NO321656B1

NO321656B1 - Fremgangsmate ved bestemmelse av volumstrom

Info

Publication number: NO321656B1
Application number: NO19971842A
Authority: NO
Inventors: Arie Hujzer; Andre H Boer
Original assignee: Krohne Ag
Priority date: 1995-08-22
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 2006-06-19
Also published as: DE19530807A1; DE59610004D1; NO971842D0; EP0787281B1; JPH10508111A; NO971842L; EP0787281A1; DE19530807C2; JP3068201B2; US5824915A; WO1997008516A1

Description

Denne oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte ved bestemmelse av volumstrømmen av strømmende medier ved hjelp av en volumstrømmåler som arbeider etter gangtidsprinsippet og som omfatter:

- et ledningsmåleavsnitt dannet av en rørledning, som fører et strømmende medium,

- to ultralydtransdusere anordnet i en bestemt vinkel på ledningsmåleavsnittets lengdeakse, som sender ut ultralydsignaler i det strømmende medium og/eller mottar ultralydsignaler fra det strømmende medium, og

- en styre- og evalueringskrets,

hvor ultralydtransduserene kobler ultralydsignalene inn i det strømmende medium via varmeisolerende ultralydbølgeledere, og styre- og evalueringskretsen bestemmer volumgjennomstrømningen gjennom ledningsmåleavsnittet ut fra forskjellen mellom den samlede gangtid for ultralydsignalene mellom ultralydtransduserene og summen av ultralydsignalenes gangtid i ultralydbølgelederene, og hvor styre- og evalueringskretsen bestemmer temperaturen i det strømmende medium ut fra ultralydsignalenes gangtid i ultralydbølgelederene. En sådan fremgangsmåte er kjent fra US-patent nr. 5 280 728.

Kjente volumstrømmålere har hevdet seg godt ved bruk på det industrielle område og det har derfor i den senere tid åpnet seg flere ytterligere bruksområder for disse volum-strømmåleapparater. Særlig spiller sådanne bruksområder en rolle når det strømmende medium oppviser en betraktelig forhøyet temperatur. Som eksempel nevnes her bare bruken på oljetransportområdet. Da det i kjente volumstrømmåleapparater som regel anvendes piezokrystaller som grunnleggende komponent i ultralydtransdusere, inn-skrenker bruksmulighetene for kjente volumstrømmåleapparater seg til et temperatur-område på inntil 120° C og i det meste inntil 150° C. Ved høyere temperaturer blir de vanligvis brukte ultralydtransdusere støyfrembringende eller fullstendig funksjons-udyktige. For å unngå dette problem blir ultralydsignalene koblet inn i det strømmende medium via varmeisolerende ultralydbølgeledere. Derved sikres det at den høye til meget høye temperatur som foreligger i det strømmende medium ikke når frem til selve ultralydtransduserene. Volumstrømmåleapparater med slike varmeisolerende ultralyd-bølgeledere er kjent fra f.eks. sammendraget av JP-publikasjon nr. 61093914 og US-patent nr. 5 275 060.

Oppfinnelsen har som formål å oppnå en ytterligere forbedring av målenøyaktigheten ved utøvelse av den innledningsvis beskrevne fremgangsmåte.

I henhold til oppfinnelsen oppnås dette ved at den innledningsvis beskrevne fremgangsmåte har som særtrekk at den temperaturavhengige endring i ledningsmåleavsnittets diameter bestemmes ut fra den målte temperatur i det strømmende medium og at resultatet for volumgjennomstrømningen korrigeres i avhengighet av den bestemte endring i ledningsmåleavsnittets diameter.

Siden gangtiden for ultralydsignalene i ultralydbølgelederene utgjør et umiddelbart mål på temperaturen i ultralydbølgelederene, lar også temperaturen i det strømmende medium seg utlede fra ultralydsignalenes gangtid i ultralydbølgelederene. Temperaturen i det strømmende medium har en vesentlig innflytelse på volumstrømmåleapparatets målenøyaktighet. Avhengig av temperaturen forandrer nemlig f eks. ledningstverrsnittets rørledningsdiameter seg. Siden det i foreliggende tilfelle dreier seg om et volumstrøm-måleapparat og ikke et mengdestrømmåleapparat, fører en forstørrelse av ledningstverrsnittets diameter til en minskning i det strømmende mediums målte hastighet, hvilket uten korreksjon, videre fører til avgivelse av en for lav verdi for volumgjennomstrøm-ningen. På grunn av den beskrevne virkning oppstår det ved f.eks. en forhøyelse av temperaturen i det strømmende medium på fra 240° C til 260° C, uten korreksjon, en feil på ca. 1,5 %. Med den beskrevne korreksjon lar denne feil seg senke til 0,1 %.

