RU2478919C2 - Calibration method under operating conditions of ultrasonic flow metres - counters of flow rate and volume of liquid single-phase media - Google Patents

Calibration method under operating conditions of ultrasonic flow metres - counters of flow rate and volume of liquid single-phase media Download PDF

Info

Publication number
RU2478919C2
RU2478919C2 RU2011127842/28A RU2011127842A RU2478919C2 RU 2478919 C2 RU2478919 C2 RU 2478919C2 RU 2011127842/28 A RU2011127842/28 A RU 2011127842/28A RU 2011127842 A RU2011127842 A RU 2011127842A RU 2478919 C2 RU2478919 C2 RU 2478919C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
volume
counter
calibration
flow rate
ultrasonic
Prior art date
Application number
RU2011127842/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011127842A (en
Inventor
Борис Михайлович Беляев
Владимир Иванович Чесноков
Original Assignee
Борис Михайлович Беляев
Владимир Иванович Чесноков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Борис Михайлович Беляев, Владимир Иванович Чесноков filed Critical Борис Михайлович Беляев
Priority to RU2011127842/28A priority Critical patent/RU2478919C2/en
Priority to PCT/RU2012/000501 priority patent/WO2013006090A1/en
Publication of RU2011127842A publication Critical patent/RU2011127842A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2478919C2 publication Critical patent/RU2478919C2/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/10Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters

Abstract

FIELD: measurement equipment.SUBSTANCE: calibration method involves stages, at which a reference sound velocity in stationary medium is determined for the specified absolute pressure, absolute temperature and component composition (in case of natural gas). Then, using similarity parameters for developed turbulent streams, values of propagation time of ultrasonic signals along acoustic paths of a certain counter in flowing fluid medium are calculated by means of a programme at the specified value of averaged volume flow rate within the measurement range. In compliance with the received time (frequency) values of propagation, time measurement channels of that counter are checked and adjusted by means of a sound pulse generator; after that, fluid medium volume is measured as per the counter readings (actual volume) at the specified point of variation range of averaged volume flow rate (volume) of the medium flowing in the pipeline. By comparing the obtained result to the primary calibration data, correction (as per reference volume) to the counter readings at the specified point of the measurement range is obtained. Correction for the initially chosen averaged volume is determined in the same manner. If difference between corrections meets the established criterion, relative correction (in %) is entered to the counter computer.EFFECT: performing a calibration procedure of flow meters - counters in field in a dynamic mode and reduction of costs owing to reducing the costs for calibration, and namely for flow metres - counter with inner diameter of more than 300 mm, due to refusal to use stationary calibration units of increased height and larger diameters.

Description

Способ калибровки в условиях эксплуатации ультразвуковых расходомеров-счетчиков (далее счетчиков) расхода и объема жидких однофазных сред относится к расходоизмерительной технике.The calibration method in operating conditions of ultrasonic flow meters, counters (hereinafter referred to as counters) of the flow rate and volume of liquid single-phase media relates to a flow measuring technique.

При выпуске из производства единственным прямым способом установить метрологические характеристики ультразвукового счетчика является процедура его калибровки, выполняемая методом сличения показаний счетчика с высокоточным эталоном объема (т.е. выполняется «проливка» ультразвукового счетчика на эталонной установке). В настоящее время ведущие производители ультразвуковых счетчиков объема жидких сред, в частности нефти, воды, природного газа, в качестве высокоточных эталонов объема используют либо колокольные пруверы, являющиеся первичными эталонами объема, либо громоздкие эталонные установки с прокачкой рабочей среды (воздух, природный газ), размещенные на заводе и обладающие прослеживаемостью к первичным эталонам - колокольным пруверам. Парк вышеуказанных эталонных средств измерений объема газообразных сред (воздуха, природного газа), применяемых при проливном методе калибровки (поверки), исчисляется единицами во всем мире.When discontinued from production, the only direct way to establish the metrological characteristics of an ultrasonic counter is to calibrate it by comparing the counter with a high-precision volume reference (ie, the ultrasonic counter is "spilled" on the reference unit). Currently, the leading manufacturers of ultrasonic liquid volume meters, in particular oil, water, natural gas, use either bell provers, which are the primary volume standards, or bulky reference devices with pumping the working medium (air, natural gas) as high-precision volume standards. located at the factory and having traceability to primary standards - bell provers. The fleet of the aforementioned reference instruments for measuring the volume of gaseous media (air, natural gas) used in the continuous method of calibration (verification) is calculated in units all over the world.

Несмотря на явные достоинства, проведение периодических калибровок ультразвуковых счетчиков объема жидкостей (газов) (особенно больших диаметров - 300 мм и более) в процессе их эксплуатации с использованием высокоточных эталонов объема, сопряжено с большими трудозатратами и существенной потерей времени. Большие трудозатраты и потери времени связаны с тем, что счетчик необходимо снять с трубопровода, доставить до места расположения эталона объема, провести калибровку во всем диапазоне измерений, отвезти обратно и снова установить на трубопровод.Despite its obvious advantages, the periodic calibration of ultrasonic liquid (gas) volume meters (especially large diameters of 300 mm or more) during their operation using high-precision volume standards is associated with large labor costs and a significant loss of time. Large labor costs and time losses are associated with the fact that the meter must be removed from the pipeline, delivered to the location of the volume standard, calibrated over the entire measurement range, taken back and installed again on the pipeline.

