СИСТЕМА И СПОСОБ КОМБИНИРОВАНИЯ РАСПОЛОЖЕННЫХ РЯДОМ РАСХОДОМЕРОВ Российский патент 2016 года по МПК G01F1/66 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] После того как углеводороды были извлечены из земли, поток текучей среды (например, сырой нефти, природного газа) транспортируют из одного места в другое посредством трубопроводов. Необходимо точно знать количество текучей среды, протекающей в этом потоке, в частности конкретная точность особенно необходима при переходе текучей среды к другому ответственному лицу или при "передаче другому владельцу". Даже когда не происходит передачи другому владельцу, но необходима точность измерений, то в этих ситуациях могут быть использованы расходомеры.

[0002] Ультразвуковые расходомеры представляют собой один тип расходомера, который может быть использован для измерения количества текучей среды, протекающей в трубопроводе. В ультразвуковом расходомере ультразвуковые сигналы отправляют обратно и через поток текучей среды, который необходимо измерить, а на основании различных характеристик ультразвуковых сигналов может быть рассчитано измерение расхода текучей среды. Необходимы ультразвуковые расходомеры, обеспечивающие улучшенную точность измерения расхода.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] В настоящей заявке раскрыты система и способ ультразвукового измерения расхода. В одном варианте реализации ультразвуковая измерительная система для измерения расхода содержит канал для потока текучей среды и множество ультразвуковых расходомеров. Каждый из ультразвуковых расходомеров содержит пару ультразвуковых преобразователей и обрабатывающее устройство, обрабатывающее данные потока. Пара ультразвуковых преобразователей выполнена с возможностью формирования хордальной траектории через канал между преобразователями. Обрабатывающее устройство, обрабатывающее данные потока, соединено с ультразвуковыми преобразователями. Обрабатывающее устройство, обрабатывающее данные потока, выполнено с возможностью измерения расхода текучей среды через патрубок на основании выходных данных преобразователей всех ультразвуковых расходомеров.

[0004] В другом варианте реализации способ измерения расхода текучей среды включает определение, посредством первого ультразвукового расходомера, первой скорости потока текучей среды, протекающей через первый ультразвуковой расходомер. Второй ультразвуковой расходомер определяет вторую скорость потока текучей среды, протекающей через второй ультразвуковой расходомер. Первый ультразвуковой расходомер выдает сводную скорость потока путем объединения первой и второй скоростей потока.

[0005] В дополнительном варианте реализации машиночитаемый носитель данных закодирован инструкциями, выполнение которых вызывает определение обрабатывающим устройством ультразвукового расходомера первой скорости потока текучей среды, протекающей через первый ультразвуковой расходомер. Дополнительные инструкции, закодированные на носителе данных, вызывают получение обрабатывающим устройством второй скорости потока текучей среды, протекающей через расположенный рядом ультразвуковой расходомер, от расположенного рядом ультразвукового расходомера. Еще одни инструкции, закодированные на носителе данных, вызывают выдачу обрабатывающим устройством сводной скорости потока путем объединения первой и второй скоростей потока.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0006] На фиг. 1 показан ультразвуковой расходомер в соответствии с различными вариантами реализации.

[0007] На фиг. 2 показан вид сверху в разрезе ультразвукового расходомера в соответствии с различными вариантами реализации.

[0008] На фиг. 3 показан вид сбоку ультразвукового расходомера в соответствии с различными вариантами реализации.

[0009] На фиг. 4 показана конструкция пары преобразователей ультразвукового расходомера в соответствии с различными вариантами реализации.

[0010] На фиг. 5 показана измерительная система для измерения расхода, содержащая пару расположенных рядом ультразвуковых расходомеров, соединенных последовательно, в соответствии с различными вариантами реализации.

[0011] На фиг. 6 показана структурная схема измерительной системы для измерения расхода, которая содержит расположенные рядом ультразвуковые расходомеры, в соответствии с различными вариантами реализации.

[0012] На фиг. 7 показана блок-схема способа приведения в действия измерительной системы для измерения расхода, которая содержит расположенные рядом ультразвуковые расходомеры, в соответствии с различными вариантами реализации.

