RU2518253C1 - Method of fluid flow rate measurement - Google Patents
Method of fluid flow rate measurement Download PDFInfo
- Publication number
- RU2518253C1 RU2518253C1 RU2012151049/28A RU2012151049A RU2518253C1 RU 2518253 C1 RU2518253 C1 RU 2518253C1 RU 2012151049/28 A RU2012151049/28 A RU 2012151049/28A RU 2012151049 A RU2012151049 A RU 2012151049A RU 2518253 C1 RU2518253 C1 RU 2518253C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flow rate
- fluid flow
- sensitive elements
- rotation
- liquid
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкостей, в том числе для оценки производительности погружных нефтяных насосов в процессе эксплуатации.The present invention relates to measuring technique and can be used to measure the flow of liquids, including for evaluating the performance of submersible oil pumps during operation.
Хорошо известен способ измерения расхода однородной жидкости с помощью шарикового тахометрического расходомера (см, например, патент РФ №2278969 С1, МПК E21B 47/10, G01F 1/06, опубл. 27.06.2006), при котором формируют кольцевой канал для вращения чувствительного элемента, на уровне которого устанавливают датчик и фиксируют частоту вращения с последующей обработкой результатов, при этом в качестве чувствительного элемента используют шарик, изготовленный из материала с плотностью, близкой к плотности жидкости. Для последующей обработки результатов расходомер предварительно в лабораторных условиях калибруют на жидкости, расход которой будут замерять.A well-known method of measuring the flow rate of a homogeneous liquid using a ball tachometric flow meter (see, for example, RF patent No. 2278969 C1, IPC E21B 47/10, G01F 1/06, publ. 06/27/2006), in which form an annular channel for rotation of the sensitive element at the level of which a sensor is installed and the rotation frequency is fixed, followed by processing the results, while a ball made of a material with a density close to the density of the liquid is used as a sensitive element. For subsequent processing of the results, the flow meter is pre-calibrated in the laboratory for liquid, the flow rate of which will be measured.
Способ определения расхода по частоте вращения шарика в любом тахометрическом расходомере довольно прост. Частота зависит от двух групп параметров: к первой группе относятся параметры, определяющие геометрию расходомера - это размеры проточных каналов, радиус шарика и его масса (или плотность материала шарика), размер канала, в котором вращается шарик, радиус орбиты шарика; ко второй группе относятся параметры, непосредственно характеризующие жидкость: ее объемный расход, вязкость и плотность. Зафиксировав параметры первой группы конкретным исполнением расходомера, можно получить зависимость частоты вращения шарика от объемного расхода жидкости с заданными свойствами (вязкостью и плотностью). Обычно в этом случае диапазон измеряемых расходов ограничен линейным участком зависимости расхода от частоты, т.е. имеет место простая функциональная связь между объемным расходом Q и частотой вращения шарика f:Q=a1f+A2. Коэффициенты a1 и а2 определяют в стендовых условиях на стадии калибровки расходомера. По измеренной частоте вращения шарика и известным а1 и а2 и вычисляют объемный расход жидкости. Известный способ характеризуется максимальной простотой съема и обработки информационного электрического сигнала, пропорционального расходу.The method of determining the flow rate by the speed of rotation of the ball in any tachometric flow meter is quite simple. The frequency depends on two groups of parameters: the first group includes parameters that determine the geometry of the flowmeter — these are the dimensions of the flow channels, the radius of the ball and its mass (or the density of the material of the ball), the size of the channel in which the ball rotates, the radius of the ball’s orbit; the second group includes parameters that directly characterize the liquid: its volumetric flow rate, viscosity and density. By fixing the parameters of the first group with a specific flowmeter version, we can obtain the dependence of the ball rotation frequency on the volumetric flow rate of the liquid with the given properties (viscosity and density). Usually, in this case, the range of measured flow rates is limited by the linear portion of the flow versus frequency dependence, i.e. there is a simple functional relationship between the volumetric flow rate Q and the speed of rotation of the ball f: Q = a 1 f + A 2 . Coefficients a 1 and a 2 are determined in bench conditions at the stage of calibration of the flow meter. The measured frequency of rotation of the ball and the known a 1 and a 2 and calculate the volumetric flow rate of the liquid. The known method is characterized by the maximum ease of removal and processing of the information electric signal, proportional to the flow rate.
Однако существенным недостатком способа является низкая достоверность результатов при измерении расхода жидкости с неизвестными или изменяющимися свойствами, которые не могут быть учтены при калибровке расходомера. Поэтому его использование в качестве универсального датчика, в частности при измерении расхода добываемой скважинной жидкости, невозможно.However, a significant drawback of the method is the low reliability of the results when measuring fluid flow with unknown or changing properties that cannot be taken into account when calibrating the flow meter. Therefore, its use as a universal sensor, in particular when measuring the flow rate of produced well fluid, is impossible.
