NO301948B2 - Flerfunksjons maleinstrument - Google Patents

Abstract

Flerfunksjons måleinstrument med én eller to ultralydsensorer (1,2) for montering utenpå rørvegg i et rør med et strømmende medium, der den ene ultralydsensoren (1) gjennom passiv lytting på avgitte ultralydsignaler fra mediet som strømmer gjennom røret og partikler i dette innhenter data om for det første hastighet og dermed strømning for mediet som passerer inne i røret og for det annet mengden av partikler i mediet som strømmer i røret og derigjennom erosjon i røret mens den andre ultralydsensoren (2) , som kan tilkobles etter brukerens valg, gjennom utsendelse og mottak av uftralydsignaler innhenter data om rørveggens tykkelse. Den passivt lyttende ultralydsensoren (1) er tilkoblet et elektronikkort (3) som tolker signalene fra sensoren (1) og videresender disse bl en PC (personlig computer) (7) eller annen datamaskin gjennom én eller flere kabler (6) av fiberoptisk dier annen type. Dersom aktiv ultralydsensor (2) for veggtykkelsesmåling er tilkoblet måles veggtykkelse gjennom utsendelse og mottak av signaler gjennom ultralydsensoren (2). Disse tolkes i det tilkoblede elektronikkort (4) som også er tilkoblet elektronikkortet (3). Signalene overføres via kabel (6) fil PC (7). Mikroprosessorene i elektronikkortene (3, 4) sørger for at ikke den aktive sensors signaler forstyrrer den passive sensors lytting. Elektronikken og den passive sensoren er montert inne i et hus (5), hvilket gjør at instrumentet kan monteres utenpå en rørvegg.

Description

Oppfinnelsen angår et flerfunksjons måleinstrument, omfattende en ultralydsensor og elektronikkort for måling av så vel strømning/hastighet for et medium i et rør, som partikkelmengde i mediet som strømmer i røret og gjennom dette erosjon, samt en ytterligere ultralydsensor og elektronikkort for å foreta måling av veggtykkelsen på selve rørveggen og gjennom dette korrosjon, slik det er angitt i innledningen i det etterfølgende krav 1. Måleinstrumentet kan særlig anvendes til for eksempel målinger på vannforsyningsrør eller rør som brukes i tilknytning til oljeproduksjon eller -raffinering. Målingene foretas gjennom bruk av ultralyd, for strømningsmålingens og erosjonsmålingens del gjennom en ultralydsensors passive lytting på ultralydsignaler som avgis av det strømmende medium i røret og partikler i røret, og for veggtykkelsesmålingens del gjennom en ultralydsensors avsendelse av ultralydsignaler med etterfølgende mottak av disse som indikator på rørveggens tykkelse. Måleinstrumentet monteres utenpå rørveggen.

For kommunale og private vannverk, samt for oljeselskap, medfører det store kostnader og en betydelig arbeidsinnsats å tilegne seg samtlige av de data som kan innhentes samtidig ved bruk av det forannevnte; flerfunksjons måleinstrumentet, fordi innhenting av data slik situasjonen er nå betinger bruk av forskjellige måleinstrumenter for hver enkelt av funksjonene strømnings- og hastighetsmåling, partikkel / erosjonsmåling, og veggtykkelses / korrosjonsmåling, med medfølgende tilkobling av kabler for hvert instrument og tilknytning for hvert enkelt instrument til for eksempel hver sin datamaskin som behandler måle-dataene og viser resultatet.

Det eksisterer i dag flere ultralydbaserte måleinstrumenter som hver for seg kan foreta enten veggtykkelsesmåling og derigjennom korrosjonsmåling, strøm-nings- eller hastighetsmåling, eller partikkelmåling og derigjennom erosjonsmåling. I et foredrag 10. september 1993 i løpet av "Automatiseringsdagene", som var arrangert av "Norsk Forening for Automatisering" og "Industriens Forening for Elektronikk og Automatisering", ble det beskrevet en ultralydbasert strømningsmåler som, ved hjelp av passiv lytting etter lyd generert fra det strømmende medium inne i røret, kunne relatere de innhentede måledata til hastigheten på det strømmende medium. Dette instrumentet var ment for montering utenpå rørveggen. Videre produserer selskaper som "CorrOcean", "Fluenta", "Simrad Subsea", "Drexel", "Schlumberger" og "Milltronics" partikkel-målere som enten gjennom montering utenpå rørveggen eller ved å gjennom-trenge rørveggen måler for eksempel partikler eller mengden av partikler i et strømmende medium.