ОБОЗНАЧЕНИЯ И ТЕРМИНОЛОГИЯ

[0013] Конкретные термины используются во всем приведенном далее описании и формуле изобретения для приведения ссылки на конкретные компоненты системы. Как будет понятно специалисту в области техники, третьи лица могут ссылаться на компонент посредством различных названий. Данная заявка не предназначена для проведения различий между компонентами, которые отличаются в названии, а не в их функции. В приведенном далее описании и формуле изобретения термины "включающий" и "содержащий" используют не в ограничительном виде, поэтому их следует интерпретировать как "содержащий, но без ограничения…". Кроме того, под термином "соединены" или "соединен" следует понимать прямое и непрямое электрическое соединение. Таким образом, если первое устройство соединено со вторым устройством, то такое соединение может быть реализовано через прямое электрическое соединение или непрямое электрическое соединение посредством других устройств и соединений. Кроме того, термин "программное обеспечение" содержит любой выполняемый код, выполненный с возможностью его выполнения на обрабатывающем устройстве, вне зависимости от носителя, используемого для хранения этого программного обеспечения. Таким образом, код, хранящийся в памяти (например, энергонезависимой памяти) и иногда называемый "встроенные программно-аппаратные средства", включен в определение программного обеспечения. Под фразой "основан на" следует понимать "основан по меньшей мере частично на". Таким образом, если X основано на Y, то X может быть основано на Y и любом количестве других факторов. Термин "скорость потока", согласно использованию в настоящей заявке, относится к скорости объемного потока.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] Приведенное далее описание направлено на различные варианты реализации настоящего изобретения. Фигуры на чертежах не обязательно выполнены в масштабе. Конкретные особенности вариантов реализации могут быть показаны в чрезмерно увеличенном масштабе или в некоторой схематической форме, а некоторые детали обычных элементов могут быть не показаны в интересах ясности и краткости. Раскрытые варианты реализации не следует интерпретировать или другим образом использовать для ограничения объема настоящего изобретения, включая формулу изобретения. Кроме того, специалисту в области техники будет понятно, что приведенное далее описание имеет широкое применение, а описание любого варианта реализации означает не только иллюстративный пример этого варианта реализации, но и предназначено для указания на то, что объем настоящего изобретения, включая формулу изобретения, ограничен этим вариантом реализации. Следует четко понимать, что приведенные выше различные описания вариантов реализации могут быть применены в отдельности или любом подходящем сочетании для обеспечения необходимых результатов. Кроме того, различные варианты реализации были разработаны в контексте измерительных потоков углеводородов (например, сырой нефти, природного газа), а описание следует из контекста разработки; однако описанные системы и способы в равной мере применимы для измерения расхода любой текучей среды (например, криогенных веществ, воды).

[0015] На фиг. 1 показан ультразвуковой расходомер 100 в соответствии с различными вариантами реализации. Ультразвуковой расходомер 100 содержит корпус расходомера или патрубок 102, который образует центральный канал или проход 104. Патрубок 102 спроектирован и выполнен с возможностью его соединения с трубопроводом или другой конструкцией (не показана), перемещающей текучие среды (например, природный газ) таким образом, что указанные текучие среды, протекающие в трубопроводе, проходят через центральный проход 104. Несмотря на то, что текучие среды проходят через центральный проход 104, ультразвуковой расходомер 100 измеряет скорость потока (следовательно, текучая среда может быть названа как измеряемая текучая среда). Патрубок 102 содержит выступы 106, которые облегчают соединение патрубка 102 с другой конструкцией. В других вариантах реализации может быть равным образом использована любая подходящая система для соединения патрубка 102 с конструкцией (например, сварные соединения).

[0016] Для измерения расхода текучей среды в патрубке 102, ультразвуковой расходомер 100 содержит множество блоков преобразователей. На фиг. 1 показан частичный или полный вид пяти таких блоков 108, 110, 112, 116 и 120 преобразователей. Блоки преобразователей спарены (например, блоки 108 и 110 преобразователей), как будет дополнительно описано далее. Кроме того, каждый блок преобразователей электрически соединен для управления электронными устройствами, размещенными в корпусе 124 для иллюстративных целей. В частности, каждый блок преобразователей электрически соединен с управляющими электронными устройствами в корпусе 124 посредством соответствующего кабеля 126 или эквивалентного проводящего узла для проведения сигналов.

[0017] На фиг. 2 показан вид сверху в разрезе ультразвукового расходомера 100, выполненном по существу вдоль линии 2-2 по фиг. 1. Патрубок 102 имеет предварительно определенный размер и образует центральный проход 104, через который протекает измеряемая текучая среда. Иллюстративная пара блоков 112 и 114 преобразователей расположена вдоль длины патрубка 102. Преобразователи 112 и 114 представляют собой акустические приемопередатчики, а еще точнее ультразвуковые приемопередатчики. Ультразвуковые преобразователи 112, 114 генерируют и принимают акустические сигналы, имеющие частоты, превышающие приблизительно 20 кГц. Акустические сигналы могут быть сгенерированы и приняты пьезоэлектрическим элементом в каждом преобразователе. Для генерирования ультразвукового сигнала пьезоэлектрический элемент возбуждают электрическим образом посредством сигнала (например, синусоидального сигнала), причем указанный элемент отвечает вибрацией. Вибрация пьезоэлектрического элемента генерирует акустический сигнал, который проходит через измеряемую текучую среду на соответствующий блок преобразователей из пары. Аналогичным образом, после удара акустическим сигналом принимающий пьезоэлектрический элемент вибрирует и генерирует электрический сигнал (например, синусоидальный сигнал), который зарегистрируется, оцифровывается и анализируется электронными устройствами, связанными с расходомером 100.

[0018] Траектория 200, также называемая "хордой", проходит между иллюстративными блоками 112 и 114 преобразователей под углом 9 к центральной линии 202. Длина хорды 200 представляет собой расстояние между лицевой стороной блока 112 преобразователей и лицевой стороной блока 114 преобразователей. Точки 204 и 206 задают положения, в которых акустические сигналы, генерируемые блоками 112 и 114 преобразователей, попадают и выходят из текучей среды, протекающей через патрубок 102 (то есть вход в отверстие патрубка). Положение блоков 112 и 114 преобразователей может быть задано посредством угла G, первой длины L, измеренной между лицевыми сторонами блоков 112 и 114 преобразователей, второй длины X, соответствующей осевому расстоянию между точками 204 и 206, и третьей длины "d", соответствующей внутреннему диаметру трубы. В большинстве случаев расстояния d, X и L точно определены во время изготовления расходомера. Измеряемая текучая среда, такая как природный газ, протекает в направлении 208 с профилем 210 скорости. Векторы 212, 214, 216 и 218 скорости иллюстрируют, что скорость газа через патрубок 102 увеличивается по направлению к центральной линии 202 патрубка 102.

