RU2194950C2 - Device for determination of flow rate of two- component agent in pipe line - Google Patents
Device for determination of flow rate of two- component agent in pipe line Download PDFInfo
- Publication number
- RU2194950C2 RU2194950C2 RU2001104562A RU2001104562A RU2194950C2 RU 2194950 C2 RU2194950 C2 RU 2194950C2 RU 2001104562 A RU2001104562 A RU 2001104562A RU 2001104562 A RU2001104562 A RU 2001104562A RU 2194950 C2 RU2194950 C2 RU 2194950C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- amplitude
- correlator
- inputs
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами. The invention relates to the field of measuring equipment and can be used in process control systems.
Известен радиоволновый расходомер, содержащий вдоль трубопровода два объемных резонатора, воспринимающих через гибкую металлическую мембрану статическое давление, по перепаду которого на участке между резонаторами судят о скорости и расходе жидкости в трубопроводе (см. В.А.Викторов и др. "Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин", М.: "Наука:, 1978, стр. 269). A radio wave flow meter is known that contains two volume resonators along the pipeline, which receive static pressure through a flexible metal membrane, by the difference of which in the section between the resonators they judge the speed and flow rate of the liquid in the pipeline (see V.A.Viktorov et al. "High-frequency method for measuring non-electric quantities ", M .:" Science :, 1978, p. 269).
Недостатком этого устройства следует считать невысокую чувствительность, связанную со степенью гибкости мембраны. The disadvantage of this device is the low sensitivity associated with the degree of flexibility of the membrane.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип микроволновый доплеровский расходомер (см. В.А.Викторов и др. "Радиоволновые измерения параметров технологических процессов", М.: Энергоиздат, 1969. стр. 137-138), содержащий микроволновый генератор, соединенный с передающей антенной, приемную антенну, подключенную через приемный блок ко входу блока выделения и обработки доплеровского сигнала. В этом устройстве при взаимодействии электромагнитных волн с неоднородностями вещества (частицами сыпучего материала, твердыми или газовыми включениями в жидкости и др. ) образуется доплеровский сигнал, по частоте которого определяют скорость и расход контролируемой среды в трубопроводе. The closest technical solution to the proposed one is the microwave Doppler flowmeter adopted by the author for the prototype (see V.A. Viktorov et al. "Radio wave measurements of technological process parameters", M .: Energoizdat, 1969. p. 137-138), containing a microwave generator connected to the transmitting antenna, a receiving antenna connected through the receiving unit to the input of the Doppler signal extraction and processing unit. In this device, when electromagnetic waves interact with inhomogeneities of the substance (particles of bulk material, solid or gas inclusions in liquids, etc.), a Doppler signal is generated, the frequency of which determines the speed and flow rate of the controlled medium in the pipeline.
Недостатком этого известного расходомера является погрешность, обусловленная сложностью выделения из частотного спектра информативного сигнала доплеровскую частоту, пропорциональную скорости потока. The disadvantage of this known flow meter is the error due to the difficulty of extracting from the frequency spectrum of the informative signal the Doppler frequency proportional to the flow rate.
