RU2583167C1 - Method of measuring gas flow in pipelines and device therefor - Google Patents
Method of measuring gas flow in pipelines and device therefor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2583167C1 RU2583167C1 RU2015104616/28A RU2015104616A RU2583167C1 RU 2583167 C1 RU2583167 C1 RU 2583167C1 RU 2015104616/28 A RU2015104616/28 A RU 2015104616/28A RU 2015104616 A RU2015104616 A RU 2015104616A RU 2583167 C1 RU2583167 C1 RU 2583167C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- gas flow
- ultrasonic
- pipe
- measuring
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/66—Measuring 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерений расхода газа в трубопроводах.The invention relates to measuring equipment and can be used in devices for measuring gas flow 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. К таким расходомерам можно отнести, например, ультразвуковой расходомер (п. РФ №2106603, G01F 1/66, опубл. 10.03.1998), а также устройство для измерения расхода газа и способ его измерения (п. РФ №2047097, G01F 1/66, опубл. 27.10.95). Приборы такого вида используют пары ультразвуковых преобразователей (УЗП), встроенных 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 gas flow. Such flowmeters include, for example, an ultrasonic flow meter (Cl. RF No. 2106603,
Другой вид расходомеров использует пары накладных УЗП. Этот вариант приборов позволяет легко монтировать УЗП на трубопроводах без нарушения целостности трубы и остановки работы трубопровода, без размещения чувствительных элементов расходомера в потоке газа, не подвергая их, таким образом, возможному агрессивному воздействию среды и не создавая помех движению потока. Однако использование накладных УЗП затрудняется большой разницей акустических импедансов материала трубы и газа (более чем пять порядков). В результате в газ излучается, а затем в приемном УЗП принимается лишь ничтожная часть первоначально излученной ультразвуковой энергии. В то же время акустические колебания, возникающие в стенке трубы, во много раз превышают акустические колебания в газе и создают в точке приема мощные акустические колебания на рабочей частоте зондирующей посылки, мешающие выделению ослабленного, прошедшего через газ сигнала. Отражения ультразвуковых колебаний от неоднородностей стенки трубы (швы, фланцы, изгибы и т.д.), а также прохождение волн (из-за наличия боковых лепестков в диаграмме направленности УЗП) 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 flow meter uses a pair of overhead SPD. This variant of devices makes it easy to install an ultrasonic protection device on pipelines without violating the integrity of the pipe and stopping the operation of the pipeline, without placing sensitive elements of the flowmeter in the gas stream, without exposing them, thus, to possible aggressive environmental influences and without interfering with the flow. However, the use of overhead ultrasonic testing is hampered by the large difference in acoustic impedances of the pipe material and gas (more than five orders of magnitude). As a result, only a negligible part of the initially emitted ultrasonic energy is emitted into the gas, and then in the receiving SPD. At the same time, the acoustic vibrations arising in the pipe wall are many times higher than the acoustic vibrations in the gas and create powerful acoustic vibrations at the receiving point at the operating frequency of the probe package, which interferes with the release of the attenuated signal transmitted through the gas. Reflections of ultrasonic vibrations from the inhomogeneities of the pipe wall (seams, flanges, bends, etc.), as well as the passage of waves (due to the presence of side lobes in the radiation pattern of the ultrasonic inspection) along spiral paths along the pipe wall, can lead to the appearance of stationary interference in the temporary the interval of occurrence of a useful signal in the receiving SPD, which disrupts the normal operation of the device.
