NO325042B1

NO325042B1 - Fremgangsmate og anordning for a bestemme stromningshastighet og/eller gjennomstromning for et strommende fluid

Info

Publication number: NO325042B1
Application number: NO19975222A
Authority: NO
Inventors: Geeuwke De Boer
Original assignee: Elster Instromet Ultrasonics B
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 2008-01-21
Also published as: NO975222L; EP0843160B1; NL1004544C2; EP0843160A1; NO975222D0; US6041663A

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte for å bestemme strømningshastig-heten og/eller gjennomstrømningen for et strømmende fluid i en kanal ved å sende ut og motta ultralydbølger langs baner mellom transdusere som er plassert på omkretsen av kanalen og kan virke som sender og mottager, og hvor transittidene måles for lydbølger overført i motsatte retninger langs en bane og forskjellen mellom transittidene for disse bestemmes for å beregne strømningshastigheten og/eller gjennomstrømningen ved utnyttelse av multiplikasjonsfaktorer, idet i det minste tre baner befinner seg mellom to transdusere som er plassert i avstand fra hverandre i fluidets strømningsretning.

En sådan metode er for eksempel kjent fra søkerens europeiske patentpublikasjon

nr. 0 639 776. Denne kjente metode er basert på erkjennelse av visse karakteristikker ved strømningsprofilen, slik som symmetri, virvelstrømning og/eller pulserende strømning, og på grunnlag av disse justeres automatisk multiplikasjonsfaktorene i den hensikt å beregne gjennomstrømningen og/eller strømningshastigheten ut fra de målte transittider. I en foretrukket utførelsesform av denne kjente metode utnyttes par av transdusere som er slik anordnet at deres baner omfatter tre baner gjennom midten av kanalen med enkel refleksjon mot veggen og to baner i samsvar med en innskrevet trekant.

For å utføre målinger, slik som dem i tilfellet av gassprodusenter, blir fordringene med hensyn til nøyaktighet og pålitelighet ved måleresultatene i økende grad strenge. En av grunnene til "unøyaktigheten" og "upåliteligheten", i den grad sådanne uttrykk kan brukes, ved resultatene oppnådd ved hjelp av kjente metoder, er restfølsomheten overfor forskjellige strømningsprofiler, som blant annet forårsakes av plasseringen av de akustiske baner og således de tilordnede multiplikasjonsfaktorer.

Et formål for oppfinnelsen er å frembringe en målemetode hvor den grunnleggende følsomhet overfor aksialt symmetriske strømningsmønstre reduseres og strømnings-profilen ikke behøver å bli gjenkjent.

Et ytterligere formål for oppfinnelsen er å frembringe en sådan målemetode på grunnlag av et passende valg av arrangementet av transduserene og således av banene.

Nok et annet formål for oppfinnelsen er å forbedre nøyaktigheten og påliteligheten ved målemetoden og følgelig for de målte resultater oppnådd ved hjelp av denne.

I henhold til oppfinnelsen er dette oppnådd ved hjelp av en fremgangsmåte av den inn-ledningsvis angitte type, og som har som særtrekk at banene omfatter i det minste en første bane gjennom midten av kanalen og i det minste en andre bane i form av en innskrevet trekant samt i det minste en tredje bane med tre eller flere refleksjoner mot veggen i kanalen.

En bane, som nedenfor også er betegnet en akustisk bane, er veien mellom vedkom-mende transdusere uavhengig av den retning som de overførte lydbølger passerer langs banen i.

I tilfellet av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen sendes derfor lydbølger langs i det minste de tre forskjellige, akustiske baner som er angitt ovenfor, og lydbølgene overføres langs hver bane i begge retninger slik at strømningshastigheten og/eller gjennomstrømningen kan beregnes ved hjelp av forskjellen i transittid for lydbølger overført i motsatte retninger.

Ved hjelp av denne kombinasjon av akustiske baner kan de matematiske multiplikasjonsfaktorer som tilordnes, være like for alle typer aksialt symmetriske strømnings-profiler uavhengig av den rådende strømningsprofil.

Dersom det betraktes å være nødvendig, kan i praksis en kombinasjon av fremgangsmåten i henhold til denne oppfinnelse og fremgangsmåten beskrevet ovenfor i samsvar med den europeiske patentpublikasjon nr. EP 0 639 776, benyttes.

Som det vil fremgå nedenfor er resultatene som oppnås ved hjelp av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen bedre og således mer pålitelige enn de resultater som hittil er oppnådd.