[0019] Изначально блок 112 преобразователей внизу по потоку генерирует ультразвуковой сигнал, который является падающим, и, таким образом, его зарегистрируют блоком 114 преобразователей вверху по потоку. Через некоторое время блок 114 преобразователей вверху по потоку генерирует ответный ультразвуковой сигнал, который впоследствии является падающим и регистрируется блоком 112 преобразователей внизу по потоку. Таким образом, блоки преобразователей обмениваются и играют роль "питчера и кетчера" с ультразвуковыми сигналами 220 вдоль хордальной траектории 200. Во время работы такая последовательность может возникать тысячи раз в минуту.

[0020] Время прохождения ультразвукового сигнала 220 между иллюстративными блоками 112 и 114 преобразователей зависит частично от того, проходит ли ультразвуковой сигнал 220 вверх по потоку или вниз по потоку по отношению к потоку текучей среды. Время прохождения ультразвукового сигнала вниз по потоку (то есть в том же самом направлении, что и поток текучей среды) меньше, чем его время прохождения вверх по потоку (то есть по отношению к потоку текучей среды). Время прохождения вверх по потоку и вниз по потоку может быть использовано для расчета средней скорости вдоль траектории сигнала и скорости звука в измеряемой текучей среде. Принимая во внимание поперечные измерения расходомера 100, перемещающего текучую среду, средняя скорость в области центрального прохода 104 может быть использована для нахождения объема текучей среды, протекающей через патрубок 102.

[0021] Ультразвуковые расходомеры могут иметь одну или большее количество хорд. На фиг. 3 показан вид сбоку ультразвукового расходомера 100. В частности, иллюстративный ультразвуковой расходомер 100 содержит четыре хордальные траектории A, B, C и D на различных уровнях в патрубке 102. Каждая хордальная траектория A-D соответствует паре преобразователей, выполняющих в альтернативном варианте функцию передатчика и приемника. Блоки 108 и 110 преобразователей (видны только частично) составляют хордальную траекторию A. Блоки 112 и 114 преобразователей (видны только частично) составляют хордальную траекторию В. Блоки 116 и 118 преобразователей (видны только частично) составляют хордальную траекторию С. В итоге блоки 120 и 122 преобразователей (видны только частично) составляют хордальную траекторию D.

[0022] Дополнительный аспект конструкции из четырех пар преобразователей показан на фиг. 4, которая иллюстрирует вид сверху. Каждая пара преобразователей соответствует одной хордальной траектории по фиг. 3, однако блоки преобразователей установлены не под перпендикулярным углом к центральной линии 202. Например, первая пара блоков 108 и 110 преобразователей установлена не под перпендикулярным углом 0 к центральной линии 202 патрубка 102. Другая пара блоков 112 и 114 преобразователей установлена таким образом, что хордальная траектория приблизительно формирует форму "X" по отношению к хордальной траектории блоков 108 и 110 преобразователей. Аналогичным образом, блоки 116 и 118 преобразователей расположены параллельно блокам 108 и 110 преобразователей, а не на другом "уровне" или возвышении. На фиг.4 явным образом показана четвертая пара блоков преобразователей (то есть блоки 120 и 122 преобразователей). Согласно фиг. 2, 3 и 4, пары преобразователей могут быть расположены таким образом, что верхние две пары преобразователей, соответствующие хордам А и В, образуют форму "X", а нижние две пары преобразователей, соответствующие хордам С и D, также образуют форму "X". Скорость потока текучей среды может быть определена в каждой хорде A-D для получения хордальных скоростей потока, а указанные хордальные скорости потока объединяют для определения средней скорости потока во всей трубе. Из средней скорости потока может быть определено количество текучей среды, протекающей в патрубке и, таким образом, протекающей в трубопроводе.

[0023] Варианты реализации настоящего изобретения соединяют множество ультразвуковых расходомеров (например, примеры 100А/В расходомера 100) для обеспечения улучшенной точности измерений расхода. На фиг. 5 показана измерительная система для измерения расхода 500, содержащая пару расположенных рядом ультразвуковых расходомеров 100, соединенных последовательно. Другие варианты реализации могут содержать различное количество соединенных, расположенных рядом расходомеров и/или различное количество из всех хордальных траекторий или каждую хордальную траекторию. Электронные устройства из пары расходомеров соединены с возможностью обмена данными с использованием линии 502 связи, которая может представлять собой локальную сеть (LAN). Электронные устройства каждого расходомера 100 обмениваются значениями измерений расхода с другим расходомером и вычисляют значение сводной скорости потока на основании измерений расхода, выполненных обоими расходомерами 100. Путем объединения пары расходомеров 100 четвертой траектории, система 500 образует расходомер восьмой траектории, который обеспечивает улучшенную точность измерения по каждому отдельному расходомеру 100 четвертой траектории с одновременным обеспечением возможности работы каждого расходомера 100 в качестве расходомера 100 четвертой траектории в случае сбоя в работе расходомера 100. В некоторых вариантах реализации ультразвуковые преобразователи из двух или большего количества расходомеров 100 могут быть размещены в одном патрубке и/или электронные устройства из двух расходомеров могут быть размещены в одном корпусе. В дополнительных вариантах реализации два или большее количество расходомеров 100 могут содержать различные хордальные конфигурации, например различные хордальные возвышения, углы и т.д. относительно траектории потока, которая обеспечивает улучшенную точность измерений, когда объединены измерения расходомеров 100.