Задачей, решаемой заявляемым техническим решением, является повышение точности измерения. The problem solved by the claimed technical solution is to increase the accuracy of measurement.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство для определения расхода двухкомпонентных веществ в трубопроводе, содержащее первый генератор, первые входной и выходной элементы связи, введены первый и второй кольцевые резонаторы, выполненные в виде свернутых волноводов и встроенные последовательно в трубопровод, второй генератор, вторые входной и выходной элементы связи, первый и второй детекторы, первый и второй измерители амплитудно-частотных характеристик, коррелятор, вычислитель и умножитель, причем выходы первого и второго генераторов через соответственно первый и второй входные элементы связи соединены со входами первого и второго кольцевых резонаторов, выходы первого и второго кольцевого резонатора через соответствующий выходной элемент связи и последовательно соединенные с ним детектор и измеритель амплитудно-частотных характеристик соединены соответственно с первым и вторым входом коррелятора, выход первого измерителя амплитудно-частотных характеристик подключен ко входу вычислителя, выход которого соединен с первым входом умножителя, ко второму входу которого подключен выход коррелятора, а выход умножителя является выходом устройства. This object is achieved in that in the device for determining the flow rate of two-component substances in the pipeline containing the first generator, the first input and output communication elements, the first and second ring resonators are introduced, made in the form of convoluted waveguides and built-in in series into the pipeline, the second generator, the second input and output communication elements, first and second detectors, first and second meters of amplitude-frequency characteristics, correlator, calculator and multiplier, and the outputs of the first and second generators through respectively the first and second input coupling elements are connected to the inputs of the first and second ring resonators, the outputs of the first and second ring resonator through the corresponding output coupling element and a series-connected detector and amplitude-frequency characteristics meter are connected respectively to the first and second input of the correlator, the output of the first meter of the amplitude-frequency characteristics is connected to the input of the calculator, the output of which is connected to the first input of the multiplier, to the second whose input is connected to the output of the correlator, and the output of the multiplier is the output of the device.
Существенным отличительным признаком в указанной выше совокупности является наличие двух кольцевых резонаторов, встроенных последовательно в трубопровод, и коррелятора. An essential distinguishing feature in the aforementioned combination is the presence of two ring resonators integrated in series in the pipeline and a correlator.
В заявляемом техническом решении благодаря свойствам совокупности перечисленных признаков измерение взаимно корреляционной функции амплитудно-частотных характеристик двух кольцевых резонаторов и колебательных характеристик одного из них позволяет решить поставленную задачу: обеспечить более высокую точность измерения. In the claimed technical solution, due to the properties of the combination of the listed features, the measurement of the cross-correlation function of the amplitude-frequency characteristics of two ring resonators and the vibrational characteristics of one of them allows us to solve the problem: to provide higher measurement accuracy.
На чертеже приведена функциональная схема заявляемого устройства. The drawing shows a functional diagram of the inventive device.
Устройство содержит первый и второй генераторы 1, 2, соединенные выходами через первый и второй входные элементы связи 3, 4 с соответствующими входами первого и второго кольцевых резонаторов 5, 6, первый и второй выходные элементы связи 7, 8, подключенные через первый и второй детекторы 9, 10 к соответствующим входам первого и второго измерителя амплитудно-частотных характеристик 11, 12, коррелятор 13, вычислитель 14 и умножитель 15. На чертеже под номером 16 обозначен трубопровод. The device comprises first and second generators 1, 2, connected by outputs through the first and second input communication elements 3, 4 with corresponding inputs of the first and second ring resonators 5, 6, first and second output communication elements 7, 8 connected through the first and second detectors 9, 10 to the corresponding inputs of the first and second meter of amplitude-frequency characteristics 11, 12, the correlator 13, the calculator 14 and the multiplier 15. In the drawing, the number 16 indicates the pipeline.
В местах (поверхность кольцевых резонаторов) расположения входных и выходных элементов связи, осуществляющих ввод в металлические резонаторы и вывод из них электромагнитных колебаний, необходимо предусмотреть герметичные диэлектрические окна. In places (the surface of ring resonators) of the location of the input and output communication elements that enter into the metal resonators and output electromagnetic waves from them, it is necessary to provide sealed dielectric windows.
