RU2780566C1 - Method for non-invasive determination of the volumetric flow rate of liquid and gas in a pipeline and a device for its implementation - Google Patents

Method for non-invasive determination of the volumetric flow rate of liquid and gas in a pipeline and a device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2780566C1
RU2780566C1 RU2022110544A RU2022110544A RU2780566C1 RU 2780566 C1 RU2780566 C1 RU 2780566C1 RU 2022110544 A RU2022110544 A RU 2022110544A RU 2022110544 A RU2022110544 A RU 2022110544A RU 2780566 C1 RU2780566 C1 RU 2780566C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
sensors
frequency
flow
processing
Prior art date
Application number
RU2022110544A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Александрович Кривоногов
Original Assignee
Алексей Александрович Кривоногов
Filing date
Publication date
Application filed by Алексей Александрович Кривоногов filed Critical Алексей Александрович Кривоногов
Application granted granted Critical
Publication of RU2780566C1 publication Critical patent/RU2780566C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: gas industry.
SUBSTANCE: method for non-invasive determination of the volumetric flow rate of liquid and gas in a pipeline is proposed. On the outer surface of the pipe, a set of sensors is installed in series, capable of detecting vortex disturbances in the flow and generating signals about them. The hydrodynamic component of pulsating pressure extracted from turbulent vortices is used as a useful signal, the signal is then filtered, first removing the long-wavelength acoustic components of pressure pulsations of turbulent vortices, then filtering out the high-frequency component of the signal. The rest of the signal is processed. Then the speed of convection of vortex disturbances inside the flow is determined. Next, the volumetric flow rate of the liquid is calculated from the speed of convection of vortex disturbances. As sensors, elastic deformation sensors are used, made with the possibility of restructuring them to filter waves of different lengths. The signals taken from the sensors are amplified before filtering. After filtering, the signal containing the values ​​of pressure fluctuations of turbulent eddies in the convective region is subjected to frequency-wave processing using the k-ƒ curve. Also proposed is a device for non-invasive determination of the volumetric flow rate of liquid and gas in the pipeline.
EFFECT: increase in the accuracy of determining the volumetric flow rate of liquid and gas in the pipeline is achieved.
8 cl, 4 dwg

Description

Группа изобретений относится, к средствам измерения объемного расхода жидких и газообразных сред и может широко использоваться в измерительной технике в нефтяной и газовой отрасли.The group of inventions relates to means for measuring the volumetric flow rate of liquid and gaseous media and can be widely used in measuring technology in the oil and gas industry.

Актуальность группы изобретений заключается в создании нового неинвазивного метода измерения объемного расхода, реализованного в виде накладного расходомера с качественными эксплуатационными характеристиками.The relevance of the group of inventions lies in the creation of a new non-invasive method for measuring volume flow, implemented in the form of an overhead flow meter with high-quality performance characteristics.

При этом под качественными эксплуатационными характеристиками понимается следующее:In this regard, the quality performance is understood as the following:

- обеспечение неинвазивного метода измерения объемного расхода без сужения проточного тракта;- providing a non-invasive method for measuring volume flow without narrowing the flow path;

- измерения параметров потока по его физическим характеристикам без создания искусственных возмущений;- measurement of flow parameters according to its physical characteristics without creating artificial disturbances;

- возможность измерения расхода жидкости и газа в широких диапазонах;- the ability to measure the flow of liquid and gas in a wide range;

- возможность переустановки на различные участки трубопровода без остановки процесса;- the possibility of reinstallation on different sections of the pipeline without stopping the process;

- широкий диапазон измеряемых расходов.- a wide range of measured costs.

В настоящий момент существует множество приборов, предназначенных для измерения расхода жидких и газообразных сред, но все они имеют свои достоинства и недостатки. Среди наиболее распространенных расходомеров есть два основных недостатка - это уменьшение проходного сечения канала и необходимость установки в трубопровод путем врезки. Например, мембранные расходомеры перепада давления значительно уменьшают проходное сечение трубопровода, вихревые расходомеры нестабильно работают на низких скоростях, ультразвуковые расходомеры сильно зависят от переотражения акустической волны и калибровки, кориолисовы расходомеры подвержены влиянию вибраций и т.д. Все эти факторы влекут за собой экономические потери и снижение безопасности.At the moment, there are many devices designed to measure the flow of liquid and gaseous media, but they all have their own advantages and disadvantages. Among the most common flowmeters, there are two main drawbacks - this is a decrease in the flow area of the channel and the need for installation in the pipeline by tie-in. For example, differential pressure membrane flowmeters significantly reduce the flow area of the pipeline, vortex flowmeters are unstable at low speeds, ultrasonic flowmeters are highly dependent on acoustic wave reflection and calibration, Coriolis flowmeters are affected by vibrations, etc. All these factors entail economic losses and reduced safety.

Современные тенденции в приборостроении направлены на энергоэффективность и снижение затрат. В настоящее время широкое распространение получили неинвазивные методы измерения расхода жидких и газообразных сред в трубопроводах. Это является следующим витком в развитии средств измерения. Одним из таких устройств является накладной частотно-волновой расходомер, определяющий расход по пульсациям давления турбулентных вихрей в потоке.Current trends in instrumentation are focused on energy efficiency and cost reduction. At present, non-invasive methods for measuring the flow rate of liquid and gaseous media in pipelines are widely used. This is the next round in the development of measuring instruments. One of such devices is a clamp-on frequency-wave flow meter, which determines the flow rate from the pressure fluctuations of turbulent eddies in the flow.

Устройство предназначено для измерения объемного расхода жидких, газообразных и многофазных сред, протекающих в трубопроводе, с возможностью переустановки на различные участки трубопровода без остановки процесса. Это позволяет значительно сэкономить ресурсы, повысить безопасность системы, так как не нужно работать с высоким давлением, и повысить качество производства, поскольку нет потерь продукта. Он имеет ряд преимуществ в сравнении с накладными ультразвуковыми расходомерами, поскольку не требует калибровки при установке на трубопровод, измеряет физический параметр, создаваемый потоком, не зависит от скорости звука в потоке и трубопроводе, отсутствуют переотражения излучаемой волны.The device is designed to measure the volume flow of liquid, gaseous and multi-phase media flowing in the pipeline, with the possibility of reinstallation in different sections of the pipeline without stopping the process. This saves a lot of resources, improves the safety of the system, since there is no need to work with high pressure, and improves the quality of production, since there is no loss of product. It has a number of advantages compared to clamp-on ultrasonic flowmeters, since it does not require calibration when installed on a pipeline, it measures the physical parameter created by the flow, it does not depend on the speed of sound in the flow and pipeline, and there are no re-reflections of the radiated wave.

Предлагаемый метод измерения базируется на гипотезе о «замороженности турбулентности» Тейлора, которая гласит, что если величина пульсационной скорости u’(t) намного меньше скорости потока U, то пространственные параметры турбулентности x можно определить по временным t (I) значениям.The proposed measurement method is based on Taylor's “turbulence freezing” hypothesis, which says that if the value of the pulsation velocity u’(t) is much less than the flow velocity U, then the spatial parameters of turbulence x can be determined from the temporal t (I) values.