Foretrukne utførelsesformer av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er angitt i de vedføyde uselvstendige krav. Den første bane gjennom midten av kanalen omfatter fortrinnsvis en refleksjon mot kanalveggen, fordi en sådan bane er ufølsom overfor virvler. Videre er den tredje bane som har flest refleksjoner, fortrinnsvis innskrevet i en firkant slik at den samlede banelengde har liten innvirkning på målenøyaktigheten, som kan reduseres som følge av absorpsjon av lydbølgene i mediet.

Oppfinnelsen gjelder også en anordning for å bestemme strømningshastigheten og/eller gjennomstrømningen for et strømmende fluid i en kanal, idet anordningen omfatter par av transdusere som er anordnet på omkretsen av kanalen og kan virke som sender og mottager, og av hvilke i det minste et par transdusere befinner seg i avstand fra hverandre i fluidets strømningsretning, idet anordningen også omfatter utstyr forbundet med transduserene for å bestemme strømningshastigheten for fluidet i kanalen ut fra tilhør-ende transittider for akustiske bølger mellom par av transdusere. En sådan anordning er også kjent på området, slik som fra den tidligere nevnte europeiske patentpublikasjon nr. 0 639 776.

Anordningen i henhold til oppfinnelsen har da som særtrekk at parene av transdusere er anordnet på en slik måte at de danner i det minste en første bane gjennom midten av kanalen og i det minste en andre bane i form av en innskrevet trekant samt i det minste en tredje bane med tre eller flere refleksjoner mot veggen i kanalen.

Foretrukne utførelsesformer av anordningen i henhold til oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav 6 og 7.

Nedenfor vil oppfinnelsen bli anskueliggjort mer detaljert med henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke : Fig. 1 er en grafisk fremstilling som viser veiefaktorer for forskjellige akustiske baner, fig. 2 er en grafisk fremstilling som viser veiefaktorer for en ideell akustikk bane sammenlignet med dem for en kombinasjon av akustiske baner i henhold til

tidligere kjent teknikk,

fig. 3 er en grafisk fremstilling som viser restfeilen ved kombinasjonen ifølge fig. 2,

fig. 4 er en skisse som viser en foretrukket utførelsesform av konfigurasjonen av transdusere og akustiske baner i en kanal, som benyttes i tilfellet av den

foreliggende oppfinnelse, og

fig. 5 er en grafisk fremstilling som viser veiefaktorene og restfeilen for kombinasjonen

av de akustiske baner ifølge fig. 4.

Det skal påpekes at uttrykket veiefaktor er ment å formidle den geometriske veiefaktor i den hensikt å skille denne fra de aritmetiske multiplikasjonsfaktorer som anvendes som korreksjonsfaktorer under beregningen av mediets hastighet og/eller gjennomstrømning. Oppfinnelsen er basert på de etterfølgende prinsipper. For å bestemme strømningen gjennom en sylindrisk kanal inndeles overflatearealet av et tverrsnitt gjennom kanalen i en rekke konsentriske ringer. Hver ring har et overflateareal 2nr x 5r, idet Sr er bredden av den konsentriske ring. Overflatearealet av en ring øker derfor direkte proporsjonalt med verdien av r. Se kurve 1 i fig. 1 som viser en rings relative bidrag som funksjon av radien.