Предлагаемый способ позволяет с высокой точностью в широком диапазоне измерять расход жидкостей с разными, в том числе, изменяющимися в известном интервале в процессе эксплуатации свойствами.The proposed method allows with high accuracy in a wide range to measure the flow rate of liquids with different properties, including those that vary in a known interval during operation.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе измерения расхода жидкости, включающем измерение скорости вращения чувствительного элемента и последующую обработку результатов, согласно изобретению измеряют скорость вращения, по меньшей мере, двух чувствительных элементов, вращающихся на разных уровнях, причем чувствительные элементы используют с разным размером и/или массой.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of measuring fluid flow, including measuring the speed of rotation of the sensing element and subsequent processing of the results, according to the invention, the rotation speed of at least two sensing elements rotating at different levels is measured, and the sensing elements are used with different sizes and / or mass.
При этом соотношение масс чувствительных элементов, вращающихся на разных уровнях, может находиться в интервале 1-4, а соотношение их характерных размеров - в интервале 1-1.5.In this case, the mass ratio of sensitive elements rotating at different levels can be in the range of 1-4, and the ratio of their characteristic sizes in the range of 1-1.5.
Такое соотношение массы и размеров чувствительных элементов дает возможность обеспечивать значимую разницу в частотах их вращения и снизить влияние погрешности определения самих частот на точность измерения расхода.This ratio of the mass and size of the sensitive elements makes it possible to provide a significant difference in the frequencies of their rotation and to reduce the influence of the error in determining the frequencies themselves on the accuracy of flow measurement.
В том случае, когда плотность жидкости известна и остается неизменной или изменяется незначительно в процессе замеров, а расходомер откалиброван в лабораторных условиях на жидкостях с разной вязкостью, способ может быть реализован с помощью тахометрического расходомера, в котором используют два чувствительных элемента. Если же в процессе замеров меняется как вязкость, так и плотность жидкости, скорость вращения следует измерять с помощью трех чувствительных элементов, вращающихся на разных уровнях.In the case when the density of the liquid is known and remains unchanged or changes slightly during the measurement process, and the flow meter is calibrated in the laboratory on liquids with different viscosities, the method can be implemented using a tachometric flow meter in which two sensing elements are used. If, during the measurement process, both viscosity and fluid density change, the rotation speed should be measured using three sensing elements rotating at different levels.
Функциональная зависимость частот вращения каждого из трех чувствительных элементов f1, f2 и f3 от параметров задачи имеет следующий общий вид:The functional dependence of the rotation frequencies of each of the three sensitive elements f 1 , f 2 and f 3 on the parameters of the problem has the following general form:
f1=F(Q, ν, ρ, gs, m1, r1)f1 = F (Q, ν, ρ, gs, m 1 , r 1 )
f2=F(Q, ν, ρ, gs, m2, r2))f2 = F (Q, ν, ρ, gs, m 2 , r 2 ))
f3=F(Q, ν, ρ, gs, m3, r3))f3 = F (Q, ν, ρ, gs, m 3 , r 3 ))
где Q - объемный расход жидкости, ν - вязкость жидкости, ρ - плотность жидкости, геометрические параметры расходомера обозначены как gs, m1, m2, m3 - массы чувствительных элементов, r1, r2, r3 - характерные размеры чувствительных элементов (для шариков, например, это радиусы). В полученной системе трех уравнений неизвестными являются три величины: Q, gs, ν, ρ, поэтому данная система уравнений разрешима при проведении замеров на трех орбитах вращения чувствительных элементов.where Q is the volumetric flow rate of the liquid, ν is the viscosity of the liquid, ρ is the density of the liquid, the geometric parameters of the flowmeter are indicated as gs, m 1 , m 2 , m 3 are the masses of the sensitive elements, r 1 , r 2 , r 3 are the characteristic dimensions of the sensitive elements (for balls, for example, these are the radii). In the obtained system of three equations, three quantities are unknown: Q, gs, ν, ρ; therefore, this system of equations is solvable when measuring in three orbits of rotation of the sensitive elements.
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
Перед использованием расходомер калибруют в лабораторных условиях с целью получения зависимости расхода жидкости от частоты вращения каждого чувствительного элемента при различных вязкостях и плотностях испытуемой жидкости.Before use, the flow meter is calibrated in laboratory conditions in order to obtain the dependence of fluid flow on the speed of each sensing element at different viscosities and densities of the test fluid.