Figure 00000001
Figure 00000001

Другими словами скорость конвекции турбулентных вихрей Uc не зависит от пульсационной составляющей u’(t) и равна средней скорости потока. Таким образом, зная частоту пульсаций вихря - ƒ и волновое число - k можно определить скорость конвекции (II).In other words, the convection velocity of turbulent eddies U c does not depend on the pulsation component u'(t) and is equal to the average flow velocity. Thus, knowing the vortex pulsation frequency - ƒ and the wave number - k, one can determine the convection velocity (II).

Figure 00000002
Figure 00000002

В качестве источника сигнала используются вихри, движущиеся в пограничном слое или вблизи него, в турбулентном потоке, которые можно определить как мгновенное значение давления (III):As a signal source, vortices moving in the boundary layer or near it, in a turbulent flow, are used, which can be defined as an instantaneous pressure value (III):

Figure 00000003
Figure 00000003

где Р(х) - статическое давление, p(x,t) - центрированная функция описывающая случайные по пространству и времени пульсации давления, которая в свою очередь может быть представлена в виде суммы (IV) гидродинамической p(x,t)га, акустической p(x,t)ак и остальных составляющих пульсационного давления p(x,t)др.where P(x) - static pressure, p(x,t) - centered function describing random in space and time pressure fluctuations, which in turn can be represented as a sum (IV) of hydrodynamic p(x,t) ha , acoustic p(x,t) as well as other components of the pulsation pressure p(x,t) etc .

Figure 00000004
Figure 00000004

Согласно гипотезе Дж. Тейлора, полезным источником сигнала является гидродинамическая составляющая p(x,t)гд пульсирующего давления, поскольку конвекция вихрей происходит именно в этой области сигнала. Однако просто считывать сигнал в точке недостаточно, поскольку для вычисления скорости конвекции необходимо определить параметры конвертирующего вихря, такие как частота пульсаций вихря - ƒ и его волновое число - k. Для этого применяется пространственная спектральная обработка с корреляционной функцией.According to J. Taylor's hypothesis, a useful signal source is the hydrodynamic component p(x, t) where of the pulsating pressure, since vortex convection occurs precisely in this region of the signal. However, simply reading the signal at a point is not enough, since in order to calculate the convection velocity, it is necessary to determine the parameters of the converting vortex, such as the vortex pulsation frequency - ƒ and its wave number - k. For this, spatial spectral processing with a correlation function is used.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемым являются технические решения, представленные в п. США №8346491 по кл. G01F 1/00,1/20, 7/00, 22/00, з. 22.02.2008 г., оп. 01.01.2013 г. «Ультразвуковой измеритель потока для обеспечения идентификации продукта» и выбранные в качестве прототипов.The closest in technical essence to the claimed are the technical solutions presented in paragraph US No. 8346491 according to class. G01F 1/00, 1/20, 7/00, 22/00, s. February 22, 2008, op. 01/01/2013 "Ultrasonic flow meter to ensure product identification" and selected as prototypes.

В известном патенте представлены 2 варианта способа измерения и два варианта реализующих их устройств.In a well-known patent, 2 variants of the measurement method and two variants of devices implementing them are presented.

Из двух вариантов наиболее близкими к заявляемым являются технические решения, представленные в первом варианте и характеризующиеся следующими формулами (перевод приведен в приложении к заявке):Of the two options, the closest to the claimed ones are the technical solutions presented in the first option and characterized by the following formulas (the translation is given in the appendix to the application):

1-ый вариант1st option

1. Устройство для идентификации одного или более жидких продуктов, текущих внутри трубы, включающее:1. A device for identifying one or more liquid products flowing inside a pipe, including:

- измеритель потока, имеющий множество сенсоров, способных обнаруживать вихревые возмущения течения с жидкими продуктами и акустические волны, распространяющиеся сквозь поток продуктов, и создавать сигналы, индицирующие вихревые возмущения и акустические волны, и смонтированный на трубе и;- a flow meter having a plurality of sensors capable of detecting eddy disturbances in the flow with liquid products and acoustic waves propagating through the product flow, and generating signals indicative of eddy disturbances and acoustic waves, and mounted on a pipe and;

- узел обработки, способный определять скорость звука и объемный расход одного или более жидких продуктов, использующий сигналы от измерителя потока, в котором узел обработки включает базу данных, имеющую данные о скорости звука для заранее определенной группы продуктов и в котором следующий узел обработки способен идентифицировать тип каждого продукта внутри трубы, дающий температуру и величину давления продукта внутри трубы.- a processing unit capable of determining the speed of sound and volumetric flow of one or more liquid products, using signals from a flow meter, in which the processing unit includes a database having sound velocity data for a predetermined group of products and in which the next processing unit is able to identify the type of each product inside the pipe, giving the temperature and pressure of the product inside the pipe.

2. Устройство по п. 1, в котором база данных содержит данные о скорости звука как функции температуры и величины давления продуктов внутри трубы.2. The apparatus of claim. 1, wherein the database contains data on the speed of sound as a function of the temperature and pressure of the products inside the pipe.

3. Устройство по п. 2., в которых база данных является таблицей.3. The device according to claim 2, in which the database is a table.

4. Устройство по п. 1, в котором узел обработки способен определить объемный расход определением скорости конвекции вихревых возмущений внутри потока одного или более жидких продуктов и в котором скорость конвекции определяется характеризацией конвекции гребня (выступа), представляющего вихревые возмущения внутри трубы.4. The apparatus of claim 1, wherein the processing unit is capable of determining the volumetric flow rate by determining the rate of convection of vortex disturbances within the flow of one or more liquid products, and wherein the rate of convection is determined by characterizing the convection of a ridge (protrusion) representing the vortex disturbances within the pipe.

5. Устройство по п. 1, в котором узел обработки способен определить объемный расход определением скорости конвекции вихревых возмущений внутри потока одного или более жидких продуктов, и в котором скорость конвекции определяется кросс-коррелированием вместо изменений давления.5. The apparatus of claim 1, wherein the processing unit is capable of determining the volumetric flow rate by determining the rate of convection of eddy disturbances within the flow of one or more liquid products, and wherein the rate of convection is determined by cross-correlation instead of pressure changes.

(пп.6-11 по устройству относятся ко 2-ому варианту)(clauses 6-11 on the device refer to the 2nd option)

12. Способ идентификации одного или более продуктов потока жидкости, текущего внутри трубы, включающий:12. A method for identifying one or more products of a fluid stream flowing inside a pipe, including:

- обеспечение измерителем потока, имеющего множество сенсоров, способных обнаруживать вихревые возмущения течения с жидкими продуктами и акустические волны, распространяющиеся сквозь поток продуктов, и узлом обработки, имеющим базу данных, содержащую данные о скорости звука для заранее определенной группы продуктов., как функцию температуры и давления;- providing a flow meter having a plurality of sensors capable of detecting eddy flow disturbances with liquid products and acoustic waves propagating through the product flow, and a processing unit having a database containing sound velocity data for a predetermined group of products, as a function of temperature and pressure;

- определение скорости звука для каждого из одного или более жидких продуктов, используя κ-ω кривую, основываясь на первых сигналах из измерителя потока, представленных акустическими волнами, распространяющимися через поток;- determining the speed of sound for each of the one or more liquid products, using a κ-ω curve, based on the first signals from the flow meter, represented by acoustic waves propagating through the flow;

- определение скорости конвекции вихревых возмущений внутри потока, основываясь на вторых сигналах из измерителя потока, представленных вихревыми возмущениями с одного или более жидких продуктов;- determining the speed of convection of vortex disturbances within the flow, based on the second signals from the flow meter, represented by vortex disturbances from one or more liquid products;

- идентификацию типа каждого продукта, используя определенную скорость звука для данной температуры и величины давления продуктов внутри трубы.- identification of the type of each product, using a certain speed of sound for a given temperature and pressure of the products inside the pipe.