[0024] На фиг. 6 показана структурная схема измерительной системы 500 для измерения расхода, которая содержит расположенные рядом ультразвуковые расходомеры 100 A/B, в соответствии с различными вариантами реализации. Каждый из расходомеров 100 содержит набор из пар 602 преобразователей (например, 108 и 110, 112 и 114, 116 и 118, 120 и 122) и электронные устройства, содержащие управляющее устройство 604 для управления преобразователями, обрабатывающее устройство 606, обрабатывающее данные потока, и связующий приемопередатчик 608. Некоторые варианты реализации могут также содержать один или большее количество датчиков 614 для измерения параметров текучей среды. Управляющее устройство 604 для управления преобразователями соединено с парами 602 преобразователей и управляет генерированием ультразвуковых сигналов посредством указанных пар 602 преобразователей путем, например, генерирования управляющих сигналов, которые возбуждают колебания в преобразователях. В некоторых вариантах реализации системы 500 управляющее устройство 604 для управления преобразователями одного из расходомеров 100 генерирует сигнал 610 синхронизации, который выдают на каждое из указанных управляющих устройств 604 для управления преобразователями других расходомеров 100. Сигнал синхронизации может быть передан электрическими проводниками, оптическими каналами, беспроводными каналами и т.д.

[0025] Сигнал 610 синхронизации задает время генерирования акустического сигнала расходомерами 100, что предотвращает наложение ультразвуковых сигналов, сгенерированных расходомером 100A, на измерения, выполняемые расходомером 100B, и наоборот. В некоторых вариантах реализации сигнал 610 задает время начала и длительность для каждого преобразователя. В других вариантах реализации сигнал 610, посредством фазы, уровня напряжения и т.д., может указывать на период времени, в течение которого каждый расходомер 100 выполняет ультразвуковые измерения без наложения на другие расходомеры 100. В некоторых вариантах реализации сигнал 610 синхронизации выдают в качестве сообщения, передаваемого через линию связи, например линию 502, между расходомерами 100. Другие варианты реализации системы 500 могут не иметь или выборочно выполнять синхронизацию преобразователей, например, в вариантах реализации, в которых нежелательны взаимные помехи. В некоторых вариантах реализации ультразвуковой расходомер 100, который управляет временем преобразователя путем генерирования сигнала синхронизации, назван "основным", а расходомеры 100, принимающие сигнал 610, названы "вспомогательными". Состояние каждого расходомера 100 в качестве основного или вспомогательного может быть задано, когда расходомер изготовлен или введен в эксплуатацию.

[0026] Обрабатывающее устройство 606, обрабатывающее данные потока, соединено с управляющим устройством 604 для управления преобразователями и выполнено с возможностью обработки выходных данных пар 602 преобразователей для генерирования измерений расхода текучей среды в патрубке 102. Для заданной хорды, хордальная скорость ν потока может быть задана следующим образом:

причем:

L представляет собой длину траектории (то есть разделение один к одному между преобразователями вверху по потоку и внизу по потоку),

X представляет собой компонент L в проходе расходомера в направлении потока, а

T_up и T_dn представляют собой время прохождения звуковой энергии вверх по потоку и вниз по потоку через текучую среду.

[0027] Обрабатывающее устройство 606, обрабатывающее данные потока, объединяет хордальные скорости потока для определения средней скорости потока в текучей среде, протекающей через расходомер 100, и вычисляет объемную скорость потока через расходомер 100 как произведение средней скорости потока для расходомера 100 и площади сечения расходомера 100.

[0028] Обрабатывающее устройство 606, обрабатывающее данные потока, может также вычислять скорость потока без поправки и скорость потока с поправкой. Скорость потока без поправки регулирует скорость исходного потока для расчета профиля потока и расширение текучей среды благодаря давлению и температуре. Скорость потока с поправкой регулирует скорость потока без поправки для учета разниц в основном давлении, температуре и сжимаемости текучей среды и этих показателей в условиях потока.

[0029] Варианты реализации обрабатывающего устройства 606, обрабатывающего данные потока, также выполнены с возможностью вычисления расхода через патрубок 102 путем объединения измерений расходов, выполненных одним расходомером 100, с измерениями расходов, выполненными другим расходомером 100. Таким образом, обрабатывающее устройство 606, обрабатывающее данные потока, каждого расходомера 100 может быть также выполнено с возможностью создания сводных значений измерения расхода на основании измерений расхода, сгенерированных всеми соединенными с возможностью обмена данными расходомерами 100. Объединенные измерения расхода могут быть более точными, чем измерения расхода, генерируемые каким-либо одним из расходомеров 100 в отдельности.