Далее выбирают математическую процедуру, позволяющую по двум частотам однозначно определить как расход, так и вязкость жидкости, либо по трем частотам - расход, вязкость и плотность жидкости. Эта процедура может быть реализована разными способами, например, с помощью построения прямых функциональных зависимостей Q=Q(f1, f2, f3), ν=ν(f1, f2, f3), ρ=ρ(f1, f2, f3) по измеренным данным или с использованием технологии обучаемой нейросети с входными параметрами - f1, f2, f3 и выходными - Q, ν, ρ без построения явных зависимостей; возможны также любые другие численные алгоритмы пересчета частот вращения чувствительных элементов в расход жидкости.Next, choose a mathematical procedure that allows for two frequencies to uniquely determine both the flow rate and viscosity of the liquid, or three frequencies - flow rate, viscosity and density of the liquid. This procedure can be implemented in various ways, for example, by constructing direct functional dependencies Q = Q (f 1 , f 2 , f 3 ), ν = ν (f 1 , f 2 , f 3 ), ρ = ρ (f 1 , f 2 , f 3 ) according to the measured data or using the technology of a trained neural network with input parameters f 1 , f 2 , f 3 and output parameters Q, ν, ρ without constructing explicit dependencies; any other numerical algorithms for converting the rotational speeds of sensitive elements into fluid flow are also possible.
В качестве примера покажем реализацию способа измерения расхода жидкости, плотность которой в процессе замеров не меняется, т.е. в случае, когда достаточно использовать два чувствительных элемента.As an example, we show the implementation of a method for measuring the flow rate of a liquid whose density does not change during measurements, i.e. in the case when it is enough to use two sensing elements.
На стадии калибровки строим набор зависимостей расхода жидкости от частоты вращения каждого чувствительного элемента Q(f1), Q(f2) при различных вязкостях из предлагаемого диапазона. В качестве чувствительных элементов использованы феррорезиновые шарики радиусом r1=3,25 мм с массой m1=0,63 г и радиусом r2=2,5 мм с массой m2=0,23 г. На фиг.1 приведена часть линейных зависимостей Q=a1f+a2, полученных при следующих значениях вязкости: 1-7 сСт; 2-48 сСт, 3-126 сСт, 4 -303 сСт, по которым определяют коэффициенты a1 и a2 для каждой экспериментально найденной линейной функции.At the calibration stage, we construct a set of dependences of the fluid flow on the rotation frequency of each sensitive element Q (f 1 ), Q (f 2 ) at various viscosities from the proposed range. As sensitive elements used ferroresin balls with a radius of r 1 = 3.25 mm with a mass of m 1 = 0.63 g and a radius of r 2 = 2.5 mm with a mass of m 2 = 0.23 g. Figure 1 shows a part of linear dependences Q = a 1 f + a 2 obtained with the following viscosity values: 1-7 cSt; 2-48 cSt, 3-126 cSt, 4-303 cSt, which determine the coefficients a 1 and a 2 for each experimentally found linear function.
Необходимо отметить, что изменение размера и/или массы чувствительного элемента приводит к изменению наклона линейной функции Q(f), т.е. к изменению коэффициента a1.It should be noted that a change in the size and / or mass of the sensitive element leads to a change in the slope of the linear function Q (f), i.e. to a change in the coefficient a 1 .
Значения коэффициентов вводят в контроллер устройства, обрабатывающего сигнал от расходомера, формируя таким образом исходное пространство возможных решений.The values of the coefficients are entered into the controller of the device that processes the signal from the flow meter, thus forming the initial space of possible solutions.