Известен способ измерения расхода газа и ультразвуковой газовый расходомер "Controlotron's WideBeam™, Cavity-Free™ Ultrasonic Flowmeters Achieve Process and Natural Gas Custody Transfer Accuracy and Performance" www.iceweb.com.au/flow/ultrasonicpapers/custodytransferaccperformance.pdf, принятый в качестве прототипа, в котором используются накладные УЗП, возбуждающие в стенке трубы волну Лэмба, которая далее возбуждает в газе продольную ультразвуковую волну. В этом случае труба используется как волновод ультразвуковой волны Лэмба и выполняет роль удлинителя эффективной излучающей поверхности подошвы самого УЗП. Бегущая вдоль образующей трубы волна Лэмба излучает в газ продольную ультразвуковую волну. Эта волна проходит через поток газа и возбуждает в противоположной стенке аналогичную волну Лэмба, которая далее движется по стенке в приемный УЗП. Находясь в газе, волна перемещается вместе с потоком и при выходе из газа на стенку трубы попадает в другую точку внутренней поверхности трубы. Далее «волноводное» свойство трубы переносит сигнал к приемному УЗП без дополнительных искажений. Кроме того, продольная волна в газе может быть отражена от противоположных стенок несколько раз и уже потом возбуждать в стенке трубы волну Лэмба, которая попадает по образующей трубопровода в приемный УЗП.A known method of measuring gas flow and ultrasonic gas flow meter "Controlotron's WideBeam ™, Cavity-Free ™ Ultrasonic Flowmeters Achieve Process and Natural Gas Custody Transfer Accuracy and Performance" www.iceweb.com.au/flow/ultrasonicpapers/custodytransferaccperformance.pdf, adopted as prototype, which uses overhead ultrasonic testing, exciting the Lamb wave in the pipe wall, which further excites a longitudinal ultrasonic wave in the gas. In this case, the tube is used as a waveguide of the ultrasonic Lamb wave and acts as an extension of the effective radiating surface of the sole of the ultrasonic testing device itself. A Lamb wave running along a pipe generatrix emits a longitudinal ultrasonic wave into the gas. This wave passes through the gas stream and excites in the opposite wall a similar Lamb wave, which then moves along the wall to the receiving ultrasonic protection device. Being in the gas, the wave moves along with the flow and, when it leaves the gas, reaches the pipe wall at another point on the pipe’s inner surface. Further, the “waveguide” property of the pipe transfers the signal to the receiving ultrasonic protection without additional distortions. In addition, a longitudinal wave in a gas can be reflected several times from opposing walls and only then can a Lamb wave be excited in the pipe wall, which enters the receiving ultrasonic transformer along the pipeline generatrix.
Нужно отметить, что в прототипе и в выпускаемых на основе метода приборах используются пары УЗП с традиционной организацией, каждый из которых состоит из пьезопластины, звукопровода и элементов крепления. Оба УЗП закрепляются либо на одной образующей трубы, либо на двух противоположных, находящихся в одной диаметральной плоскости. Волна Лэмба, имеющая из-за ограниченных размеров излучающей поверхности УЗП определенную расходящуюся диаграмму направленности, распространяется, в основном, вдоль образующей, излучая в газ ультразвуковую волну, которая пронизывает часть газового потока, симметричную относительно диаметральной плоскости, в которой установлены оба УЗП. Форма пучка излученной в газ волны представляет собой продольную вдоль трубы щель с убывающей к оси трубы и увеличивающейся после нее шириной.It should be noted that in the prototype and in devices manufactured on the basis of the method, pairs of ultrasonic testing with a traditional organization are used, each of which consists of a piezo plate, sound pipe and fastening elements. Both SPDs are fixed either on one generatrix of the pipe, or on two opposite pipes located in one diametrical plane. The Lamb wave, which, due to the limited size of the radiating surface of the ultrasonic waveguide, has a certain diverging radiation pattern, propagates mainly along the generatrix, emitting an ultrasonic wave into the gas, which penetrates the part of the gas stream that is symmetrical with respect to the diametrical plane in which both the ultrasonic waves are mounted. The shape of the beam of the wave radiated into the gas is a longitudinal slit along the pipe with a decreasing width to the pipe axis and increasing after it.
Далее, как и в расходомерах обычного типа, для вычисления скорости потока используется информация о времени распространения сигнала вверх и вниз по течению, в том числе и после нескольких отражений от стенки трубы.Further, as in conventional flowmeters, information on the propagation time of the signal upstream and downstream, including after several reflections from the pipe wall, is used to calculate the flow rate.
