RU2169350C2 - Process measuring and controlling parameters of flow of liquid or gas in vessel with elastic walls - Google Patents
Process measuring and controlling parameters of flow of liquid or gas in vessel with elastic walls Download PDFInfo
- Publication number
- RU2169350C2 RU2169350C2 RU99112370/28A RU99112370A RU2169350C2 RU 2169350 C2 RU2169350 C2 RU 2169350C2 RU 99112370/28 A RU99112370/28 A RU 99112370/28A RU 99112370 A RU99112370 A RU 99112370A RU 2169350 C2 RU2169350 C2 RU 2169350C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vessel
- flow
- pulses
- pair
- walls
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000010755 BS 2869 Class G Substances 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в системах контроля и измерения скорости и расхода жидких и газообразных продуктов, транспортируемых по трубопроводам. Возможные области приложения данного изобретения: производство и транспортировка нефте- и газопродуктов, водоснабжение, производство медицинской техники и биомедицина. The invention relates to measuring equipment and can be used in monitoring systems and measuring the speed and flow rate of liquid and gaseous products transported through pipelines. Possible areas of application of this invention: production and transportation of oil and gas products, water supply, production of medical equipment and biomedicine.
Большинство известных способов измерения скорости и расхода жидкостей в трубопроводах, не связанных с механическим возмущением потока и нарушением целостности трубопровода, основаны на использовании ультразвуковых датчиков [см. Биргер А.Б., Брашников И.С. Ультразвуковые расходомеры. М.: Металлургия, 1964 г.]. При этом импульсный сигнал, посылаемый ультразвуковым генератором, проходит через транспортируемую среду, измеряется время его прохождения и сравнивается с временем прохождения аналогичного сигнала в противоположном направлении. Для этого используют измерительную схему с несколькими акустическими каналами (минимум двумя) [см. авт. св. СССР N 1247659, кл. G 01 F 1/66, 01.07.83, опубл. 30.07.86. Бюл. N 28; N 1453178, кл. G 01 F 1/66, 04.06.79, опубл. 23.01.89. Бюл. N 3] или в схеме с одним каналом изменяют относительное направление ультразвуковой волны и потока [см. авторское свидетельство СССР N 1206618, кл. G 01 F 1/66, 22.12.83, опубл. 23.01.86. Бюл. N 3]. Most of the known methods for measuring the speed and flow rate of liquids in pipelines that are not related to mechanical flow disturbance and violation of the integrity of the pipeline are based on the use of ultrasonic sensors [see Birger A.B., Brashnikov I.S. Ultrasonic flow meters. M .: Metallurgy, 1964]. In this case, the pulse signal sent by the ultrasonic generator passes through the transported medium, the time of its passage is measured and compared with the time of passage of a similar signal in the opposite direction. To do this, use a measuring circuit with several acoustic channels (at least two) [see author St. USSR N 1247659, class G 01 F 1/66, 01.07.83, publ. 07/30/86. Bull. N 28; N 1453178, CL G 01 F 1/66, 04.06.79, publ. 01/23/89. Bull. N 3] or in the scheme with one channel change the relative direction of the ultrasonic wave and flow [see USSR author's certificate N 1206618, cl. G 01 F 1/66, 12.22.83, publ. 01/23/86. Bull. N 3].
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения расхода жидкостей [см. авторское свидетельство СССР N 1247659, кл. G 01 F 1/66 от 01.07.83, опубл. 30.07.86 Бюлл. N 28.], включающий излучение ультразвукового импульса по потоку и против потока жидкости под разными углами к оси потока и определение разности времен прохождения этими импульсами базового расстояния. The closest in technical essence to the invention is a method of measuring the flow rate of liquids [see USSR author's certificate N 1247659, cl. G 01 F 1/66 from 01.07.83, publ. 07.30.86 Bull. N 28.], including the radiation of an ultrasonic pulse along the flow and against the fluid flow at different angles to the axis of the flow and the determination of the difference in the travel times of these pulses of the base distance.
Описанный способ измерения использует следующие положения. The described measurement method uses the following provisions.
1. Предполагается, что сигнал, проходящий в исследуемой среде, не искажается и не задерживается из-за влияния стенок сосуда, что не соответствует действительности, т. к. стенки обладают конечной упругостью и колебания плотности среды вызывают колебания стенок. Кроме того, затухание ультразвука приводит к тому, что основная мощность волны сосредоточена именно вблизи стенок. 1. It is assumed that the signal passing in the medium under study is not distorted and is not delayed due to the influence of the walls of the vessel, which is not true, because the walls have finite elasticity and fluctuations in the density of the medium cause fluctuations in the walls. In addition, the attenuation of ultrasound leads to the fact that the main power of the wave is concentrated near the walls.
