СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМНОГО ИЛИ ВЕСОВОГО РАСХОДА СРЕДЫ Российский патент 2010 года по МПК G01F1/66 

Изобретение относится к способу определения объемного или весового расхода среды в трубопроводе или в измерительной трубе посредством способа захвата звука.

Из US-PS 3.940.985 уже известен так называемый ультразвуковой расходомер, в котором измеряется весовой расход текущей в трубопроводе среды в зависимости от радиуса. В частности, в известном решении по периметру измерительной трубы размещено несколько пар ультразвуковых датчиков. Эти ультразвуковые датчики подают данные измерений о скоростях потока среды в различных сегментах измерительной трубы. Для установления объемного расхода среды через трубопровод данные измерений с отдельных измерительных дорожек интегрируются посредством надлежащей оценки.

Из WO 97/19326 известен ультразвуковой способ измерения расхода, при котором определяются скорости текущей в трубопроводе среды вдоль различных измерительных дорожек ультразвукового расходомера. Для улучшения точности измерения необходимо учитывать изменения вязкости при измерении расхода. Изменения в вязкости среды вызываются, к примеру, температурными изменениями. Чтобы принимать в расчет это обстоятельство, в WO 97/19326 предложено посредством определения или измерения числа Рейнольдса определять корректирующий фактор, с помощью которого компенсируется зависимость от профиля потока расходомера. Для определения числа Рейнольдса в WO 97/19326 используется соотношение измеренных в различных измерительных дорожках скоростей потока. В данном известном решении корректировка зависимой от профиля потока ошибки измерения возможна, таким образом, лишь, когда сначала точно определяется или измеряется число Рейнольдса. Такой способ относительно дорог и притом как на фазе калибровки, так и затем, в процессе измерения.

В основе изобретения лежит задача предложить не требующий больших затрат способ для высокоточного определения объемного и весового расхода через трубопровод посредством расходомера с несколькими измерительными дорожками.

Задача решается посредством того, что ультразвуковые измерительные сигналы посылаются и/или принимаются вдоль нескольких определенных измерительных дорожек трубопровода или измерительной трубы, что в трубопроводе или в измерительной трубе образуются последовательные различные профили потока измеряемой среды и что по каждому профилю потока устанавливается определенный объемный расход или определенный весовой расход. Каждый образованный в трубопроводе или в измерительной трубе профиль потока описывается на основании установленных в отдельных измерительных дорожках данных измерений, посредством характерного набора параметров. На основании установленных данных измерений в отдельных измерительных дорожках выводится измеренный объемный или весовой расход. Далее по каждому профилю потока на основании определенного объемного или весового расхода и на основании измеренного объемного или весового расход рассчитывается зависимый от профиля потока корректирующий фактор, с помощью которого затем в процессе эксплуатации корректируется установленный посредством набора параметров объемный или весовой расход расходомера. Способ в соответствии с изобретением основывается - грубо говоря - на аналитическом описании профиля потока текущей по трубопроводу среды.

В частности, предусмотрено, что установленный на базе данных измерений в отдельных измерительных дорожках профиль потока приводится в соответствии с функцией. В простейшем случае профиль потока описывается посредством многочлена. К примеру, вращательно-симметричный профиль потока можно описать посредством функции следующей формы:

v(r)=(v_max, a₁,…,a_n, где n∈N).

Здесь

v(r) - скорость потока среды на расстоянии r от продольной оси измерительной трубы,

v_max - максимальная скорость потока среды в зоне продольной оси трубопровода,

a₁,…,a_n - параметры соответствующей подходящей функции, которая точно описывает профиль потока.

Математические выражения для соответствующих функций имеются в специальной литературе. Так, к примеру, в книге Gätke: "Akustische Strömungs - und Durchflussmessung" («Акустическое измерение потока и расхода») представлены различные математические выражения. Во время фазы калибровки скорости

v_x(r₁)…v_x(r_m)

определяются, соответственно, для каждого профиля х потока в измерительных дорожках, причем m характеризует количество измерительных дорожек. Эти измеренные скорости соответствуют, поэтому, скоростям среды в отдельных m сегментах трубопровода или измерительной трубы. На основании m данных измерений можно определить с желаемой точностью подходящую кривую с параметрами

a₁,…,a_n

посредством расчета компенсации погрешностей.