Достоинством метода является явное повышение энергии ультразвукового сигнала, прошедшего через газ за счет излучения стенкой трубы продольной волны в газ. Для излучения в газ используется не только площадь башмака УЗП, имеющая очень ограниченный размер, но достаточно длинный участок стенки трубы во время движения по ней волны Лэмба. Причем указанное преимущество используется дважды: при излучении в газ и при приеме сигнала из газа.The advantage of the method is a clear increase in the energy of the ultrasonic signal transmitted through the gas due to the radiation of the longitudinal wave pipe into the gas by the wall of the pipe. For radiation into the gas, not only the USP shoe area is used, which has a very limited size, but a rather long section of the pipe wall during the movement of the Lamb wave along it. Moreover, this advantage is used twice: when emitting into gas and when receiving a signal from gas.
Недостатками метода являются:The disadvantages of the method are:
- все еще слабая энергонасыщенность сигнала, прошедшего через газ, обусловленная, во-первых, большой разницей акустических импедансов материала трубы и газовой среды и, во-вторых, расходимостью волны Лэмба относительно образующей стенки трубы, вдоль которой она распространяется, из-за ограниченных размеров применяемого УЗП, так что в приемный УЗП попадает лишь небольшая часть энергии, излученной передающим УЗП,- still low energy saturation of the signal transmitted through the gas, caused, firstly, by the large difference in acoustic impedances of the pipe material and the gas medium and, secondly, by the divergence of the Lamb wave relative to the generatrix of the pipe wall along which it propagates, due to limited dimensions applied SPD, so that only a small part of the energy radiated by the transmitting SPD gets into the receiving SPD,
- высокий уровень стационарных помех, обусловленных, прежде всего, боковыми лучами волны Лэмба, которые, двигаясь по длинным спиральным траекториям, могут приходить в приемный УЗП примерно в то же время, что и полезный сигнал, прошедший через газ, и в силу значительно меньшего затухания при распространении по металлу иметь большую амплитуду, маскировать полезный сигнал и затруднять его выделение,- a high level of stationary interference caused, first of all, by the lateral rays of the Lamb wave, which, moving along long spiral paths, can arrive at the receiving SPD at about the same time as the useful signal transmitted through the gas, and due to significantly less attenuation when propagating through metal, have a large amplitude, mask a useful signal and make it difficult to isolate,
- ограниченность доли объема трубопровода, пронизываемой продольной ультразвуковой волной в газе, что несколько снижает представительность результатов измерений; можно представить себе случай, когда по каким-то причинам основная часть газового потока, несущая основную массу газа, смещена относительно диаметральной плоскости и не захватывается зондирующим пучком, что, естественно, сильно исказит результат.- limited portion of the volume of the pipeline pierced by a longitudinal ultrasonic wave in the gas, which somewhat reduces the representativeness of the measurement results; One can imagine the case when, for some reason, the main part of the gas flow carrying the bulk of the gas is displaced relative to the diametrical plane and is not captured by the probe beam, which, of course, greatly distorts the result.
Поскольку импеданс газовой среды сильно снижается с уменьшением давления, то указанные недостатки обуславливают ограничение метода, выражающееся в том, что минимальное давление газовой среды, при котором еще возможны измерения, находится на уровне 10-15 бар, т.е. измерения при более низких давлениях без применения других специальных мероприятий невозможны.Since the impedance of the gaseous medium decreases significantly with decreasing pressure, these drawbacks cause the method to be limited, which means that the minimum pressure of the gaseous medium at which measurements are still possible is at the level of 10-15 bar, i.e. measurements at lower pressures without the use of other special measures are not possible.