13. Способ по п. 12, далее содержащий шаг определения объемного расхода одного или более продуктов внутри трубы.13. The method of claim 12, further comprising the step of determining the volumetric flow rate of one or more products within the pipe.

14. Способ по п. 13, в котором базой данных является справочная таблица.14. The method of claim 13, wherein the database is a lookup table.

15. Способ по п. 12, в котором скорость конвенции вихревых возмущений внутри потока определена с использованием кривой (графика) к-ω.15. The method according to claim 12, in which the speed of the convention of vortex disturbances within the flow is determined using the curve (graph) k-ω.

16. Способ по п. 12, в котором скорость конвенции определяется кросс-корреляцией вместо вариаций давления.16. The method of claim 12 wherein the convention rate is determined by cross-correlation instead of pressure variations.

Из формулы известных устройства и способа видно следующее:From the formula of the known device and method, the following can be seen:

1) в качестве источника полезного сигнала в них используются:1) as a source of a useful signal they use:

- сигналы, полученные от вихревых возмущений, для определения объемного расхода;- signals received from vortex disturbances to determine the volume flow;

- сигналы, полученные от акустических волн, для различения и идентификации состава многофазного потока.- signals received from acoustic waves to distinguish and identify the composition of a multiphase flow.

2) при этом объемный расход измеряется определением скорости вихревых возмущений внутри потока либо характеризацией конвекционного гребня (выступа), представляющего вихревые возмущения внутри трубы или кросс-коррелированием вместо изменений давления.2) in this case, the volume flow is measured by determining the velocity of vortex disturbances within the flow or by characterizing a convection ridge (protrusion) representing vortex disturbances inside the pipe or by cross-correlation instead of pressure changes.

Более конкретно с учетом чертежей и описания можно сказать следующее. Известное устройство содержит набор тензометрических сенсоров, установленных на трубопровод последовательно, через определенное расстояние. Каждая пара сенсоров соединена сумматором и является пространственным (волновым) фильтром, который убирает длинноволновые акустические составляющие пульсаций давления турбулентных вихрей. Полученный отфильтрованный сигнал поступает на полосовой (частотный) фильтр, который обрезает высокочастотную составляющую сигнала. Тем самым остается часть сигнала, содержащая в себе параметры пульсаций турбулентных вихрей в конвективной области частотно-волнового спектра, которая поступает в модуль корреляционной обработки, где сопоставляются данные между двумя обработанными сигналами, и вычисляется временная задержка, которая соответствует времени прохождения конвертирующего вихря в потоке. Поскольку расстояние между пространственными фильтрами известно заранее, возможно вычислить скорость конвекции вихря в пограничном слое. С помощью передаточного коэффициента скорость переноса вихря пересчитывается в скорость потока. Умножив скорость на площадь сечения трубопровода, получаем объемный расход.More specifically, in view of the drawings and description, the following can be said. The known device contains a set of strain gauge sensors installed on the pipeline in series, through a certain distance. Each pair of sensors is connected by an adder and is a spatial (wave) filter that removes long-wavelength acoustic components of pressure fluctuations of turbulent eddies. The resulting filtered signal is fed to a bandpass (frequency) filter, which cuts off the high-frequency component of the signal. Thus, a part of the signal remains, containing the parameters of pulsations of turbulent vortices in the convective region of the frequency-wave spectrum, which enters the correlation processing module, where the data between the two processed signals are compared, and the time delay is calculated, which corresponds to the time of passage of the converting vortex in the flow. Since the distance between the spatial filters is known in advance, it is possible to calculate the vortex convection velocity in the boundary layer. With the aid of the transfer coefficient, the vortex transfer rate is converted into a flow velocity. Multiplying the velocity by the cross-sectional area of the pipeline, we obtain the volume flow.

Данное устройство имеет ряд недостатков: узкий диапазон работы пространственной фильтрации, поскольку расстояние между сенсорами жестко определено при том, что вихри, перемещаемые потоком, имеют различный масштаб, а соответственно, различные частоту пульсаций и волновое число.This device has a number of disadvantages: a narrow range of spatial filtering, since the distance between the sensors is strictly defined, while the vortices moved by the flow have a different scale, and, accordingly, different pulsation frequency and wave number.

Основной проблемой известного способа является низкая точность измерения, поскольку вычисляется скорость конвекции вихря для конкретного волнового числа и частоты, а этого недостаточно для точного определения скорости конвекции.The main problem of the known method is the low measurement accuracy, since the vortex convection rate is calculated for a specific wave number and frequency, and this is not enough to accurately determine the convection rate.

Также в указанном патенте №8346491 говорится о применении частотно-волнового метода измерения скорости конвекции вихрей, который определяет фронт конвективного максимума (гребня) в заданном диапазоне частот и волновых чисел. Для этого применяется сбор данных за определенный промежуток времени и быстрое преобразование Фурье (FFT), после чего данные поступают в «Узел обработки массива». На выходе из «Узла обработки массива» получается частотно-волновой спектр или к-ω график.Also in the specified patent No. 8346491 it is said about the use of a frequency-wave method for measuring the speed of convection of vortices, which determines the front of the convective maximum (crest) in a given range of frequencies and wave numbers. For this, data collection for a certain period of time and the fast Fourier transform (FFT) are used, after which the data is fed to the "Array Processing Node". At the output of the “Array Processing Node”, a frequency-wave spectrum or k-ω graph is obtained.

Основной проблемой известного способа является низкая точность определения конвективного фронта при обработке сигнала, для ее повышения применяется оптимизационная функция. Тем не менее, есть риск получить значения, не соответствующие конвективной области вихревого поля. В описании изобретения не указывается, каким образом удается выделить именно гидродинамическую составляющую пульсаций давления для последующей частотно-волновой обработки, есть только упоминание о предварительном быстром преобразовании Фурье. В итоге результаты измерений не будут соответствовать истинной средней скорости потока.The main problem of the known method is the low accuracy of determining the convective front during signal processing, to improve it, an optimization function is used. However, there is a risk of obtaining values that do not correspond to the convective region of the vortex field. The description of the invention does not indicate how it is possible to isolate the hydrodynamic component of pressure fluctuations for subsequent frequency-wave processing, there is only a mention of a preliminary fast Fourier transform. As a result, the measurement results will not correspond to the true average flow rate.

Кроме того, в рассматриваемом известном патенте эти методы представлены в составе системы для измерения расхода многофазных потоков с разделением фаз, а отдельно для измерения объемного расхода однофазного потока без применения датчиков давления и температуры данных нет.In addition, in the well-known patent under consideration, these methods are presented as part of a system for measuring the flow rate of multiphase flows with phase separation, and there is no data separately for measuring the volumetric flow rate of a single-phase flow without the use of pressure and temperature sensors.

