RU2654926C1 - Способ измерения массового расхода жидких и сыпучих сред - Google Patents
Способ измерения массового расхода жидких и сыпучих сред Download PDFInfo
- Publication number
- RU2654926C1 RU2654926C1 RU2017129467A RU2017129467A RU2654926C1 RU 2654926 C1 RU2654926 C1 RU 2654926C1 RU 2017129467 A RU2017129467 A RU 2017129467A RU 2017129467 A RU2017129467 A RU 2017129467A RU 2654926 C1 RU2654926 C1 RU 2654926C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- signal
- directed
- mixer
- flow
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 11
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229940125368 controlled substance Drugs 0.000 description 1
- 239000000599 controlled substance Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
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)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения расхода жидких и сыпучих сред в трубопроводах, в частности при трубопроводной транспортировке нефтепродуктов, сжиженных газов и др. Технический результат - повышение точности измерения достигается тем, что радиоволновое СВЧ-излучение направляют через радиопрозрачное окно под углом к потоку, затем отраженные волны принимают и передают на первый вход первого смесителя, на второй его вход направляют часть мощности излучаемого сигнала и выделяют первый доплеровский сигнал. Дополнительно к этому часть принятого сигнала сдвигают по фазе на π/2 и передают на первый вход второго смесителя, при этом на второй его вход направляют часть мощности излучаемого сигнала, выделяют второй доплеровский сигнал, а массовый расход вычисляют по максимуму взаимно-корреляционной функции между первым и вторым доплеровским сигналом. Технический результат - повышение точности измерения. 3 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения скорости потока и расхода жидких и сыпучих сред в трубопроводах, в частности при трубопроводной транспортировке нефтепродуктов, сжиженных газов и др.
В настоящее время известны и применяется много типов анеометров и расходомеров, основанных на разных физических принципах действия, среди которых актуальны доплеровские радиоволновые способы измерения скорости потока из-за своей способности работать в сложных эксплуатационных условиях (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 133-144 с.). Эти способы не предполагают применение элементов внутри труб, контактирующих со средой, создающих препятствия и неоднородности в потоке, устойчивы к температурным характеристикам эксплуатации. Обычно для измерения расхода используется эффект Доплера. Излучаемые антенной волны через радиопрозрачное окно в стенке трубопровода излучаются под углом а по направлению потока, рассеиваются на неоднородностях движущегося вещества и поступают на приемную антенну с частотой ƒ, отличной от частоты ƒ0 зондирующей волны на частоту ƒд. Неоднородностями вещества при этом могут быть частицы сыпучего материала, газовые и твердые включения в жидкости, твердые частицы и капли жидкости в потоке газа, обладающие электрофизическими параметрами ε, отличными от таковых для контролируемого вещества. Направления движения неоднородностей образуют различные углы с направлением этой волны. Произвольная ориентация неоднородностей, случайные значения фазы отраженных каждой неоднородностью сигналов приводят к образованию доплеровского сигнала сложной формы. Тем не менее, некоторая средняя доплеровская частота связана со средней скоростью потока по формуле:
где α - угол между направлением излучения и потоком в трубе, - длина волны в среде измерения, а ε - ее диэлектрическая проницаемость, с - скорость света в вакууме. Зная объемную плотность ρ вещества и скорость ν потока, можно определить массовый расход:
где А - площадь поперечного сечения потока на измерительном участке. Подставив значение ν из выражения (1) в (2), получим выражение для среднего массового расхода
Как видно из формулы, на точность определения расхода при постоянных величинах плотности и диэлектрической проницаемости сильно влияет точность определения средней доплеровской частоты.
Известно техническое решение - доплеровский радиоволновый способ измерения расхода, по технической сущности наиболее близкое к предлагаемому устройству и принятое в качестве прототипа (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 136-137 с.). Согласно этому способу радиоволновое СВЧ-излучение направляли через радиопрозрачное окно под углом к потоку, затем отраженные волны принимали и передавали на первый вход смесителя, на второй его вход направляли часть мощности излучаемого сигнала, на выходе смесителя выделяли доплеровский сигнал. После фильтрации и записи доплеровского сигнала вычисляли его спектр, по максимуму которого определяли среднюю доплеровскую частоту, по которой оценивали расход в соответствии с формулой (3).