В связи с этим имитационные способы и методы калибровки (поверки), в частности, ультразвуковых счетчиков газа приобретают особую актуальность. Типичным примером имитационного метода поверки является утвержденная ФГУП «ВНИИМС» в 2004 г. и применяемая в условиях эксплуатации методика поверки ультразвуковых расходомеров-счетчиков объема газа Qsonic, Check Sonic фирмы "Elster Instromet", Бельгия. Эта методика поверки основана на измерениях скорости звука при распространении ультразвуковых сигналов вдоль акустических путей счетчика в неподвижной среде и определении скорости газового потока при нулевом усредненном объемном расходе. Полученные результаты измерений скорости звука сравнивают с ее эталонным значением в неподвижном газе, которое рассчитывают по известным компонентному составу и параметрам состояния: абсолютному давлению и абсолютной температуре; «нулевая скорость потока» также должна удовлетворять установленному критерию. Проведенные сличения позволяют вынести суждение о поверке ультразвукового счетчика объема газа (и только). Рассмотренная имитационная методика поверки не позволяет выполнить калибровку счетчика в динамическом режиме работы, т.е. в произвольной точке диапазона измерений, следовательно, невозможна калибровка счетчика во всем диапазоне измерений. Подобные «нулевые» имитационные методики поверки (без использования эталонов объема) применяют и для других типов ультразвуковых счетчиков объема жидких сред, однако ни одна из них не позволяет выполнить калибровку счетчика во всем диапазоне измерений.In this regard, imitation methods and methods of calibration (verification), in particular, ultrasonic gas meters are of particular relevance. A typical example of a simulation verification method is the FSUE VNIIMS approved in 2004 and used in operating conditions for the verification of Qsonic, Check Sonic ultrasonic flow meters and gas meters from Elster Instromet, Belgium. This verification technique is based on measurements of the speed of sound during the propagation of ultrasonic signals along the meter’s acoustic paths in a stationary medium and determination of the gas flow velocity at zero average volumetric flow rate. The results of measurements of the speed of sound are compared with its reference value in a stationary gas, which is calculated by the known component composition and state parameters: absolute pressure and absolute temperature; “Zero flow rate” must also satisfy the established criterion. The performed comparisons allow us to make a judgment on the calibration of the ultrasonic gas volume meter (and only). The considered simulation verification technique does not allow the meter to be calibrated in the dynamic mode of operation, i.e. at an arbitrary point in the measuring range, therefore, it is not possible to calibrate the meter in the entire measuring range. Similar “zero” simulation calibration methods (without using volume standards) are also used for other types of ultrasonic liquid volume meters, however, none of them allows meter calibration to be performed over the entire measurement range.

Настоящее изобретение: способ калибровки ультразвуковых счетчиков объема жидких однофазных сред позволяет выполнить калибровку без прямого использования эталона объема в условиях эксплуатации во всем диапазоне измерений, или, по крайней мере, в одной точке этого диапазона, обусловленной рабочими условиями.The present invention: a method for calibrating ultrasonic volume meters of liquid single-phase media allows calibration without direct use of the volume standard under operating conditions in the entire measurement range, or at least at one point in this range, due to operating conditions.

Согласно общедоступным сведениям, известным на текущий момент времени, аналогов этому изобретению не имеется.According to publicly available information currently known, there are no analogues to this invention.

Как отмечалось выше, в процессе эксплуатации ультразвуковых счетчиков часто возникает необходимость проверки их метрологических характеристик. Без такой проверки невозможно вынести суждение об исправности прибора и, следовательно, о правильности измерений объема однофазной жидкой среды.As noted above, during the operation of ultrasonic meters, it is often necessary to verify their metrological characteristics. Without such a check, it is impossible to make a judgment about the serviceability of the device and, therefore, about the correctness of measurements of the volume of a single-phase liquid medium.

В соответствии с запросами практики объектом настоящего изобретения является способ калибровки в условиях эксплуатации ультразвуковых расходомеров-счетчиков расхода и объема жидких однофазных сред. Применительно к ультразвуковому счетчику объема жидкой однофазной среды, который имеет «m» акустических путей, этот способ калибровки включает следующие действия:In accordance with practical needs, an object of the present invention is a calibration method in operating conditions of ultrasonic flow meters, flow meters and volume of liquid single-phase media. As applied to an ultrasonic volume meter of a liquid single-phase medium, which has “m” acoustic paths, this calibration method includes the following steps:

- проверку правильности измерений времен распространения ультразвуковых сигналов вдоль акустических путей счетчика по результатам сравнения измеренных счетчиком для каждого акустического пути скоростей звука в покоящейся среде с эталонной скоростью звука для этой же неподвижной среды теми же параметрами состояния (в случае природного газа эталонное значение скорости звука в неподвижной среде находят с помощью компьютерной программы, реализующей алгоритм расчета термодинамических параметров природного газа, приведенный в международном стандарте ISO 20765-1 "Natural gas - Calculation of thermodynamic properties - Part 1: Gas phase properties for transmission and distribution applications".- checking the correctness of measurements of the propagation times of ultrasonic signals along the meter’s acoustic paths by comparing the sound velocities measured in the meter for each acoustic path with a reference sound velocity for the same stationary medium with the same state parameters (in the case of natural gas, the reference value of the sound velocity in a stationary the environment is found using a computer program that implements an algorithm for calculating the thermodynamic parameters of natural gas given in the international one ISO 20765-1 standard, "Natural gas - Calculation of thermodynamic properties - Part 1: Gas phase properties for transmission and distribution applications".

- при обнаружении недопустимых отличий скоростей звука в неподвижной среде, характерных для каждого акустического пути, друг от друга и от эталонной скорости звука необходимо внести корректировки в процедуру измерения и регистрации времен распространения ультразвуковых сигналов вдоль акустических путей счетчика для различных точек диапазона измерений;- upon detection of unacceptable differences in the speed of sound in a stationary medium, characteristic of each acoustic path, from each other and from the reference speed of sound, it is necessary to make adjustments to the procedure for measuring and recording the propagation times of ultrasonic signals along the acoustic paths of the counter for different points of the measuring range;

- для корректировки встроенных каналов измерения времен распространения ультразвуковых волн вдоль акустических путей счетчика задают значение усредненного объемного расхода (объема) Qi в произвольной i-й точке в пределах диапазона измерений вблизи номинального значения усредненного объемного расхода, известного по результатам предыдущих измерений этой величины при существующем режиме работы трубопровода;- to adjust the built-in channels for measuring the propagation times of ultrasonic waves along the meter’s acoustic paths, set the value of the averaged volumetric flow rate (volume) Q i at an arbitrary ith point within the measurement range near the nominal value of the averaged volumetric flow rate known from previous measurements of this quantity with the existing pipeline operation mode;