При этом способ определения объемного расхода является весьма сложным за счет использования быстрого преобразования Фурье, необходимости обработки акустических сигналов, а само устройство также весьма сложно, т.к. требует использования акустических сенсоров давления, базы данных о скорости звука в зависимости от температуры и давления.At the same time, the method for determining the volumetric flow rate is very complicated due to the use of the fast Fourier transform, the need to process acoustic signals, and the device itself is also very difficult, because requires the use of acoustic pressure sensors, a database of sound speed versus temperature and pressure.

Задачей является повышение точности определения объемного расхода жидкости и газа в трубопроводе при упрощении используемых для этого технических средств.The task is to improve the accuracy of determining the volumetric flow rate of liquid and gas in the pipeline while simplifying the technical means used for this.

Поставленная задача решается тем, что:The problem is solved by:

- в способе неинвазивного определения объемного расхода жидкости и газа в трубопроводе, заключающемся в том, что на наружной поверхности трубы устанавливают последовательно набор сенсоров, способных обнаруживать вихревые возмущения в потоке и создавать сигналы о них, которые затем фильтруют, вначале убирая длинноволновые акустические составляющие пульсаций давления турбулентных вихрей, затем отфильтровывая высокочастотную составляющую сигнала, в качестве полезного сигнала используют выделенную из турбулентных вихрей гидродинамическую составляющую пульсирующего давления, которую затем подвергают обработке и определяют скорость конвекции вихревых возмущений внутри потока с использованием графика k-ƒ, далее по скорости конвекции вихревых возмущений рассчитывают объемный расход жидкости, согласно изобретению, в качестве сенсоров используют сенсоры упругих деформаций, выполненные с возможностью перестраивания их на фильтрацию волн различной длины, снятые с сенсоров сигналы усиливают перед фильтрацией, после пространственной фильтрации сигнал подвергается частотной фильтрации, после чего отфильтрованый сигнал, содержащий значения пульсаций давления турбулентных вихрей в конвективной области, подвергают частотно-волновой обработке в k-ƒ модуле.- in a method for non-invasive determination of the volumetric flow rate of liquid and gas in a pipeline, which consists in the fact that a set of sensors is installed sequentially on the outer surface of the pipe, capable of detecting vortex disturbances in the flow and creating signals about them, which are then filtered, first removing the long-wave acoustic components of pressure pulsations turbulent vortices, then filtering the high-frequency component of the signal, the hydrodynamic component of pulsating pressure extracted from turbulent vortices is used as a useful signal, which is then processed and the speed of convection of vortex disturbances inside the flow is determined using the k-ƒ graph, then the volumetric liquid flow rate, according to the invention, as sensors, elastic deformation sensors are used, made with the possibility of restructuring them for filtering waves of different lengths, the signals taken from the sensors are amplified before f filtering, after spatial filtering, the signal is subjected to frequency filtering, after which the filtered signal containing the values of pressure fluctuations of turbulent eddies in the convective region is subjected to frequency-wave processing in the k-ƒ module.

При этом в способе после фильтрации сигнал могут подвергать двумерной корреляционной обработке по времени и пространству, сопоставляя данные между первым и последующими обработанными сигналами и вычисляя время задержки между ними:In this method, after filtering, the signal can be subjected to two-dimensional correlation processing in time and space, comparing the data between the first and subsequent processed signals and calculating the delay time between them:

Figure 00000005
Figure 00000005

где W - двумерная корреляционная функция между первым сигналом и последующими, N - количество отсчетов, Μ - количество сенсоров, р1 - сигнал в первом фильтре, р2 - сигнал в последующих фильтрах, n - строки, m - столбцы, τ - временная сдвижка сигнала, q=1, 2, …, N-1, x - расстояние между сенсорами, t - время.where W - two-dimensional correlation function between the first signal and subsequent ones, N - number of samples, Μ - number of sensors, p 1 - signal in the first filter, p 2 - signal in subsequent filters, n - rows, m - columns, τ - time shift signal, q=1, 2, …, N-1, x - distance between sensors, t - time.

Затем выполняют двумерную частотно-волновую обработку по зависимости (VI):Then, two-dimensional frequency-wave processing is performed according to the dependence (VI):

Figure 00000006
Figure 00000006

где S - частотно-волновой спектр, k - волновое число, ƒ - частота.where S is the frequency-wave spectrum, k is the wavenumber, ƒ is the frequency.

Кроме того, в способе после фильтрации сигнал могут подвергать частотно-волновой обработке по зависимости:In addition, in the method, after filtering, the signal can be subjected to frequency-wave processing according to the dependence:

Figure 00000007
Figure 00000007

где S - частотно-волновой спектр, k - волновое число, ƒ - частота, N - количество отсчетов, Μ - количество сенсоров, p - набор сигналов (двумерная матрица) с сенсоров после фильтрации, n - строки, m - столбцы, τ - временная сдвижка сигнала, x - расстояние между сенсорами, t - время.where S - frequency-wave spectrum, k - wave number, ƒ - frequency, N - number of samples, Μ - number of sensors, p - set of signals (two-dimensional matrix) from sensors after filtering, n - rows, m - columns, τ - signal time shift, x - distance between sensors, t - time.

- в устройстве для неинвазивного определения объемного расхода жидкости и газа в трубопроводе, включающем измеритель потока, имеющий набор установленных на наружной стороне трубопровода сенсоров на равном расстоянии, способных обнаруживать вихревые возмущения течения через твердую стенку с жидкими продуктами и создавать индицирующие их сигналы, связанный с измерителем потока узел обработки, содержащий элементы фильтрации сигналов, и связанный с модулем k-ƒ обработки отфильтрованных сигналов, соединенным с вычислителем расхода, согласно изобретению, в качестве сенсоров использованы сенсоры упругих деформаций, выполненные с возможностью перестраивания их на фильтрацию волн различной длины, соединенные выходами с усилителями сигнала, соединенными с входами узла обработки.- in a device for non-invasive determination of the volumetric flow rate of liquid and gas in a pipeline, including a flow meter having a set of sensors installed on the outer side of the pipeline at an equal distance, capable of detecting vortex perturbations of the flow through a solid wall with liquid products and creating signals indicating them, associated with the meter flow processing unit containing signal filtering elements and connected to the filtered signal processing module k-ƒ, connected to the flow computer, according to the invention, elastic deformation sensors are used as sensors, configured to rebuild them to filter waves of different lengths, connected by outputs with signal amplifiers connected to the inputs of the processing unit.

При этом в устройстве выходы каждой пары соседних сенсоров могут быть соединены со входами двух усилителей сигналов, подключенных к входам сумматора с образованием указанной сборкой первичного волнового (пространственного) фильтра, выход каждого из которых через полосовой частотный фильтр подсоединен к модулю обработки.At the same time, in the device, the outputs of each pair of adjacent sensors can be connected to the inputs of two signal amplifiers connected to the inputs of the adder to form the primary wave (spatial) filter specified by the assembly, the output of each of which is connected to the processing module through a band-pass filter.