Задачами изобретения являются:The objectives of the invention are:
- повышение энергонасыщенности зондирующей ультразвуковой посылки с целью существенного увеличения амплитуды полезного сигнала, прошедшего через газ, причем не чисто экстенсивным путем, за счет увеличения амплитуды возбуждающего напряжения, а за счет физических приемов, позволяющих перестроить соотношение различных полезных и бесполезно расходуемых частей ультразвуковой энергии на разных стадиях прохождения сигнала от передающего до принимающего УЗП,- increasing the energy saturation of the probing ultrasonic package in order to significantly increase the amplitude of the useful signal transmitted through the gas, and not in a purely extensive way, by increasing the amplitude of the exciting voltage, but due to physical methods that allow you to rebuild the ratio of different useful and useless parts of ultrasonic energy to different stages of the passage of the signal from the transmitting to the receiving SPD,
- снижение уровня стационарных помех, обусловленных прохождением излучения по спиральным траекториям в стенке трубы или отражением от различных неоднородностей в трубе,- reduction of the level of stationary interference caused by the passage of radiation along spiral paths in the pipe wall or by reflection from various inhomogeneities in the pipe,
- увеличение доли сечения газового потока, пронизываемого зондирующим пучком, а следовательно, и статистической представительности измерений.- an increase in the proportion of the cross section of the gas stream penetrated by the probe beam, and hence the statistical representativeness of the measurements.
Технический результат заключается в повышении точности измерения расхода за счет получения более мощного сигнала, проходящего через газ, при существенном ослаблении влияния на него стационарных помех.The technical result consists in increasing the accuracy of flow measurement by obtaining a more powerful signal passing through the gas, while significantly reducing the effect of stationary noise on it.
Технический результат достигается тем, что 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 сигнала, прошедшего через поток газа, измерении разности времен распространения сигнала по направлению потока и против него и определении величины расхода газа, возбуждают волну Лэмба кольцевой структуры с круговой симметрией относительно оси трубы, которая, в свою очередь, излучает продольную волну в газ, которая затем, пройдя через газ, возбуждает аналогичную волну Лэмба с круговой симметрией, которая достигает приемного УЗП, что обеспечивает увеличение мощности полезного сигнала и, соответственно, улучшение эксплуатационных характеристик расходомера.The technical result is achieved by the fact that in the method of measuring the gas flow in pipelines, which consists in the excitation of longitudinal ultrasonic waves in the gas in and against the stream due to the excitation of Lamb waves in the pipe wall, isolating the signal transmitted through the gas stream, measuring the difference of the signal propagation times through the direction of the flow and against it and determining the magnitude of the gas flow, excite the Lamb wave of a circular structure with circular symmetry relative to the axis of the pipe, which, in turn, emits a longitudinal wave into gas, which then, passing through the gas, excites a similar Lamb wave with circular symmetry, which reaches the receiving SPD, which provides an increase in the power of the useful signal and, accordingly, an improvement in the operational characteristics of the flowmeter.
Устройство для измерения расхода газа в трубопроводе состоит из пары накладных УЗП для возбуждения в трубопроводе и приема волн Лэмба из трубопровода. Пьезопластины и звукопроводы УЗП имеют кольцевую конструкцию. Звукопроводы состоят из цилиндрической части, торцевая поверхность которой сопрягается с рабочей плоскостью пьезопластины, и конусной части, обеспечивающей поворот цилиндрического ультразвукового пучка и ввод его в стенку трубы под необходимым углом.A device for measuring gas flow in a pipeline consists of a pair of overhead ultrasonic testing devices for exciting in a pipeline and receiving Lamb waves from the pipeline. The piezoelectric plates and sound ducts of the ultrasonic testing device have a ring design. Sound ducts consist of a cylindrical part, the end surface of which is interfaced with the working plane of the piezoelectric plate, and a conical part, which ensures rotation of the cylindrical ultrasonic beam and its entry into the pipe wall at the required angle.
