RU2705705C1 - Вихревой расходомер с уменьшенным технологическим вмешательством - Google Patents

Вихревой расходомер с уменьшенным технологическим вмешательством Download PDF

Info

Publication number
RU2705705C1
RU2705705C1 RU2019103849A RU2019103849A RU2705705C1 RU 2705705 C1 RU2705705 C1 RU 2705705C1 RU 2019103849 A RU2019103849 A RU 2019103849A RU 2019103849 A RU2019103849 A RU 2019103849A RU 2705705 C1 RU2705705 C1 RU 2705705C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flow
vortex
flowmeter
sensor
barrier
Prior art date
Application number
RU2019103849A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Дмитриевич Богданов
Александр Владимирович Конюхов
Алексей Александрович Кривоногов
Владимир Викторович Репьевский
Джеффри Д. ФОСТЕР
Original Assignee
Майкро Моушн, Инк.
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 Майкро Моушн, Инк. filed Critical Майкро Моушн, Инк.
Application granted granted Critical
Publication of RU2705705C1 publication Critical patent/RU2705705C1/ru

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
    • G01F1/05—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 using mechanical effects
    • G01F1/20—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 using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
    • G01F1/32—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 using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
    • G01F1/325—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl
    • G01F1/3287—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl circuits therefor
    • 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
    • G01F1/05—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 using mechanical effects
    • G01F1/20—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 using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
    • G01F1/32—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 using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
    • G01F1/3209—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 using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters using Karman vortices
    • 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
    • G01F1/05—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 using mechanical effects
    • G01F1/20—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 using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
    • G01F1/32—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 using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
    • G01F1/325—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl
    • G01F1/3259—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl for detecting fluid pressure oscillations
    • G01F1/3266—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl for detecting fluid pressure oscillations by sensing mechanical vibrations