Кроме того, в устройстве сенсоры упругих деформаций могут быть выполнены с заранее заданной частотно-волновой полосой пропускания сигнала, настроенной на детектирование пульсаций давления турбулентных вихрей в конвективной области, а их выходы подключены к входам модуля k-ƒ обработки отфильтрованных сигналов.In addition, in the device, elastic strain sensors can be made with a predetermined frequency-wave signal bandwidth configured to detect pressure fluctuations of turbulent eddies in the convective region, and their outputs are connected to the inputs of the filtered signal processing module k-ƒ.

А также в устройстве k-ƒ модуль может содержать блоки обработки отфильтрованного сигнала, при этом первый блок служит для выполнения корреляционной обработки сигнала, второй - для частотно-волновой обработки, при которой определяется скорость конвекции турбулентных вихрей в потоке, а третий блок предназначен для вычисления объемного расхода при помощи передаточного коэффициента.And also in the k-ƒ device, the module may contain blocks for processing the filtered signal, while the first block is used to perform correlation signal processing, the second - for frequency-wave processing, in which the speed of convection of turbulent vortices in the flow is determined, and the third block is designed to calculate volume flow using a transfer ratio.

Кроме того, в устройстве k-ƒ модуль может содержать блоки обработки отфильтрованного сигнала, при этом первый блок служит для выполнения частотно-волновой обработки, при которой определяется скорость конвекции турбулентных вихрей в потоке, а второй блок предназначен для вычисления объемного расхода при помощи передаточного коэффициента.In addition, in the k-ƒ device, the module may contain blocks for processing the filtered signal, while the first block is used to perform frequency-wave processing, in which the speed of convection of turbulent eddies in the flow is determined, and the second block is designed to calculate the volume flow using the transfer coefficient .

Применение в заявляемом способе для обнаружения вихревых возмущений в потоке и создания сигналов о них сенсоров упругих деформаций, выполненных с возможностью перестраивания их на фильтрацию волн различной длины, в совокупности с усилением снятых с сенсоров сигналов перед фильтрацией, и частотно-волновой обработкой в k-ƒ модуле отфильтрованных сигналов, содержащих значения пульсаций давления турбулентных вихрей в конвективной области, позволяет повысить точность определения скорости конвенции, а следовательно, и определения объемного расхода при весьма простой методике обработки.Application in the claimed method to detect vortex disturbances in the flow and create signals about them of elastic deformation sensors, made with the possibility of rebuilding them for filtering waves of different lengths, in combination with amplifying the signals taken from the sensors before filtering, and frequency-wave processing in k-ƒ The module of filtered signals containing the values of pressure fluctuations of turbulent vortices in the convective region makes it possible to increase the accuracy of determining the convention velocity, and, consequently, the determination of the volumetric flow rate with a very simple processing technique.

В заявляемом устройстве использование в качестве сенсоров в измерителе потока сенсоров упругих деформаций, выполненных с возможностью перестраивания их на фильтрацию волн различной длины, соединенных выходами с усилителями сигнала, связанными с входами узла обработки, обеспечивает в совокупности повышение точности определения скорости конвекции, а следовательно и определения объемного расхода при весьма простой его схеме.In the claimed device, the use of elastic strain sensors as sensors in the flow meter, which can be reconfigured to filter waves of various lengths, connected by outputs to signal amplifiers connected to the inputs of the processing unit, together provides an increase in the accuracy of determining the convection velocity, and hence determining volumetric flow with a very simple scheme.

Технический результат - повышение точности определения объемного расхода жидкости и газа в трубопроводе при упрощении используемых для этого средств.The technical result is an increase in the accuracy of determining the volumetric flow rate of liquid and gas in the pipeline while simplifying the means used for this.

Заявляемые способ и устройство для неинвазивного определения объемного расхода жидкости и газа в трубопроводе обладают новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как:The claimed method and device for non-invasive determination of the volumetric flow rate of liquid and gas in a pipeline are novel in comparison with the prototype, differing from it in such essential features as:

- в способе: применение сенсоров упругих деформаций, выполненных с возможностью перестраивания их на фильтрацию волн различной длины, усиление снятых с сенсоров сигналов перед фильтрацией, частотно-волновая обработка в k-ƒ модуле после фильтрации сигналов, содержащих значения пульсаций давления турбулентных вихрей в конвективной области, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата;- in the method: the use of elastic deformation sensors made with the possibility of restructuring them for filtering waves of different lengths, amplifying the signals taken from the sensors before filtering, frequency-wave processing in the k-ƒ module after filtering signals containing the values of pressure fluctuations of turbulent eddies in the convective region , providing in the aggregate the achievement of a given result;

- в устройстве: использование в качестве сенсоров в измерителе потока сенсоров упругих деформаций, выполненных с возможностью перестраивания их на фильтрацию волн различной длины, соединенных выходами с усилителями сигнала, соединенными с входами узла обработки, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.- in the device: use as sensors in the flow meter of elastic deformation sensors, made with the possibility of restructuring them to filter waves of different lengths, connected by outputs to signal amplifiers connected to the inputs of the processing unit, which together ensure the achievement of the desired result.

Хотя сами по себе, такие операции как, пространственная и полосовая фильтрации, частотно-волновая обработка известны в науке и данной области техники, и реализующие их элементы устройств, однако их совместное использование в измерении объемного расхода с повышением точности этого измерения и упрощения средств реализации заявителю неизвестны, поэтому он считает, что заявляемые технические решения соответствуют критерию «изобретательский уровень».Although by themselves, such operations as spatial and band-pass filtering, frequency-wave processing are known in science and the given field of technology, and the elements of devices that implement them, however, their joint use in measuring volumetric flow with an increase in the accuracy of this measurement and simplification of means of implementation for the applicant unknown, so he believes that the claimed technical solutions meet the criterion of "inventive step".

Заявляемые способ и устройство для определения объемного расхода потока жидкости и газа в трубопроводе могут найти широкое применение в измерительной технике в нефтегазовой промышленности и потому соответствуют критерию «промышленная применимость».The inventive method and device for determining the volumetric flow rate of liquid and gas in a pipeline can be widely used in measuring technology in the oil and gas industry and therefore meet the criterion of "industrial applicability".

Изобретения иллюстрируются чертежами, где представлены на:The inventions are illustrated by drawings, where they are presented on:

- фиг. 1 - принципиальная схема работы устройства на основе частотно-волнового метода определения скорости конвекции вихрей;- fig. 1 is a schematic diagram of the operation of the device based on the frequency-wave method for determining the speed of vortex convection;

- фиг. 2 - частотно-волновой спектр с применением предварительной корреляции;- fig. 2 - frequency-wave spectrum using preliminary correlation;

- фиг. 3 - частотно-волновой спектр без применения предварительной корреляции;- fig. 3 - frequency-wave spectrum without the use of preliminary correlation;

фиг. 4 - принципиальная схема работы устройства на основе частотно-волнового метода определения скорости конвекции вихрей.fig. 4 is a schematic diagram of the operation of the device based on the frequency-wave method for determining the speed of vortex convection.

