RU2313068C2 - Mode of measuring gas consumption in main pipelines and an arrangement for its execution - Google Patents
Mode of measuring gas consumption in main pipelines and an arrangement for its execution Download PDFInfo
- Publication number
- RU2313068C2 RU2313068C2 RU2006102882/28A RU2006102882A RU2313068C2 RU 2313068 C2 RU2313068 C2 RU 2313068C2 RU 2006102882/28 A RU2006102882/28 A RU 2006102882/28A RU 2006102882 A RU2006102882 A RU 2006102882A RU 2313068 C2 RU2313068 C2 RU 2313068C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- gas
- unit
- useful signal
- signal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерений расхода жидкости или газа в трубопроводных магистралях.The invention relates to measuring equipment and can be used in devices for measuring the flow of liquid or gas in pipelines.
Для измерения расхода газа в трубопроводах в настоящее время широко применяются ультразвуковые расходомеры, в основу работы которых положено измерение времени распространения ультразвука в направлении и против течения газа или жидкости. К таким расходомерам можно отнести, например, ультразвуковой расходомер (патент РФ №2106603, G01F 1/66, опубл. 10.03.1998), а также устройство для измерения расхода жидкости или газа и способ его измерения (патент РФ №2047097, G01F 1/66, опубл. 27.10.95). Приборы такого вида используют ультразвуковые преобразователи (УЗП), встроенные в стенку трубы.To measure gas flow in pipelines, ultrasonic flow meters are currently widely used, the operation of which is based on measuring the propagation time of ultrasound in the direction and against the flow of gas or liquid. Such flowmeters include, for example, an ultrasonic flow meter (RF patent No. 2106603, G01F 1/66, publ. 03/10/1998), as well as a device for measuring the flow of liquid or gas and a method for measuring it (RF patent No. 2047097,
Другой вид расходомеров использует накладные УЗП. Этот вариант приборов позволяет легко монтировать УЗП на трубопроводах без нарушения целостности трубы и остановки работы трубопровода и поэтому наиболее перспективен. Однако использование накладных УЗП затрудняется большой разницей акустических импедансов материала трубы и газа (пять порядков). В результате в газ излучается, а затем принимается лишь ничтожная часть энергии. В то же время акустические колебания, возникающие в стенке трубы, во много раз превышают акустические колебания в газе, и потому возникает необходимость разнесения во времени моментов прихода этих сигналов в приемный УЗП. Отражения ультразвуковых колебаний от неоднородностей стенки трубы (швы, фланцы, изгибы и т.д.), а также прохождение волн по спиральным траекториям по стенке трубы могут привести к появлению стационарных помех во временном интервале появления полезного сигнала в приемном УЗП, что нарушит нормальную работу прибора.Another type of flowmeter uses an overhead SPD. This option of devices makes it easy to mount an ultrasonic protection device on pipelines without violating the integrity of the pipe and stopping the operation of the pipeline and therefore is the most promising. However, the use of overhead ultrasonic testing is hampered by the large difference in acoustic impedances of the pipe material and gas (five orders of magnitude). As a result, only a negligible part of the energy is emitted into the gas and then taken. At the same time, the acoustic vibrations arising in the pipe wall are many times higher than the acoustic vibrations in the gas, and therefore there is a need for a separation in time of the moments of arrival of these signals in the receiving ultrasonic transformer. Reflections of ultrasonic vibrations from inhomogeneities of the pipe wall (seams, flanges, bends, etc.), as well as the passage of waves along spiral paths along the pipe wall, can lead to stationary interference in the time interval of the appearance of a useful signal in the receiving ultrasonic protection device, which disrupts normal operation instrument.
Известен способ измерения расхода газа и ультразвуковой газовый расходомер (патент США №6626049, приоритет от 31.03.2000, G01F 1/66), выбранный в качестве прототипа, в котором используются накладные УЗП, возбуждающие в стенке трубы волну Лэмба, которая далее возбуждает в газе продольную ультразвуковую волну. Эта волна пробегает через поток и возбуждает в противоположной стенке волну Лэмба, принимаемую вторым УЗП. Далее, как и в расходомерах обычного типа, используется информация о времени распространения сигнала вверх и вниз по течению. Для уменьшения сигналов, распространяющихся по стенке трубы, используется демпфирующее покрытие, размещенное на поверхности трубы под ультразвуковыми преобразователями.A known method of measuring gas flow and an ultrasonic gas flow meter (US patent No. 6626049, priority from 03/31/2000, G01F 1/66), selected as a prototype, which uses overhead ultrasonic testing, exciting the Lamb wave in the pipe wall, which then excites in the gas longitudinal ultrasonic wave. This wave travels through the stream and excites in the opposite wall the Lamb wave, which is received by the second USP. Further, as in conventional flow meters, information is used on the propagation time of the signal upstream and downstream. To reduce the signals propagating along the pipe wall, a damping coating is used, which is placed on the pipe surface under ultrasonic transducers.