Последовательно для каждого профиля потока v_x(r) устанавливается соответствующий набор параметров

a₁,…,a_n.

Посредством калибровки со вторым измерительным прибором с определенной точностью измерений для каждого набора параметров

a₁,…,a_n

определяется корректирующий фактор

MF (a₁,…,a_n).

Посредством данного корректирующего фактора

MF (a₁,…,a_n)

возможно компенсировать зависимость от потока расходомера. Само собой разумеется, что рациональное количество параметров

a₁,…,а_n

зависит от количества находящихся в распоряжении измерительных дорожек.

В принципе можно сказать, что функция тем лучше описывает фактический профиль потока, чем больше находится в распоряжении измерительных дорожек для измерения скорости потока и, тем самым, для измерения профиля потока.

Изобретение более подробно поясняется на основании нижеследующих чертежей, которые демонстрируют:

фиг.1 - схематичное изображение ультразвукового расходомера с четырьмя измерительными дорожками, фиг.2 - блок-схема, которая поясняет отдельные рабочие этапы во время фазы калибровки расходомера, фиг.3 - блок-схема, которая демонстрирует отдельные рабочие этапы во время последующей фазы измерения расходомера.

Фиг.1 демонстрирует схематичное изображение ультразвукового расходомера 6 с четырьмя измерительными дорожками, т.е. с m=4. Каждая из измерительных дорожек m образуется посредством двух ультразвуковых датчиков 1. Данные измерений ультразвуковых датчиков 1 через соединительные провода 4 передаются далее на устройство 5 регулировки и оценки. Устройство 5 регулировки и оценки устанавливает на основании разности времени распространения ультразвукового измерительного сигнала в направлении потока и против направления потока среды 2 объемный или весовой расход среды 2 через трубопровод 3. Ультразвуковые датчики 1 расположены по периметру измерительной трубы или трубопровода 3 таким образом, что они в зависимости от расстояния г до продольной оси 7 измерительной трубы или трубопровода 3 предоставляют информацию о скорости

v(r₁)…v(r_m)

потока среды 2.

В соответствии с изобретением поданные из различных измерительных дорожек m данные измерений, которые достаточно точно описывают профиль потока среды 2, сводятся к подходящей кривой, которая, со своей стороны, достаточно точно может описываться посредством набора параметров

а₁,…,а_n.

При вращательно-симметричном профиле потока подходящая кривая предпочтительно имеет форму

v(r)=(v_max, a₁,…,a_n, где n∈N),

причем v_max представляет собой измеренную в зоне продольной оси скорость потока измеряемой среды 2.

Фиг.2 представляет блок-схему, которая поясняет отдельные рабочие этапы во время фазы калибровки расходомера 6. Последовательно в трубопроводе 3 или в измерительной трубе образуются различные профили потока v_x(r) - это представлено в пункте 10. В качестве среды 2 для проведения калибровки, к примеру, используется вода; разумеется, возможно также производить калибровку и посредством среды 2, которая при последующем процессе измерения должна быть фактически измерена посредством расходомера 6 в трубопроводе 3 или в измерительной трубе. Типичным примером в данном случае является нефть. Это ограничение не является, однако, необходимой характеристикой способа в соответствии с изобретением, так как существенное преимущество способа в соответствии с изобретением можно усмотреть в том, что при определении расхода среды 2 все зависит лишь от как можно более точных сведений о соответствующем профиле v(r) потока.

С помощью ультразвукового расходомера 6, который имеет несколько измерительных дорожек, в пункте 11 определяется зависимый от радиуса профиль потока v_x(r), в пункте 12 каждый профиль потока v_x(r) описывается посредством соответствующей подходящей кривой или посредством надлежащего набора параметров. На основании измеренного профиля потока v_x(r) определяется актуальный измеренный объемный расход.

Вслед за этим установленный согласно пункту 13 программы посредством многодорожечного расходомера 6 объемный расход сравнивается с эталонным объемным расходом эталонного расходомера. При наличии отклонения между измеренным объемным расходом и определенным посредством калибровки объемным расходом по соответствующему профилю потока v(r) или по описывающему профиль потока v(r) набору параметров

a₁,…,a_n

определяется и, соответственно, записывается в память корректирующий фактор

MF (a₁,…,a_n).