Данный способ имеет существенный недостаток. Поскольку поток вещества имеет заметную турбулентность и локальные неоднородности, спектр доплеровского сигнала имеет сложный вид, зачастую с рядом равноценных пиков, что затрудняет определение максимума. Это происходит еще и из-за того, что в полосу частот фильтра попадают паразитные сигналы от вибраций трубопрововода, которые имеют место при использовании расходомера в условиях технологического процесса. Сглаживание спектра доплеровского сигнала также не приводит к повышению точности, поскольку при наличии диаграммы направленности антенны и ненулевого угла между направлениями движения потока и излучения, существует смещение между доплеровской частотой и максимумом его спектра. Все это снижает точность определения массового расхода.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения.
Технический результат - повышение точности измерения достигается тем, что радиоволновое СВЧ излучение направляют через радиопрозрачное окно под углом к потоку, затем отраженные волны принимают и передают на первый вход первого смесителя, на второй его вход направляют часть мощности излучаемого сигнала и выделяют первый доплеровский сигнал. Дополнительно к этому часть принятого сигнала сдвигают по фазе на π/2 и передают на первый вход второго смесителя, при этом на второй его вход направляют часть мощности излучаемого сигнала, выделяют второй доплеровский сигнал, а массовый расход вычисляют по максимуму взаимно-корреляционной функции между первым и вторым доплеровским сигналом.
На Фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего способ.
На Фиг. 2 изображены временные диаграммы сигналов на выходах первого и второго смесителя (кривые 1 и 2) в относительных единицах.
На Фиг. 3 изображена взаимно-корреляционная функция между сигналами с выходов первого и второго смесителя в нормированном виде.
Устройство содержит генератор СВЧ 1, делитель мощности на 3 - 2, циркулятор 3, приемо-передающую антенну 4, делитель мощности на 2 - 5, фазовращатель на π/2 - 6, смесители 7 и 8, вычислительный блок 9.
Устройство работает следующим образом.
Электромагнитные колебания генератора СВЧ 1 с частотой ƒ0 поступают через делитель мощности (примерно 0,8 части от входной величины) 2 и циркулятор 3 на антенну 4, направленную под углом α по направлению движения потока через радиопрозрачное окно 10 в трубопроводе 11. Небольшие части мощности (примерно по 0,1 от входной величины) с делителя 2 поступают на опорные входы смесителей 7 и 8. Отраженные от потока волны принимаются этой же антенной 4 и через циркулятор 3 поступают на вход делителя мощности на 2 - 5, с его первого выхода волны поступают на первый вход первого смесителя 7 напрямую, а с его второго выхода на первый вход второго смесителя 8 через фазовращатель на π/2 - 6. С выходов смесителей сигналы поступают на вычислительный блок 9. В результате на выходах первого и второго смесителей образуются доплеровские сигналы, сдвинутые между собой по фазе π/4 (см. кривые 1 - S1(t) и 2 - S2(t) на фиг. 3). При этом в рассматриваемом примере используется временная выборка N=2000 значений с длительностью каждой выборки - Δt. Функция r12(tз) взаимной корреляции сигналов S1(t) и S2(t) от времени задержки tз за время Т=NΔt будет выглядеть следующим образом:
В нормированном дискретном виде коэффициента взаимной корреляции r12(j) от дискретного сдвига j функция (4) она примет вид:
График этой функции представлен на Фиг. 3. В процессе движения потока оба доплеровских сигнала будут полностью идентичными, а время задержки между ними будет соответствовать четверти периода доплеровской частоты. Это время можно определить по максимуму коэффициента взаимной корреляции (6) tmax=jmaxΔt, как показано на Фиг. 3. Далее можно определить доплеровскую частоту , а затем по формуле (2) - массовый расход по формуле:
Таким образом, ошибка, связанная с неточным определением доплеровской частоты из-за стохастического и асимметричного характера спектра доплеровского сигнала при измерении массового расхода в трубопроводе, устраняется, а точность измерения по сравнению с прототипом увеличивается. Благодаря этому способу в отличие от прототипа удается определить направление движения потока. При движении потока навстречу направлению излучения, как в рассматриваемом примере, максимум коэффициента взаимной корреляции будет при положительном временном сдвиге tmax, а при движении потока в обратном направлении - при отрицательном.