Måleinstrumentet beskrevet i patent US-5179862 er det som i dag ligger nær-mest oppfinnelsen. Det beskriver et målesystem hvor flere transducere kan monteres i nærheten av hverandre for på denne måten å måle / beregne ulike parametere ved en strømmende væske. Dette måleinstrumentet er basert på å 1) kun måle strømning eller strømningshastighet ved hjelp av 2) aktiv utsendelse av et ultrasonisk signal som 3) går gjennom væsken i røret og 4) reflek-teres fra «motsatt» rørvegg før det 5) mottas igjen av samme eller en annen transducer. Oppfinnelsen er således ikke basert på å innhente flere forskjellige typer data fra samme punkt på utsiden av et rør med en enkelt sensor, hvilket instrumentet i foreliggende patentkrav er. Instrumentet beskrevet i patentet innhenter data kun omkring ett medium, nemlig væsken inne i røret. Foreliggende patentkrav beskriver et måleinstrument som, når man også anvender den ytterligere ultralydsensor nevnt ovenfor, alltid innhenter data omkring flere medier/faktorer, nemlig alltid minst to av følgende tre: strømningshastighet, partikkelmengde/erosjon, veggtykkelse / korrosjon - i samtlige, mulige kombi-nasjoner. Likeledes skjer målingene i instrumentet beskrevet i US-5.179.862 kun ved aktiv utsendelse av signal fra en sensor / transducer gjennom hele væsken i røret, helt til refleks fra «motsatt» rørvegg finner sted, hvilket skiller oppfinnelsen ytterligere fra foreliggende patentkrav. Det foreliggende krav omhandler passiv lytting med én sensor uten avsendelse av lydsignaler, og aktiv utsendelse kun gjennom nærmeste rørvegg hvor instrumentet (eller sensoren) er montert, ikke gjennom væsken innenfor rørveggen, og heller ikke i andre tilfeller enn hvis veggtykkelse skal måles.

Alle de måleinstrumenter som produseres i dag, kan imidlertid kun innhente måledata innen ett enkeltstående område, det være seg enten veggtykkelse / korrosjon, eller strømnings- / hastighetsmåling, eller partikkel- / erosjonsmåling. Dette medfører at flere instrumenter må benyttes dersom brukeren ønsker å innhente flere typer data. Videre medfører dette at brukeren for eksempel ikke kan foreta partikkelmåling og strømningsmåling i én og samme lokasjon på røret, fordi måleinstrumentene er fysisk atskilte og benytter flere, fysisk atskilte målesensorer ved måling. Gjennom undersøkelser hos og samtaler med kommunale myndigheter (vannverkseiere) og oljeselskaper har det vist seg at det er behov for å kunne foreta målinger av flere slag i ett og samme punkt. En integrering av strømnings- / hastighetsmåling, partikkel- / erosjonsmåling og veggtykkelses- / korrosjonsmåling i ett og samme instrument medfører også en betydelig reduksjon av kostnadene og arbeidet ved å innhente måledata, så vel som for montering, vedlikehold og annet.

Det som oppnås med oppfinnelsen i forhold til dagens teknikk, er først og fremst at brukeren gjennom en integrert flerfunksjonsmåler kan kombinere forskjellige typer målinger i ett og samme måleinstrument, og dermed bedre den totale målekvalitet for bruker sett i forhold til dagens teknikk med enkeltstående systemer. Oppfinnelsen gjør det mulig å måle flere parametre som korrosjon, erosjon, hastighet og partikler. Med et system som dette, kan brukeren gjennom å kombinere målingene av flere parametre i én og samme lokasjon, foreta korrosjonsmålinger (veggtykkelsesmålinger), erosjonsmålinger og strømningsmålinger og predikere korrosjonsrater per tidsenhet som en funksjon av strømning i et rør over tid. Dette skjer gjennom å foreta statistiske beregninger på innsamlede måledata i et valgt tidsvindu. Tilsvarende fordeler oppnås ved å foreta kombinasjon av målte parametre av hastighet og partikler, da denne kombinasjonen bedrer informasjon og datamengde i den aktuelle målelokasjon med henhold på erosjon i rør forårsaket av de tilstedeværende strømningsforhold. Utlesing av data og statistiske analyser muliggjør kvanti-fisering av partikkelmengde i det strømmende medium, videre anslagskraften for partikler mot rørvegg, partikkelstørrelse og partikkeltetthet. Måleinstrumentet bedrer kunnskapen om strømningsforhold i den aktuelle prosess og kan gi informasjon som kan danne grunnlag for atskillig forbedret beregning av tidspunktet for utskiftning av rør, endring av rørgeometri og/eller behov for endring av materialkvalitet.

Videre oppnås en bedre målekvalitet i forhold til dagens teknikk, gjennom at signalene fra ultralydsensorene bearbeides i hvert av elektronikkortenes mikroprosessorer. Dette medfører at signalene allerede er ferdig bearbeidet før de sendes videre til datamaskin.