Abstract

Изобретение относится к вихревому расходомеру и способу обнаружения расхода флюида. Вихревой расходомер включает в себя расходомерный трубопровод, имеющий первый конец и второй конец. Отбрасывающая преграда расположена в пределах расходомерного трубопровода между первым концом и вторым концом. Отбрасывающая преграда сконфигурирована для образования вихрей во флюиде, текущем через расходомерный трубопровод. По меньшей мере, один датчик функционально связан с внешней поверхностью расходомерного трубопровода и сконфигурирован для регистрации отдельных деформаций расходомерного трубопровода, образующихся от вихрей в расходомерном трубопроводе. Технический результат – исключение повреждений и износа считывающей структуры. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001] Вихревые расходомеры используются при управлении производственным процессом для измерения расхода флюида. Вихревые расходомеры обычно вставляются в магистральную трубу или трубопровод, который переносит измеряемый флюид. Промышленные применения включают в себя транспортировку бензина, химикалий, целлюлозно-бумажной массы, материалов месторождений, нефти и газа, например.
[0002] Принцип действия вихревого расходомера основан на явлении вихревой тени, известном как эффект Кармана. Когда флюид проходит тело обтекания, или "плохо обтекаемое тело", он разделяется, и создаются небольшие турбулентные завихрения, или вихри, которые срываются поочередно вдоль, и позади, каждой из сторон плохо обтекаемого тела. Эти вихри приводят к появлению зон флуктуирующего потока и давления, которые регистрируются датчиком. В настоящее время для регистрации таких вихрей используются самые различные типы датчиков, включающие в себя датчики силы, пьезоэлектрические динамические датчики давления, или датчики дифференциального давления, например. Частота образования вихрей по существу пропорциональна скорости флюида.
[0003] Вихревые датчики, используемые в настоящее время для регистрации вихрей в вихревых расходомерах, обычно относительно сложные, и могут иметь дорогостоящую конструкцию. Кроме того, такие датчики требуют дополнительных креплений и надежного уплотнения, поскольку датчик, или некоторая другая подходящая структура, должны быть вставлены в расходомерный трубопровод для взаимодействия с вихрями для их регистрации. Соответственно, технологический флюид приводится в непосредственный контакт с такой структурой, и технологическая вставка должна быть выполнена как герметичная для гарантии того, что технологический флюид не будет утекать.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] Вихревой расходомер включает в себя расходомерный трубопровод, имеющий первый конец и второй конец. Отбрасывающая преграда расположена в пределах расходомерного трубопровода между первым концом и вторым концом. Отбрасывающая преграда сконфигурирована для образования вихрей во флюиде, текущем через расходомерный трубопровод. По меньшей мере, один датчик функционально связан с внешней поверхностью расходомерного трубопровода и сконфигурирован для регистрации отдельных деформаций расходомерного трубопровода, образующихся от вихрей в расходомерном трубопроводе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0005] Фиг.1 изображает схематический вид вихревого расходомера в соответствии с техникой предшествующего уровня.
[0006] Фиг.2A - схематический вид участка расходомерного трубопровода, имеющего внешние вихревые датчики в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.
[0007] Фиг.2B - схематический вид расходомерного трубопровода, имеющего внешние вихревые датчики и датчик шума потока в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.
[0008] Фиг.3A - схематический вид, показывающий относительное позиционирование отбрасывающей преграды и пьезоэлектрических пленочных датчиков в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.
[0009] Фиг.3B - схематический вид, показывающий относительное позиционирование отбрасывающей преграды и пьезоэлектрического пленочного датчика, располагаемого выше и ниже по ходу относительно отбрасывающей преграды в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.
[0010] Фиг.4A и 4 B - графическое представление сигнала от вихревого расходомера в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.
[0011] Фиг.5A и 5B - подобный же набор графических представлений, как и на Фиг.4A и 4B, для более низкого расхода флюида.
[0012] Фиг.6A - результаты тестового измерения частоты образования вихрей и вычисления частоты образования вихрей.
[0013] Фиг.6B - график зависимости частоты образования вихрей от расхода.
[0014] Фиг.7A - схематический вид преобразователя вихревого потока в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.
[0015] Фиг.7B - схематический вид преобразователя вихревого потока с присоединенными дополнительными пьезоэлектрическими пленочными датчиками в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.
[0016] Фиг.8 - блок-схема последовательности операций способа предоставления выходного сигнала скорости потока на основании считывания вихрей и, как опция, шумов потока, в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0017] На Фиг.1 показан схематический вид вихревого расходомера в соответствии с техникой предшествующего уровня. Вихревой расходомер 100 включает в себя расходомерный трубопровод 102, который переносит в себе флюид. Потоком флюида может быть жидкость, газ, или их комбинация (например, влажный пар). Расходомерный трубопровод 102 обычно прикрепляется к паре фланцев, которые позволяют установить сборку на соответствующих фланцах отрезка трубопровода. Соответственно, каждый из фланцев может включать в себя монтажные отверстия (показанные в полуразрезе), которые позволяют прикрепить каждый фланец к соответственному фланцу флюидной трубопроводной системы.
[0018] Как показано на Фиг.1, вихревой расходомер 100 включает в себя отбрасывающую преграду 118, которая располагается в пределах расходомерного трубопровода 102, простираясь от верхнего его участка к нижнему его участку. Кроме того, если расходомерный трубопровод 102 рассматривать вдоль его оси, то можно видеть, что отбрасывающая преграда 118 обычно устанавливается в центре расходомерного трубопровода 102, простираясь от центра самого верхнего участка расходомерного трубопровода 102 к центру самого нижнего участка расходомерного трубопровода 102. Однако, вихревые расходомеры могут быть реализованы с такими отбрасывающими преградами, которые устанавливаются в других ориентациях, так же как и с отбрасывающими преградами, которые полностью не охватывают весь внутренний диаметр расходомерного трубопровода. Когда флюид обтекает отбрасывающую преграду 118, в потоке флюида возникают вихри. Эти вихри обозначаются как вихревая дорожка Кармана. Вихри возникают, когда поток флюида проходит положение ниже по ходу и вблизи аппарата 126 считывания. Вихри физически взаимодействуют с аппаратом 126, вызывая небольшие перемещения и колебания в аппарате 126. Эти перемещения могут быть преобразованы, или иначе считаны, датчиком, например, датчиком 128, который электрически связан с электронным устройством 130, находящимся в корпусе 132. Соответственно, вихревой расходомер обычно содержит сборку расходомерного трубопровода и электронную сборку, что, при объединении, может обозначаться как преобразователь вихревого потока. Электронное устройство 130, находящееся в корпусе 132, обычно преобразовывает сигнал датчика в стандартизированный сигнал передачи, который предоставляется на выходные соединения 148 для передачи на другое подходящее устройство, например, на технологический контроллер или контроллер клапана.
[0019] Как можно видеть из вышеприведенного чертежа на Фиг.1, предшествующие конструкции вихревого расходомера обычно предоставляют структуру, расположенную в пределах расходомерного трубопровода вблизи отбрасывающей преграды, для регистрации вихрей, или для считывания вихрей иным образом. При этом, структура должна быть тщательно герметизирована, так, чтобы технологический флюид не утекал из расходомерного трубопровода 102. Кроме того, технологический флюид непосредственно взаимодействует со структурой или датчиком, расположенным в пределах расходомерного трубопровода, и может вызвать повреждение, или приводить к износу считывающей структуры.