Недостатки данного способа и устройства описаны выше.The disadvantages of this method and device are described above.
Задачей изобретения является преодоление трудностей измерения в тех случаях, когда уровень и временное расположение стационарных помех препятствует проведению измерений.The objective of the invention is to overcome the difficulties of measurement in cases where the level and temporal location of stationary interference interferes with the measurement.
Согласно изобретению в способе измерения расхода газа в трубопроводах, заключающемся в возбуждении в газе продольных ультразвуковых волн по потоку и против него за счет возбуждения в стенке трубы волн Лэмба, выделении полезного сигнала, прошедшего через поток газа, измерении разности времен распространения сигнала по направлению потока и против него, вычислении скорости потока и определении величины расхода газа, для выделения полезного сигнала, прошедшего через поток газа, осуществляют компенсацию стационарных сигналов, распространяющихся по стенке трубы, для чего весь принятый в результате зондирования высокочастотный ультразвуковой импульс запоминают и затем вычитают из следующего принятого высокочастотного ультразвукового импульса, в результате чего устраняется стационарная составляющая, маскирующая полезный сигнал, прошедший через газ, а нестационарная составляющая полезного сигнала, обусловленная флуктуациями времени задержки и амплитуды, связанными с турбулентностью потока газа, выделяется, операцию выделения нестационарной части полезного сигнала повторяют несколько раз, результаты выделения возводят в квадрат и суммируют, полученный функционал является квадратом производной по времени полезного сигнала, в котором содержится вся необходимая временная информация о моменте приема сигнала, в результате чего становится возможным измерение скорости потока газа в условиях больших стационарных помех.According to the invention, in a method for measuring gas flow in pipelines, which involves excitation of longitudinal ultrasonic waves in a gas upstream and against it by excitation of Lamb waves in the pipe wall, extracting a useful signal transmitted through the gas stream, measuring the difference in signal propagation times in the direction of flow and against it, calculating the flow rate and determining the gas flow rate, to isolate the useful signal that has passed through the gas flow, stationary signals are compensated, propagating moving along the pipe wall, for which the entire high-frequency ultrasonic pulse received as a result of sounding is remembered and then subtracted from the next received high-frequency ultrasonic pulse, which eliminates the stationary component masking the useful signal transmitted through the gas and the non-stationary component of the useful signal due to time fluctuations the delays and amplitudes associated with the turbulence of the gas flow is allocated, the operation of extracting the non-stationary part of the useful signal n repeats several times of selection are squared and summed, the resulting functional derivative of the square is at the time of the useful signal, which contains all the necessary time information of reception signal point, whereby it becomes possible to measure the gas flow rate in a large stationary noise.
Устройство для измерения расхода газа в трубопроводах, включающее блок управления, два приемопередающих тракта, каждый из которых включает ультразвуковой преобразователь, установленный на стенке трубы, связанный с выходом передающего и входом приемного блоков, выход приемного блока подключен ко входу накопительного блока, выход которого является выходом тракта, подключенного к одному из входов блока вычисления скорости и расхода газа, в каждый тракт устройства введен блок компенсации сигнала-помехи, вход которого соединен с выходом приемного блока, а выход - со входом накопительного блока, при этом блок управления соединен с каждым блоком приемо-передающих трактов, с накопительным блоком и блоком вычисления скорости и расхода газа.A device for measuring gas flow in pipelines, including a control unit, two transceiver paths, each of which includes an ultrasonic transducer mounted on the pipe wall, connected to the output of the transmitting and input of the receiving units, the output of the receiving unit is connected to the input of the storage unit, the output of which is the output of the path connected to one of the inputs of the gas velocity and flow rate calculation unit, a signal-interference compensation unit is introduced into each path of the device, the input of which is connected to the output of iemnogo unit, and an output - to the input of the storage unit, wherein the control unit is connected to each transceiver unit of transmission paths, with a storage unit and the calculation speed and gas flow rate.