Каждый преобразователь может состоять из двух сборок, симметричных относительно диаметральной плоскости, при этом каждая сборка состоит из пьезопластины в виде полукольца и сопряженного с ней звукопровода в виде полукольца, стянутых хомутами и образующих кольцевые структуры.Each transducer can consist of two assemblies symmetrical with respect to the diametrical plane, with each assembly consisting of a piezoelectric plate in the form of a half ring and an associated sound duct in the form of a half ring, tightened by clamps and forming ring structures.
Предложенные способ и устройство имеют следующие преимущества:The proposed method and device have the following advantages:
- во-первых, максимально используется поверхность трубы, доступная для передачи ультразвуковой энергии в стенку трубы и из стенки трубы, что, в принципе, позволяет увеличить мощность излучаемого и принимаемого сигнала,- firstly, the pipe surface is used to the maximum extent available for transmitting ultrasonic energy to and from the pipe wall, which, in principle, allows to increase the power of the emitted and received signal,
- во-вторых, диаграмма направленности каждого из пары кольцевых УЗП с круговой симметрией относительно оси, будучи развернутой на плоскости, соответствует излучателю и приемнику с «неограниченным» поперечным размером, у которой отсутствуют боковые лепестки, что исключает излучение и прием спиральных волн, и, соответственно, потери сигнала из-за расходимости ультразвукового пучка по сравнению с традиционными УЗП, используемыми в прототипе,- secondly, the directivity diagram of each of the pair of circular ultrasonic scanning devices with circular symmetry with respect to the axis, when deployed on a plane, corresponds to an emitter and a receiver with an "unlimited" transverse dimension that has no side lobes, which excludes the emission and reception of spiral waves, and, accordingly, the signal loss due to the divergence of the ultrasonic beam in comparison with traditional ultrasonic scanning, used in the prototype,
- в-третьих, в силу значительного увеличения энергонасыщенности сигнала (примерно в 700-900 раз) и значительного подавления спиральных помех появляется возможность регистрировать полезные сигналы после нескольких отражений (например, после 32 отражений); при этом зарегистрированный полезный сигнал несет информацию по более длинному «простреливаемому» объему газа, что, с одной стороны, повышает статистическую ценность одного цикла измерения и, с другой стороны, увеличивающееся при этом время нахождения сигнала в газе, и, соответственно, большее общее время прохождения сигнала от передающего УЗП до приемного позволяет измерять его с меньшей относительной ошибкой,- thirdly, due to a significant increase in the energy saturation of the signal (about 700-900 times) and a significant suppression of spiral noise, it becomes possible to register useful signals after several reflections (for example, after 32 reflections); in this case, the recorded useful signal carries information on a longer “shot through” gas volume, which, on the one hand, increases the statistical value of one measurement cycle and, on the other hand, increases the signal residence time in the gas, and, accordingly, the longer total time the passage of the signal from the transmitting SPD to the receiving allows you to measure it with a smaller relative error,
- в-четвертых, зондирующий ультразвуковой сигнал пронизывает все сечение трубы, повышая, таким образом, статистическую представительность измерений.- fourthly, the probing ultrasonic signal penetrates the entire cross section of the pipe, thus increasing the statistical representativeness of the measurements.
Таким образом, по сравнению с прототипом в предлагаемом способе для выделения сигнала, прошедшего через поток газа, используется, с одной стороны, существенно более мощный сигнал, проходящий через газ, а с другой стороны - существенно ослабляется влияние на него стационарных помех, обусловленных спиральными траекториями распространения волн Лэмба.Thus, in comparison with the prototype, the proposed method for isolating a signal transmitted through a gas stream uses, on the one hand, a significantly more powerful signal passing through a gas, and on the other hand, the influence of stationary noise caused by spiral paths is significantly attenuated Lamb wave propagation.
Измерение времени прохождения ультразвукового пакета по направлению потока и против него и, соответственно, посылка зондирующих импульсов может осуществляться одновременно или по очереди обоими УЗП пары. 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 probe pulses can be carried out simultaneously or in turn by both ultrasound couples. 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.