Заявляемый способ для неинвазивного определения объемного расхода жидкости и газа в трубопроводе заключается в следующем.The inventive method for non-invasive determination of the volumetric flow rate of liquid and gas in the pipeline is as follows.

На наружной поверхности трубы устанавливают последовательно набор сенсоров упругих деформаций, способных обнаруживать вихревые возмущения в потоке и создавать сигналы о них, выполненных с возможностью перестраивания их на пространственную фильтрацию волн различной длины. При этом в качестве полезного сигнала используют выделенную из турбулентных вихрей гидродинамическую составляющую пульсирующего давления. Эти сигналы усиливают, затем фильтруют, вначале убирая длинноволновые акустические составляющие пульсаций давления турбулентных вихрей, затем отфильтровывая высокочастотную составляющую сигнала. Оставшуюся часть сигнала, содержащего значения пульсаций давления турбулентных вихрей в конвективной области, подвергают частотно-волновой обработке с использованием кривой k-ƒ. Затем определяют скорость конвекции вихревых возмущений внутри потока и далее по скорости конвекции вихревых возмущений рассчитывают объемный расход жидкости.On the outer surface of the pipe, a set of elastic deformation sensors is installed in series, capable of detecting vortex disturbances in the flow and creating signals about them, configured to rebuild them for spatial filtering of waves of different lengths. In this case, the hydrodynamic component of the pulsating pressure extracted from turbulent vortices is used as a useful signal. These signals are amplified and then filtered, first removing the long-wavelength acoustic components of the pressure fluctuations of turbulent eddies, then filtering out the high-frequency component of the signal. The rest of the signal, containing the values of pressure fluctuations of turbulent vortices in the convective region, is subjected to frequency-wave processing using the k-ƒ curve. Then the speed of convection of vortex disturbances inside the flow is determined, and then the volumetric flow rate of the liquid is calculated from the speed of convection of vortex disturbances.

При этом после фильтрации сигнал могут подвергать двумерной корреляционной обработке с последующей двумерной частотно-волновой обработкой по вышеприведенным в формулах V, VI зависимостям или только частотно-волновой обработке по зависимости VII.In this case, after filtering, the signal can be subjected to two-dimensional correlation processing, followed by two-dimensional frequency-wave processing according to the above dependences in formulas V, VI, or only frequency-wave processing according to dependence VII.

Устройство для определения объемного расхода жидкости и газа в трубопроводе выполнено следующим образом (Фиг. 1).The device for determining the volumetric flow rate of liquid and gas in the pipeline is made as follows (Fig. 1).

На наружной стенке 1 трубопровода для регистрации пульсаций давления вихрей 2 в потоке внутри трубы установлены сенсоры 3 упругих деформаций, например, пьезопленочный, оптический с решеткой Брега, пьезокерамический и др. Выходы сенсоров 3 соединены с помощью кабеля 4 со входами усилителей 5. Выходы усилителей 5 с помощью кабелей 6 связаны с входами сумматоров 7, принимающих сигналы с пары таких сенсоров 3. Вся эта сборка 8 представляет собой первичный волновой (пространственный) фильтр, который убирает длинноволновую составляющую сигнала. Отфильтрованный сигнал из волнового (пространственного) фильтра 8 поступает по кабелю 9 на полосовой (частотный) фильтр 10, где обрезается высокочастотная часть спектра, содержащая акустические составляющие сигнала. В результате на выходе фильтра 10 сигнал содержит значения пульсаций давления турбулентных вихрей p(x,t)гд в конвективной области, которые по кабелю 11 передаются в модуль 12 частотно-волновой обработки сигнала k-ƒ модуля 12, в котором имеется элемент памяти 14, где хранится кривая k-ƒ. Данные с остальных фильтров 10 также передаются по кабелям 11 в k-ƒ модуль 12, который может быть реализован в двух вариациях: с блоком 13 корреляционной обработкой или без него 15.On the outer wall 1 of the pipeline for recording the pressure pulsations of the vortices 2 in the flow inside the pipe, sensors 3 of elastic deformations are installed, for example, piezofilm, optical with a Braga grating, piezoceramic, etc. The outputs of the sensors 3 are connected by means of a cable 4 to the inputs of the amplifiers 5. The outputs of the amplifiers 5 by means of cables 6 are connected to the inputs of adders 7, which receive signals from a pair of such sensors 3. This assembly 8 is a primary wave (spatial) filter that removes the long-wave component of the signal. The filtered signal from the wave (spatial) filter 8 is fed through the cable 9 to the bandpass (frequency) filter 10, where the high-frequency part of the spectrum containing the acoustic components of the signal is cut off. As a result, at the output of filter 10, the signal contains the values of pressure fluctuations of turbulent eddies p(x,t) where in the convective region, which are transmitted via cable 11 to module 12 of the frequency-wave signal processing k-ƒ of module 12, in which there is a memory element 14, where the k-ƒ curve is stored. The data from the remaining filters 10 is also transmitted via cables 11 to the k-ƒ module 12, which can be implemented in two variations: with or without a correlation processing unit 13 15.

Более конкретно обработка производится следующим образом В первом случае в блоке 13 выполняется корреляционная обработка сигнала по времени и пространству по формуле (V), после чего выполняется двумерная частотно-волновая обработка по зависимости (VI) в блоке 14:More specifically, the processing is performed as follows. In the first case, in block 13, the correlation processing of the signal in time and space according to the formula (V) is performed, after which two-dimensional frequency-wave processing is performed according to the dependence (VI) in block 14:

Figure 00000008
Figure 00000008

где W - двумерная корреляционная функция между первым сигналом и последующими, N - количество отсчетов, Μ - количество сенсоров, р1 - сигнал в первом фильтре, р2 - сигнал в последующих фильтрах, n - строки, m - столбцы, τ - временная сдвижка сигнала, q=1, 2, …, N-1, x - расстояние между сенсорами, t - время.where W - two-dimensional correlation function between the first signal and subsequent ones, N - number of samples, Μ - number of sensors, p 1 - signal in the first filter, p 2 - signal in subsequent filters, n - rows, m - columns, τ - time shift signal, q=1, 2, …, N-1, x - distance between sensors, t - time.

Figure 00000009
Figure 00000009

где S - частотно-волновой спектр, k - волновое число, ƒ - частота.where S is the frequency-wave spectrum, k is the wavenumber, ƒ is the frequency.

Во втором случае в блоке 15 достаточно частотно-волновой обработки по зависимости (VII).In the second case, in block 15, frequency-wave processing according to dependence (VII) is sufficient.

Figure 00000010
Figure 00000010

где S - частотно-волновой спектр, k - волновое число, ƒ - частота, N - количество отсчетов, Μ - количество сенсоров, p - набор сигналов (двумерная матрица) с сенсоров после фильтрации, n - строки, m - столбцы, τ - временная сдвижка сигнала, x - расстояние между сенсорами, t - время.where S - frequency-wave spectrum, k - wave number, ƒ - frequency, N - number of samples, Μ - number of sensors, p - set of signals (two-dimensional matrix) from sensors after filtering, n - rows, m - columns, τ - signal time shift, x - distance between sensors, t - time.