Claims (1)
- Способ измерения массового расхода жидких и сыпучих сред, при котором радиоволновое СВЧ-излучение направляют через радиопрозрачное окно под углом к потоку, затем отраженные волны принимают и передают на первый вход первого смесителя, на второй его вход направляют часть мощности излучаемого сигнала и выделяют первый доплеровский сигнал, отличающийся тем, что часть принятого сигнала сдвигают по фазе на π/2 и передают на первый вход второго смесителя, при этом на второй его вход направляют часть мощности излучаемого сигнала, выделяют второй доплеровский сигнал, а массовый расход вычисляют по максимуму взаимно-корреляционной функции между первым и вторым доплеровским сигналом.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017129467A RU2654926C1 (ru) | 2017-08-18 | 2017-08-18 | Способ измерения массового расхода жидких и сыпучих сред |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017129467A RU2654926C1 (ru) | 2017-08-18 | 2017-08-18 | Способ измерения массового расхода жидких и сыпучих сред |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2654926C1 true RU2654926C1 (ru) | 2018-05-23 |
Family
ID=62202417
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017129467A RU2654926C1 (ru) | 2017-08-18 | 2017-08-18 | Способ измерения массового расхода жидких и сыпучих сред |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2654926C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5152174A (en) * | 1990-09-24 | 1992-10-06 | Labudde Edward V | Mass flow rate sensor and method |
US6119070A (en) * | 1995-09-25 | 2000-09-12 | Schlumberger Industries, S.A. | Method for acoustically measuring a fluid flow rate |
US20130247685A1 (en) * | 2012-03-23 | 2013-09-26 | Ams Ag | Measurement arrangement and method |
RU2585320C1 (ru) * | 2015-04-17 | 2016-05-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Устройство для измерения массового расхода жидких и сыпучих сред |
RU2620774C1 (ru) * | 2016-05-10 | 2017-05-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Способ измерения массового расхода жидких сред |
RU2620779C1 (ru) * | 2016-05-10 | 2017-05-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Устройство для измерения массового расхода жидких сред |
-
2017
- 2017-08-18 RU RU2017129467A patent/RU2654926C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5152174A (en) * | 1990-09-24 | 1992-10-06 | Labudde Edward V | Mass flow rate sensor and method |
US6119070A (en) * | 1995-09-25 | 2000-09-12 | Schlumberger Industries, S.A. | Method for acoustically measuring a fluid flow rate |
US20130247685A1 (en) * | 2012-03-23 | 2013-09-26 | Ams Ag | Measurement arrangement and method |
RU2585320C1 (ru) * | 2015-04-17 | 2016-05-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Устройство для измерения массового расхода жидких и сыпучих сред |
RU2620774C1 (ru) * | 2016-05-10 | 2017-05-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Способ измерения массового расхода жидких сред |
RU2620779C1 (ru) * | 2016-05-10 | 2017-05-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Устройство для измерения массового расхода жидких сред |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3317658B1 (en) | Turbidity sensor based on ultrasound measurements | |
KR101810724B1 (ko) | 다상 유체 특성화 시스템 | |
US9354094B2 (en) | Apparatus and method for noninvasive particle detection using doppler spectroscopy | |
CN104677437A (zh) | 一种超声波液相流量精确化测量方法 | |
Takamoto et al. | New measurement method for very low liquid flow rates using ultrasound | |
RU2585320C1 (ru) | Устройство для измерения массового расхода жидких и сыпучих сред | |
RU2620774C1 (ru) | Способ измерения массового расхода жидких сред | |
RU2654926C1 (ru) | Способ измерения массового расхода жидких и сыпучих сред | |
RU2620779C1 (ru) | Устройство для измерения массового расхода жидких сред | |
WO1994017373A1 (en) | Procedure for determining material flow rate | |
RU2654929C1 (ru) | Устройство для измерения массового расхода жидких и сыпучих сред | |
RU2504739C1 (ru) | Устройство для определения уровня жидкости в емкости | |
JP5932746B2 (ja) | 媒質境界の位置計測システム | |
RU2601273C1 (ru) | Устройство для измерения массового расхода жидких сред | |
RU2597666C1 (ru) | Способ измерения массового расхода жидких сред | |
RU2386929C2 (ru) | Измерительная секция расходомера газожидкостного потока | |
RU2597663C1 (ru) | Радиоволновое устройство для измерения скорости потока жидких сред | |
RU2504740C1 (ru) | Способ измерения уровня жидкости в емкости | |
RU2611255C1 (ru) | Радиоволновый расходомер | |
RU2601538C1 (ru) | Устройство для измерения массового расхода жидких сред | |
RU2611336C1 (ru) | Способ измерения массового расхода жидких и сыпучих сред | |
RU2612033C1 (ru) | Способ измерения состава трехкомпонентного водосодержащего вещества в потоке | |
RU2339914C2 (ru) | Измеритель параметров двухфазного потока сыпучих веществ, перемещаемых воздухом по металлическому трубопроводу | |
JP6066551B2 (ja) | 管内を流れる粉体または流体の濃度または流量の測定方法、並びにそのための測定装置 | |
RU2551260C1 (ru) | Бесконтактный радиоволновый способ определения уровня жидкости в емкости |