Устройство работает следующим образом. Выходными электромагнитными сигналами генераторов 1, 2, поступающими на входы входных элементов связи 3, 4, возбуждают электромагнитные колебания одновременно в первом и втором резонаторах 5, 6. В данном случае так как кольцевые резонаторы встроены последовательно в трубопровод 16, то при протекании по нему контролируемого вещества для собственных резонансных частот первого fp1 и второго fp2 кольцевых резонаторов соответственно можно записать
где n=1, 2, 3,..., С - скорость распространения электромагнитных волн в свободном пространстве, ε - диэлектрическая проницаемость вещества, Lсред1 и Lсред2 - средняя длина первого и второго кольцевых резонаторов соответственно. Если кольцевые резонаторы идентичные, то можно принимать fp1=fp2.The device operates as follows. The output electromagnetic signals of the generators 1, 2, arriving at the inputs of the input communication elements 3, 4, excite electromagnetic oscillations simultaneously in the first and second resonators 5, 6. In this case, since the ring resonators are integrated in series in the pipe 16, then when it passes through it substances for the natural resonant frequencies of the first f p1 and second f p2 ring resonators, respectively, can be written
where n = 1, 2, 3, ..., C is the propagation velocity of electromagnetic waves in free space, ε is the dielectric constant of the substance, L medium1 and L medium2 are the average length of the first and second ring resonators, respectively. If the ring resonators are identical, then we can take f p1 = f p2 .
Как известно, для определения расхода потоков в трубопроводах, например, объемного необходимо знание сечения трубопровода или струи потока и скорость движения контролируемого вещества. As you know, to determine the flow rate in pipelines, for example, volumetric, knowledge of the cross section of the pipeline or stream stream and the speed of the controlled substance are necessary.
В заявляемом техническом решении по положению максимума взаимно корреляционной функции амплитудно-частотных характеристик двух кольцевых резонаторов, отнесенных друг от друга на некотором расстоянии l, можно определить скорость потока V, выраженную формулой
V=l/τт,
где τт - время транспортного запаздывания амплитудно-частотной характеристики второго кольцевого резонатора по отношению к амплитудно-частотной характеристике первого кольцевого резонатора и наоборот.In the claimed technical solution by the maximum position of the cross-correlation function of the amplitude-frequency characteristics of two ring resonators, spaced from each other at a certain distance l, it is possible to determine the flow velocity V, expressed by the formula
V = l / τ t
where τ t is the transport delay time of the amplitude-frequency characteristic of the second ring resonator with respect to the amplitude-frequency characteristic of the first ring resonator and vice versa.
Для оценки параметра τт выходные сигналы резонаторов с помощью соответствующих выходных элементов связи 7, 8 через первый и второй амплитудные детекторы 9, 10 поступают на входы первого и второго измерителей амплитудно-частотных характеристик 11, 12 соответственно. После этого частотные сигналы измерителей амплитудно-частотных характеристик, сдвинутые по времени из-за транспортного запаздывания, поступают на соответствующие входы коррелятора 13. На выходе коррелятора взаимно корреляционная функция входных сигналов коррелятора при равенстве времени задержки опережающего сигнала и времени τт должна иметь максимальное значение, т.е. путем отыскания максимума взаимно корреляционной функции всегда можно найти время τт.
Пусть по трубопроводу перемещается обводненный нефтепродукт с влажностью не более 5% и требуется измерять объемный расход нефтепродукта в потоке. Тогда, как известно, в таких случаях, т.е. с малым содержанием влаги в нефтепотоке, справедлива формула Винера (см. "Теория и практика экспрессного контроля влажности твердых и жидких материалов", под общ. ред. Е.С.Кричевского. - М.: Энергия, 1980, стр. 61)
ε = εн(1+3W) (2),
где εн - диэлектрическая проницаемость нефти, w - влагосодержание (объемное) в потоке.To estimate the parameter τ t, the output signals of the resonators using the corresponding output coupling elements 7, 8 through the first and second amplitude detectors 9, 10 are fed to the inputs of the first and second meters of amplitude-frequency characteristics 11, 12, respectively. After that, the frequency signals of the meters of amplitude-frequency characteristics, shifted in time due to transport lag, arrive at the corresponding inputs of the correlator 13. At the output of the correlator, the cross-correlation function of the input signals of the correlator with the equality of the delay time of the leading signal and the time τ t should have a maximum value, those. by finding the maximum of the cross-correlation function, one can always find the time τ t .