Блок компенсации представляет собой коммутатор, имеющий два сигнальных выхода, каждый из которых соединен со своим блоком памяти, выходы которых подключены к вычитающему устройству, выход которого подключен к арифметическому устройству, вычисляющему квадрат величины, получаемой от вычитающего устройства, а выход арифметического устройства подключен ко входу накопительного блока.The compensation unit is a switch having two signal outputs, each of which is connected to its own memory unit, the outputs of which are connected to a subtracting device, the output of which is connected to an arithmetic device that calculates the square of the value received from the subtracting device, and the output of the arithmetic device is connected to the input accumulation block.
Изобретение соответствует критерию «новизна», и из известного предыдущего уровня техники не выявлены заявляемые признаки, отличающие изобретение от прототипа. Следовательно, изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».The invention meets the criterion of "novelty," and from the prior art, the claimed features have not been identified that distinguish the invention from the prototype. Therefore, the invention meets the criterion of "inventive step".
На фиг.1 представлена блок-схема ультразвукового расходомера, реализующего заявляемый способ измерения, на фиг.2 - схема блока компенсации, на фиг.3 - подробная блок-схема устройства - примера реализации, где:Figure 1 presents a block diagram of an ultrasonic flow meter that implements the inventive method of measurement, figure 2 is a diagram of a compensation unit, figure 3 is a detailed block diagram of a device - an example implementation, where:
1 - блок управления1 - control unit
2 - ультразвуковой преобразователь2 - ultrasonic transducer
3 - передающий блок3 - transmitting unit
4 - приемный блок4 - receiving unit
5 - блок компенсации5 - compensation unit
6 - накопительный блок6 - storage unit
7 - блок вычисления скорости и расхода газа7 - unit for calculating the speed and gas flow
8 - коммутатор8 - switch
9 - блок памяти9 - memory block
10 - вычитающий блок10 - subtracting block
11 - блок возведения в квадрат11 - block squaring
12 - тактовый генератор12 - clock generator
13 - формирователь управляющих сигналов13 - shaper control signals
14 - модулятор14 - modulator
15 - программируемый усилитель15 - programmable amplifier
16 - АЦП.16 - ADC.
Устройство для измерения расхода газа в трубопроводах включает блок управления 1, два приемопередающих тракта, каждый из которых включает ультразвуковой преобразователь 2, установленный на стенке трубы, который связан с выходом передающего 3 и входом приемного блоков 4. Выход приемного блока 4 подключен к входу блока компенсации 5, выход которого, в свою очередь, подключен к входу накопительного блока 6, выход которого является выходом тракта и подключен к одному из входов блока вычисления скорости и расхода газа 7.A device for measuring gas flow in pipelines includes a
Каждый из блоков компенсации 5 может представлять собой коммутатор 8, выходы которого подключены к входам двух блоков памяти 9, выходы которых подключены к входу вычитающего блока 10, выход которого подключен к входу блока возведения в квадрат 11.Each of the
Каждый приемный блок 4 может представлять собой программируемый усилитель 15, выход которого соединен со входом АЦП 16.Each
Блок управления 1 может представлять собой тактовый генератор 12, выход которого соединен с входом модулятора 14, выходы которого подключены к передающим блокам 3, выходы которых подключены к ультразвуковым преобразователям 2 и к входам программируемых усилителей 15. Выход тактового генератора 12 также подключен к входу формирователя управляющих сигналов 13, а его выходы соединены с блоками 15, 16, 8, 9, 10, 11, 6, 7.The
В предлагаемых способе и устройстве для выделения полезного сигнала, прошедшего через поток газа, используется физическая разница в природе этого сигнала и стационарного сигнала-помехи, являющегося сложной суммой многократных отражений акустического сигнала от неоднородностей стенок трубы. В отличие от сигнала-помехи сигнал, прошедший через газ, всегда имеет некоторые флуктуации фазы и амплитуды даже при самых низких числах Рейнольдса, поскольку даже в чисто ламинарных потоках всегда имеется пульсационная составляющая (по разным источникам от 6 до 17%), скорость которой в некоторых пределах является случайной функцией времени.The proposed method and device for extracting a useful signal that has passed through a gas stream uses the physical difference in the nature of this signal and a stationary interference signal, which is a complex sum of multiple reflections of the acoustic signal from inhomogeneities of the pipe walls. In contrast to the interference signal, the signal passing through the gas always has some phase and amplitude fluctuations even at the lowest Reynolds numbers, since even in purely laminar flows there is always a pulsating component (from different sources from 6 to 17%), whose velocity is some limits is a random function of time.