I detalj foreligger det flere muligheter med hensyn til utforming og videreutvikling av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen ved bestemmelse av volumgjennomstrømning ifølge gangtidsprinsippet ved hjelp av et volumstrømmåleapparat. Således henvises det nå til den etterfølgende detaljerte beskrivelse gitt i sammenheng med de vedføyde tegninger, på hvilke: Fig. 1 skjematisk viser et volumstrømmåleapparat for strømmende medier, som arbeider etter gangtidsprinsippet,

fig. 2 skjematisk viser et annet volumstrømmåleapparat for strømmende medier, som

arbeider etter gangtidsprinsippet,

fig. 3 viser et snitt gjennom en ultralydbølgeleder,

fig. 4 er et diagram som viser ultralydtransduserens temperatur i avhengighet av

temperaturen i det strømmende medium, for et volumstrømmåleapparat,

fig. 5 er et diagram som viser et ultralydsignals gangtid i en ultralydbølgeleder i

avhengighet av gjeldende temperatur, og

fig. 6 er et diagram som viser et ultralydsignals utbredelseshastighet i en ultralyd-bølgeleder i avhengighet av temperaturen i det strømmende medium.

Fig. 1 viser skjematisk et volumstrømmåleapparat for strømmende medier som arbeider etter gangtidsprinsippet. Volumstrømmåleapparatet oppviser et ledningsmåleavsnitt 1 som fører det strømmende medium. I de overforliggende ender av ledningsmåleavsnittet 1 er det anordnet to ultralydtransdusere 2, 3 som sender ut ultralydsignaler i det strøm-mende medium og/eller mottar sådanne fra det strømmende medium. Fig. 1 viser ikke en styre- og evalueringskrets som måler gangtiden for ultralydsignalene mellom ultralydtransduserene 2, 3 for å bestemme volumgjennomstrømningen gjennom ledningsmåleavsnittet 1.

Ledningsmåleavsnittet 1 vist i fig. 1 utgjør enten en selvstendig del innenfor et ledningssystem eller er dannet av en del av et bestående ledningssystem.

Slik som vist i fig. 1 er generelt volummåleapparater slik utformet at forbindelseslinjen mellom ultralydtransduserene 2, 3 som danner målelinjen 4 skjærer lengdeaksen 5 for ledningsmåleavsnittet 1 i en vinkel cp. I spesielle tilfeller, særlig når ultralydtransduserene 2, 3 er anordnet i en krumning i ledningssystemet i forhold til lengdeaksen 5 for ledningsavsnittet 1, beløper vinkelen cp seg til 0°.

For å sikre et kraftig ultralydsignal på de mottagende ultralydtransduserene 2, 3, er det fornuftig at ultralydtransduserene 2, 3 er rettet inn på hverandre.

De to ultralydtransdusere 2, 3 styres ved hjelp av styre- og evalueringskretsen på en slik måte at en av ultralydtransduserene 2, 3 sender ut ultralydsignaler som mottas av den andre ultralydtrånsduser 3, 2. Dersom man ikke kjenner utbredelseshastigheten c0 for ultralydsignaler i det strømmende medium, er det nødvendig at ultralydtransduserene styres for vekselvis å utgjøre sender og mottager. Gangtiden mellom ultralydtransduserene bestemmes derved ut fra følgende ligninger:

I disse ligninger angir L avstanden mellom de to ultralydtransdusere 2, 3, mens Vm angir den midlere hastighet for det strømmende medium i ledningsavsnittet 1. Når den midlere hastighet Vm for det strømmende medium er forskjellig fra null, er gangtiden T1 for ultralydsignalene fra ultralydtransduseren 2 til ultralydtransduseren 3 mindre enn den omvendte gangtid T2 fra ultralydtransduseren 3 til ultralydtransduseren 2.

Når gangtidene T1 og T2 er kjent, kan de ukjente størrelser c0 og Vm bestemmes ut fra ligningene 1 og 2. Den søkte volumgjennomstrømning gjennom ledningsavsnittet 1 oppnås deretter ut fra Vm i sammenheng med tverrsnittet av ledningsavsnittet 1.

I fig. 2 på tegningene er det vist et volummåleapparat som har ultralydbølgeledere. Dette volummåleapparat skiller seg fra det hittil beskrevne ved at ultralydtransduserene 2, 3 ikke er plassert i umiddelbar kontakt med det strømmende medium. I fig. 2 er det skjematisk vist at ultralydtransduserene 2, 3 kobler ultralydsignalene inn i det strømmen-de medium via varmeisolerende ultralydbølgeledere 6, 7. Ut fra en sammenligning av fig. 1 og 2 i sammenheng med ligningene 1 og 2 blir det nødvendig å ta hensyn til ultralydsignalenes gangtid i ultralydbølgelederene 6, 7 før volumgjennomstrømningen bestemmes. I fig. 2 på tegningene er det for ultralydbølgelederen 6 også antydet at en andel av ultralydsignalene reflekteres ved den ende av ultralydbølgelederene 6, 7 som vender mot det strømmende medium. Denne andel kan endres ved å gi ultralydbølge-lederene 6, 7 spesielle utførelsesformer.