После измерения частот вращения f1 и f2 двух чувствительных элементов для одной из измеренных частот вращения, например второго чувствительного элемента f2, определяют по полученным ранее зависимостям Q(f2) набор расходов, каждый из которых соответствует своей вязкости (см. правую часть фиг.1). По данному набору расходов с использованием обратных линейных зависимостей для первого чуствительного элемента f1(Q) находят соответствующий возможный набор частот вращения первого чувствительного элемента
Таким образом, применение заявленного способа позволяет при определении объемного расхода жидкости по частотам вращения чувствительных элементов, отличающихся размером и/или массой, автоматически учитывать вязкость и плотность измеряемой жидкости.Thus, the application of the inventive method allows, when determining the volumetric flow rate of the liquid from the rotational speeds of sensitive elements of different size and / or mass, to automatically take into account the viscosity and density of the measured liquid.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012151049/28A RU2518253C1 (en) | 2012-11-28 | 2012-11-28 | Method of fluid flow rate measurement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012151049/28A RU2518253C1 (en) | 2012-11-28 | 2012-11-28 | Method of fluid flow rate measurement |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2518253C1 true RU2518253C1 (en) | 2014-06-10 |
RU2012151049A RU2012151049A (en) | 2014-06-10 |
Family
ID=51213946
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012151049/28A RU2518253C1 (en) | 2012-11-28 | 2012-11-28 | Method of fluid flow rate measurement |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2518253C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2000125341A (en) * | 2000-10-09 | 2002-11-27 | Государственное предприятие "Всесоюзный научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций" | SENSOR OF A TACHOMETRIC BALL FLOW METER (OPTIONS) |
DE102006034296A1 (en) * | 2006-07-21 | 2008-01-24 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Measuring system for detecting measured variable, particularly mass flow, volume flow, flow rate, density, viscosity, has measuring sensor, with particularly straight measuring tube, which serves to guide medium which is to be measured |
RU2379632C1 (en) * | 2008-04-21 | 2010-01-20 | Открытое акционерное общество "Инженерно-производственная фирма СИБНЕФТЕАВТОМАТИКА" | Method for measurement of liquid medium characteristics, namely volumetrical flow and viscosity, and device for its realisation |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2201578C2 (en) * | 2000-10-09 | 2003-03-27 | Федеральное государственное унитарное дочернее предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт атомных электростанций" | Pickup of tachometric ball flowmeter ( variants ) |
-
2012
- 2012-11-28 RU RU2012151049/28A patent/RU2518253C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2000125341A (en) * | 2000-10-09 | 2002-11-27 | Государственное предприятие "Всесоюзный научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций" | SENSOR OF A TACHOMETRIC BALL FLOW METER (OPTIONS) |
DE102006034296A1 (en) * | 2006-07-21 | 2008-01-24 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Measuring system for detecting measured variable, particularly mass flow, volume flow, flow rate, density, viscosity, has measuring sensor, with particularly straight measuring tube, which serves to guide medium which is to be measured |
RU2379632C1 (en) * | 2008-04-21 | 2010-01-20 | Открытое акционерное общество "Инженерно-производственная фирма СИБНЕФТЕАВТОМАТИКА" | Method for measurement of liquid medium characteristics, namely volumetrical flow and viscosity, and device for its realisation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012151049A (en) | 2014-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6467358B1 (en) | Method of measuring flow rates of respective fluids constituting multiphase fluid and flow meter for multiphase flow utilizing same | |
RU2487322C1 (en) | Method and device to detect flow error in vibration flow metre | |
CA2833329C (en) | Nuclear magnetic flow meter and method for operation of nuclear magnetic flow meters | |
JP6300924B2 (en) | Coriolis type device for directly measuring the source and method for measuring the source directly | |
US11150121B2 (en) | Monitoring of fluid flow | |
AU2012395800A1 (en) | Detection of a change in the cross - sectional area of a fluid tube in a vibrating meter by determining a lateral mode stiffness | |
US6857323B1 (en) | Two phase flow sensor using tomography techniques | |
CN110631959A (en) | Method and device for eliminating end effect error in measurement of apparent viscosity of non-Newtonian fluid | |
WO2000057138A1 (en) | Method and apparatus for measuring the mass flow rate of a fluid | |
JP6419296B2 (en) | Coriolis type device for directly measuring the source and method for measuring the source directly | |
US20130219986A1 (en) | Method and apparatus for calibrating a flow meter | |
RU2518253C1 (en) | Method of fluid flow rate measurement | |
US20120247190A1 (en) | Rheometer | |
RU2441204C1 (en) | Method of measuring density and level of liquid | |
RU2743511C1 (en) | Flow method for measuring viscosity of newtonian and non-newtonian liquids using slit-type narrowing device | |
KR102035859B1 (en) | Process for Measuring Viscosity | |
Jamróz | Effect of the continuous traverse trajectory and dynamic error of the vane anemometer on the accuracy of average velocity measurements at the cross-section of the mine heading–model-based testing | |
RU2521721C1 (en) | Measuring method of component-by-component flow rate of gas-liquid mixture | |
RU2456576C2 (en) | Method of measuring viscosity and apparatus for realising said method | |
RU2217704C2 (en) | Method for graduating and testing liquid meters and flow meters (variants) | |
RU2279641C2 (en) | Method and device for measuring mass flow rate of gas-liquid mixture | |
US11353510B1 (en) | Method for testing a device under test | |
RU2803043C1 (en) | Method for assessing the state of a coriolis flowmeter for its verification and/or disagnostics | |
RU2737243C1 (en) | In-line instrument for measuring viscosity of newtonian and non-newtonian liquids using slit-type narrowing device | |
US11841257B2 (en) | Method and apparatus for measuring wet gas utilizing an augmented Coriolis flow meter |