De midler som medfører at dette oppnås, er for det første at det er utviklet et enkeltstående elektronikkort som sammen med én eneste ultralydsensor er i stand til å tolke ultralydsignalene som sensoren mottar både innen området strømning og hastighet for mediet som strømmer gjennom røret, og innen området partikkelmengde i mediet og derigjennom erosjon. Dernest at et annet elektronikkort sammenkoblet med en ytterligere sensor, sørger for at brukerne av instrumentet kan foreta veggtykkelsesmålinger på rørveggen. Til sist besørg-er begge elektronikkortenes mikroprosessorer og sammenkoblingen av begge elektronikkortene at den aktive sensoren for veggtykkelsesmåling ikke sender ut ultralydsignaler samtidig som sensoren for passiv lytting på signaler fra det strømmende mediet i røret og partikler i dette mottar signaler. Gjennom dette samarbeidet forstyrres ikke den ene sensors lytting av signaler fra den andre sensor.

Det flerfunksjons måleinstrument ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at hvert elektronikkort tilhørende de to sensorene innbefatter en mikroprosessor for tolkning og behandling av signalene fra sensorene før de overføres til en datamaskin for å unngå at dataene beheftes med bakgrunnsstøy, og elektronikkortene er tilknyttet hverandre og er innkapslet i et hus med festeanordning for montering utenpå rørveggen og som gjennom en eller flere kabler sender de behandlede signaler til datamaskinen som ved hjelp av tilpasset programvare viser måledata for strømning/hastighet av mediet i røret, partikkelmengde/erosjon og veggtykkelse/korrosjon i rørvegg.

Foretrukne utførelser av det flerfunksjons måleinstrument ifølge oppfinnelsen fremgår av de etterfølgende kravene 2-5.

Måleinstrumentet kan klart utnyttes industrielt i forbindelse med pålagte eller frivillige målinger som foretas for eksempel av vannverk, oljeselskaper og raffinerier. Måleinstrumentet ifølge oppfinnelsen er vist på figurene, hvori: Figur 1 er en skisse av måleinstrumentet montert på rør tilkoblet datamaskin, i versjonen uten tilkoblete ultralydsensor og elektronikkort for veggtykkelsesmåling. Figur 2 viser instrumentet som på figur 1, men med tilkoblet ultralydsensor og elektronikkort for veggtykkelsesmåling. Ultralydsensoren for veggtykkelsesmåling er på tegningen festet gjennom en forlengelseskabel for signaloverføring til elektronikkortet. Det vises til figur 8 for alternativ festing av denne sensoren. Figur 3 er et tverrsnitt av instrumentet montert på rør, i versjon som på figur 1. Figur 4 er et tverrsnitt av instrumentet montert på rør, i versjon som på figur 2. Figur 5 viser selve måleinstrumentet gjennomskåret slik at man kan se elektronikkortenes plassering, i versjon som på figur 1. Figur 6 viser selve måleinstrumentet gjennomskåret slik at man kan se élektro-nikkortenes plassering, i versjon som på figur 2. Figur 7 viser oppbyggingen av elektronikkortet for strømnings- / hastighetsmåling og erosjons- / partikkelmåling (benevnt 3.1 til 3.6), samt oppbyggingen av elektronikkortet for veggtykkelses- / korrosjonsmåling (benevnt 4.1 til 4.8). Kortene vises tilkoblet ultralydsensorene 1 og 2. Figur 8 viser måleinstrumentet ifølge oppfinnelsen i versjon som på figur 2, men med ultralydsensor for veggtykkelsesmåling fast montert på hus 5 slik som ultralydsensor for strømnings- og erosjonsmåling, dvs. uten at ultralydsensor for veggtykkelsesmåling er tilknyttet forlengelseskabel.

Den passivt lyttende ultralydsensor 1 er på en ikke nærmere angitt måte tilkoblet elektronikkortet 3, mens den aktive ultralydsensor for veggtykkelsesmåling 2 på en ikke nærmere angitt måte er tilkoblet elektronikkortet 4. Begge elektronikkortene 3 og 4 er på en ikke nærmere angitt måte festet inne i et "hus" 5 av metall eller annet materiale som også har ikke nærmere angitte festeanord-ninger slik at måleinstrumentet kan festes utenpå et rør. Fra elektronikkortene går det kabler 6 av fiberoptisk eller annen type som på en ikke nærmere angitt måte overfører signaler fra elektronikkortene til en "personlig computer" (PC) 7 eller annen datamaskin som behandler signalene og viser resultatene.