Fig. 3 viser et snitt gjennom en stavformet ultralydbølgeleder 8. I sin første ende 9 står denne stavformede ultralydbølgeleder 8 i forbindelse med det strømmende medium og ved sin annen ende 10 i kontakt med en av ultralydtransduserene 2, 3. Fordelen ved den viste stavformede ultralydbølgeleder 8, viser seg ved dens varmeisolerende egen-skaper ved isolasjonsavsnittet 12 anordnet mellom den andre ende 10 og monterings-flensen 11. Dette isolasjonsavsnitt 12 kan f.eks. i tillegg være forsynt med en eller flere kjøleribber og består fortrinnsvis av rustfritt stål, mens f.eks. også keramikk og plast er tenkbare som utgangsmaterialer for ultralydbølgelederen 8.

I flg. 4 på tegningene er det vist et diagram over forholdet mellom temperaturen TUT for ultralydtransduseren 2, 3 og temperaturen TM for det strømmende medium. Diagrammet vist i fig. 4 ble registrert ved en omgivelsestemperatur på 50° C mens isolasjonsavsnittet 12 hadde en lengde på 15 cm. Det kan tydelig sees at en temperatur på inntil 800° C i det strømmende medium er tillatelig uten skadelig påvirkning eller beskadigelse av noen av ultralydtransduserene 2, 3.

Forholdet mellom ultralydsignalenes gangtid i ultralydbølgelederene 6, 7 og den foreliggende temperatur Tusw i ultralydlederene 6, 7 er vist i fig. 5 på tegningene. Den øvre rette linje viser forholdet mellom gangtiden for den andel av ultralydsignalene som reflekteres ved den ende av ultralydbølgelederen 6, 7 som vender mot det strømmende medium og temperaturen i ultralydhalvlederen 6, 7. Den nedre rette linje i fig. 5 viser forholdet mellom summen av gangtidene for et ultralydsignal i de to ultralydbølgeledere 6, 7 i avhengighet av deres temperatur. Av fig. 5 er det tydelig at ved å bestemme gangtiden for ultralydsignalene i ultralydbølgelederene 6, 7 ut fra den andel av ultralydsignalene som reflekteres ved den ende av ultralydbølgelederene 6, 7 som vender mot det strømmende medium, lar det seg foreta en meget god korreksjon av summen av de temperaturavhengige gangtider for ultralydsignaler i den enkelte ultralydbølgeleder 6, 7.

Til sist viser fig. 6 på tegningene forholdet mellom ultralydsignalenes utbredelseshastighet c1 i ultralydbølgelederene 6, 7 og temperaturen TM i det strømmende medium. Her viser det seg tydelig at temperaturen i det strømmende medium TM uten problemer kan bestemmes ut fra ultralydsignalenes gangtid i ultralydbølgelederene 6, 7 og at en korreksjon av verdiene for volumgjennomstrømningen kan oppnås ut fra dette. Korreksjonen kan f.eks. skje ved at det aktuelle tverrsnitt av ledningsmåleavsnittet 1 bestemmes ut fra et kjent tverrsnitt for ledningsmåleavsnittet 1 ved en forutbestemt temperatur og temperaturen i det strømmende medium bestemt slik som forklart, ved hjelp av materialkonstant-ene for materialet i ledningsmåleavsnittet 1.

Claims

1. Fremgangsmåte ved bestemmelse av volumstrømmen av strømmende medier ved hjelp av en volumstrømmåler som arbeider etter gangtidsprinsippet og som omfatter: - et ledningsmåleavsnitt (1) dannet av en rørledning, som fører et strømmende medium, - to ultralydtransdusere (2, 3) anordnet i en bestemt vinkel på ledningsmåleavsnittets lengdeakse, som sender ut ultralydsignaler i det strømmende medium og/eller mottar ultralydsignaler fra det strømmende medium, og - en styre- og evalueringskrets,

hvor ultralydtransduserene (2, 3) kobler ultralydsignalene inn i det strømmende medium via varmeisolerende ultralydbølgeledere (6, 7, 8), og styre- og evalueringskretsen bestemmer volumgjennomstrømningen gjennom ledningsmåleavsnittet (1) ut fra forskjellen mellom den samlede gangtid for ultralydsignalene mellom ultralydtransduserene og summen av ultralydsignalenes gangtid i ultralydbølgelederene, og hvor styre- og evalueringskretsen bestemmer temperaturen i det strømmende medium ut fra ultralydsignalenes gangtid i ultralydbølgelederene.

karakterisert ved at den temperaturavhengige endring i ledningsmåleavsnittets diameter bestemmes ut fra den målte temperatur i det strømmende medium og at resultatet for volumgjennomstrømningen korrigeres i avhengighet av den bestemte endring i ledningsmåleavsnittets diameter.