2. Использование некоторой формулы пересчета разности времен распространения импульсов в измеряемую величину. 2. The use of a formula for recalculating the difference in the propagation times of pulses into a measurable quantity.
Недостатками данного способа является сложность реализации и недостаточная точность измерений, обусловленная не учетом упомянутых выше факторов и приближенным характером формулы пересчета. The disadvantages of this method is the complexity of the implementation and the lack of accuracy of the measurements, due to not taking into account the above factors and the approximate nature of the recalculation formula.
Задачей настоящего изобретения является повышение точности при упрощении реализации способа за счет использования зависимости скорости распространения упругих волн в стенках сосуда от скорости потока жидкости в сосуде. The objective of the present invention is to improve accuracy while simplifying the implementation of the method by using the dependence of the speed of propagation of elastic waves in the walls of the vessel on the velocity of the fluid flow in the vessel.
Поставленная задача решается тем, что в способе измерения и контроля параметров (скорости и расхода) потока жидкости или газа в сосуде с упругими стенками, включающем возбуждение упругих волн в форме импульса по потоку и против потока, измерение времени прохождения импульсом базового расстояния от излучателя до приемника в двух направлениях: вдоль и против потока, определение величины скорости и расхода по разности времен прохождения этими импульсами базового расстояния, ультразвуковые импульсы возбуждают в стенках сосуда, при этом пара излучатель-приемник расположена на одноименной стенке сосуда, а скорость потока V определяют из соотношения:
V = 2(2π)4ΔtT-2L6RS-1λ-4,
где:
S - расстояние между одноименным источником и приемником;
Δt - разность времен прохождения двумя импульсами базового расстояния по и против потока;
λ - длина упругой волны в стенке трубопровода, являющейся несущей импульса;
T = (ρ/E)1/2a - единица размерности времени;
L = [ρah/(2ρo)]1/2 - единица размерности длины;
R = ρ
ρ - плотность материала стенок;
ρo - плотность жидкости или газа;
а - радиус сосуда;
h - толщина стенок сосуда;
E - модуль Юнга материала стенок сосуда;
μ - коэффициент Пуассона материала стенок сосуда.The problem is solved in that in the method of measuring and monitoring the parameters (speed and flow rate) of a liquid or gas flow in a vessel with elastic walls, including excitation of elastic waves in the form of a pulse along the flow and against the flow, measuring the time the pulse travels the base distance from the emitter to the receiver in two directions: along and against the flow, determining the magnitude of the velocity and flow rate by the difference in the times the pulses travel the base distance, ultrasonic pulses excite in the walls of the vessel, while and the emitter-receiver is located on the same wall of the vessel, and the flow rate V is determined from the ratio:
V = 2 (2π) 4 ΔtT -2 L 6 RS -1 λ -4 ,
Where:
S is the distance between the same source and receiver;
Δt is the time difference between two pulses of the base distance along and against the flow;
λ is the elastic wavelength in the pipe wall, which is the pulse carrier;
T = (ρ / E) 1/2 a - unit of dimension of time;
L = [ρah / (2ρ o )] 1/2 - unit of dimension of length;
R = ρ
ρ is the density of the wall material;
ρ o is the density of the liquid or gas;
a is the radius of the vessel;
h is the wall thickness of the vessel;
E - Young's modulus of the material of the walls of the vessel;
μ is the Poisson's ratio of the material of the walls of the vessel.
Кроме того, возможен вариант реализации способа, когда для возбуждения и приема ультразвуковой волны используют вторую пару излучатель-приемник, при этом излучатель и приемник второй пары расположены в обратном по отношению к первой паре порядке, на одинаковом базовом расстоянии. In addition, it is possible to implement the method when a second pair of emitter-receiver is used to excite and receive the ultrasonic wave, while the emitter and receiver of the second pair are located in the reverse order with respect to the first pair, at the same basic distance.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где 1 - сосуд с упругими стенками; 2, 3 - источники импульсного сигнала; 4, 5 - приемники импульсного сигнала. The invention is illustrated in the drawing, where 1 is a vessel with elastic walls; 2, 3 - sources of a pulse signal; 4, 5 - receivers of a pulse signal.