- для заданного значения объема Qi определяют число Рейнольдса Re и в зависимости от значения числа Re в центральном поперечном сечении ультразвукового счетчика определяют распределение продольной массовой скорости потока, используя представления о степенном распределении скорости развитого турбулентного течения в поперечном сечении трубы, согласно [1]: Г.Шлихтинг. «Теория пограничного слоя», издательство «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, Москва, 1974;- for a given volume value Q i , the Reynolds number Re is determined and, depending on the value of the number Re in the central cross section of the ultrasonic counter, the distribution of the longitudinal mass flow velocity is determined using representations of the power-law distribution of the developed turbulent flow velocity in the pipe cross section according to [1]: G. Schlichting. "Theory of the boundary layer", publishing house "Science", Main edition of the physical and mathematical literature, Moscow, 1974;

- опираясь на известные: эталонную скорость звука в неподвижной среде и распределение скорости развитого турбулентного течения в поперечном сечении измерительного канала счетчика, программным путем рассчитывают времена распространения ультразвуковых волн в движущейся среде вдоль акустических путей для i-й выбранной точки по усредненному объемному расходу (объему);- based on the known: the reference speed of sound in a stationary medium and the distribution of the velocity of the developed turbulent flow in the cross section of the meter’s measuring channel, programmatically calculate the propagation times of ultrasonic waves in a moving medium along the acoustic paths for the ith selected point by the average volumetric flow rate (volume) ;

- посредством запорной арматуры перекрывают поток, проходящий сквозь счетчик, сохранив в измерительном канале давление и температуру среды;- by means of stop valves, the flow passing through the meter is blocked, while preserving the pressure and temperature of the medium in the measuring channel;

- с помощью частотомера настраивают выход генератора звуковых импульсов на частоту, соответствующую одному из вышеопределенных времен распространения ультразвуковой волны вдоль какого-либо акустического пути счетчика; далее, подсоединяя выход звукового генератора к излучателю ультразвуковых импульсов вдоль выбранного акустического пути, корректируют канал измерения времени распространения для этого пути; затем корректировку измерения времени распространения ультразвуковых сигналов выполняют для каждого из оставшихся «m-1» каналов (акустических путей счетчика);- using the frequency counter, the output of the sound pulse generator is adjusted to a frequency corresponding to one of the above-defined propagation times of the ultrasonic wave along any acoustic path of the counter; further, by connecting the output of the sound generator to the emitter of ultrasonic pulses along the selected acoustic path, the channel for measuring the propagation time for this path is adjusted; then the adjustment of the measurement of the propagation time of the ultrasonic signals is performed for each of the remaining "m-1" channels (acoustic paths of the counter);

- после корректировки каждого канала измерения времени прохождения ультразвуковым сигналом соответствующего акустического пути для i-й выбранной точки диапазона измерений объема открывают запорную арматуру, снова возобновляют поток среды сквозь счетчик и получают результат измерения объема среды Qf по показаниям счетчика (фактический объем);- after adjusting each channel for measuring the transit time by an ultrasonic signal of the corresponding acoustic path for the i-th selected point in the range of volume measurements, stop valves are opened, again the medium flows through the counter and the result of measuring the volume of medium Q f according to the meter readings (actual volume);

- используя сертификат калибровки ультразвукового счетчика, оформленный при его выпуске из производства, и применяя линейную интерполяцию приведенных в сертификате экспериментальных данных, полученных с помощью эталона объема, находят поправку ef к фактическому усредненному объемному расходу Qf однофазной текущей среды;- using the calibration certificate of the ultrasonic meter, issued during its release from production, and using linear interpolation of the experimental data shown in the certificate obtained using the volume standard, find the correction e f to the actual average volumetric flow rate Q f of the single-phase current medium;

- как и в предыдущем пункте, на основании сертификата калибровки ультразвукового счетчика вычисляют поправку ei для заданного усредненного объемного расхода среды Qi; если эти поправки (ei, ef) удовлетворяют критерию соответствия, то поправка ef может быть введена в программный комплекс счетчика;- as in the previous paragraph, on the basis of the calibration certificate of the ultrasonic counter, the correction e i is calculated for a given average volumetric flow rate of the medium Q i ; if these corrections (e i , e f ) satisfy the conformity criterion, then the correction e f can be entered into the counter software package;

- для завершения процедуры калибровки необходимо заново рассчитать с учетом полученных поправок ef и ei усредненный коэффициент корректировки текущих показаний ультразвукового счетчика во всех точках диапазона измерений.- to complete the calibration procedure, it is necessary to re-calculate, taking into account the received corrections e f and e i, the average correction factor of the current readings of the ultrasonic counter at all points of the measuring range.

Если имеется возможность изменения в условиях эксплуатации усредненного объемного расхода жидкой среды, то в случае надобности описанный способ калибровки может быть реализован в нескольких точках диапазона измерений.If it is possible to change the average volumetric flow rate of the liquid medium under operating conditions, then, if necessary, the described calibration method can be implemented at several points in the measuring range.