[0020] Варианты реализации настоящего изобретения, в целом, избегают внутренней структуры считывания вихрей, такой как структура 126, или датчиков других типов, внутри расходомерного трубопровода и измеряют, или регистрируют пульсации давления вихрей внешне на расходомерном трубопроводе. В одном варианте реализации, пульсации давления вихрей регистрируются с использованием множества пьезоэлектрических пленочных датчиков механического напряжения, которые установлены на внешней стенке расходомерного трубопровода вихревого расходомера.
[0021] На Фиг.2A показан схематический вид участка расходомерного трубопровода, такого как расходомерный трубопровод 102 с отбрасывающей преградой 118, расположенной в пределах потока флюида. Как показано на Фиг.2A, первый пьезоэлектрический пленочный датчик 150 установлен на первой стороне расходомерного трубопровода 102 относительно отбрасывающей преграды 118. Второй пьезоэлектрический пленочный датчик 152 расположен на противоположной стороне расходомерного трубопровода 102 относительно первого пьезоэлектрического пленочного датчика 150. Когда вихри срываются на противоположных сторонах отбрасывающей преграды 118, эти флюидные вихри взаимодействуют с боковой стенкой расходомерного трубопровода 102 до такой степени, что пьезоэлектрическая пленка может считывать механическое напряжение в боковой стенке, вызванное падением на нее соответствующего вихря.
[0022] Чертеж на Фиг.2B подобен чертежу на Фиг.2A, и подобные компоненты пронумерованы аналогично. Главное различие между показанным на Фиг.2B вариантом реализации и показанным на Фиг.2A вариантом реализации заключается в добавлении, по меньшей мере, одного пьезоэлектрического пленочного датчика 154 выше по ходу. Как показано, датчик 154 установлен выше по ходу относительно отбрасывающей преграды 118, на любой стороне(-ах) расходомерного трубопровода 102. Хотя на Фиг.2B показан единственный верхний по ходу пьезоэлектрический пленочный датчик, предполагается, что варианты реализации настоящего изобретения включают в себя больше чем один пьезоэлектрический пленочный датчик, располагаемый выше по ходу. Фактически, такие варианты реализации могут позволить согласовать располагаемый выше по ходу датчик с располагаемым ниже по ходу датчиком для упрощения обработки сигнала или для удаления шумовых компонентов.
[0023] Из численного анализа было определено, что относительная микро-деформация расходомерного трубопровода вихревого расходомера на противоположных сторонах плохо обтекаемого тела или отбрасывающей преграды будет равна приблизительно 2,5 и что выходное напряжение от пьезоэлектрической пленки при таком местоположении будет равно приблизительно 30 милливольт, для такого коэффициента электромеханического преобразования, когда пьезоэлектрические пленочные датчики имеют 12 милливольт на единицу микро-деформации. Для проверки такого моделирования, был сконструирован вихревой расходомер размера DN80 (3 дюйма) с пьезоэлектрическими пленочными датчиками, где пьезоэлектрические пленочные датчики были прикреплены на противоположных сторонах расходомерного трубопровода. Пьезоэлектрические пленки были типа SDT1-028K, доступные от Measurement Specialties of Hampton, Virginia.
[0024] На Фиг.3A представлен схематический вид, показывающий относительное позиционирование отбрасывающей преграды 118 и пьезоэлектрических пленочных датчиков 150, и 152 в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения. Отбрасывающая преграда 118 установлена так, что она располагается приблизительно на центральной линии расходомерного трубопровода 102. Кроме того, отбрасывающая преграда 118 установлена непосредственно перед серединой между установочными фланцами. В показанном на Фиг.3A варианте реализации флюид течет от левой стороны сборки расходомерного трубопровода к правой стороне. Таким образом, в отличие от показанного на Фиг.2A варианта реализации, пьезоэлектрические пленочные датчики 150 и 152 установлены снизу по ходу относительно отбрасывающей преграды 118, на противоположных сторонах расходомерного трубопровода 102.
[0025] Чертеж на Фиг.3B подобен чертежу на Фиг.3A, и подобные компоненты пронумерованы подобно. Главное различие между показанным на Фиг.3B вариантом реализации и тем, что на Фиг.3A, заключается во введении выше по ходу пьезоэлектрического пленочного датчика 154. Как показано, верхний по ходу пьезоэлектрический пленочный датчик 154 установлен выше по ходу относительно отбрасывающей преграды 118, на любой стороне(-ах) расходомерного трубопровода 102.
[0026] Хотя на Фиг.3A показана пара пьезоэлектрических пленочных датчиков 150, 152, предполагается также, что могут быть использованы различное количество пьезоэлектрических пленочных датчиков для считывания внешней деформации или механического напряжения расходомерного трубопровода 102 в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения. Например, единственный пьезоэлектрический пленочный датчик может быть достаточным для считывания деформаций и предоставления значимой информации о частоте вихревого потока. Это так, в частности, если единственный пьезоэлектрический пленочный датчик по существу обернут вокруг всей внешней окружности расходомерного трубопровода 102. Кроме того, более чем два пьезоэлектрических пленочных датчика также могут быть использованы в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения. Например, пьезоэлектрический пленочный датчик 154, как показано на Фиг.3B, расположенный сверху по ходу относительно отбрасывающей преграды 118, может позволить до некоторой степени сократить шумы общего свойства. Например, если расположенный выше по ходу насос дает флуктуации давления в технологическом флюиде, то датчик верхний по ходу может считывать такие возмущения флуктуаций на боковой стенке трубопровода, так, что они могут быть удалены из сигналов, создаваемых нижними по ходу пьезоэлектрическими пленочными датчиками. Такое удаление может быть выполнено любым подходящим образом, но в одном варианте реализации это включает в себя цифровой анализ сигнала верхнего по ходу датчика для идентификации некоторых частотных характеристик, например, пульсаций накачки, так чтобы определенная частота могла быть поглощена или иначе удалена из сигналов, предоставляемых нижними по ходу пьезоэлектрическими пленочными датчиками.
[0027] На Фиг.4A и 4B показано графическое представление сигнала от вихревого расходомера в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения. Выходные напряжения Upf1 и Upf2 от пьезоэлектрических пленочных датчиков 150, 152, соответственно, были измерены многоканальным цифровым осциллографом. Разностный сигнал р ΔUpf был вычислен на основании различия между Upf1 и Upf2. Частота образования вихрей была определена, используя Быстрое Преобразование Фурье (FFT). Как показано на Фиг.4A, ΔUpf выражается в милливольтах по вертикальной шкале, тогда как время в миллисекундах отображено на горизонтальной шкале. Кроме того, на Фиг.4B показан спектр сигнала ΔUpf для расхода 130 кубических метров в час. Как можно видеть, на Фиг.4B показано множество частотных пиков. Первый частотный пик, соответствующий частоте образования вихрей, показан на частоте 95,37 Гц. Кроме того, более существенный частотный пик показан на 200,27 Гц. Пик на 200,27 Гц соответствует частоте потока пульсаций от одного или более насосов, которые подают воду в макетном испытании. Как сформулировано ранее, верхний по ходу пьезоэлектрический датчик измеряет шум потока, например, пульсации от насосов, и анализ этого укажет, что 200-герцевый частотный диапазон должен игнорироваться при вычислении или другом определении частоты образования вихрей в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения.
[0028] На Фиг.5A и 5B показан подобный же набор графических представлений, что и на Фиг.4A и 4B для более низкого расхода флюида. В изображенном на Фиг.5A и 5B испытании, использовался расход воды в 90 в кубических метров в час. Как показано, в частности, на Фиг.5B, частотный анализ спектра сигнала указывает пик на частоте 66,76 Гц, и это частота образования вихрей. Подобные анализы при 60 кубических метрах в час и 30 кубических метров в час указали соответствующие частоты образования вихрей 47,68 Гц и 38,15 Гц. Эти результаты сравнивались с вычислениями вихрей и различные измеренные расходы на основании измеренной частоты образования вихрей в целом совпадали с расчетной частотой образования вихрей, по меньшей мере, для трех испытаний с более высоким расходом, показанных на Фиг.6B. Таблица на Фиг.6A показывает сравнение измеренной частоты образования вихрей из результатов испытаний с частотой образования вихрей, вычисленной с использованием K-фактора калибровки вихревого расходомера. Сравнение частоты образования вихрей, полученной при испытании, и расчетными значениями, показывает относительно линейную зависимость от расхода.
