (56) 'Long y el nuevo tiempo de retardo es: TShortNew ~ T ShortOld + 'eshorl (57, Si la distancia L de la cuerda corta se conoce con confianza, el error en la longitud de la cuerda larga LongError 6S : C LongL ShortL LongError -C Short L Long L ShortError / .- ? \ e = (58) C ^ Long L ^ Short -C ^ Short L ^ Long Debido a que LShortError es igual a 0, lo anterior se reduce a: e ~ V. Long '-'Shorl shor¡ ^ Long ) ~ Long ^ Short ^ LongError (59) j e( c Long LShort — c Short LLong ) '-'LongError ~ ~Y, ~ (60, - Long L Short r /1 C *" S Shhoorrtt ' l-'L L,ong , _ _ L LongError = ~ ~ ^) ( 6 1 ) C- L r*oonngg L, Short Por lo tanto, si el tiempo de retardo es correcto, entonces el error en la longitud es: ^LongNew = '-'LongOld ~ ^ LongError ( 6 2 ) Si LLong es correcto, entonces el error en la longitud puede convertirse en un error en el tiempo de tránsito: = LLongError , *Long (-, \ « -» / '-Short y el nuevo tiempo de retardo es: t ongNew ~ T ongOld + ^¿on ( 64 ) De este modo, eta y épsilon son descripciones equivalentes y para determinar el tiempo de tránsito o los errores en la longitud puede utilizarse cualquiera de ellas. En concordancia con los métodos ilustrativos de las figuras 6 a 8, existe una variedad de situaciones en las que eta y épsilon pueden ser utilizadas con fines ventajosos . De conformidad con al menos algunas de las modalidades, puede utilizarse a eta para verificar los tiempos de retardo medidos y la distancia L de una multitud de pares de transductores. En particular, los tiempos de retardo a separaciones infinitas (t8) de una pluralidad de pares de transductores pueden determinarse o medirse, por ejemplo, en una celda de prueba. Después de lo cual, todos los pares de transductores se instalan en un solo medidor ultrasónico. Los tiempos de retardo a una separación infinita (t8) se introducen en un procesador asociado al medidor ultrasónico, este medidor ultrasónico calcula entonces el tiempo de retardo utilizando los respectivos valores de L. De manera alternativa, los tiempos de retardo pueden calcularse de manera externa utilizando t8 y las longitudes L, estos tiempos de retardo se introducen directamente en el medidor. Finalmente, eta se calcula a una velocidad de flujo de fluido constante o de calibración en el medidor para obtener un buen mezclado sin que haya una turbulencia significativa, por ejemplo, de 20 a 30 pies/segundo (ft/s) , para verificar la precisión de los tiempos de retardo (bloque 906) . Si eta es esencialmente igual a cero en cualquier par determinado de cuerdas, entonces el tiempo de retardo y la longitud de la cuerda del par de cuerdas se han medido con precisión. De conformidad con modalidades adicionales, eta puede ser utilizada para ajustar los tiempos de retardo en cuerdas donde los tiempos de retardo son inadecuados (y suponiendo que la distancia L entre cada par de transductores se conoce con precisión) . En particular, un valor de eta diferente de cero en un par de cuerdas de un medidor ultrasónico donde la separación se conoce con precisión, es indicativo de que el tiempo de retardo a una separación infinita (t8) de al menos una de las cuerdas no ha sido medido con precisión. A través del medidor se establece una velocidad de flujo de fluido de calibración y una de las cuerdas se selecciona como referencia. Después de lo cual, el tiempo de retardo de la otra cuerda se ajusta hasta que el valor de eta es prácticamente igual a cero. En este ajuste ilustrativo, la magnitud de eta puede utilizarse para calcular el error en el tiempo de retardo, por ejemplo, utilizando la ecuación (15) , que por conveniencia se reproduce de nuevo a continuación.