Этот этап способа производится в соответствии с пунктом 14 программы.

На Фиг.3 изображена блок-схема, которая поясняет отдельные рабочие этапы во время последующего процесса измерения расходомера 6. Скорость потока среды 2 в трубопроводе 3 или в измерительной трубе определяется в зависимости от радиуса r в нескольких измерительных дорожках m - см. пункт 15 программы. Полученный профиль потока v(r) в пункте 16 программы охарактеризовывается посредством подходящей кривой, которая, к примеру, имеет форму

v(r)=(v_max, a₁,…,a_n, где n∈N),

или охарактеризовывается описываемым подходящую кривую набором параметров

a₁,…,a_n.

Полученный в процессе измерения набор параметров

a₁,…,a_n

сравнивается с измеренными во время процесса калибровки наборами параметров

a₁,…,a_n,

причем набор параметров

a₁,…,а_n

выбирается тот, при котором возникает наибольшее согласование.

Корректировка измеренного объемного расхода производится затем в пункте 17 посредством согласованного с набором параметров

a₁,…,a_n

корректирующего фактора

MF (a₁,…,a_n).

Ультразвуковые измерительные сигналы посылают и/или принимают вдоль нескольких измерительных дорожек (m), расположенных на расстоянии r=r₁…r_m до продольной оси (7) измерительной трубы или трубопровода (3). При этом во время фазы калибровки в трубопроводе (3) или в измерительной трубе образуют различные профили v(r) потока измеряемой среды (2) и по каждому профилю потока устанавливают определенный объемный или весовой расход. На основании установленных в отдельных дорожках (m) данных измерений v(r₁)…v(r_m) каждый профиль v(r) потока описывают посредством характерного набора параметров. По каждому профилю потока на основании определенного объемного или весового расхода и на основании измеренного объемного или весового расхода рассчитывают зависимый от профиля потока корректирующий фактор. Установленный в процессе измерения посредством характерного набора параметров объемный или весовой расход корректируют с помощью установленного во время калибровки зависимого от профиля потока корректирующего фактора. Изобретение повышает точность измерения при отсутствии больших затрат как во время калибровки, так и в процессе измерения. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ определения объемного и весового расхода среды (2) в трубопроводе (3) или в измерительной трубе посредством способа захвата звука, причем ультразвуковые измерительные сигналы посылают и/или принимают вдоль нескольких определенных звуковых дорожек (m), причем во время фазы калибровки в трубопроводе (3) или в измерительной трубе образуют последовательные различные профили (v(r)) потока измеряемой среды (2) и причем по каждому профилю (v(r)) потока устанавливают определенный объемный расход или определенный весовой расход, при этом на основании установленных в отдельных измерительных дорожках (m) данных измерений (v(r₁)…v(r_m), в зависимости от расстояния r=r₁…r_m до продольной оси (7) измерительной трубы или трубопровода (3), каждый образованный в трубопроводе (3) или в измерительной трубе профиль потока (v(r)) описывают посредством характерного набора параметров
(a₁,…,a_n, где n∈N),
и по каждому профилю потока (v(r)) на основании определенного объемного или весового расхода и на основании измеренного объемного или весового расхода рассчитывают зависимый от профиля потока корректирующий фактор
MF(a₁,…,a_n),
причем далее установленный в процессе измерения посредством набора параметров
(а₁,…,а_n, где n∈N)
объемный или весовой расход корректируют с помощью установленного во время фазы калибровки, зависимого от профиля потока корректирующего фактора MF(a₁,…,a_n).

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что установленный на основании данных измерений в отдельных измерительных дорожках (m) профиль потока (v(r)) приводят в соответствие с подходящей функцией.

3. Способ по п.2, характеризующийся тем, что профиль потока (v(r)) описывают посредством многочлена.

4. Способ по п.2, характеризующийся тем, что вращательно-симметричный профиль потока описывают посредством функции формы v(r)=(v_max, a₁,…, a_n, где n∈N).