На фиг. 1 изображено устройство для измерения расхода газа в трубопроводе, на фиг. 2 - вариант устройства, в котором преобразователь может состоять из двух сборок, гдеIn FIG. 1 shows a device for measuring gas flow in a pipeline; FIG. 2 is a variant of the device in which the converter may consist of two assemblies, where
1 - трубопровод с газом,1 - pipeline with gas,
2 - кольцевая пьезопластина,2 - annular piezoelectric plate,
3 - звукопровод,3 - sound duct,
4 - отражающая конусная поверхность звукопровода,4 - reflective conical surface of the sound duct,
5 - звукопровод в виде полукольца,5 - sound pipe in the form of a half ring,
6 - пьезопластина в виде полукольца,6 - a piezoelectric plate in the form of a half ring,
7 - стягивающий хомут.7 - a tightening collar.
Устройство работает следующим образом (см. фиг. 1).The device operates as follows (see Fig. 1).
Высокочастотный пакет ультразвуковых колебаний, рождающийся в пьезопластине 2 (на фиг. 1 передающей является правая пьезопластина) вследствие подачи на нее пакета электрических колебаний от выходных каскадов электронной части расходомера (на фиг. не приводится), распространяется внутри и вдоль цилиндрической части звукопровода 3 (параллельно оси трубопровода) до конусной отражающей поверхности 4, отразившись от которой, распространяется далее в виде пучка конусной формы, подходящего к поверхности трубы 1 под углом α, необходимым для возбуждения в стенке трубы 1 заданной волны Лэмба. При этом ультразвуковой пучок является в каждом сечении звукопровода симметричным относительно оси, т.е. равномерным вдоль любой окружности с центром на оси, пересекающей трубопровод 1 и звукопровод 3 в плоскости, нормальной к оси трубы 1. Аналогичным свойством обладает и возбужденная в стенке трубы 1 волна Лэмба, т.е. она симметрична относительно оси трубы, и амплитуда и фаза вдоль любой окружности с центром на оси, пересекающей трубопровод 1 и звукопровод 3 в плоскости, нормальной к оси, имеют постоянную величину. Таким образом, в силу конструктивной симметрии кольцевого УЗП ультразвуковые лучи волны Лэмба не расходятся, а движутся параллельно друг другу вдоль образующих стенки трубопровода 1. При этом практически вся ультразвуковая энергия, излученная в стенку трубы 1, за исключением потерь на естественное затухание в материале, достигает принимающего кольцевого УЗП, не уменьшаясь из-за расходимости пучка, как это имеет место в УЗП прототипа.The high-frequency package of ultrasonic vibrations generated in piezoelectric plate 2 (the right piezoelectric plate is transmitting in Fig. 1) due to the supply of an electric vibrations packet from the output stages of the electronic part of the flowmeter (not shown in Fig. 1) to it, propagates inside and along the cylindrical part of the sound pipe 3 (in parallel the axis of the pipeline) to the conical reflecting
Возбужденная в стенке трубы 1 волна Лэмба с круговой симметрией относительно оси, перемещаясь вдоль образующих трубы 1, в свою очередь, возбуждает продольную ультразвуковую волну в газе, которая движется под некоторым углом β к оси трубы 1, и фронт которой также представляет конусную поверхность, с равномерной плотностью ультразвуковой энергии вдоль любой окружности (с центром на оси) на поверхности этого конуса. Дойдя до противоположной стенки трубы 1, продольная волна из газа возбуждает в ней аналогичную волну Лэмба, которая по стенке трубы 1 достигает звукопровода 3 и пьезопластины 2 принимающего УЗП (слева на фиг. 1). Т.е. и полезный сигнал, прошедший через газ, имеет симметрию относительно оси и также имеет по сравнению с прототипом с парой традиционных УЗП повышенный уровень энергии. Движение ультразвуковой энергии в виде волны Лэмба в стенке трубы или в виде продольной волны в звукопроводе и в газе на фигуре показано стрелками.The Lamb wave excited in the wall of
Одновременно из-за симметрии УЗП относительно оси трубопровода проявляется другое полезное свойство кольцевого УЗП - резкое снижение уровня излучения ультразвуковой энергии по спиральным траекториям и, как следствие, пониженный уровень стационарных помех. По существу, возможность абсолютного их подавления ограничивается только неравномерностью электромеханических свойств пьезопластин и неидеальным исполнением элементов звукопровода.At the same time, due to the symmetry of the SPD relative to the axis of the pipeline, another useful property of the ring SPD is a sharp decrease in the level of ultrasonic energy radiation along spiral paths and, as a result, a lower level of stationary interference. Essentially, the possibility of their absolute suppression is limited only by the non-uniformity of the electromechanical properties of the piezoelectric plates and the imperfect performance of the elements of the sound duct.