При практической реализации вышеописанного изобретения проверку правильности измерения времен распространения ультразвуковых сигналов в движущейся среде вдоль акустических путей счетчика, например в случае измерения объема природного газа проводят следующим образом:In the practical implementation of the above invention, the verification of the measurement of the propagation times of ultrasonic signals in a moving medium along the acoustic paths of the meter, for example, in the case of measuring the volume of natural gas, is carried out as follows:

- с помощью соответствующей компьютерной программы по известным параметрам состояния: абсолютным температуре и давлению и компонентному составу газа, рассчитывают эталонную скорость звука в неподвижном природном газе того же состава и находящегося при тех же параметрах состояния; для вычисления эталонной скорости звука в неподвижном газе используется фундаментальное уравнение состояния природного газа AGA8, которое в форме свободной энергии Гельмгольца приводится в ISO 20765-1, аутентичный перевод ГОСТ Р 8.662-2009;- using the appropriate computer program using known state parameters: absolute temperature and pressure and component composition of the gas, calculate the reference speed of sound in stationary natural gas of the same composition and at the same state parameters; to calculate the reference speed of sound in a stationary gas, the fundamental equation of state of natural gas AGA8 is used, which in the form of Helmholtz free energy is given in ISO 20765-1, an authentic translation of GOST R 8.662-2009;

- сравнивают между собой значения скорости звука в неподвижной среде, полученные по результатам измерения времен распространения ультразвуковых волн по - и против - потока вдоль каждого акустического пути счетчика; эти же значения скорости звука сравнивают с эталонной скоростью звука в неподвижной среде; скорости звука, полученные экспериментальным путем, в случае природного газа, не должны отличаться друг от друга более чем на 0,2% и от эталонной скорости звука более чем на 0,4%.- compare among themselves the values of the speed of sound in a stationary medium, obtained by measuring the propagation times of ultrasonic waves in - and against - the flow along each acoustic path of the counter; the same values of the speed of sound are compared with the reference speed of sound in a stationary medium; sound speeds obtained experimentally, in the case of natural gas, should not differ from each other by more than 0.2% and from the reference speed of sound by more than 0.4%.

Для экспериментального определения скорости звука в неподвижной среде в вычислителе счетчика используется выражение, полученное из уравнений задачи измерения объема жидкой однофазной среды, которые отражают принцип измерений, положенный в основу работы ультразвукового счетчика; эти уравнения измерительной задачи приводят к следующей формуле для скорости звука в неподвижной среде:For the experimental determination of the speed of sound in a stationary medium, the counter calculator uses an expression obtained from the equations of the problem of measuring the volume of a liquid single-phase medium, which reflect the measurement principle underlying the operation of the ultrasonic counter; these equations of the measurement problem lead to the following formula for the speed of sound in a stationary medium:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

гдеWhere

lk - длина k-го акустического пути счетчика;l k is the length of the kth acoustic path of the counter;

tfk - время прохождения ультразвуковой волной расстояния lk при распространении по потоку;t fk is the travel time of the distance l k by the ultrasonic wave during propagation along the stream;

trk - время прохождения ультразвуковой волной расстояния lk при распространении против потока.t rk is the travel time of the distance l k by the ultrasonic wave when propagating upstream.

Подставляя в приведенную формулу результаты измерений времен tfk и trk при заданной длине lk, экспериментальным путем найдем скорость звука в неподвижной среде. Эти вычисления, как обработка первичных экспериментальных данных, проводятся вычислителем счетчика автоматически для каждого акустического пути.Substituting into the above formula the results of measurements of the times t fk and t rk for a given length l k , we experimentally find the speed of sound in a stationary medium. These calculations, like the processing of primary experimental data, are carried out automatically by the counter calculator for each acoustic path.

При необходимости корректировки встроенных каналов измерения времен распространения ультразвуковых сигналов вдоль акустических путей для заданного усредненного объемного расхода Qi рассчитывают число Рейнольдса, используя его определение:If necessary, adjust the built-in channels for measuring the propagation times of ultrasonic signals along the acoustic paths for a given average volumetric flow rate Q i and calculate the Reynolds number using its definition:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где νz - среднемассовая продольная скорость потока (далее для сокращения записи будем применять название «средняя скорость», имея в виду среднюю по поперечному сечению скорость жидкой среды, она же среднемассовая скорость);where ν z is the mass-average longitudinal velocity of the flow (hereinafter, to reduce the notation, we will use the name "average velocity", referring to the average velocity of the liquid medium over the cross section, it is the mass-average velocity);

d - диаметр трубы (измерительного канала счетчика);d is the diameter of the pipe (measuring channel of the counter);

ρ, µ - плотность и динамическая вязкость однофазной жидкой среды в рабочих условиях.ρ, µ is the density and dynamic viscosity of a single-phase liquid medium under operating conditions.

В зависимости от полученного значения числа Рейнольдса в соответствии с экспериментальными результатами, приведенными в [1], выстраивают степенное распределение продольной скорости потока в центральном поперечном сечении измерительного канала счетчика:Depending on the obtained value of the Reynolds number, in accordance with the experimental results given in [1], a power-law distribution of the longitudinal flow velocity in the central cross section of the meter’s measuring channel is built:

Figure 00000003
Figure 00000003

где u=u(r) - текущее значение продольной скорости потока при перемещении наблюдателя вдоль оси координат поперек потока (трубы);where u = u (r) is the current value of the longitudinal flow velocity when the observer moves along the coordinate axis across the flow (pipe);

Figure 00000004
- радиус-вектор точки в поперечном сечении трубы; (ось z цилиндрической системы координат ориентирована вдоль центральной продольной оси трубы в направлении потока):
Figure 00000004
- the radius vector of the point in the cross section of the pipe; (the z axis of the cylindrical coordinate system is oriented along the central longitudinal axis of the pipe in the direction of flow):

R - радиус поперечного сечения трубы; d=2R;R is the radius of the cross section of the pipe; d = 2R;

n - целое число (6, 7, 8, 9, 10), входящее в показатель степени распределения скорости потока.n is an integer (6, 7, 8, 9, 10) that is included in the exponent of the distribution of flow velocity.

Вышеприведенное распределение скорости потока отвечает всем требованиям, предъявляемым к турбулентному течению вязкой жидкости (хотя вязкость среды может быть очень мала). В центре поперечного сечения трубы скорость потока достигает своего максимального значения, т.е. u(0)=U при r=0. На стенке трубы имеет место условие прилипания вязкой жидкости, которое выполняется как при ламинарном, так и при турбулентном режимах течения, т.е. u(R)=0 при r=R.The above distribution of the flow velocity meets all the requirements for a turbulent flow of a viscous fluid (although the viscosity of the medium can be very small). In the center of the cross section of the pipe, the flow rate reaches its maximum value, i.e. u (0) = U for r = 0. On the pipe wall there is a sticking condition for a viscous fluid, which is fulfilled both under laminar and turbulent flow regimes, i.e. u (R) = 0 for r = R.