Способ осуществляется следующим образом. На одноименных стенках трубы 1, в которой распространяется поток жидкости или газа со скоростью V, на одинаковом расстоянии друг от друга расположено по паре датчиков, два из которых 2, 3 используются как источники импульсного сигнала, и два - 4, 5 - как приемники. Сигнал, посылаемый источником 2 и принимаемый приемником 4, распространяется в стенке сосуда в направлении вдоль потока, а сигнал, посылаемый источником 3 и принимаемый приемником 5, распространяется в стенке против потока. Измеряемой величиной является разность времен Δt распространения двух сигналов, возникающая из-за разности скоростей волн, распространяющихся в противоположных направлениях. Определение скорости потока выполняется в соответствии c формулой (1) (в единицах СИ). При этом зависимость скорости упругой волны в стенке сосуда от скорости потока в сосуде позволяет применить схему измерения, при которой ультразвуковая волна распространяется вдоль стенки сосуда, а не под углом к ней, как в известных решениях. Исключение из расчетной формулы угла между направлением распространения ультразвуковой волны и направлением скорости потока позволяет повысить точность измерения. The method is as follows. On the walls of the pipe 1 of the same name, in which a fluid or gas flow propagates at a speed of V, a pair of sensors are located at the same distance from each other, two of which 2, 3 are used as sources of a pulse signal, and two - 4, 5 - as receivers. The signal sent by source 2 and received by receiver 4 propagates in the vessel wall in the direction along the flow, and the signal sent by source 3 and received by receiver 5 propagates in the wall against the stream. The measured quantity is the time difference Δt of the propagation of two signals, arising from the difference in the velocities of the waves propagating in opposite directions. The determination of the flow rate is carried out in accordance with formula (1) (in SI units). Moreover, the dependence of the elastic wave velocity in the vessel wall on the flow velocity in the vessel allows the use of a measurement scheme in which the ultrasonic wave propagates along the vessel wall, and not at an angle to it, as in the known solutions. The exclusion from the calculation formula of the angle between the direction of propagation of the ultrasonic wave and the direction of the flow velocity can improve the measurement accuracy.
Зная величину скорости потока в трубопроводе и площадь сечения трубопровода, легко определить расход и выполнить контроль за ним. Knowing the value of the flow rate in the pipeline and the cross-sectional area of the pipeline, it is easy to determine the flow rate and to control it.
Экономический эффект от использования изобретения достигается за счет учета дополнительных факторов, приводящих к более точной оценке измеряемых величин и за счет упрощения конструкции измерительной схемы. The economic effect of the use of the invention is achieved by taking into account additional factors leading to a more accurate assessment of the measured values and by simplifying the design of the measuring circuit.
Claims (2)
V = 2(2π)4ΔtT-2L6RS-1λ-4,
где S - расстояние между одноименным источником и приемником;
Δt - разность времен прохождения двумя импульсами базового расстояния по и против потока;
λ - длина упругой волны в стенке трубопровода, являющейся несущей импульса;
T = (ρ/E)1/2a - единица размерности времени;
L = [ρah/(2ρo)]1/2 - единица размерности длины;
R = ρ
ρ - плотность материала стенок;
ρo - плотность жидкости или газа;
a - радиус сосуда;
h - толщина стенок сосуда;
E - модуль Юнга материала стенок сосуда;
μ - коэффициент Пуассона материала стенок сосуда.1. A method of measuring and monitoring the parameters of a fluid or gas flow in a vessel with elastic walls, including the excitation of elastic waves in the form of pulses along the flow and against the flow, measuring the time it takes for the pulses to travel the base distance from the emitter to the receiver in two directions: along and against the flow, determining the speed and flow rate by the difference in the times the pulses travel the base distance, characterized in that the ultrasonic pulses excite in the elastic walls of the vessel, while the emitter-receiver pair is Laga on the corresponding wall of the vessel and the flow velocity V is determined from the relation
V = 2 (2π) 4 ΔtT -2 L 6 RS -1 λ -4 ,
where S is the distance between the same source and receiver;