Измерение времени прохождения ультразвукового пакета по направлению потока и против него и, соответственно, посылка зондирующего импульса могут осуществляться одновременно или по очереди обоими УЗП. Если выбирается режим поочередного зондирования, то сначала один УЗП становится передающим, а второй принимающим, а затем они меняются ролями. В случае одновременного зондирования оба УЗП излучают пакет одновременно, а затем переходят в режим приема. Поскольку в обоих случаях функционирование в обоих направлениях зондирования симметрично, то далее в тексте рассматривается работа только в одном направлении.Measurement of the transit time of the ultrasonic packet in the direction of the flow and against it and, accordingly, the sending of the probe pulse can be carried out simultaneously or in turn by both ultrasonic protection devices. If the alternate sensing mode is selected, then first one SPD becomes the transmitting one, and the second one the receiving one, and then they change roles. In the case of simultaneous sounding, both SPDs emit a packet at the same time, and then switch to the reception mode. Since in both cases the functioning in both directions of sounding is symmetrical, then in the text work in only one direction is considered.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Высокочастотный пакет колебаний, рождающийся в модуляторе 14, поступает через передающий блок 3 на передающий УЗП 2, который возбуждает в стенке трубы резонансным образом волну Лэмба, которая, перемещаясь вдоль образующей трубы, в свою очередь возбуждает продольную ультразвуковую волну в газе. Дойдя до противоположной стенки трубы, она возбуждает в ней аналогичную волну Лэмба, которая по стенке трубы достигает принимающего УЗП 2.The high-frequency oscillation packet generated in the
С принимающего УЗП 2 принятый сигнал поступает на входной усилитель 15 с программируемым коэффициентом усиления. С выхода программируемого усилителя 15 сигнал поступает на вход АЦП 16. Коэффициент усиления усилителя 15 устанавливается так, чтобы поддерживать уровень сигнала на входе АЦП 16 таким, чтобы он соответствовал примерно 2/3 динамического диапазона АЦП.From the
Далее с выхода АЦП 16 принятый, усиленный и преобразованный сигнал в виде последовательности чисел поступает на коммутатор 8 блока компенсации 5, который направляет эту последовательность по очереди в один из блоков памяти 9. Причем одна последовательность, соответствующая одному принятому пакету, запоминается целиком в одном блоке памяти, а следующая - в другом.Further, from the output of the
Далее с выхода блоков памяти 9 последовательности чисел, соответствующие принятым пакетам, поступают на блок вычитания 10, где производится последовательное вычитание чисел с одинаковыми номерами из двух входных последовательностей. В результате вычитания разность между стационарными помехами, положение которых относительно зондирующего импульса не изменяется при повторных зондированиях, оказывается нулевой. Сигналы, проходящие через поток газа в разные периоды повторения зондирующих импульсов, будут иметь отличающиеся фазы и амплитуды. Поэтому при вычитании они компенсироваться не будут.Next, from the output of the
Последовательность чисел с выхода блока вычитания 10 поступает на блок возведения в квадрат 11, где каждая разность последовательности возводится в квадрат. Возведение в квадрат выполняется, чтобы привести все числа разностных последовательностей к одному знаку, и исключить их полную или частичную компенсацию при последующем суммировании.The sequence of numbers from the output of the
Далее последовательность квадратов подается в накопительный блок 6, где накапливается последовательность сумм квадратов. Последняя является числовым представлением квадрата производной принимаемого сигнала, помноженной на некоторый постоянный коэффициент, величина которого зависит от турбулентности потока газа и количества накопленных циклов. Эта последовательность чисел содержит всю необходимую информацию для определения момента прихода сигнала в принимающий УЗП 2.Next, the sequence of squares is fed into the
С выхода накопительного блока 6 последовательность накопленных сумм квадратов передается в блок вычисления скорости и расхода газа 7, в котором выполняются все традиционные вычисления, в результате которых вычисляется скорость потока газа и его объемный расход.From the output of the