?L? te Short ( 65 ) -?ong De conformidad con otras modalidades adicionales, puede utilizarse a épsilon para verificar la distancia correcta L entre un par de transductores (suponiendo que t8 se ha determinado con precisión en cada par de transductores) . En particular, si el valor de épsilon es diferente de cero (y dado lo anterior) , una de las cuerdas es elegida como cuerda de referencia. Después de lo cual, las longitudes de las otras cuerdas se ajustan hasta que el cálculo de épsilon entre la cuerda de referencia y la cuerda que está a prueba es esencialmente cero. En este paso de ajuste ilustrativo, la magnitud de épsilon puede ser utilizada para determinar el error en la medición de la longitud. t /. , . L LongError = ( 66 ) De conformidad con más modalidades adicionales, puede utilizarse a eta para verificar los tiempos de retardo medidos y la distancia L en una multitud de medidores ultrasónicos. En particular, los tiempos de retardo a una separación infinita (t8) de una pluralidad de pares de transductores, por ejemplo, en cuatro pares, pueden determinarse, por ejemplo, en una celda de prueba. Después de lo cual, puede instalarse uno de los pares de transductores en cada medidor ultrasónico de la pluralidad de medidores ultrasónicos . Los tiempos de retardo a una separación infinita (t8) se introducen en un procesador asociado al medidor ultrasónico, este medidor ultrasónico calcula entonces el tiempo de retardo utilizando los respectivos valores de L. De manera alternativa, los tiempos de retardo pueden calcularse de manera externa utilizando t8 y las longitudes L, estos tiempos de retardo se introducen directamente en el medidor. Durante el flujo de calibración en cada medidor ultrasónico de la pluralidad de medidores ultrasónicos, eta se calcula para cada medidor entre un par de transductores existentes y del par de transductores en el que se ha medido el tiempo de retardo a una separación infinita (t8) . Si eta es diferente de cero, lo que indica errores en el tiempo de retardo del par de transductores existente, es posible usar a eta para ajustar el tiempo de retardo del par de transductores de la cuerda existente. El ajuste, en caso de que sea necesario, puede repetirse en cada par de transductores presente en cada medidor ultrasónico. De conformidad con otras modalidades, es posible usar a eta para ajustar los tiempos de retardo en transductores de un medidor ultrasónico (suponiendo que se conoce la distancia L de cada cuerda) . En particular, el tiempo de retardo a una separación infinita (t8) en un par de transductores se determina con precisión, por ejemplo, en una celda de prueba o en un medidor ultrasónico. El par de transductores se instala entonces en un medidor ultrasónico sobre una cuerda que esté más cerca de la medición de temperatura del medidor ultrasónico. Durante el flujo de calibración, el tiempo de retardo del resto de los pares de transductores se ajusta utilizando a eta.
De conformidad con más modalidades adicionales, es posible utilizar a eta para fijar el tiempo de retardo de uno o más pares de transductores instalados después de la falla de uno o más pares de transductores existentes (suponiendo que al menos hubo un par de transductores que no falló y que se conoce la distancia L de cada par de transductores) . En particular, un par de transductores defectuosos es sustituido por un nuevo par de transductores y el tiempo de retardo del par de transductores recientemente instalado se corrige en lo referente a la distancia L. Durante el flujo de calibración, el par de transductores que no falló es seleccionado como referencia y eta se calcula utilizando la referencia, así como para cada par de transductores recientemente instalado. Para cada par de transductores recientemente instalado, los tiempos de retardo pueden ajustarse en caso necesario, utilizando a eta como se mencionó arriba. De conformidad con más modalidades adicionales, es posible utilizar a eta para fijar la separación entre un par de transductores del uno o más pares de transductores instalados después de la falla de uno o más pares de transductores existentes (suponiendo que al menos hubo un par de transductores que no falló y que los tiempos de retardo se conocen con precisión) . En particular, el par de transductores defectuosos es sustituido por un nuevo par de transductores y se introduce el tiempo de retardo del par de transductores recientemente instalado, incluido el ajuste de la diferencia en la distancia L entre la celda de prueba y la instalación del medidor ultrasónico real . Durante el flujo de calibración, el par de transductores que no falló es