[0030] Для генерирования сводного значения расхода обрабатывающее устройство 606, обрабатывающее данные потока, выполнено с возможностью периодического генерирования (например, периодический временной интервал вычисления расхода - каждые 250 миллисекунд (мс), каждую секунду и т.д.) ультразвуковых сигналов и с возможностью вычисления одного или большего количества исходных значений расхода на основании выходных данных пар 602 преобразователей, управляемых расходомером (например, расходомером 100A). Исходные значения расхода могут содержать скорость звука вдоль хорды, среднюю скорость звука, скорость потока вдоль хорды, среднюю скорость потока, качество измерений расхода и т.д. Обрабатывающее устройство, обрабатывающее данные потока, выдает исходные значения расхода, доступные для получения другими расходомерами 100 в реальном времени (то есть период времени (например, 250 мс) набор для генерирования значений расхода расходомером 100 не подвержен воздействию указанного получения и соответствующих операций). В некоторых вариантах реализации обрабатывающее устройство 606, обрабатывающее данные потока, выдает исходные значения расхода на сервер, размещенный в расходомере 100A. Сервер выполнен с возможностью обработки запросов от другого расходомера 100 для обеспечения исходных значений расхода, вычисленных расходомером 100A, и выдает исходные значения расхода на другой расходомер 100, реагирующий на указанный запрос. Обрабатывающее устройство, обрабатывающее данные потока, может также выдавать, для получения другими расходомерами 100, значение времени окончания действия, которое задает временной интервал, в течение которого исходные значения расхода считаются допустимыми.

[0031] Обрабатывающее устройство 606, обрабатывающее данные потока, генерирует сообщение, запрашивающее исходные значения расхода от другого расходомера 100, и передает сообщение посредством связного приемопередатчика 608. Приемопередатчик 608 соединен с возможностью обмена данными с примерами приемопередатчика 608 в других расходомерах 100. Приемопередатчик 608 может быть выполнен, например, с возможностью обмена данными в соответствии с сетевым стандартом, таким как IEEE 802.3, IEEE 802.11 и т.п. Пример расходомера 100, принимающего сообщение (например, расходомер, на который направлено сообщение посредством адреса интернет-протокола), выдает запрашиваемые исходные значения расхода на запрашивающий расходомер 100 посредством сообщения, передаваемого по линии связи, образованной приемопередатчиками 608.

[0032] Обрабатывающее устройство 606, обрабатывающее данные потока, проверяет исходные значения расхода, принятые от другого расходомера 100. Например, обрабатывающее устройство 606, обрабатывающее данные потока, может проверять, что значение времени окончания действия, связанное со значениями расхода, не истекло, что выданное значение качества измерения расхода указывает на допустимые измерения, а символы для проверки сообщения характеризуют допустимые данные и т.д. Если проверка указывает на то, что исходные значения расхода являются допустимыми, то затем обрабатывающее устройство 606, обрабатывающее данные потока, объединяет исходные значения расхода, выданные указанным другим расходомером 100, с исходными значениями расхода, вычисленными посредством обрабатывающего устройства 606, обрабатывающего данные потока, для генерирования сводного значения расхода. Некоторые варианты реализации могут объединять исходные значения расхода путем вычисления среднего от исходных значений расхода, сгенерированных каждым расходомером 100. Обрабатывающее устройство 606, обрабатывающее данные потока, может вычислять скорость потока текучей среды (исходную, с поправкой, без поправки), объемный расход, массовый расход и т.д. на основании сводного значения расхода.

[0033] Обрабатывающее устройство 606, обрабатывающее данные потока, может сохранять сводное значение расхода и/или скорость потока, полученное из сводного значения расхода, в памяти, выдавать значение в базу данных и/или генерировать сигналы, отражающие скорость потока, объемный расход и т.д., на основании сводного значения расхода. Например, некоторые варианты реализации обрабатывающего устройства 606, обрабатывающего данные потока, могут генерировать выходной сигнал, имеющий частоту, отражающую скорость потока, полученную из сводного значения расхода.

[0034] Если обрабатывающее устройство 606, обрабатывающее данные потока, расходомера 100А (или любого расходомера 100) выполнено с возможностью проверки исходных значений расхода, принятых от еще одного расходомера 100, то затем обрабатывающее устройство 606, обрабатывающее данные потока, может вычислять окончательное значение расхода на основании только исходных значений расхода, выданных расходомером 100A. Таким образом, система 500 обеспечивает избыточность в том, что каждый расходомер 100 может выполнить измерения расхода на основании выходных данных только пар 602 преобразователей расходомера 100, когда другие варианты расходомера 100 выходят из строя, и обеспечивает улучшенную точность измерений расхода на основании выходных данных всех пар 602 преобразователей, когда все расходомеры 100 работают надлежащим образом.

[0035] Некоторые варианты реализации расходомера 100 также содержат датчики 614, которые измеряют параметры текучей среды, протекающей в патрубке 102. Датчики 614 могут содержать, например, один или большее количество из датчика температуры, датчика давления и датчика состава газа, которые измеряют соответственно температуру текучей среды, давление текучей среды и состав текучей среды. Результаты измерений датчиков могут быть совместно использованы расходомерами 100, как описано выше в отношении исходных значений расхода. Расходомеры 100 могут применять измерительные значения датчиков для улучшения точности вычисленных значений расхода, скоростей потока и т.д.

[0036] Различные компоненты расходомера 100, содержащие по меньшей мере некоторые части обрабатывающего устройства 606, обрабатывающего данные потока, и управляющего устройства 604 для управления преобразователями, могут быть реализованы с использованием обрабатывающего устройства, содержащегося в расходомере 100. Обрабатывающее устройство выполняет программное обеспечение, которое вызывает выполнение этим обрабатывающим устройством операций, описанных в настоящей заявке. В некоторых вариантах реализации обрабатывающее устройство 606, обрабатывающее данные потока, содержит обрабатывающее устройство, выполняющее программное обеспечение, которое вызывает генерирование указанным обрабатывающим устройством значений расхода, таких как исходные значения расхода, сводные значения расхода, скорости потока и т.д., и выполнение других операций, описанных в настоящей заявке.