Полученные таким образом временные отметки далее традиционным способом используются для вычисления скорости потока газа и его объемного расхода.The time stamps thus obtained are then used in the traditional way to calculate the gas flow rate and its volumetric flow rate.
В процессе применения ВУЗП может возникнуть ситуация, когда по условиям эксплуатации исключается возможность установки кольцевых УЗП пары натягиванием через торцы трубопровода. В этом случае может быть применена конструкция, приведенная на фиг. 2, представляющая собой пару одинаковых кольцевых УЗП, каждый из которых состоит из двух одинаковых сборок, полученных разрезанием исходной конструкции на фиг. 1 по диаметральной плоскости. Каждая сборка состоит из пьезопластины 6 в виде полукольца и звукопровода 5 в виде сопряженного с ней полукольца. После накладки обеих сборок каждого УЗП пары на поверхность трубы они стягиваются хомутом 7 и образуют полную кольцевую структуру, обладающую всеми вышеприведенными достоинствами.In the process of application of VUZP, a situation may arise when, under operating conditions, the possibility of installing ring-type ultrasonic couplers by pulling through the ends of the pipeline is excluded. In this case, the construction shown in FIG. 2, which is a pair of identical circular SPDs, each of which consists of two identical assemblies obtained by cutting the original structure in FIG. 1 along the diametrical plane. Each assembly consists of a
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015104616/28A RU2583167C1 (en) | 2015-02-11 | 2015-02-11 | Method of measuring gas flow in pipelines and device therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015104616/28A RU2583167C1 (en) | 2015-02-11 | 2015-02-11 | Method of measuring gas flow in pipelines and device therefor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2583167C1 true RU2583167C1 (en) | 2016-05-10 |
Family
ID=55959823
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015104616/28A RU2583167C1 (en) | 2015-02-11 | 2015-02-11 | Method of measuring gas flow in pipelines and device therefor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2583167C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112136023A (en) * | 2019-03-16 | 2020-12-25 | 石油和天然气计量设备公司 | Small ultrasonic flowmeter, in particular for gases |
RU2791667C1 (en) * | 2022-04-07 | 2023-03-13 | Алексей Андреевич Калмыков | Method for ultrasonic measurement of parameters of gas-air homogeneous flows |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4735097A (en) * | 1985-08-12 | 1988-04-05 | Panametrics, Inc. | Method and apparatus for measuring fluid characteristics using surface generated volumetric interrogation signals |
RU2313068C2 (en) * | 2006-02-01 | 2007-12-20 | Закрытое акционерное общество "УЛЬТРАМЕР"-ЗАО "УЛЬТРАМЕР" | Mode of measuring gas consumption in main pipelines and an arrangement for its execution |
RU2339915C1 (en) * | 2007-04-12 | 2008-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ФИРМА "МАКРОТЕХСЕРВИС-ПБ" | Method of determining flow rate of components of two-phase streams and system of implementing method |
RU2437066C1 (en) * | 2010-06-21 | 2011-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "РИА сайнс" | Method for ultrasonic measurement of level of liquid in reservoirs and apparatus for ultrasonic measurement of level of liquid in reservoirs |
-
2015
- 2015-02-11 RU RU2015104616/28A patent/RU2583167C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4735097A (en) * | 1985-08-12 | 1988-04-05 | Panametrics, Inc. | Method and apparatus for measuring fluid characteristics using surface generated volumetric interrogation signals |