seleccionado como referencia y épsilon se calcula utilizando la referencia, así como para cada par de transductores recientemente instalado. Para cada par de transductores recientemente instalado, la distancia L puede ajustarse en caso necesario, utilizando a épsilon como se mencionó arriba. Finalmente, de conformidad con otras modalidades adicionales, puede utilizarse a eta para calcular los tiempos de retardo con base en la diferencia en los tiempos de retardo de dos diferentes pares de transductores (suponiendo que la distancia L de cada par de transductores se conoce con precisión y es diferente) . En particular, la diferencia en el tiempo de retardo se mide en dos pares de transductores y se determina el tiempo de retardo a una separación infinita (t8) . Los dos pares de transductores se instalan entonces en un medidor ultrasónico, un par de transductores en la cuerda corta y un par de transductores en la cuerda larga. Los estimados del tiempo de retardo de cada par de transductores se introducen en el procesador asociado al medidor ultrasónico y la compensación realizada en la diferencia en la distancia L de cada par de transductores. Durante el flujo de calibración, se calculará el valor de eta y el valor será la corrección que se aplicará a las dos cuerdas, después de lo cual, los tiempos de retardo de todos los pares de transductores pueden ajustarse de manera adecuada. Estas modalidades permiten el cálculo de los tiempos de retardo sin que se conozca la velocidad del sonido en el fluido. Lo cual podría ser una ventaja importante cuando haya un error significativo en la medición de la velocidad del sonido en el fluido que fluye a través del medidor. Al poder efectuar la determinación sin que se conozca la velocidad del sonido en el fluido de la celda de prueba o del medidor real también se elimina la necesidad de medir la presión y la temperatura y/o el uso de nitrógeno. Las diversas modalidades de la invención pueden aplicarse no solo a un medidor ultrasónico de cuatro cuerdas sino también a otros diseños de medidores, tales como los medidores con diferente número de cuerdas. La invención también se aplica a medidores ultrasónicos con trayectoria de rebote (siempre y cuando esos medidores tengan al menos dos cuerdas de diferente longitud) . Adicionalmente, no debe interpretarse que el uso de nomenclatura, tal como LA y LB, limita la invención a un conjunto particular de cuerdas. La invención puede utilizarse en un medidor ultrasónico con cualesquiera cuerdas de diferente longitud. Si bien se han mostrado y descrito diversas modalidades de esta invención, los que tienen experiencia en la técnica podrán realizar modificaciones a las mismas sin desviarse del espíritu o las enseñanzas de esta invención. Las modalidades descritas en la presente son únicamente ilustrativas y no limitantes. Por ejemplo, las modalidades se aplican igualmente bien tanto a las señales digitalizadas como a las señales analógicas. Son posibles muchas variantes y modificaciones del sistema y aparato, mismas que están dentro del alcance de la invención. Por ejemplo, las modalidades se aplican a cualesquiera datos ultrasónicos que se originan de dos o más cuerdas que tienen longitudes diferentes y no se limitan al medidor de cuatro cuerdas descrito. En consecuencia, el alcance de la protección no está limitado a las modalidades aquí descritas, sino que únicamente están limitadas por las reivindicaciones siguientes, cuyo alcance incluirá todos los equivalentes de la materia de las mismas.

Claims (20)

  1. REIVINDICACIONES 1. Un método que comprende : medir el tiempo de retardo de un primer par de transductores ; medir el tiempo total medido de las señales ultrasónicas transmitidas entre un segundo par de transductores de un medidor ultrasónico en el cual están instalados tanto el primero como el segundo par de transductores y calcular un parámetro asociado al segundo par de transductores utilizando el tiempo de retardo del primer par de transductores y el tiempo total medido del segundo par de transductores .
  2. 2. El método según la reivindicación 1, donde la medición del tiempo de retardo comprende además determinar el tiempo de retardo cuando los transductores del primer par de transductores están a una separación infinita.
  3. 3. El método según la reivindicación 2, donde el cálculo comprende además calcular el parámetro utilizando el tiempo de retardo cuando los transductores del primer par de transductores están a una separación infinita.
  4. 4. El método según la reivindicación 1, donde el cálculo comprende además calcular el tiempo de retardo del segundo par de transductores .