[0037] Подходящие обрабатывающие устройства содержат, например, микропроцессоры общего назначения, процессоры цифровой обработки сигналов и микроконтроллеры. Архитектуры обрабатывающих устройств обычно содержат исполнительные блоки (например, с фиксированной точкой, плавающей точкой, целочисленные и т.д.), запоминающее устройство (например, регистры, память и т.д.), устройство для декодирования инструкций, внешние устройства (например, контроллеры прерываний, таймеры, контроллеры прямого доступа к памяти и т.д.), системы ввода-вывода (например, последовательные порты, параллельные порты и т.д.) и различные другие компоненты и подсистемы. Программное обеспечение, которое вызывает выполнение обрабатывающим устройством операций, раскрытых в настоящей заявке, может быть сохранено в машиночитаемом носителе данных, являющимся внутренним или внешним по отношению к расходомеру 100. Машиночитаемый носитель данных содержит энергозависимое запоминающее устройство, такое как оперативное запоминающее устройство, неэнергозависимое запоминающее устройство (например, жесткий диск, оптическое запоминающее устройство (например, компакт-диск (CD, compact disk) или цифровой видео-диск (DVD, digital video disk)), флеш-память, временное запоминающее устройство или их сочетание.

[0038] Некоторые варианты реализации могут реализовывать части ультразвукового расходомера 100, содержащие части обрабатывающего устройства 606, обрабатывающего данные потока, и управляющего устройства 604 для управления преобразователями с использованием специализированной схемы (например, специализированной схемы, реализованной в интегральной схеме). Некоторые варианты реализации могут использовать сочетание специализированной схемы и обрабатывающего устройства, выполняющего подходящее программное обеспечение. Например, некоторые части управляющего устройства 604 для управления преобразователями могут быть реализованы с использованием обрабатывающего устройства или схемы аппаратных средств. Выбор реализации аппаратных средств или обрабатывающего устройства и/или программного обеспечения из вариантов реализации представляет собой проектное решение, основанное на множестве факторов, таких как цена, время для реализации и возможность внедрения измененных или дополнительных функциональных возможностей в будущем.

[0039] На фиг. 7 показана блок-схема способа 700 приведения в действие измерительной системы 500 для измерения расхода, которая содержит расположенные рядом ультразвуковые расходомеры 100, в соответствии с различными вариантами реализации. Несмотря на последовательное описание в интересах удобства повествования по меньшей мере некоторые из описанных действий смогут быть выполнены в другом порядке и/или выполнены параллельно. Кроме того, некоторые варианты реализации могут выполнять только некоторые из описанных действий. В некоторых вариантах реализации, операции по фиг. 7, а также другие операции, описанные в настоящей заявке, могут быть реализованы в качестве инструкций, сохраняемых в машиночитаемом носителе данных и выполняемых обрабатывающим устройством, содержащимся в расходомерах 100.

[0040] В способе 700 совмещают множество ультразвуковых расходомеров 100 (например, последовательно соединяют или размещают в одном патрубке), причем каждый расходомер 100 генерирует значения расхода на основании пар 602 ультразвуковых преобразователей всех расходомеров. В блоке 702 генерирование ультразвуковых сигналов преобразователями из множества расходомеров 100 синхронизируют для уменьшения взаимных помех между расходомерами 100. Один из расходомеров 100 может быть выполнен в качестве основного расходомера и может генерировать сигнал 610 синхронизации, который выдают на каждый из других расположенных рядом расходомеров для выполнения синхронизации.

[0041] Каждый расходомер 100 генерирует ультразвуковые сигналы в блоке 704. Сигналы пересекают внутреннюю часть патрубка 102 и их регистрируют посредством ультразвукового преобразователя. Электрические сигналы, отражающие зарегистрированные ультразвуковые сигналы, выдают на обрабатывающее устройство 606, обрабатывающее данные потока.

[0042] В блоке 706 датчики 614 измеряют параметры текучей среды, протекающей в патрубке 102, такие как температура текучей среды, давление текучей среды, состав текучей среды и т.д. Измерения параметров выдают на обрабатывающее устройство 606, обрабатывающее данные потока, для использования в вычислении расхода текучей среды.

[0043] В блоке 708 каждый расходомер 100 вычисляет набор исходных значений расхода. Исходные значения расхода основаны на ультразвуковых сигналах, сгенерированных и зарегистрированных только посредством пар 602 преобразователей расходомера 100. В некоторых вариантах реализации исходные значения расхода могут быть также основаны на параметрах текучей среды, измеряемых датчиками. Исходные значения расхода могут содержать среднюю скорость звука, среднюю скорость потока, значение скорости потока и т.д. для расходомера 100.

[0044] В блоке 710 исходные значения расхода и, при необходимости, измерения датчиков доступны расположенным рядом расходомерам 100. Например, исходные значения расхода могут быть выданы на сервер в расходомере 100, а каждый из расположенных рядом расходомеров 100 работает в качестве клиента сервера для получения доступа к исходным значениям расхода посредством линии 502 связи.

[0045] В блоке 712 каждый расходомер 100 получает исходные значения расхода от каждого другого расположенного рядом расходомера 100. Операция получения может включать генерирование сообщения с запросом, которое передают на каждый другой расходомер 100 (например, на сервер, содержащийся в каждом расходомере 100). После получения сообщения с запросом каждый расходомер 100 может генерировать ответное сообщение, которое содержит исходные значения расхода, и может передавать ответное сообщение на запрашивающий расходомер 100.