Показатель степени в формуле распределения скорости в поперечном сечении трубы выбирают в соответствии с неравенствами:The exponent in the formula for the distribution of velocity in the cross section of the pipe is chosen in accordance with the inequalities:

если 4,0·103≤Re≤5,0·104, то n=6;if 4.0 · 10 3 ≤Re≤5.0 · 10 4 , then n = 6;

если 5,0·104≤Re≤5,5·105, то n=7;if 5.0 · 10 4 ≤Re≤5.5 · 10 5 , then n = 7;

если 5,5·105≤Re≤1,5·106, то n=8;if 5.5 · 10 5 ≤Re≤1.5 · 10 6 , then n = 8;

если l,5·106≤Re≤2,8·106, то n=9;if l, 5 · 10 6 ≤Re≤2,8 · 10 6 , then n = 9;

если 2,8·106≤Re≤3,24·106, то n=10;if 2.8 · 10 6 ≤Re≤3.24 · 10 6 , then n = 10;

если Re≥3,8·106, то n=j, j - открытый параметр, вещественное число.if Re≥3.8 · 10 6 , then n = j, j is an open parameter, a real number.

Максимальная скорость развитого турбулентного течения на центральной продольной оси трубы и средняя скорость потока связаны соотношениемThe maximum speed of the developed turbulent flow on the central longitudinal axis of the pipe and the average flow rate are related by the relation

Figure 00000005
,
Figure 00000006
Figure 00000005
,
Figure 00000006

Соответственно, для усредненного объемного расхода имеет место выражениеAccordingly, for the averaged volumetric flow rate, the expression

Figure 00000007
Figure 00000007

Последнее равенство используют для вычисления максимальной скорости потока U в центре поперечного сечения трубы при построении распределения скорости потока в этом сечении при заданном усредненном объемном расходе (объеме) среды Qi.The last equality is used to calculate the maximum flow velocity U in the center of the cross section of the pipe when constructing the distribution of the flow velocity in this section for a given average volumetric flow rate (volume) of the medium Q i .

После того как построено распределение скорости потока в поперечном сечении, обладающее радиальной симметрией, и определены его параметры, методами аналитической геометрии находят точки пересечения Ek акустических путей lk с плоскостью z=z0, для которой поверхность ui(x, y, z0) задана уравнениемAfter the distribution of the flow velocity in the cross section having radial symmetry is constructed and its parameters are determined, the points of intersection E k of the acoustic paths l k with the plane z = z 0 for which the surface u i (x, y, z 0 ) is given by the equation

Figure 00000008
, z=z0
Figure 00000008
, z = z 0

Эта поверхность соответствует поперечному сечению счетчика z0=0, которое совпадает с поперечной плоскостью симметрии его фланцев. Точки пересечения акустических путей lk, k=1, 2, …, m с поверхностью распределения скорости дают значения скорости потока, отвечающие путям lk и выбранной точке усредненного объемного расхода Qi, т.е. именно те скорости потока vik, которые должны быть измерены при распространении ультразвуковых импульсов вдоль заданных путей. Задача определения точек пересечения путей с поверхностью распределения скорости должна быть решена с учетом геометрии и количества акустических путей конкретного типа ультразвуковых счетчиков.This surface corresponds to the cross section of the counter z 0 = 0, which coincides with the transverse plane of symmetry of its flanges. The intersection points of the acoustic paths l k , k = 1, 2, ..., m with the velocity distribution surface give the flow velocity values corresponding to the paths l k and the selected point of the averaged volumetric flow rate Q i , i.e. it is precisely those flow velocities v ik that should be measured during the propagation of ultrasonic pulses along predetermined paths. The problem of determining the points of intersection of paths with the velocity distribution surface should be solved taking into account the geometry and number of acoustic paths of a particular type of ultrasonic meters.

Известные значения скоростей потока vik для каждого k-го акустического пути и известная эталонная скорость звука «c» в неподвижном газе известного состава с заданными термодинамическими параметрами состояния позволяют рассчитать времена распространения ультразвуковых волн вдоль каждого акустического пути на расстояние lk по- и против- потока. Время распространения ультразвука вдоль k-го пути на его длину по потоку при заданном объеме Qi обозначим tfik против - trik. Для этих времен в рамках рассматриваемой измерительной задачи существуют выраженияThe known values of the flow velocities v ik for each k-th acoustic path and the known reference sound velocity “c” in a stationary gas of known composition with given thermodynamic state parameters allow us to calculate the propagation times of ultrasonic waves along each acoustic path at a distance l k in and against flow. The propagation time of ultrasound along the kth path to its length along the flow for a given volume Q i is denoted by t fik versus - t rik . For these times, in the framework of the measurement problem under consideration, there are expressions

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Этим временам распространения ультразвуковых сигналов вдоль k-го пути соответствуют частоты νfik=1/tfik и νrik=1/trik. Подавая эти частоты с помощью генератора звуковых сигналов и частотомера на выходы излучателей (или приемников) ультразвуковых волн, проверяют правильность работы каналов измерения времен ультразвукового счетчика и в случае выявленных несоответствий настраивают их на измерение вышенайденных частот.The frequencies ν fik = 1 / t fik and ν rik = 1 / t rik correspond to these propagation times of ultrasonic signals along the kth path. By applying these frequencies with the help of an audio signal generator and a frequency meter to the outputs of the emitters (or receivers) of ultrasonic waves, check the correct operation of the channels for measuring the times of the ultrasonic counter and, in case of inconsistencies detected, set them to measure the frequencies found above.