  5. 5. El método según la reivindicación 1, donde el cálculo comprende además calcular el error en el tiempo de retardo del segundo par de transductores .
  6. 6. El método según la reivindicación 1, donde el cálculo comprende además calcular la distancia entre el segundo par de transductores .
  7. 7. El método según la reivindicación 1, donde el cálculo comprende además calcular un error en la distancia entre el segundo par de transductores.
  8. 8. El método según la reivindicación 1, donde el cálculo comprende además calcular el parámetro utilizando el tiempo de retardo del primer par de transductores y un tiempo asociado al segundo par de transductores que compensa al menos parcialmente las diferencias entre el tiempo total medido y el tiempo de tránsito real.
  9. 9. El método según la reivindicación 1, donde la medición del tiempo de retardo del primer par de transductores comprende además medir el tiempo de retardo del primer par de transductores, donde el primer par de transductores está en una celda de prueba.
  10. 10. Un método que comprende: medir la diferencia en el tiempo de retardo entre un primer par de transductores y un segundo par de transductores ; medir un primer tiempo total medido de las señales ultrasónicas transmitidas entre el primer par de transductores de un medidor ultrasónico en el cual están instalados tanto el primero como el segundo par de transductores ; medir un segundo tiempo total medido de las señales ultrasónicas transmitidas entre el segundo par de transductores del medidor ultrasónico y calcular el tiempo de retardo del primer par de transductores utilizando la diferencia en el tiempo de retardo y los tiempos totales medidos.
  11. 11. El método según la reivindicación 10, que comprende además calcular el tiempo de retardo del segundo par de transductores utilizando la diferencia en el tiempo de retardo y los tiempos totales medidos .
  12. 12. El método según la reivindicación 10, donde la medición de la diferencia en el tiempo de retardo comprende además medir la diferencia en el tiempo de retardo en una celda de prueba.
  13. 13. El método según la reivindicación 10, donde el cálculo del tiempo de retardo comprende además calcular el tiempo de retardo del primer par de transductores utilizando la diferencia en el tiempo de retardo y los tiempos que compensa al menos parcialmente las diferencias entre el tiempo total medido y el tiempo de tránsito real.
  14. 14. Un medidor ultrasónico que incluye: un carrete que se acopla de modo que permita el paso de fluido dentro del conducto que transporta el flujo del fluido; un sistema electrónico de control asociado al carrete; una primera cuerda que atraviesa el carrete, la primera cuerda acepta un primer par de transductores y el sistema electrónico de control está acoplado al primer par de transductores y una segunda cuerda que cruza el carrete, la segunda cuerda acepta un segundo par de transductores y el sistema electrónico de control está acoplado al segundo par de transductores; donde el sistema electrónico de control acepta un valor proporcional al tiempo de retardo del primer par de transductores y donde el sistema electrónico de control calcula un parámetro asociado al segundo par de transductores utilizando al menos el valor proporcional al tiempo de retardo del primer par de transductores.
  15. 15. El medidor ultrasónico según la reivindicación 14, donde el sistema electrónico de control acepta el valor proporcional al tiempo de retardo que es el tiempo de retardo a una separación infinita.
  16. 16. El medidor ultrasónico según la reivindicación 14, donde el sistema electrónico de control calcula el tiempo de retardo del segundo par de transductores .
  17. 17. El medidor ultrasónico según la reivindicación 14, donde el sistema electrónico de control está configurado para calcular el error en el tiempo de retardo del segundo par de transductores .
  18. 18. El medidor ultrasónico según la reivindicación 14, donde el sistema electrónico de control está configurado para calcular la distancia entre el segundo par de transductores .
  19. 19. El medidor ultrasónico según la reivindicación 14, donde el sistema electrónico de control está configurado para calcular el error en la distancia entre el segundo par de transductores .
  20. 20. El medidor ultrasónico según la reivindicación 14, donde el sistema electrónico de control está configurado para calcular un parámetro utilizando el tiempo de retardo del primer par de transductores y un tiempo asociado al segundo par de transductores que compensa al menos parcialmente las diferencias entre el tiempo total medido y el tiempo de tránsito real.
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