[0046] В блоке 714 каждый расходомер 100 проверяет исходные значения расхода, принятые от других расположенных рядом расходомеров 100. Проверка может включать вычисление контрольных значений (таких как значения для циклического контроля по избыточности), примененных к исходным значениям расхода, проверку того, что значение времени действия значения расхода не истекло, и проверку того, что качество измерений расхода превышает предварительно заданный предел.

[0047] В блоке 716, если расходомер 100 находит недопустимыми полученные исходные значения расхода, то затем в блоке 718 некоторые варианты реализации расходомера 100 вычисляют значение окончательной скорости потока на основании информации о потоке, сгенерированной расходомером 100 (то есть отдельное окончательное значение расхода). Отдельное окончательное значение расхода не основано на исходных значениях расхода, сгенерированных другими расположенными рядом расходомерами 100. Расходомер 100 также генерирует скорость потока текучей среды на основании отдельного окончательного значения расхода.

[0048] Если в блоке 716 расходомер 100 находит допустимым полученные исходные значения расхода, то затем в блоке 720 расходомер 100 вычисляет окончательное значение расхода на основании исходных значениях расхода, сгенерированных множеством расположенных рядом расходомеров 100 (то есть сводное окончательное значение расхода). Расходомер 100 применяет сводное окончательное значение расхода для генерирования скорости потока текучей среды на основании общего количества хордальных траекторий, заданных всеми расположенными рядом расходомерами 100. Скорость потока текучей среды может быть также основана на измерениях датчиков, полученных от одного или большего количества расположенных рядом расходомеров 100.

[0049] В блоке 722 окончательное значение расхода, которое может представлять собой вышеописанную отдельную или сводную окончательную скорость потока, и скорость потока, основанную на окончательном значении расхода, сохраняют для обеспечения доступа другими компонентами измерительной системы для измерения расхода (например, доступа пользовательским интерфейсом, отображающим устройством и/или входом подсисты или управляющей системы для управления расходом). Сигнал, отражающий скорости потока, может быть также сгенерирован для передачи скорости потока на другое оборудование.

[0050] Приведенное выше описание следует считать иллюстративным для различных вариантов реализации настоящего изобретения. Многочисленные изменения и модификации будут очевидны специалистам в области техники, поскольку приведенное выше описание понятно в полной мере. Например, несмотря на то что варианты реализации настоящего изобретения были описаны в отношении пары расположенных рядом ультразвуковых расходомеров, специалистам в области техники будет понятно, что варианты реализации применимы к любому количеству расположенных рядом расходомеров. Кроме того, несмотря на то что варианты реализации были описаны в отношении расходомеров, имеющих четыре хордальные траектории, специалистам в области техники будет понятно, что варианты реализации охватывают расходомеры, имеющие любое количество хордальных траекторий, включая расположенные рядом расходомеры, каждый из которых имеет различное количество хордальных траекторий. Предполагается, что приведенная далее формула изобретения должна быть интерпретирована таким образом, что она охватывает такие изменения и модификации.

Предложены система и способ ультразвукового измерения расхода. В одном варианте реализации ультразвуковая измерительная система для измерения расхода содержит канал для потока текучей среды и множество ультразвуковых расходомеров. Каждый из ультразвуковых расходомеров содержит пару ультразвуковых преобразователей и обрабатывающее устройство, обрабатывающее данные потока. Пара ультразвуковых преобразователей выполнена с возможностью формирования хордальной траектории через канал между преобразователями. Обрабатывающее устройство, обрабатывающее данные потока, соединено с ультразвуковыми преобразователями. Обрабатывающее устройство, обрабатывающее данные потока, выполнено с возможностью получения от каждого другого расходомера из указанного множества расходомеров измерения скорости потока, определяемой указанным другим расходомером, и измерения расхода текучей среды через патрубок на основании выходных данных преобразователей всех ультразвуковых расходомеров. Технический результат - повышение точности измерения расхода. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Ультразвуковая измерительная система для измерения потока, содержащая:
- канал для потока текучей среды и
- множество ультразвуковых расходомеров, каждый из которых содержит:
пару ультразвуковых преобразователей, выполненных с возможностью формирования хордальной траектории через канал между указанными преобразователями, и
обрабатывающее устройство, обрабатывающее данные потока, соединенное с указанными ультразвуковыми преобразователями и выполненное с возможностью:
получения от каждого другого расходомера из указанного множества расходомеров измерения скорости потока, определяемой указанным другим расходомером;
измерения потока текучей среды через указанный канал на основании скоростей потока, определяемых всеми указанными расходомерами.

2. Система по п. 1, в которой каждый расходомер из указанного множества расходомеров дополнительно содержит связной приемопередатчик, выполненный с возможностью соединения с возможностью обмена данными указанного расходомера с каждым из указанных других расходомеров из указанного множества расходомеров.

3. Система по п. 1, в которой указанное получение от каждого другого расходомера ограничено временным интервалом для периодического вычисления потока, заданным для каждого расходомера.

4. Система по п. 1, в которой каждый расходомер из указанного множества расходомеров выполнен с возможностью вычисления комбинированной скорости потока на основании скоростей потока, полученных от каждого из указанных других расходомеров из указанного множества расходомеров.

5. Система по п. 4, в которой комбинированная скорость потока содержит усреднение скоростей потока, полученных от каждого из указанных других расходомеров из указанного множества расходомеров.