Δt is the time difference between two pulses of the base distance along and against the flow;
λ is the elastic wavelength in the pipe wall, which is the pulse carrier;
T = (ρ / E) 1/2 a - unit of dimension of time;
L = [ρah / (2ρ o )] 1/2 - unit of dimension of length;
R = ρ
ρ is the density of the wall material;
ρ o is the density of the liquid or gas;
a is the radius of the vessel;
h is the wall thickness of the vessel;
E - Young's modulus of the material of the walls of the vessel;
μ is the Poisson's ratio of the material of the walls of the vessel.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99112370/28A RU2169350C2 (en) | 1999-06-15 | 1999-06-15 | Process measuring and controlling parameters of flow of liquid or gas in vessel with elastic walls |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99112370/28A RU2169350C2 (en) | 1999-06-15 | 1999-06-15 | Process measuring and controlling parameters of flow of liquid or gas in vessel with elastic walls |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99112370A RU99112370A (en) | 2001-04-20 |
| RU2169350C2 true RU2169350C2 (en) | 2001-06-20 |
Family
ID=20221083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99112370/28A RU2169350C2 (en) | 1999-06-15 | 1999-06-15 | Process measuring and controlling parameters of flow of liquid or gas in vessel with elastic walls |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2169350C2 (en) |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2551204A1 (en) * | 1983-04-12 | 1985-03-01 | Faes Yves | METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE TIME OF PROPAGATION OF A WAVE IN A FLOW AND APPLICATION TO A METHOD FOR DETERMINING THE SPEED OF THIS FLOW |
| SU1206618A1 (en) * | 1983-12-22 | 1986-01-23 | Научно-Исследовательский И Проектный Институт Автоматизированных Систем Управления Автомобильным Транспортом Общего Пользования | Method of liquid flow metering |
| SU1247659A1 (en) * | 1983-07-01 | 1986-07-30 | Новосибирский электротехнический институт | Method of measruing flow rate of liquid |
| US4603589A (en) * | 1983-12-27 | 1986-08-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ultrasonic flowmeter |
| SU1453178A1 (en) * | 1979-06-04 | 1989-01-23 | Специальное Конструкторское Бюро По Механизации И Автоматизации Технологических Операций При Транспорте И Хранении Нефтепродуктов "Транснефтеавтоматика" | Ultrasonic method of measuring liquid flow |
| US4930358A (en) * | 1987-03-27 | 1990-06-05 | Tokyo Keiki Co., Ltd. | Method of and apparatus for measuring flow velocity by using ultrasonic waves |
| DE4114233A1 (en) * | 1991-04-26 | 1992-11-05 | Flexim Flexible Industriemesst | Ultrasonic flow measurement system - performs measurements in different diffusion directions and flow speed is determined from transit time difference using ultrasonic signal converters |
| RU2014567C1 (en) * | 1991-09-18 | 1994-06-15 | Исмаилов Мурад Марифович | Method of measuring flow rate of liquid and gas by doppler flowmeter |
| RU2027149C1 (en) * | 1990-06-27 | 1995-01-20 | Самарское специальное конструкторское бюро "Нефтехимавтоматика" | Ultrasonic method of measuring speed of flux and device for realization |
| GB2282447A (en) * | 1993-09-29 | 1995-04-05 | Siemens Measurements Ltd | Measurement of flow rate in gas meters. |
| WO1997009591A1 (en) * | 1995-09-05 | 1997-03-13 | Daniel Industries, Inc. | Measuring time of flight of a signal |
| EP0806635A1 (en) * | 1994-10-19 | 1997-11-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd | Flow rate measurement method and ultrasonic flow meter |
| RU2101681C1 (en) * | 1996-01-31 | 1998-01-10 | Харьковская государственная академия городского хозяйства | Acoustic flow meter |
| WO1998048247A1 (en) * | 1997-04-18 | 1998-10-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ultrasonic flowmeter |
| AU719150B2 (en) * | 1995-10-19 | 2000-05-04 | AGL Consultancy Pty. Limited | Digital speed determination in ultrasonic flow measurements |
-
1999
- 1999-06-15 RU RU99112370/28A patent/RU2169350C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1453178A1 (en) * | 1979-06-04 | 1989-01-23 | Специальное Конструкторское Бюро По Механизации И Автоматизации Технологических Операций При Транспорте И Хранении Нефтепродуктов "Транснефтеавтоматика" | Ultrasonic method of measuring liquid flow |
| FR2551204A1 (en) * | 1983-04-12 | 1985-03-01 | Faes Yves | METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE TIME OF PROPAGATION OF A WAVE IN A FLOW AND APPLICATION TO A METHOD FOR DETERMINING THE SPEED OF THIS FLOW |