[0029] На Фиг.7A показан схематический вид преобразователя вихревого потока в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения. Как показано на Фиг.7A, сборка расходомерного трубопровода включает в себя расходомерный трубопровод 102 с установленной в нем отбрасывающей преградой 118. Кроме того, в показанном на Фиг.7A варианте реализации, пара пьезоэлектрических пленочных датчиков 150, 152 установлена снаружи расходомерного трубопровода 102 на противоположных сторонах отбрасывающей преграды 118 и на внешней стороне расходомерного трубопровода 102.
[0030] Чертеж на Фиг.7B подобен таковому на Фиг.7A, и подобные компоненты пронумерованы аналогично. Главное различие между показанным на Фиг.7B вариантом реализации и таковым на Фиг.7A заключается во введении верхнего по ходу пьезоэлектрического пленочного датчика 154. Как показано, верхний по ходу пьезоэлектрический пленочный датчик 154 располагается выше по ходу относительно отбрасывающей преграды 118, на любой стороне(-ах) расходомерного трубопровода 102.
[0031] Каждый из пьезоэлектрических пленочных датчиков 150, 152, 154 электрически связан с электронной измерительной схемой 160 электронной схемы 130 преобразователя. Электронная измерительная схема 160 обычно включает в себя один или более подходящих аналого-цифровых преобразователей, имеющих достаточно широкую полосу пропускания для фиксации событий пульсации боковой стенки расходомерного трубопровода. Обращаясь снова к некоторым из результатов испытаний относительно макетного датчика, подходящие результаты были получены с электронной измерительной схемой, которая имела возможность преобразовать 25 измерений за 10 миллисекунд. Кроме того, если используются датчики с более широкой полосой пропускания, множественные точки данных могут быть усреднены для повышения точности данных. Электронная измерительная схема 160 связана с контроллером 162, который, в одном варианте реализации, является микропроцессором.
[0032] Микропроцессор 162 сконфигурирован, посредством аппаратных средств, программного обеспечения, или комбинации этого, для анализа цифровых сигналов, предоставляемых электронной измерительной схемой 160, и предоставления расхода технологического флюида на основании частоты образования вихрей и, как опция, шума потока. Как сформулировано выше, контроллер 162 может выполнять Быстрое Преобразование Фурье сигналов датчика вихрей для идентификации частоты образования вихрей и/или для идентификации частоты других артефактов, которые могут вызвать шум или ошибку. Контроллер 162 связан со схемой 164 коммуникации, которая может взаимодействовать с петлей технологической связи или сегментом, используя любой подходящий протокол технологической связи, например, протокол взаимодействия с удаленным датчиком с шинной адресацией (HART®), FOUDATIONTM Fieldbus, или другие. Кроме того, в вариантах реализации, где вихревой расходомер связывается беспроводным образом, схема 164 коммуникации может поддерживать протокол беспроводной технологической связи, такой как в соответствии с IEC 62591 (WirelessHART).
[0033] Электронное устройство 130 расходомера также включает в себя схему 166 питания, которая обеспечивает надлежащее питание всех компонент электронной схемы 130. В вариантах реализации, где вихревой расходомер связан с проводной сетью или сегментом технологической связи через проводники 158, модуль 166 питания может принимать и соответственно формировать электропитание от проводной сети технологической связи для обеспечения рабочего питания компонент электронной схемы 130. Соответственно, некоторые варианты реализации настоящего изобретения могут быть полностью запитаны проводной сетью или сегментом технологической связи, к которым они присоединены. В других вариантах реализации, когда преобразователь вихревого расхода не присоединен к проводной сети или сегменту технологической связи, модуль 166 питания может включать в себя подходящую батарею или источник энергии для обеспечения электроэнергии для компонент электронной схемы 130 на требуемый промежуток времени.
[0034] На Фиг.8 показана блок-схема последовательности операций способа предоставления выходного сигнала скорости потока на основании считывания вихрей в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения. Способ 300 начинается в блоке 302, где в пределах расходомерного трубопровода предоставляется отбрасывающая преграда. Отбрасывающая преграда специально сконфигурирована для образования вихрей в флюиде когда флюид обтекает отбрасывающую преграду. Отбрасывающая преграда может иметь любую подходящую форму, уже известную к настоящему времени или разработанную позднее. В одном примере, отбрасывающая преграда может иметь относительно плоскую переднюю поверхность, и суженные боковые стенки, простирающиеся до относительно узкой задней поверхности, так, как это показано на Фиг.2.
[0035] Затем, в блоке 304, технологический флюид начинает течь через расходомерный трубопровод. Когда технологический флюид течет через расходомерный трубопровод, он создает появляющиеся периодически вихри, когда он обтекает отбрасывающую преграду. В блоке 306, внешние деформации расходомерного трубопровода регистрируются с использованием одного или более датчиков, установленных на расходомерном трубопроводе, или иначе связанных с расходомерным трубопроводом. Как сформулировано выше, когда вихри падают на внутреннюю боковую стенку, или иначе взаимодействуют с внутренней боковой стенкой расходомерного трубопровода, расходомерный трубопровод и сам испытает регистрируемую деформацию. В одном варианте реализации, эта деформация регистрируется с использованием одного или более пьезоэлектрических пленочных датчиков. Однако, способ 300 может быть осуществлен с любым подходящим способом регистрации деформации или с любой методикой.
[0036] Затем, в блоке 308, частоты образования вихрей вычисляются на основании деформаций, детектированных в блоке 306. В одном варианте реализации, частота образования вихрей может быть вычислена посредством выполнения частотного анализа сигнала регистрации деформации. Один из примеров такого частотного анализа - это Быстрое Преобразование Фурье. Наконец, в блоке 310, вычисленная частота образования вихрей используется для предоставления выходного сигнала скорости потока. Этот выходной сигнал скорости потока может быть указан локально вихревым расходомером и/или передан одному или более удаленным устройствам, как соответствующий сигнал.
[0037] Как опция, в блоке 312, технологический флюид течет через расходомерный трубопровод. Когда технологический флюид течет через расходомерный трубопровод выше по ходу относительно отбрасывающей преграды, он создает шум потока. В блоке 314, внешние деформации расходомерного трубопровода от шума потока регистрируются с использованием одного или более датчиков, установленных на любых или противоположных сторонах расходомерного трубопровода. В блоке 308, частоты образования вихрей вычисляются на основании деформаций, детектированных в блоке 306 и деформаций расходомерного трубопровода от шума потока. В одном варианте реализации, частота образования вихрей может быть вычислена посредством выполнения частотного анализа общего сигнала регистрации деформации. Один из примеров такого частотного анализа - это Быстрое Преобразование Фурье. Наконец, в блоке 310, вычисленная частота образования вихрей используется для предоставления выходного сигнала скорости потока. Этот выходной сигнал скорости потока может быть указан локально вихревым расходомером и/или передан одному или более удаленным устройствам, как соответствующий сигнал.
[0038] Хотя настоящее изобретение было описано в отношении предпочтительных вариантов реализации, специалисты в данной области техники увидят, что могут быть выполнены изменения в форме и деталях, не отступая от принципов и объема притязаний изобретения. Например, хотя варианты реализации настоящего изобретения описывались относительно пьезоэлектрических пленочных датчиков, такие датчики представляют собой просто примеры датчиков с подходящими возможностями считывания для внешнего регистрации попадания вихрей на расходомерный трубопровод. Таким образом, другие типы датчиков, или теперь известных, или позднее разработанных, могут быть пригодны для использования в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения.