Настройка (корректировка) каналов измерения времен распространения ультразвуковых сигналов по акустическим путям счетчика отвечает априори заданному усредненному объемному расходу Qi.The setting (adjustment) of the channels for measuring the propagation times of ultrasonic signals along the acoustic paths of the counter corresponds to a priori given average flow rate Q i .

После корректировки каналов измерения времен распространения ультразвука в движущейся среде открывают запорную арматуру, возобновляют поток среды сквозь счетчик и получают результат измерения Qf объема движущейся среды по показаниям счетчика (фактический объем). На основании сертификата о калибровке счетчика, оформленного при выпуске из производства, с помощью линейной интерполяции приведенных данных вычисляют поправки к заданному и фактическому объемам среды ei и ef. Для вычисления поправок в % к показаниям счетчика используют формулуAfter adjusting the channels for measuring the propagation times of ultrasound in a moving medium, the stop valves are opened, the flow of the medium through the counter is resumed, and the measurement result Q f of the volume of the moving medium is obtained according to the counter (actual volume). On the basis of the certificate of calibration of the meter, issued upon discontinuation of production, using linear interpolation of the data given, the corrections to the set and actual volumes of the medium e i and e f are calculated. To calculate the corrections in% of the meter reading, use the formula

Figure 00000011
,
Figure 00000011
,

где Qw, w=f, i - фактически измеренный Qf или заданный Qi объем;where Q w , w = f, i is the actually measured Q f or the given Q i volume;

Qref - действительное значение объема, воспроизводимое эталоном.Q ref is the actual value of the volume reproduced by the standard.

Вычисленные значения поправок сравнивают между собой. Если выполняется неравенствоThe calculated corrections are compared with each other. If the inequality holds

Figure 00000012
,
Figure 00000012
,

то поправка ef может быть введена в программный комплекс счетчика.then the correction e f can be entered into the counter software package.

Завершающий шаг процедуры калибровки ультразвукового счетчика объема - это вычисление общего поправочного коэффициента к показаниям счетчика во всем диапазоне измерений. Поправочный коэффициент Kf вычисляют через средневзвешенную поправку следующим образом:The final step in the calibration procedure for the ultrasonic volume meter is to calculate the total correction factor to the meter reading over the entire measurement range. The correction factor K f is calculated through the weighted average correction as follows:

- вначале рассчитывают средневзвешенную поправку ewt по формуле- first calculate the weighted average correction e wt according to the formula

Figure 00000013
,
Figure 00000013
,

где

Figure 00000014
- весовой коэффициент;Where
Figure 00000014
- weight coefficient;

Qk - объем, измеренный счетчиком; индекс k пробегает значения от 1 до N+2;Q k is the volume measured by the counter; the index k runs from 1 to N + 2;

N точек - это данные заводского сертификата калибровки счетчика, к которым добавляются точки Qi и Qf, определенные в ходе реализации настоящего способа калибровки; ek - поправки к показаниям счетчика, содержащиеся в сертификате его калибровки и полученные при осуществлении настоящего способа калибровки;N points are the data of the factory certificate of calibration of the meter, to which points Q i and Q f determined during the implementation of this calibration method are added; e k - corrections to the meter readings contained in its calibration certificate and obtained during the implementation of this calibration method;

Qmax - максимальное значение объема, указанное в заводском сертификате о калибровке счетчика;Q max - the maximum value of the volume indicated in the factory certificate of calibration of the meter;

- общий поправочный коэффициент Kf находят согласно соотношению- the total correction factor K f is found according to the ratio

Figure 00000015
Figure 00000015

Вычисленный поправочный коэффициент также вводят в программный комплекс калибруемого ультразвукового счетчика.The calculated correction factor is also entered into the software package of the calibrated ultrasonic counter.

После введения в программный комплекс поправки к показаниям счетчика в рабочей точке и общего поправочного коэффициента в пределах диапазона измерений настоящий способ калибровки следует считать законченным. Если имеется возможность изменения усредненного объемного расхода в трубопроводе, настоящий способ калибровки может быть осуществлен для рабочих условий в нескольких точках диапазона измерений счетчика, при этом в качестве общего поправочного коэффициента берется его среднеарифметическое значение по точкам калибровки счетчика в рабочих условиях.After introducing into the software package corrections to the meter readings at the operating point and the general correction factor within the measurement range, this calibration method should be considered complete. If it is possible to change the average volumetric flow rate in the pipeline, this calibration method can be carried out for operating conditions at several points of the meter’s measuring range, while its arithmetic mean value over the meter calibration points under operating conditions is taken as a general correction factor.

Claims (1)