По результатам обработки строятся двумерные графики частотно-волновых спектров: для блока 13 с корреляцией представлен на фиг. 2, для блока 15 без корреляции представлен на фигуре 3. Как видно из результатов фронт конвективных максимумов 18 соответствует скорости потока ~5 м/с, которая была задана на входе в трубопровод. Каждая точка, лежащая на вершине фронта, определяет скорость конвекции вихря своего масштаба. Тем самым можно определить скорость конвекции вихревого поля в потоке, а не отдельной волны. Для этого выполняется линейная аппроксимация значений фронта конвективных максимумов и определяется угол наклона φ линии фронта 18, значения которого передаются по кабелю 16 в модуль 17, где можно вычислить скорость конвекции вихрей Uc. Зная скорость конвекции, возможно вычислить среднюю скорость потока через передаточный коэффициент γ, а по средней скорости вычислить объемный расход Q (VIII).Based on the results of processing, two-dimensional graphs of the frequency-wave spectra are constructed: for block 13 with correlation, it is shown in Fig. 2, for block 15 without correlation is presented in figure 3. As can be seen from the results, the front of convective maxima 18 corresponds to a flow velocity of ~5 m/s, which was set at the inlet to the pipeline. Each point lying on the top of the front determines the speed of the vortex convection of its own scale. Thus, it is possible to determine the speed of convection of the vortex field in the flow, and not of an individual wave. To do this, a linear approximation of the values of the front of convective maxima is performed and the angle of inclination φ of the front line 18 is determined, the values of which are transmitted via cable 16 to module 17, where the vortex convection velocity U c can be calculated. Knowing the speed of convection, it is possible to calculate the average flow rate through the transfer coefficient γ, and from the average speed to calculate the volume flow Q (VIII).

Figure 00000011
Figure 00000011

Возможен альтернативный вариант реализации изобретения (фиг. 4). Если применять сенсоры 19 с заранее заданной частотно-волновой полосой пропускания сигнала, настроенной на детектирование пульсаций давления турбулентных вихрей 2 в конвективной области фильтрация с помощью волнового 8 и полосового фильтров 10 не потребуется и сигналы с сенсоров 19, по проводам 20 передаются в усилители 21, а усиленный сигнал по проводам 22 в k-ƒ модуль 12.An alternative implementation of the invention is possible (Fig. 4). If sensors 19 are used with a predetermined frequency-wave signal bandwidth configured to detect pressure fluctuations of turbulent vortices 2 in the convective region, filtering using wave 8 and band-pass filters 10 is not required and signals from sensors 19 are transmitted via wires 20 to amplifiers 21, and the amplified signal over the wires is 22 in the k-ƒ module 12.

В сравнении с прототипами заявляемые средства определения объемного расхода жидкости и газа в трубопроводе обеспечивают более точное определение объемного расхода и являются более простыми.In comparison with the prototypes, the inventive means for determining the volumetric flow rate of liquid and gas in the pipeline provide a more accurate determination of the volumetric flow rate and are simpler.

Claims (15)

1. Способ неинвазивного определения объемного расхода жидкости и газа в трубопроводе, заключающийся в том, что на наружной поверхности трубы устанавливают последовательно набор сенсоров, способных обнаруживать вихревые возмущения в потоке и создавать сигналы о них, в качестве полезного сигнала используют выделенную из турбулентных вихрей гидродинамическую составляющую пульсирующего давления, сигнал затем фильтруют, вначале убирая длинноволновые акустические составляющие пульсаций давления турбулентных вихрей, затем отфильтровывая высокочастотную составляющую сигнала, оставшуюся часть сигнала подвергают обработке, затем определяют скорость конвекции вихревых возмущений внутри потока, далее по скорости конвекции вихревых возмущений рассчитывают объемный расход жидкости, отличающийся тем, что в качестве сенсоров используют сенсоры упругих деформаций, выполненные с возможностью перестраивания их на фильтрацию волн различной длины, снятые с сенсоров сигналы усиливают перед фильтрацией, после фильтрации сигнал, содержащий значения пульсаций давления турбулентных вихрей в конвективной области, подвергают частотно-волновой обработке с использованием кривой k-ƒ.1. A method for non-invasive determination of the volumetric flow rate of liquid and gas in a pipeline, which consists in the fact that a set of sensors is installed sequentially on the outer surface of the pipe, capable of detecting vortex disturbances in the flow and creating signals about them, using the hydrodynamic component extracted from turbulent vortices as a useful signal pulsating pressure, the signal is then filtered, first removing the long-wavelength acoustic components of the pressure pulsations of turbulent vortices, then filtering out the high-frequency component of the signal, the rest of the signal is processed, then the speed of convection of vortex disturbances inside the flow is determined, then the volumetric flow rate of the liquid is calculated from the speed of convection of vortex disturbances, which differs due to the fact that elastic deformation sensors are used as sensors, which can be reconfigured for filtering waves of different lengths, the signals taken from the sensors are amplified before filtering, after After filtering, the signal containing the values of pressure fluctuations of turbulent eddies in the convective region is subjected to frequency-wave processing using the k-ƒ curve. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после фильтрации сигнал подвергают двумерной корреляционной обработке по времени и пространству, сопоставляя данные между первым и последующими обработанными сигналами и вычисляя время задержки между ними:2. The method according to claim 1, characterized in that, after filtering, the signal is subjected to two-dimensional correlation processing in time and space, comparing the data between the first and subsequent processed signals and calculating the delay time between them:
Figure 00000012
Figure 00000012
где W - двумерная корреляционная функция между первым сигналом и последующими, N - количество отсчетов, Μ - количество сенсоров, р1 - сигнал в первом фильтре, р2 - сигнал в последующих фильтрах, n - строки, m - столбцы, τ - временная сдвижка сигнала, q = 1, 2, …, N-1, x - расстояние между сенсорами, t - время.where W - two-dimensional correlation function between the first signal and subsequent ones, N - number of samples, Μ - number of sensors, p 1 - signal in the first filter, p 2 - signal in subsequent filters, n - rows, m - columns, τ - time shift signal, q = 1, 2, …, N-1, x - distance between sensors, t - time. Затем выполняют двумерную частотно-волновую обработку по зависимости (VI):Then, two-dimensional frequency-wave processing is performed according to the dependence (VI):
Figure 00000013
Figure 00000013
где S - частотно-волновой спектр, k - волновое число, ƒ - частота.where S is the frequency-wave spectrum, k is the wavenumber, ƒ is the frequency. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после фильтрации сигнал подвергают частотно-волновой обработке по зависимости:3. The method according to p. 1, characterized in that after filtering the signal is subjected to frequency-wave processing according to the dependence:
Figure 00000014
Figure 00000014
где S - частотно-волновой спектр, k - волновое число, ƒ - частота, N - количество отсчетов, Μ - количество сенсоров, p - набор сигналов (двумерная матрица) с сенсоров после фильтрации, n - строки, m - столбцы, τ - временная сдвижка сигнала, x - расстояние между сенсорами, t - время.where S - frequency-wave spectrum, k - wave number, ƒ - frequency, N - number of samples, Μ - number of sensors, p - set of signals (two-dimensional matrix) from sensors after filtering, n - rows, m - columns, τ - signal time shift, x - distance between sensors, t - time. 4. Устройство для неинвазивного определения объемного расхода жидкости и газа в трубопроводе, включающее измеритель потока, имеющий набор установленных на наружной стороне трубопровода сенсоров на равном расстоянии, способных обнаруживать вихревые возмущения течения через твердую стенку с жидкими продуктами и создавать индицирующие их сигналы, связанный с измерителем потока узел обработки, содержащий элементы фильтрации сигналов и связанный с модулем k-ƒ обработки отфильтрованных сигналов, содержащим элемент памяти с k-ƒ кривой и соединенным с вычислителем расхода, отличающееся тем, что в качестве сенсоров в измерителе потока использованы сенсоры упругих деформаций, выполненные с возможностью перестраивания их на фильтрацию волн различной длины, соединенные выходами с усилителями сигнала, соединенными с входами узла обработки.4. A device for non-invasive determination of the volumetric flow rate of liquid and gas in a pipeline, including a flow meter having a set of sensors installed on the outer side of the pipeline at an equal distance, capable of detecting vortex perturbations of the flow through a solid wall with liquid products and creating signals indicating them, associated with the meter flow processing unit containing signal filtering elements and connected to the filtered signal processing module k-ƒ, containing a memory element with a k-ƒ curve and connected to the flow computer, characterized in that elastic deformation sensors made with the possibility of rebuilding them for filtering waves of different lengths, connected by outputs to signal amplifiers connected to the inputs of the processing unit. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что выходы каждой пары соседних сенсоров соединены со входами двух усилителей сигналов, подключенных к входам сумматора с образованием указанной сборкой первичного волнового (пространственного) фильтра, выход каждого из которых через полосовой частотный фильтр подсоединен к модулю обработки.5. The device according to claim 4, characterized in that the outputs of each pair of adjacent sensors are connected to the inputs of two signal amplifiers connected to the inputs of the adder to form the primary wave (spatial) filter specified by the assembly, the output of each of which is connected to the module through a bandpass filter processing. 6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что сенсоры упругих деформаций выполнены с заранее заданной частотно-волновой полосой пропускания сигнала, настроенной на детектирование пульсаций давления турбулентных вихрей в конвективной области, а их выходы подключены к входам модуля k-ƒ обработки отфильтрованных сигналов.6. The device according to claim 4, characterized in that the elastic strain sensors are made with a predetermined frequency-wave signal bandwidth configured to detect pressure fluctuations of turbulent eddies in the convective region, and their outputs are connected to the inputs of the k-ƒ module for processing filtered signals . 7. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что k-ƒ модуль содержит блоки обработки отфильтрованного сигнала, при этом первый блок служит для выполнения корреляционной обработки сигнала, второй - для частотно-волновой обработки, при которой определяется скорость конвекции турбулентных вихрей в потоке, а третий блок предназначен для вычисления объемного расхода при помощи передаточного коэффициента.7. The device according to claim 4, characterized in that the k-ƒ module contains blocks for processing the filtered signal, while the first block is used to perform correlation processing of the signal, the second - for frequency-wave processing, in which the speed of convection of turbulent vortices in the flow is determined , and the third block is designed to calculate the volume flow using the transfer coefficient. 8. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что k-ƒ модуль содержит блоки обработки отфильтрованного сигнала, при этом первый блок служит для выполнения частотно-волновой обработки, при которой определяется скорость конвекции турбулентных вихрей в потоке, а второй блок предназначен для вычисления объемного расхода при помощи передаточного коэффициента.8. The device according to claim 4, characterized in that the k-ƒ module contains blocks for processing the filtered signal, while the first block is used to perform frequency-wave processing, in which the speed of convection of turbulent vortices in the flow is determined, and the second block is designed to calculate volume flow using a transfer ratio.
RU2022110544A 2022-04-18 Method for non-invasive determination of the volumetric flow rate of liquid and gas in a pipeline and a device for its implementation RU2780566C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2780566C1 true RU2780566C1 (en) 2022-09-27