Claims (33)

1. Вихревой расходомер, содержащий:
расходомерный трубопровод, имеющий первый конец и второй конец;
отбрасывающую преграду, расположенную в пределах расходомерного трубопровода между первым концом и вторым концом, причем отбрасывающая преграда сконфигурирована для образования вихрей во флюиде, текущем через расходомерный трубопровод; и
по меньшей мере, один датчик, функционально связанный с внешней поверхностью расходомерного трубопровода и сконфигурированный для регистрации отдельных деформаций расходомерного трубопровода, образующихся от вихрей в расходомерном трубопроводе.
2. Вихревой расходомер по п.1, причем, по меньшей мере, один датчик представляет собой пьезоэлектрический пленочный датчик.
3. Вихревой расходомер по п.2, причем, по меньшей мере, один датчик установлен на внешней поверхности расходомерного трубопровода.
4. Вихревой расходомер по п.3, причем, по меньшей мере, один датчик включает в себя множество пьезоэлектрических пленочных датчиков.
5. Вихревой расходомер по п.4, причем множество датчиков включает в себя первый датчик, расположенный на первой стороне расходомерного трубопровода, и второй датчик, расположенный на второй стороне расходомерного трубопровода, которая противоположна первой стороне.
6. Вихревой расходомер по п.5, причем первый и второй датчики установлены вблизи отбрасывающей преграды.
7. Вихревой расходомер по п.5, причем первый и второй датчики установлены снизу по ходу относительно отбрасывающей преграды.
8. Вихревой расходомер по п.4, причем множество датчиков включает в себя первый датчик, расположенный на первой стороне расходомерного трубопровода на первой стороне отбрасывающей преграды, и второй датчик, расположенный на первой стороне расходомерного трубопровода на второй стороне отбрасывающей преграды.
9. Вихревой расходомер по п.5, причем множество датчиков включает в себя, по меньшей мере, один дополнительный датчик, установленный на внешней поверхности расходомерного трубопровода сверху по ходу относительно отбрасывающей преграды.
10. Вихревой расходомер по п.1, дополнительно содержащий электронное устройство расходомера, связанное, по меньшей мере, с одним датчиком и сконфигурированное для создания выходного сигнала расхода технологического флюида на основании регистрации частоты образования вихрей.
11. Вихревой расходомер по п.10, причем электронное устройство расходомера сконфигурировано для выполнения частотного анализа сигнала, по меньшей мере, от одного датчика для регистрации частоты образования вихрей.
12. Вихревой расходомер по п.11, причем частотный анализ представляет собой Быстрое Преобразование Фурье (FFT).
13. Вихревой расходомер по п.10, причем электронное устройство расходомера сконфигурировано для выполнения анализа сигнала, по меньшей мере, от одного датчика, установленного на внешней поверхности расходомерного трубопровода сверху по ходу относительно отбрасывающей преграды для регистрации шумов потока и, по меньшей мере, одного датчика, установленного на внешней поверхности расходомерного трубопровода снизу по ходу относительно отбрасывающей преграды для регистрации частоты образования вихрей.
14. Способ обнаружения расхода флюида, содержащий:
предоставление расходомерного трубопровода для приема потока флюида;
предоставление неподвижной структуры, которая создает вихри, когда флюид обтекает неподвижную структуру;
регистрацию деформаций внешней поверхности расходомерного трубопровода, обусловленных физическими взаимодействиями между вихрями и расходомерным трубопроводом;
использование детектированных деформаций для определения частоты образования вихрей; и
предоставление выходного сигнала расхода на основании частоты образования вихрей.
15. Способ по п.14, причем предоставление неподвижной структуры включает в себя установку отбрасывающей преграды в пределах расходомерного трубопровода.
16. Способ по п.14, причем регистрация деформаций внешней поверхности включает в себя контроль сигнала, по меньшей мере, от одного датчика, связанного с внешней поверхностью расходомерного трубопровода.
17. Способ по п.16, причем, по меньшей мере, один датчик представляет собой пьезоэлектрический пленочный датчик.
18. Способ по п.14, причем регистрация деформаций внешней поверхности расходомерного трубопровода выполняется в двух различных местоположениях на расходомерном трубопроводе.
19. Способ по п.18, причем два различных местоположения находятся на противоположных сторонах расходомерного трубопровода.
20. Способ по п.18, причем два различных местоположения находятся снизу по ходу относительно неподвижной структуры.
21. Вихревой расходомер, содержащий:
электронное устройство расходомера, сконфигурированное для определения частоты образования вихрей и предоставления выходного сигнала расхода флюида;
расходомерный трубопровод, имеющий первый конец и второй конец;
отбрасывающая преграда, расположенная в пределах расходомерного трубопровода для образования вихрей во флюиде, текущем через расходомерный трубопровод; и
множество пьезоэлектрических пленочных датчиков, каждый связанный с электронным устройством расходомера и установленный на внешней поверхности расходомерного трубопровода, множество пьезоэлектрических пленочных датчиков, конфигурируемых для регистрации деформации расходомерного трубопровода, образующейся от вихрей, падающих на расходомерный трубопровод.
RU2019103849A 2016-07-21 2016-07-21 Вихревой расходомер с уменьшенным технологическим вмешательством RU2705705C1 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2016/000469 WO2018016984A1 (en) 2016-07-21 2016-07-21 Vortex flowmeter with reduced process intrusion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2705705C1 true RU2705705C1 (ru) 2019-11-11