6. Система по п. 4, в которой каждое обрабатывающее устройство, обрабатывающее данные потока, выполнено с возможностью вычисления расхода с поправкой и/или расхода без поправки на основании комбинированной скорости потока.

7. Система по п. 1, в которой каждый расходомер из указанного множества расходомеров выполнен с возможностью:
определения того, являются ли допустимыми скорости потока, выдаваемые на расходомер другими расходомерами из указанного множества расходомеров, и
генерирования, на основании определения того, что скорость потока, выдаваемая на расходомер, является недопустимой, измерения потока на основании только выходных данных преобразователей указанного расходомера.

8. Система по п. 1, в которой каждый расходомер из указанного множества расходомеров содержит управляющее устройство для управления преобразователями, которое управляет временем генерирования ультразвуковых сигналов преобразователями указанного расходомера,
причем указанные управляющие устройства для управления преобразователями выполнены с возможностью синхронизирования генерирования ультразвуковых сигналов посредством указанного множества ультразвуковых расходомеров.

9. Система по п. 1, в которой каждый расходомер из указанного множества расходомеров содержит по меньшей мере один датчик, выбранный из группы, состоящей из датчика температуры, датчика давления и датчика состава газа, и выполнен с возможностью:
получения от другого расходомера из указанного множества расходомеров значения измерения датчика, полученного от указанного по меньшей мере одного датчика, и
вычисления комбинированного расхода на основании указанного значения измерения датчика.

10. Система по п. 1, в которой каждый расходомер из указанного множества расходомеров содержит заданное количество хордальных траекторий, а обрабатывающее устройство, обрабатывающее данные потока, каждого расходомера из указанного множества расходомеров выполнено с возможностью вычисления комбинированного расхода на основании количества хордальных траекторий расходомера, превышающего указанное заданное количество.

11. Способ измерения потока текучей среды, включающий:
определение посредством первого ультразвукового расходомера первой скорости потока текучей среды, протекающей через первый ультразвуковой расходомер,
определение посредством второго ультразвукового расходомера второй скорости потока текучей среды, протекающей через второй ультразвуковой расходомер,
получение посредством первого ультразвукового расходомера второй скорости потока от второго ультразвукового расходомера, и
получение комбинированного расхода, посредством первого ультразвукового расходомера, путем комбинирования первой и второй скоростей потока.

12. Способ по п. 11, дополнительно включающий получение комбинированного расхода, включающее определение расхода с поправкой и/или расхода без поправки.

13. Способ по п. 11, дополнительно включающий определение средней скорости потока на основании первой скорости потока и второй скорости потока.

14. Способ по п. 11, дополнительно включающий генерирование посредством первого ультразвукового расходомера расхода текучей среды, протекающей через первый ультразвуковой расходомер, на основании только измерений потока текучей среды через первый ультразвуковой расходомер, на основании того, что первый ультразвуковой расходомер не может получить второй расход от второго ультразвукового расходомера и/или указанный второй расход является недопустимым.

15. Способ по п. 11, дополнительно включающий генерирование сигнала синхронизации посредством первого ультразвукового расходомера, который синхронизирует генерирование ультразвуковых сигналов посредством множества преобразователей первых и вторых ультразвуковых сигналов.

16. Способ по п. 11, дополнительно включающий генерирование первым и/или вторым ультразвуковым расходомером измерения датчика, содержащего по меньшей мере одно из измерения температуры, измерения давления и измерения состава газа в текучей среде, протекающей в расходомере, причем комбинированный расход основан на указанном измерении датчика.

17. Машиночитаемый носитель данных, закодированных инструкциями, выполнение которых вызывает то, что обрабатывающее устройство первого ультразвукового расходомера:
определяет первую скорость потока текучей среды, протекающей через первый ультразвуковой расходомер,
получает из расположенного рядом ультразвукового расходомера вторую скорость потока текучей среды, протекающей через указанный расположенный рядом ультразвуковой расходомер,
получает среднюю скорость потока путем комбинирования первой и второй скоростей потока,
генерирует измерение объема текучей среды, протекающей через первый ультразвуковой расходомер, на основании только измерений потока текучей среды через первый ультразвуковой расходомер и на основании того, что первый ультразвуковой расходомер не может получить вторую скорость потока от расположенного рядом ультразвукового расходомера и/или указанная вторая скорость потока является недопустимой.

18. Машиночитаемый носитель данных по п. 17, дополнительно содержащий инструкции, выполнение которых вызывает генерирование обрабатывающим устройством первого ультразвукового расходомера комбинированного расхода на основании средней скорости потока.

19. Машиночитаемый носитель данных по п. 17, дополнительно содержащий инструкции, выполнение которых вызывает генерирование обрабатывающим устройством первого ультразвукового расходомера сигнала синхронизации, который синхронизирует генерирование ультразвуковых сигналов множеством преобразователей указанных ультразвукового расходомера и расположенного рядом ультразвукового расходомера.

20. Машиночитаемый носитель данных по п. 17, дополнительно содержащий инструкции, выполнение которых вызывает то, что обрабатывающее устройство первого ультразвукового расходомера получает от расположенного рядом ультразвукового расходомера измерение датчика, содержащее по меньшей мере одно из измерения температуры, измерения давления и измерения состава газа текучей среды, протекающей через расположенный рядом ультразвуковой расходомер, и выдает комбинированный расход на основании указанного измерения датчика.