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2816283C1 (en) * 2023-10-11 2024-03-28 Общество с ограниченной ответственностью "К-ОМЕГА" Method for preliminary processing of analogue signals from sensors of clamp-on acoustic flow meter and device for its implementation

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1194746A1 (en) * 1999-07-02 2002-04-10 CiDRA Corporation Multiple flow rate measurement using unsteady pressures
US8346491B2 (en) * 2007-02-23 2013-01-01 Expro Meters, Inc. Sonar-based flow meter operable to provide product identification

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1194746A1 (en) * 1999-07-02 2002-04-10 CiDRA Corporation Multiple flow rate measurement using unsteady pressures
US8346491B2 (en) * 2007-02-23 2013-01-01 Expro Meters, Inc. Sonar-based flow meter operable to provide product identification

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2816283C1 (en) * 2023-10-11 2024-03-28 Общество с ограниченной ответственностью "К-ОМЕГА" Method for preliminary processing of analogue signals from sensors of clamp-on acoustic flow meter and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2446393C2 (en) Method of diagnosing pipe roughness and ultrasonic flowmeter
CA2513248C (en) Apparatus and method using an array of ultrasonic sensors for determining the velocity of a fluid within a pipe
EP1886098B1 (en) An apparatus and method for measuring a parameter of a multiphase flow
US7526966B2 (en) Apparatus and method for measuring a parameter of a multiphase flow
US7881884B2 (en) Flowmeter array processing algorithm with wide dynamic range
CA2532468C (en) A dual function flow measurement apparatus having an array of sensors
CA2994208C (en) Multi-phase flow-monitoring with an optical fiber distributed acoustic sensor
Shi et al. Flow rate measurement of oil-gas-water wavy flow through a combined electrical and ultrasonic sensor
CA2637011C (en) An apparatus and method for measuring a parameter of a multiphase flow
Ma et al. Study of the accuracy of ultrasonic flowmeters for liquid
CN106813108A (en) A kind of leakage locating method based on speed difference
Lu et al. Film thickness measurement with an ultrasonic transducer
US9995609B2 (en) Single wrapped sensor flow meter
RU2780566C1 (en) Method for non-invasive determination of the volumetric flow rate of liquid and gas in a pipeline and a device for its implementation
CN110186521A (en) Vortex street moisture based on Wavelet Ridge feature extraction crosses reading compensation and flow-measuring method
CN107024603B (en) Gas-liquid two-phase bubbly flow flow velocity acoustic-electric bimodal measurement method
CN109188016B (en) Acoustic-electric bimodal measurement method for phase-splitting flow velocity of oil-gas-water three-phase flow
CN106932606A (en) Gas-liquid two-phase slug flow and slug flow flow velocity acoustic-electric bimodal measuring method
CN112525774B (en) Measuring method for flow velocity, density and viscosity based on vortex shedding flowmeter frequency spectrum
CN114563065A (en) Gas ultrasonic flowmeter calibration method
Li et al. Study on transit-Time ultrasonic flow meter with waveform analysis
Brahma et al. Data-based estimation and simulation of compressible pulsating flow with reverse-flow through an orifice
KR101179749B1 (en) Two phase flow measurement device and method by using fluid borne noise and solid borne noise
RU2669153C1 (en) Method of determining parameters of oscillations transmission on a liquid path of elements of pipeline systems
JP2022538457A (en) Determination of rheological properties of liquids from acoustic signals