Family

ID=60987987

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019103849A RU2705705C1 (ru) 2016-07-21 2016-07-21 Вихревой расходомер с уменьшенным технологическим вмешательством

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10365134B2 (ru)
EP (1) EP3488192B1 (ru)
JP (1) JP2019521350A (ru)
CN (1) CN108351238A (ru)
CA (1) CA3031515C (ru)
RU (1) RU2705705C1 (ru)
WO (1) WO2018016984A1 (ru)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10650931B2 (en) * 2017-03-27 2020-05-12 Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc Acoustic flowmeters and methods of using the same
DE102018110456A1 (de) * 2018-05-02 2019-11-07 Endress + Hauser Flowtec Ag Meßsystem sowie Verfahren zum Messen einer Meßgröße eines strömenden Fluids
US11029181B2 (en) 2018-06-22 2021-06-08 Micro Motion, Inc. Vortex flowmeter with flow instability detection
CN112654842A (zh) * 2018-08-30 2021-04-13 微动公司 用于涡旋流量计的非侵入式传感器
WO2023199838A1 (ja) * 2022-04-14 2023-10-19 株式会社村田製作所 フロースイッチ及びフロースイッチ取付方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58169030A (ja) * 1982-03-31 1983-10-05 Ohkura Electric Co Ltd カルマン渦流量計
JPH11295118A (ja) * 1998-04-15 1999-10-29 Yokogawa Electric Corp 渦流量計
KR20080048164A (ko) * 2006-11-28 2008-06-02 주식회사 세 바 와류식 유량계
US20150122051A1 (en) * 2013-11-04 2015-05-07 South Jersey Engineering & Research, LLC Flowmeter comprising piezoelectric sensor