Способ калибровки в условиях эксплуатации ультразвуковых расходомеров-счетчиков (далее - счетчиков) расхода и объема жидких однофазных сред, заключающийся в том, что при калибровке счетчика используются: эталонное значение скорости звука в неподвижной среде (при калибровке счетчика объема природного газа эталонное значение скорости звука рассчитывается наряду с термодинамическими параметрами при заданном абсолютном давлении, абсолютной температуре, известном компонентном составе газа с помощью компьютерной программы, реализующей алгоритм стандарта ISO 20765-1 "Natural gas - Calculation of thermodynamic properties - Part 1: Gas phase properties for transmission and distribution applications"), уравнения измерений для скорости звука в покоящейся среде и скорости газового потока в зависимости от времени прохождения ультразвуковым сигналом (волной) акустического пути (луча), направленного под углом к центральной оси трубопровода, как по потоку, так и против него, а также информация для данного счетчика о количестве, длинах акустических путей и углах между лучами и центральной осью трубопровода, что позволяет при измерении времен распространения экспериментально определить скорость звука в неподвижном газе и скорость потока газа для каждого луча данного счетчика,
отличающийся тем, что его практическая реализация не требует непосредственного использования эталона объемного расхода (объема) жидкой однофазной среды, при этом в качестве первого шага реализации настоящего способа для любой выбранной точки диапазона объемного расхода жидкой среды находят число Рейнольдса в предположении равномерного распределения скорости потока в поперечном сечении, по которому устанавливают фактическое осесимметричное распределение скорости потока в прямолинейном трубопроводе круглого сечения при развитом турбулентном течении (соблюдение длин прямых участков) и координаты точек пересечения лучей с поверхностью, описывающей поперечное распределение продольной скорости течения, зная скорости потока для каждого луча и скорость звука в газе известного состава, рассчитывают времена распространения ультразвуковых волн вдоль лучей, а следовательно соответствующие значения частот, и затем, задавая эти частоты с помощью генератора импульсов и подавая их на входы приемников ультразвуковых волн, проверяют и настраивают (при необходимости) каналы измерений времен счетчика, что позволяет получить результат измерений объема по показаниям счетчика (фактический объем) в выбранной точке диапазона, при этом фактический объем сравнивают с эталонным, который в рассматриваемом случае задают на основании сертификата о калибровке данного счетчика при выпуске из производства, с этим эталонным объемом сравнивают и заданный на первом шаге в выбранной точке диапазона измерений усредненный объемный расход (объем), затем вычисляют поправки как относительные разности (в %) к показаниям счетчика (разность между фактическим объемом и эталонным, усредненным и эталонным, отнесенные к эталонному объему), которые сравнивают между собой по модулю, после чего, если модуль соответствует установленному критерию, поправку к показаниям счетчика в выбранной точке диапазона (точках) вводят в его вычислитель, далее с использованием данных сертификата о калибровке, который оформлен при выпуске счетчика из производства, и найденной поправки к его показаниям в результате применения настоящего способа калибровки в выбранной точке рассчитывают общий поправочный коэффициент к калибровочной кривой во всем диапазоне измерений, который также вводят в программный комплекс счетчика.
The calibration method in the operating conditions of ultrasonic flow meters-counters (hereinafter referred to as the counters) of the flow rate and volume of liquid single-phase media, which consists in the following: when calibrating the meter: the reference value of the speed of sound in a stationary medium (when calibrating the counter of the volume of natural gas, the reference value of the speed of sound is calculated along with thermodynamic parameters at a given absolute pressure, absolute temperature, known component composition of the gas using a computer program that implements a the algorithm of ISO 20765-1 standard "Natural gas - Calculation of thermodynamic properties - Part 1: Gas phase properties for transmission and distribution applications"), measurement equations for the speed of sound in a stationary medium and the gas flow velocity depending on the time it takes an ultrasonic signal (wave ) an acoustic path (beam) directed at an angle to the central axis of the pipeline, both downstream and against it, as well as information for this counter on the number, length of acoustic paths and angles between the rays and the central axis of the pipeline, which allows time measurements races rostraneniya experimentally determine the speed of sound in a stationary gas and the gas flow rate for each beam of the counter,
characterized in that its practical implementation does not require the direct use of a standard volumetric flow rate (volume) of a liquid single-phase medium, while the first step in the implementation of this method for any selected point in the range of volumetric flow rate of a liquid medium is the Reynolds number assuming a uniform distribution of the flow velocity in the transverse the cross-section through which the actual axisymmetric distribution of the flow velocity in a straight circular pipe with a developed t turbulent flow (observing the lengths of straight sections) and the coordinates of the points of intersection of the rays with the surface that describes the transverse distribution of the longitudinal flow velocity, knowing the flow velocity for each ray and the speed of sound in a gas of known composition, calculate the propagation times of ultrasonic waves along the rays, and therefore the corresponding frequency values , and then, setting these frequencies using a pulse generator and applying them to the inputs of ultrasonic wave receivers, the channels are checked and tuned (if necessary) measurements of the counter times, which allows you to get the result of volume measurements according to the readings of the counter (actual volume) at the selected point in the range, while the actual volume is compared with the reference, which in this case is set on the basis of the certificate of calibration of this counter when discontinued, with this reference volume and compare the average volume flow rate (volume) specified at the first step at a selected point in the measurement range, then the corrections are calculated as the relative differences (in%) to the meter readings ( the difference between the actual volume and the reference, averaged and reference, referred to the reference volume), which are compared modulo each other, after which, if the module meets the established criterion, an amendment to the meter at a selected point in the range (points) is entered into its calculator, then using the data of the calibration certificate, which was issued when the meter was discontinued, and the corrections found to its readings as a result of applying the present calibration method at a selected point, calculate correction coefficient to the calibration curve over the entire measurement range, which is also introduced into the counter software package.
RU2011127842/28A 2011-07-07 2011-07-07 Calibration method under operating conditions of ultrasonic flow metres - counters of flow rate and volume of liquid single-phase media RU2478919C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011127842/28A RU2478919C2 (en) 2011-07-07 2011-07-07 Calibration method under operating conditions of ultrasonic flow metres - counters of flow rate and volume of liquid single-phase media
PCT/RU2012/000501 WO2013006090A1 (en) 2011-07-07 2012-06-25 The calibration method, applied in operating conditions, for ultrasonic flow meters used for measuring volume and flow rate of single-phase liquid media

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011127842/28A RU2478919C2 (en) 2011-07-07 2011-07-07 Calibration method under operating conditions of ultrasonic flow metres - counters of flow rate and volume of liquid single-phase media

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011127842A RU2011127842A (en) 2013-01-20
RU2478919C2 true RU2478919C2 (en) 2013-04-10

Family

ID=47437273

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011127842/28A RU2478919C2 (en) 2011-07-07 2011-07-07 Calibration method under operating conditions of ultrasonic flow metres - counters of flow rate and volume of liquid single-phase media

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2478919C2 (en)
WO (1) WO2013006090A1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2628657C2 (en) * 2015-02-26 2017-08-21 Частное акционерное общество "Тахион" Method of verification and calibration of gas meters
RU182634U1 (en) * 2018-04-27 2018-08-24 Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") Mobile unit for calibrating ultrasonic transducers of oil and oil products
RU2680986C1 (en) * 2018-03-06 2019-03-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Torrential dynamic stand
CN113884164A (en) * 2021-12-06 2022-01-04 成都千嘉科技有限公司 Self-adaptive calibration method of ultrasonic gas meter
RU2780983C1 (en) * 2022-04-21 2022-10-04 Публичное Акционерное Общество "Газпром Автоматизация" Monoblock single-line gas measuring station on ultrasonic flow transducers of large diameter with a verification unit at the place of operation
CN116026437A (en) * 2023-03-29 2023-04-28 青岛鼎信通讯科技有限公司 NFC communication-based ultrasonic water meter calibration method