| SU1247659A1 (en) * | 1983-07-01 | 1986-07-30 | Новосибирский электротехнический институт | Method of measruing flow rate of liquid |
| SU1206618A1 (en) * | 1983-12-22 | 1986-01-23 | Научно-Исследовательский И Проектный Институт Автоматизированных Систем Управления Автомобильным Транспортом Общего Пользования | Method of liquid flow metering |
| US4603589A (en) * | 1983-12-27 | 1986-08-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ultrasonic flowmeter |
| US4930358A (en) * | 1987-03-27 | 1990-06-05 | Tokyo Keiki Co., Ltd. | Method of and apparatus for measuring flow velocity by using ultrasonic waves |
| RU2027149C1 (en) * | 1990-06-27 | 1995-01-20 | Самарское специальное конструкторское бюро "Нефтехимавтоматика" | Ultrasonic method of measuring speed of flux and device for realization |
| DE4114233A1 (en) * | 1991-04-26 | 1992-11-05 | Flexim Flexible Industriemesst | Ultrasonic flow measurement system - performs measurements in different diffusion directions and flow speed is determined from transit time difference using ultrasonic signal converters |
| RU2014567C1 (en) * | 1991-09-18 | 1994-06-15 | Исмаилов Мурад Марифович | Method of measuring flow rate of liquid and gas by doppler flowmeter |
| GB2282447A (en) * | 1993-09-29 | 1995-04-05 | Siemens Measurements Ltd | Measurement of flow rate in gas meters. |
| EP0806635A1 (en) * | 1994-10-19 | 1997-11-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd | Flow rate measurement method and ultrasonic flow meter |
| WO1997009591A1 (en) * | 1995-09-05 | 1997-03-13 | Daniel Industries, Inc. | Measuring time of flight of a signal |
| AU719150B2 (en) * | 1995-10-19 | 2000-05-04 | AGL Consultancy Pty. Limited | Digital speed determination in ultrasonic flow measurements |
| RU2101681C1 (en) * | 1996-01-31 | 1998-01-10 | Харьковская государственная академия городского хозяйства | Acoustic flow meter |
| WO1998048247A1 (en) * | 1997-04-18 | 1998-10-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ultrasonic flowmeter |
| EP0913670A1 (en) * | 1997-04-18 | 1999-05-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ultrasonic flowmeter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11293791B2 (en) | Leaky lamb wave flowmeter | |
| CN107003332B (en) | Improved Signal Travel Time Flow Meter | |
| US4397194A (en) | Ultrasonic flowmeter including means to measure pipe geometry | |
| EP0440701B1 (en) | Method and apparatus for measuring mass flow | |
| US20110098938A1 (en) | Multiphase flow measurement | |
| US20170268950A1 (en) | An apparatus and method for measuring the pressure inside a pipe or container | |
| AU1436697A (en) | Ultrasonic measuring system and method of operation | |
| CA2669292A1 (en) | Apparatus and method for measuring a fluid flow parameter within an internal passage of an elongated body | |
| JP2004271496A (en) | Ultrasonic flow measuring method | |
| CN102288235A (en) | Double-track mixed type ultrasonic flowmeter and measuring method | |
| WO1988008516A1 (en) | Ultrasonic fluid flowmeter | |
| US4452077A (en) | Borehole ultrasonic flow meter | |
| JP2006078362A (en) | Coaxial-type doppler ultrasonic current meter | |
| JP2005505745A (en) | Antiparallel tag flow measurement system | |
| Murakawa et al. | Measurement of steam flow rates using a clamp-on ultrasonic flowmeter with various wetness fractions | |
| RU2169350C2 (en) | Process measuring and controlling parameters of flow of liquid or gas in vessel with elastic walls | |
| RU2138023C1 (en) | Process determining flow rate of components of multiphase medium | |
| US11221244B2 (en) | Clamp-on circumferential resonance ultrasonic flowmeter for collectively exciting and receiving circumferential modes of a pipe | |
| JP2013185891A (en) | Device and method for ultrasonic flow metering | |
| RU2069314C1 (en) | Method of measurement of flow rate of liquids with variable level and liquid flowmeter | |
| RU2313068C2 (en) | Mode of measuring gas consumption in main pipelines and an arrangement for its execution | |
| RU2447406C1 (en) | Ultrasonic method of measuring liquid and gaseous media and apparatus for realising said method | |
| Mansfeld et al. | Improving interference immunity of ultrasonic gas flowmeters with clamp-on probes | |
| JP2014109551A (en) | Device and method for fluid identification | |
| Taskin et al. | Mine ventilation flow meter using ultrasonic drift |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QA4A | Patent open for licensing | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080616 |