Family Cites Families (60)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4019384A (en) * 1974-02-26 1977-04-26 Fischer & Porter Co. Digital read-out system for external-sensor vortex flowmeter
US3946608A (en) * 1974-02-26 1976-03-30 Fischer & Porter Company Vortex flowmeter with external sensor
US4171643A (en) 1976-12-29 1979-10-23 Rosemount Inc. Vortex shedding flowmeter construction
US4186599A (en) 1976-12-29 1980-02-05 Rosemount Inc. Vortex shedding flowmeter assembly
JPS5440170U (ru) 1977-08-24 1979-03-16
US4197739A (en) 1978-06-22 1980-04-15 Rosemount Inc. Split bar vortex shedding flowmeter
DE3032578C2 (de) * 1980-08-29 1983-11-03 Battelle-Institut E.V., 6000 Frankfurt Verfahren und Vorrichtung zur dynamischen und dichteunabhängigen Bestimmung des Massenstroms
JPS5764107A (en) * 1980-10-07 1982-04-19 Yokogawa Hokushin Electric Corp Vortex flowmeter
US4475405A (en) 1982-03-12 1984-10-09 Rosemount Inc. Differential pressure vortex sensor
US4464939A (en) 1982-03-12 1984-08-14 Rosemount Inc. Vortex flowmeter bluff body
US4520678A (en) * 1983-09-13 1985-06-04 The Foxboro Company Small line-size vortex meter
US4926695A (en) 1987-09-15 1990-05-22 Rosemount Inc. Rocking beam vortex sensor
JPH01224625A (ja) * 1988-03-04 1989-09-07 Oval Eng Co Ltd 渦流量計
JPH0654245B2 (ja) * 1988-04-19 1994-07-20 三菱電機株式会社 渦流量計
JPH02203230A (ja) * 1989-01-31 1990-08-13 Daikin Ind Ltd 管内圧力変化検知変換器
US4995269A (en) * 1990-03-08 1991-02-26 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Vortex flowmeter having an asymmetric center body
US5372046A (en) 1992-09-30 1994-12-13 Rosemount Inc. Vortex flowmeter electronics
US5343762A (en) 1992-10-05 1994-09-06 Rosemount Inc. Vortex flowmeter
JP3028723B2 (ja) * 1993-05-20 2000-04-04 横河電機株式会社 超音波式流体振動流量計
DE4441129A1 (de) * 1994-11-21 1996-05-23 Junkalor Gmbh Meßwertgeber für einen Wirbeldurchflußmesser
US6170338B1 (en) 1997-03-27 2001-01-09 Rosemont Inc. Vortex flowmeter with signal processing
US9302224B2 (en) * 1998-02-06 2016-04-05 Daimler Ag Catalytic reduction of NOx
JPH11248500A (ja) * 1998-03-05 1999-09-17 Yokogawa Electric Corp 渦流量計
US6053053A (en) 1998-03-13 2000-04-25 Rosemount Inc. Multiple vortex flowmeter system
NL1009797C2 (nl) * 1998-08-03 2000-02-04 Tno Inrichting voor het meten van de volumestroom van een fluïdum in een leiding.
US6257071B1 (en) * 1998-12-28 2001-07-10 Foxboro Company Fluoropolymer coated vortex flowmeter
US6463813B1 (en) * 1999-06-25 2002-10-15 Weatherford/Lamb, Inc. Displacement based pressure sensor measuring unsteady pressure in a pipe
US6957588B1 (en) * 1999-06-28 2005-10-25 Thomas P. Kicher & Co. Fluid measuring device and method
US6615673B1 (en) * 1999-07-26 2003-09-09 The Foxboro Company Integral shedder and mounting pad
JP2001336961A (ja) * 2000-05-26 2001-12-07 Yokogawa Electric Corp 渦流量計
US7058549B2 (en) * 2003-01-21 2006-06-06 C1Dra Corporation Apparatus and method for measuring unsteady pressures within a large diameter pipe
WO2005010522A2 (en) * 2003-07-18 2005-02-03 Rosemount Inc. Process diagnostics
US20050201567A1 (en) * 2004-03-12 2005-09-15 Browne Alan L. Tunable exhaust system
JP5096915B2 (ja) * 2004-03-25 2012-12-12 ローズマウント インコーポレイテッド 簡略化された流体物性測定法
US7073394B2 (en) 2004-04-05 2006-07-11 Rosemount Inc. Scalable averaging insertion vortex flow meter
US6973841B2 (en) 2004-04-16 2005-12-13 Rosemount Inc. High pressure retention vortex flow meter with reinforced flexure
JP4461329B2 (ja) * 2004-08-31 2010-05-12 旭有機材工業株式会社 流体制御装置
DE102006004757A1 (de) * 2005-12-23 2007-07-05 Abb Patent Gmbh Wirbeldurchflussmesseinrichtung
US7644633B2 (en) 2006-12-18 2010-01-12 Rosemount Inc. Vortex flowmeter with temperature compensation
EP1936332A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-25 Nederlandse Organisatie voor Toegepast-Natuuurwetenschappelijk Onderzoek TNO Karman vortex flowmeter assembly comprising a fiber Bragg grating sensor and method to measure a fluid flow rate
US7836780B2 (en) 2008-02-26 2010-11-23 Rosemount Inc. Sensor tube with reduced coherent vortex shedding
US8250924B2 (en) * 2008-04-22 2012-08-28 Rosemount Inc. Industrial process device utilizing piezoelectric transducer
US8548753B2 (en) * 2008-06-27 2013-10-01 Rosemount Inc. Velocity-enhanced flow measurement
WO2010050838A1 (en) * 2008-10-29 2010-05-06 Rosemount Inc. Vortex flowmeter body with a groove in the backward facing surface
DE102009001525A1 (de) * 2009-03-12 2010-09-16 Endress + Hauser Flowtec Ag Verfahren und Wirbelströmungsmessgerät zum Überwachen und/oder Messen einer Wandströmung eines in einer Rohrleitung strömenden, zwei- oder mehrphasigen Mediums
US8042411B2 (en) * 2009-06-04 2011-10-25 Invensys Systems, Inc. Small line size vortex flowmeter
CN102171539B (zh) 2009-12-24 2012-12-05 罗斯蒙德公司 具有由支柱支撑的涡旋振荡传感器板的涡旋流量计
US8567259B1 (en) * 2010-02-10 2013-10-29 Stc.Unm Optical phase shift fluid flow velocity measurement mechanism
US9995609B2 (en) * 2010-03-09 2018-06-12 Cidra Corporate Services, Inc. Single wrapped sensor flow meter
DE102011009894A1 (de) * 2011-01-31 2012-08-02 Krohne Messtechnik Gmbh Vortex-Durchflussmessgerät
US8408071B1 (en) * 2011-09-19 2013-04-02 Onicon Inc. Enhanced vortex-shedding flowmeter
GB201117707D0 (en) * 2011-10-13 2011-11-23 Maggs Tony Stimulator
EP2786099A1 (de) * 2011-11-28 2014-10-08 SIKA Dr.Siebert & Kühn GmbH & Co. KG. Durchflussmesser für sanitärarmaturen
US8544342B1 (en) * 2012-11-13 2013-10-01 Onicon, Inc. Vortex flowmeter
US9016138B2 (en) 2013-03-13 2015-04-28 Rosemount Inc. Flanged reducer vortex flowmeter
US9157775B2 (en) * 2013-03-15 2015-10-13 Rosemount Inc. Flowmeter for measuring flow of a process fluid through a conduit including process variable sensors mounted on a pitot tube
US9016139B2 (en) * 2013-08-06 2015-04-28 Accutrol, LLC Detection of air flow velocity using fast fourier transform and vortex shedding
US9360354B2 (en) * 2013-09-11 2016-06-07 Smc Corporation Vortex flowmeter
US9250108B2 (en) * 2013-09-27 2016-02-02 Rosemount Inc. Differential pressure based flow measurement device having improved pitot tube configuration
US9322683B2 (en) * 2014-05-12 2016-04-26 Invensys Systems, Inc. Multivariable vortex flowmeter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58169030A (ja) * 1982-03-31 1983-10-05 Ohkura Electric Co Ltd カルマン渦流量計
JPH11295118A (ja) * 1998-04-15 1999-10-29 Yokogawa Electric Corp 渦流量計
KR20080048164A (ko) * 2006-11-28 2008-06-02 주식회사 세 바 와류식 유량계
US20150122051A1 (en) * 2013-11-04 2015-05-07 South Jersey Engineering & Research, LLC Flowmeter comprising piezoelectric sensor