RU2313068C2 (en) * | 2006-02-01 | 2007-12-20 | Закрытое акционерное общество "УЛЬТРАМЕР"-ЗАО "УЛЬТРАМЕР" | Mode of measuring gas consumption in main pipelines and an arrangement for its execution |
RU2339915C1 (en) * | 2007-04-12 | 2008-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ФИРМА "МАКРОТЕХСЕРВИС-ПБ" | Method of determining flow rate of components of two-phase streams and system of implementing method |
RU2437066C1 (en) * | 2010-06-21 | 2011-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "РИА сайнс" | Method for ultrasonic measurement of level of liquid in reservoirs and apparatus for ultrasonic measurement of level of liquid in reservoirs |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112136023A (en) * | 2019-03-16 | 2020-12-25 | 石油和天然气计量设备公司 | Small ultrasonic flowmeter, in particular for gases |
RU2791667C1 (en) * | 2022-04-07 | 2023-03-13 | Алексей Андреевич Калмыков | Method for ultrasonic measurement of parameters of gas-air homogeneous flows |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110199179B (en) | Ultrasonic flowmeter and method for detecting a throughflow parameter | |
CN103154721B (en) | For using Doppler's spectrum to carry out the apparatus and method of lossless granule detection | |
KR101052800B1 (en) | Method for wall thinning monitoring of a pipe using magnetostrictive transducers and the variation of the dispersion characteristics of the broadband multimode SH waves | |
US10458871B2 (en) | Apparatus and method for measuring the pressure inside a pipe or container | |
US9297678B2 (en) | Acoustic flow rate meter having a high frequency induction coil mounted directly on the piping without an acoustic coupling | |
US10151610B2 (en) | Flow rate measurement device and flow rate measurement method | |
US10845338B2 (en) | Fluid meter including a first wall thickness in the area of a transmitter and in the area of a receiver and a second wall thickness in the area there between | |
JPS6238355A (en) | Method and device for measuring fluid characteristic by using capacity search signal of surface generation | |
KR20150141876A (en) | Clamp-on type ultrasonic flowmeter and method for measuring flow rate | |
MX2008002567A (en) | Driver configuration for an ultrasonic flow meter. | |
Huan et al. | Long-distance structural health monitoring of buried pipes using pitch-catch T (0, 1) wave piezoelectric ring array transducers | |
CN109813381B (en) | Measuring device for determining pressure in a measurement volume | |
Fang et al. | Methodology for circumferential localisation of defects within small-diameter concrete-covered pipes based on changing of energy distribution of non-axisymmetric guided waves | |
RU2583167C1 (en) | Method of measuring gas flow in pipelines and device therefor | |
Li et al. | Measurement of bolt axial stress using a combination of trailing wave and shear wave ultrasound | |
JP6207428B2 (en) | Ultrasonic sound velocity measuring device and ultrasonic sound velocity measuring method | |
US10787899B2 (en) | Resonant acoustic structure for measuring well or borehole depth | |
CN110506198B (en) | Ultrasonic flow rate measuring device | |
Li et al. | Electromagnetic acoustic transducer for generation and detection of guided waves | |
JP7151344B2 (en) | Pressure measuring device | |
CN205861137U (en) | Reducing two is popped one's head in time difference ultrasonic flow rate measurement apparatus | |
RU2375682C1 (en) | Ultrasonic flowmetre sensor | |
GB2400439A (en) | Ultrasonic flowmeter with flush mounting ring shaped transducers for propagating axisymmetric waves along a flowtube | |
RU2726289C1 (en) | Ultrasonic flowmeter | |
Mansfeld et al. | Improving interference immunity of ultrasonic gas flowmeters with clamp-on probes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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 |