Блок управления 1 содержит тактовый генератор 12, модулятор 14 и формирователь управляющих сигналов, которые определяют поведение всех блоков устройства. Ключевым требованием к тактовому генератору является высокая стабильность фазы, поскольку последняя непосредственно определяет временную идентичность последовательных излучаемых и принимаемых пакетов колебаний и точную привязку чисел последовательностей, представляющих пакет после аналого-цифрового преобразования, к общей временной шкале.The
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006102882/28A RU2313068C2 (en) | 2006-02-01 | 2006-02-01 | Mode of measuring gas consumption in main pipelines and an arrangement for its execution |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006102882/28A RU2313068C2 (en) | 2006-02-01 | 2006-02-01 | Mode of measuring gas consumption in main pipelines and an arrangement for its execution |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006102882A RU2006102882A (en) | 2007-08-20 |
RU2313068C2 true RU2313068C2 (en) | 2007-12-20 |
Family
ID=38511576
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006102882/28A RU2313068C2 (en) | 2006-02-01 | 2006-02-01 | Mode of measuring gas consumption in main pipelines and an arrangement for its execution |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2313068C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2583167C1 (en) * | 2015-02-11 | 2016-05-10 | Светозар Вячеславович Трусилло | Method of measuring gas flow in pipelines and device therefor |
RU2791667C1 (en) * | 2022-04-07 | 2023-03-13 | Алексей Андреевич Калмыков | Method for ultrasonic measurement of parameters of gas-air homogeneous flows |
-
2006
- 2006-02-01 RU RU2006102882/28A patent/RU2313068C2/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Справочник. Изд.4. - Л.: Машиностроение, 1989, с.463-464. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2583167C1 (en) * | 2015-02-11 | 2016-05-10 | Светозар Вячеславович Трусилло | Method of measuring gas flow in pipelines and device therefor |
RU2791667C1 (en) * | 2022-04-07 | 2023-03-13 | Алексей Андреевич Калмыков | Method for ultrasonic measurement of parameters of gas-air homogeneous flows |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006102882A (en) | 2007-08-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10928414B2 (en) | Signal travel time flow meter | |
Lynnworth et al. | Ultrasonic flowmeters: Half-century progress report, 1955–2005 | |
JP6727308B2 (en) | Improved beam shaping acoustic signal propagation time difference type flow meter | |
JP4851936B2 (en) | Ultrasonic flow meter | |
JP5629265B2 (en) | Ultrasonic flow meter | |
JP5321106B2 (en) | Ultrasonic measuring instrument | |
Han et al. | Studies on the transducers of clamp-on transit-time ultrasonic flow meter | |
RU2313068C2 (en) | Mode of measuring gas consumption in main pipelines and an arrangement for its execution | |
RU2396518C2 (en) | Method and device for acoustic measurement of gas flow rate | |
JP2000046854A (en) | Method and apparatus for measuring velocity of flow of fluid flow | |
US20230243682A1 (en) | Ultrasonic flow measurement | |
WO2007083713A1 (en) | Doppler type ultrasonic flow meter, flow metering method, and computer program | |
RU66029U1 (en) | INTEGRATED DEVICE FOR MEASURING FLOW, DENSITY AND VISCOSITY OF OIL PRODUCTS | |
RU2375682C1 (en) | Ultrasonic flowmetre sensor | |
Mahadeva et al. | Studies of the accuracy of clamp-on transit time ultrasonic flowmeters | |
JP5231278B2 (en) | Ultrasonic flow meter | |
RU2620023C1 (en) | Method of determining the place of the flow in the pipeline and the device for its implementation | |
RU2612749C1 (en) | Ultrasonic flowmeter | |
JP2020056639A (en) | Pressure measuring device | |
RU2447406C1 (en) | Ultrasonic method of measuring liquid and gaseous media and apparatus for realising said method | |
RU2726289C1 (en) | Ultrasonic flowmeter | |
Mansfeld et al. | Improving interference immunity of ultrasonic gas flowmeters with clamp-on probes | |
RU2169350C2 (en) | Process measuring and controlling parameters of flow of liquid or gas in vessel with elastic walls | |
RU2529635C1 (en) | Ultrasonic method of determining flow rate of gas medium and apparatus therefor | |
UA141356U (en) | ULTRASOUND METHOD OF MEASUREMENT OF COSTS OF LIQUID AND / OR GAS MEDIA |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20150304 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20170316 |
|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -QB4A - IN JOURNAL: 8-2017 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20180205 |