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014183136A1 (en) 2013-05-10 2014-11-13 Schlumberger Canada Limited Discharge coefficient determination of a managed pressure drilling choke/valve
CN107731720B (en) * 2017-11-29 2019-09-06 沈阳拓荆科技有限公司 A kind of the fluid flow calibration system and calibration method of semiconductor processing equipment
CN110857875B (en) * 2018-08-23 2021-01-29 中国石油天然气股份有限公司 Quality measuring system for natural gas primary standard device
CN110874827B (en) * 2020-01-19 2020-06-30 长沙超创电子科技有限公司 Turbulent image restoration method and device, terminal equipment and computer readable medium
EP3889555B1 (en) 2020-03-31 2023-10-25 Apator Powogaz Spolka Akcyjna Flow meter calibration method
EP3929542B1 (en) 2020-06-26 2023-06-14 SICK Engineering GmbH Testing an ultrasound flow meter
CN113970366B (en) * 2021-11-01 2024-01-26 成都千嘉科技有限公司 Calibration method and system for gas flow metering device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU638850A1 (en) * 1977-06-08 1978-12-25 Предприятие П/Я Г-4665 Method of calibrating and testing gas flowmeters
US5748504A (en) * 1996-06-12 1998-05-05 Welch Allyn, Inc. Calibration method for use with ultrasonic flowmeters
WO2006000546A1 (en) * 2004-06-28 2006-01-05 Flexim Flexible Industriemesstechnik Gmbh Method for calibrating ultrasound clamp-on flowmeters

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1709182A1 (en) * 1989-06-26 1992-01-30 Всесоюзный научно-исследовательский институт технической физики и автоматизации Label radiation method of determining expense of liquid flows

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU638850A1 (en) * 1977-06-08 1978-12-25 Предприятие П/Я Г-4665 Method of calibrating and testing gas flowmeters
US5748504A (en) * 1996-06-12 1998-05-05 Welch Allyn, Inc. Calibration method for use with ultrasonic flowmeters
WO2006000546A1 (en) * 2004-06-28 2006-01-05 Flexim Flexible Industriemesstechnik Gmbh Method for calibrating ultrasound clamp-on flowmeters

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2628657C2 (en) * 2015-02-26 2017-08-21 Частное акционерное общество "Тахион" Method of verification and calibration of gas meters
RU2680986C1 (en) * 2018-03-06 2019-03-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Torrential dynamic stand
RU182634U1 (en) * 2018-04-27 2018-08-24 Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") Mobile unit for calibrating ultrasonic transducers of oil and oil products
CN113884164A (en) * 2021-12-06 2022-01-04 成都千嘉科技有限公司 Self-adaptive calibration method of ultrasonic gas meter
RU2780983C1 (en) * 2022-04-21 2022-10-04 Публичное Акционерное Общество "Газпром Автоматизация" Monoblock single-line gas measuring station on ultrasonic flow transducers of large diameter with a verification unit at the place of operation
CN116026437A (en) * 2023-03-29 2023-04-28 青岛鼎信通讯科技有限公司 NFC communication-based ultrasonic water meter calibration method

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013006090A1 (en) 2013-01-10
RU2011127842A (en) 2013-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2478919C2 (en) Calibration method under operating conditions of ultrasonic flow metres - counters of flow rate and volume of liquid single-phase media
JP5292001B2 (en) System and method for on-site calibration of flow meters
Moore et al. Ultrasonic transit-time flowmeters modelled with theoretical velocity profiles: methodology
CN103808381B (en) A kind of temperature influence eliminating method of transit-time ultrasonic flow meter
Zhu et al. Variable ratio threshold and zero-crossing detection based signal processing method for ultrasonic gas flow meter
CN104040299B (en) Method of in line verification of a flow meter
CN105222839B (en) The Nonlinearity Correction Method of ultrasonic flowmeter instrument coefficient
CN104390680B (en) Transit time ultrasonic ripple heat quantity flow error correcting method
US10488237B2 (en) Measurement apparatus for measuring a flow rate of a fluid
MX2007006576A (en) System and method for flow profile calibration correction for ultrasonic flowmeters.
CA2823688C (en) Method for in-situ calibrating a differential pressure plus sonar flow meter system using dry gas conditions
Kabaciński et al. Experimental research into a new design of flow-averaging tube
Raišutis Investigation of the flow velocity profile in a metering section of an invasive ultrasonic flowmeter
Chen et al. Research on the inherent error of ultrasonic flowmeter in non-ideal hydrogen flow fields
CN113375737A (en) Flow velocity metering method of time difference type ultrasonic gas flowmeter
RU2628657C2 (en) Method of verification and calibration of gas meters
KR102183549B1 (en) Real-Time 3D Flow Meter with Ultrasonic Multiple Sensors
US11609110B2 (en) Ultrasonic flowmeter, method for operating an ultrasonic flowmeter, measuring system and method for operating a measuring system
CN114563065A (en) Gas ultrasonic flowmeter calibration method
CN105091967B (en) A kind of flow-measuring method using barrier in pipeline itself or pipeline
Alsaqoor et al. Ultrasonic technique for measuring the mean flow velocity behind a throttle: A metrological analysis
CN109932026B (en) Multi-fluid calibration
Gryshanova et al. The investigation of the correction factor for ultrasonic flow meters
Petrut et al. Flow rate computation of highly turbulent pipe flows using wide-band signals and matched filter-based approach in ultrasonic multi-element configuration
CN105890684A (en) Novel setting method for determining sound channel positions by adopting Gauss-Jacobi polynomial

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150708