Elektronikkortet 3 for den passivt lyttende ultralydsensor 1 for måling av strøm-ning og erosjon inneholder en filterenhet 3.1 som fungerer som tilpasningsmodul for sensor 1 med avstemt frekvens. Forsterkertrinnet 3.2 med båndpassfilter er en enhet som foretar ren råforsterkning innen et fast angitt frekvensområde. Forsterkertrinnet 3.3 med programmerbar forsterking foretar mikroprosessorstyrt forsterking avhengig av støynivå. Omformerenheten 3.4 omformer analoge signaler til digitale signaler. Mikroprosessoren 3.5 behandler data, bestemmer forsterkning og overfører data. Datatransmisjonsenheten 3.6 sender data til datamaskin gjennom overføringskabel 6.

Elektronikkortet 4 for den aktive ultralydsensor for veggtykkelsesmåling 2 inneholder en velgerenhet (MUX - multiplekser) 4.1 som avgjør om elektronikken skal stå i senderstilling eller mottakerstilling. Filterenheten 4.2 er en mottakende tilpasningsmodul til ultralydsensor 2 med avstemt frekvens. Mottakerforsterk-ningstrinnet 4.3 foretar ren råforsterkning av signalet. Signaldetektoren 4.4 er en signalomformer (peak detector) som stopper klokken etter utsendt puls fra enhet 4.7. Forsterkerenheten 4.5 er et kraftforsterkningstrinn for avsendt puls. Signalets form og varighet blir bestemt i enheten 4.6 for signalform og tids-intervall. Tidtakingsenheten 4.7 foretar tidtaking av utsendt puls til mottatt topp innen et bestemt tidsvindu. Mikroprosessoren 4.8 behandler data og overfører disse til en annen mikroprosessor.

Claims (5)

1. Flerfunksjons måleinstrument, omfattende en ultralydsensor og elektronikkort for måling av så vel strømning/hastighet for et medium i et rør, som partikkelmengde i mediet som strømmer i røret og gjennom dette erosjon, samt en ytterligere ultralydsensor og elektronikkort for å foreta måling av veggtykkelsen på selve rørveggen og gjennom dette korrosjon, karakterisert ved at hvert elektronikkort (3,4) tilhørende de to sensorene (1, 2) innbefatter en mikroprosessor for tolkning og behandling av signalene fra sensorene før de overføres til en datamaskin (7) for å unngå at dataene beheftes med bakgrunnsstøy, og elektronikkortene er tilknyttet hverandre og er innkapslet i et hus med festeanordning (5) for montering utenpå rørveggen og som gjennom en eller flere kabler (6) sender de behandlede signaler til datamaskinen (7) som ved hjelp av tilpasset programvare viser måledata for strømning/hastighet av mediet i røret, partikkelmengde/erosjon og veggtykkelse/korrosjon i rørvegg.

2. Flerfunksjons måleinstrument ifølge krav 1, karakterisert ved at den ytterligere ultralydsensor (2) er anordnet på rørveggen og er tilkoblet til elektronikkortet via en forlengelseskabel for overføring av signalene fra sensoren (2).

3. Flerfunksjons måleinstrument ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at ultralydsensoren (1) for måling av strømning/hastighet og partikkelmengde er en passivt lyttende ultralydsensor, mens den ytterligere ultralydsensor (2) er en aktivt utsendende/lyttende ultralydsensor (2).

4. Flerfunksjons måleinstrument ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at elektronikkort (3) som er tilkoblet ultralydsensor (1) kan innhente, tolke og videresende de signaler sensoren (1) mottar både med hensyn til strømning og hastighet og med hensyn til partikkelmengde og derigjennom erosjon, hvilket skjer gjennom at elektronikkortet (3) innehar en filterenhet (3.1) som fungerer som tilpasningsmodul for sensor (1) med avstemt frekvens, et forsterkertrinn (3.2) med båndpassfilter som foretar ren rå-forsterking innen et fast angitt frekvensområde, et forsterkertrinn (3.3) med programmerbar forsterking som foretar mikroprosessorstyrt forsterking avhengig av støynivå, en omformerenhet (3.4) som omformer analoge signaler til digitale signaler, en mikroprosessor (3.5) som behandler data, bestemmer forsterkning og overfører data, og en datatransmisjonsenhet (3.6) som sender data til en datamaskin gjennom overføringskabel (6).

5. Flerfunksjons måleinstrument ifølge krav 1,2,3 eller 4, karakterisert ved at hvert av elektronikkortene (3) og (4) innehar en mikroprosessor (3.5 og 4.8) og er forbundet slik at aktiv ultralydsensor (2) ikke sender ut signaler samtidig som passiv ultralydsensor (1) registrerer ultralydsignaler fra det strømmende medium i et rør.