Also Published As

Publication number Publication date
EP3488192B1 (en) 2022-04-20
WO2018016984A1 (en) 2018-01-25
CA3031515C (en) 2021-06-15
US20180023985A1 (en) 2018-01-25
CN108351238A (zh) 2018-07-31
EP3488192A1 (en) 2019-05-29
JP2019521350A (ja) 2019-07-25
EP3488192A4 (en) 2020-02-26
US10365134B2 (en) 2019-07-30
CA3031515A1 (en) 2018-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2705705C1 (ru) Вихревой расходомер с уменьшенным технологическим вмешательством
CN203672420U (zh) 流量计
US9366556B2 (en) Method for ultrasonic metering using an orifice meter fitting
JP5394506B2 (ja) 渦振動センサプレートを持つ渦流量計
RU2488836C2 (ru) Ультразвуковое измерительное устройство и способ ультразвукового измерения скорости потока
US20220163136A1 (en) System and method for monitoring flow rate of regulating valve based on acoustic sensor
JP2011515689A (ja) 流体の瞬時流量実時間測定システム
US20220205890A1 (en) Device and method for fluid and equipment monitoring
CN208383199U (zh) 一种大口径的流量计
US10969258B2 (en) Non-invasive sensor in a bluff body of a vortex flowmeter
RU2686451C1 (ru) Способ калибровки расходомера газа
Konu et al. Non-Intrusive Passive Acoustic Sensing for Accurate Gas Flow Measurement in Gas Pipelines
EP3971536B1 (en) Ultrasonic flowmeter with vibration-resistant operating mode
CN107478290A (zh) 用于流体振动式流量计的信号处理方法及信号处理模块
RU2800929C1 (ru) Способ корректировки переменной расходомера
US20240077344A1 (en) Integrated enclosure for ultrasonic flowmeter
RU182094U1 (ru) Расходомер газа с устройством поверки
Bera A low-cost centrifugal force type flow sensor for measuring the flow rate of a fluid through a pipeline
CN1206517C (zh) 固定式自减振差动流量传感器
CN112484820A (zh) 一种基于声波信号的节流孔板流量计标定平台和方法
RU2467290C2 (ru) Вихревой расходомер с пластиной датчика вихревых колебаний
Basics EFFECTS AND CONTROL OF PULSATION IN GAS MEASUREMENT