For en aksialt symmetrisk strømning kan volumet Q som strømmer gjennom røret finnes ved å addere eller integrere hastigheten V(r) multiplisert med overflatearealet av den tilsvarende konsentriske ring, eller i form av en ligning: Q = \ V(r) x 2rcr x 8r. Størrelsen av hastigheten V(r) bestemmes ved hjelp av ultralyd-måleinnretningen. Den multiplika-sjonsfaktor som skal tilordnes, avhenger av den akustiske banes posisjon. I tillegg til den ideelle veiekurve 1 som skal oppnås, viser fig. 1 veiefaktorene for tre forskjellige baner. I tilfellet av en akustisk bane gjennom midten av røret har hvert segment som har en breddefrekvens, den samme veiefaktor, slik som angitt ved kurve 2 i denne figur. Kurve 3 viser veiefaktoren for en akustisk bane i form av en innskrevet trekant (midt-radiusbane med dobbel refleksjon). Kurve 4 tilsvarer veiefaktorene for en bane i form av et innskrevet kvadrat. Fig. 2 viser den ideelle veiekurve (H) og den sammensatte veiekurve (+) for en kombinasjon av en enkel refleksjonsbane og en dobbel refleksjonsbane slik det er kjent fra tidligere kjent teknikk. Fig. 3 viser den relative målefeil (<*>) for denne (veiekurve minus ideell veiekurve) som en funksjon av posisjonen. Ut fra dette kan det sees at det opptrer veiefeil som varierer fra omtrent -0,02 til +0,054. Sådanne veiefeil fører i sin tur til målefeil dersom den faktiske strømningsprofil skiller seg fra den strømningsprofil som var til stede under kalibreringen eller fra hva som var forventet. Fig. 4 viser en foretrukket utførelsesform av arrangementet av transdusere og således akustiske baner, som brukes i tilfellet av fremgangsmåten og anordningen i henhold tii oppfinnelsen. Par av transdusere er plassert langs omkretsen av en kanal 1. Et første par transdusere 2a, 2b befinner seg i innbyrdes avstand fra hverandre i kanalens lengderetning. Disse transdusere bestemmer en første akustisk bane A med en eneste refleksjon mot veggen i kanalen 1. På lignende måte er et andre par transdusere 3a, 3b anordnet på slik måte at den andre akustiske bane B har form av en innskrevet trekant. Et tredje par transdusere 4a, 4b er anordnet på en slik måte at den tredje akustiske ;bane C for disse har form av et innskrevet kvadrat. ;Med kombinasjonen av akustiske baner i henhold til oppfinnelsen oppnås det nå en kurve for sammensatte veiefaktorer som kommer så nær som mulig den ideelle veiekurve. ;Fig. 5 viser veiekurven (x) for denne kombinasjon samt restfeilen i dette tilfelle, antydet med *■ i forhold til den ideelle veiekurve (ikke vist). Som det kan sees av denne figur forblir feilen i dette tilfelle innenfor området -0,02 - +0,02, hvilket betyr en vesentlig forbedring sammenlignet med den kjente kombinasjon. En annen fordel er at toppene i restfeilen er bedre fordelt over rommet (kfr. den eneste topp i kurve 2 i fig. 3 med den doble topp i restfeilen ifølge fig. 5). Som et resultat er følsomheten overfor lokale profilforstyrrelser redusert.

Med den måleteknikk som hittil har eksistert, kan det oppnås en unøyaktighet av omtrent 0,5% forårsaket av (metastabile) variasjoner i strømningsprofilen. I tilfellet av målemetoden i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan denne i det minste reduseres til omtrent 0,15%.

Claims

1. Fremgangsmåte for å bestemme strømningshastigheten og/eller gjennomstrøm-ningen for et strømmende fluid i en kanal (1) ved å sende ut og motta ultralydbølger langs baner (A, B, C) mellom transdusere som er plassert på omkretsen av kanalen og kan virke som sender og mottager, og hvor transittidene måles for lydbølger overført i motsatte retninger langs en bane og forskjellen mellom transitt-tidene for disse bestemmes for å beregne strømningshastigheten og/eller gjennomstrømningen ved utnyttelse av multiplikasjonsfaktorer, idet i det minste tre baner befinner seg mellom to transdusere som er plassert i avstand fra hverandre i fluidets strømningsretning, karakterisert ved at banene omfatter i det minste en første bane (A) gjennom midten av kanalen (1) og i det minste en andre bane (B) i form av en innskrevet trekant samt i det minste en tredje bane (C) med tre eller flere refleksjoner mot veggen i kanalen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, og hvor en første bane (A) har en refleksjon mot veggen i kanalen.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, og hvor en tredje bane (C) har form av en innskrevet firkant eller et innskrevet kvadrat.

4. Fremgangsmåte som angitt i et av de forutgående krav, og hvor det tilordnes multiplikasjonsfaktorer som avhenger av banens posisjon.

5. Anordning for å bestemme strømningshastigheten og/eller gjennomstrømningen for et strømmende fluid i en kanal (1), idet anordningen omfatter par av transdusere (2a, 2b; 3a, 3b; 4a, 4b) som er anordnet på omkretsen av kanalen og kan virke som sender og mottager, og av hvilke i det minste et par transdusere befinner seg i avstand fra hverandre i fluidets strømningsretning, idet anordningen også omfatter utstyr forbundet med transduserene for å bestemme strømningshastigheten for fluidet i kanalen ut fra tilhørende transittider for akustiske bølger mellom par av transdusere, karakterisert ved at parene av transdusere (2a, 2b; 3a, 3b; 4a, 4b) er anordnet på en slik måte at de danner i det minste en første bane (A) gjennom midten av kanalen (1) og i det minste en andre bane (B) i form av en innskrevet trekant samt i det minste en tredje bane (C) med tre eller flere refleksjoner mot veggen i kanalen (1).

6. Anordning som angitt i krav 5, og hvor transduserene (2a, 2b) er anordnet på en slik måte at en første bane (A) har en refleksjon mot veggen i kanalen (1).

7. Anordning som angitt i krav 5 eller 6, og hvor transduserene (4a, 4b) er anordnet på en slik måte at en tredje bane (C) har form av en innskrevet firkant eller et innskrevet kvadrat.