Let the flooded oil product with a moisture content of not more than 5% move through the pipeline and it is necessary to measure the volumetric flow rate of the oil product in the stream. Then, as is known, in such cases, i.e. with a low moisture content in the oil flow, the Wiener formula is valid (see. "Theory and Practice of Express Control of Moisture of Solid and Liquid Materials", under the general editorship of ES Krichevsky. - M.: Energy, 1980, p. 61)
ε = ε n (1 + 3W) (2),
where ε n is the dielectric constant of oil, w is the moisture content (volumetric) in the stream.
Практика показывает, что в случае протекания по трубопроводу двухкомпонентного вещества для определения расхода того или иного компонента необходимо знать сечение струи соответствующего компонента. Следовательно, если известно сечение измерительного участка (кольцевого резонатора), то при контроле, например, нефти для сечения струи этого компонента Sн можно записать
Sн=Sкр-Sв,
где Sкр - сечение (полное) свернутого волновода, используемого в качестве измерительного кольцевого резонатора, Sв - сечение струи воды. Учитывая, что в данном случае сечение струи воды может быть определено как
Sв=wSкр,
то для Sн имеем
Sн=Sкр(1-w).Practice shows that in the case of a two-component substance flowing through a pipeline, to determine the flow rate of a component, it is necessary to know the jet cross section of the corresponding component. Therefore, if the cross section of the measuring section (ring resonator) is known, then, for example, when monitoring oil, for the cross section of the jet of this component S n, we can write
S n = S cr -S in ,
where S kr is the cross section (full) of the convoluted waveguide used as a measuring ring resonator, S in is the cross section of the water jet. Given that in this case the cross section of the jet of water can be defined as
S in = wS cr
then for S n we have
S n = S cr (1-w).
Итак, в данном случае через величину влагосодержания в обводненном нефтепотоке можно оценить сечение струи нефти. So, in this case, through the moisture content in the flooded oil flow, the cross section of the oil jet can be estimated.
Совместное решение формулы (2) и одного из уравнений системы (1), например первого, позволяет записать
Из полученной формулы видно, что при Eн=const (одной сортности нефти) по резонансной частоте fp1 можно определить влагосодержание w.The joint solution of formula (2) and one of the equations of system (1), for example, the first, allows us to write
From the obtained formula it is seen that at E n = const (of the same oil grade), the moisture content w can be determined from the resonant frequency f p1 .
В предлагаемом устройстве для измерения параметра w выходной сигнал первого измерителя амплитудно-частотных характеристик одновременно поступает и на вход вычислителя 14. После этого по преобразованию в умножителе 15 выходных сигналов коррелятора и вычислителя, соответствующих скорости и влагосодержанию, получают информацию о расходе двухкомпонентных веществ в трубопроводе. In the proposed device for measuring the parameter w, the output signal of the first meter of amplitude-frequency characteristics is simultaneously supplied to the input of the calculator 14. After that, by converting the multiplier 15 of the output signals of the correlator and the calculator corresponding to the speed and moisture content, information is obtained on the flow rate of two-component substances in the pipeline.
Таким образом, в предлагаемом техническом решении благодаря использованию двух кольцевых резонаторов и коррелятора можно обеспечить определение расхода двухкомпонентных веществ в трубопроводе более высокой точности измерения. Thus, in the proposed technical solution, through the use of two ring resonators and a correlator, it is possible to determine the flow rate of two-component substances in the pipeline with higher measurement accuracy.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001104562A RU2194950C2 (en) | 2001-02-19 | 2001-02-19 | Device for determination of flow rate of two- component agent in pipe line |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001104562A RU2194950C2 (en) | 2001-02-19 | 2001-02-19 | Device for determination of flow rate of two- component agent in pipe line |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2194950C2 true RU2194950C2 (en) | 2002-12-20 |
Family
ID=20246182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001104562A RU2194950C2 (en) | 2001-02-19 | 2001-02-19 | Device for determination of flow rate of two- component agent in pipe line |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2194950C2 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006043854A1 (en) * | 2004-10-18 | 2006-04-27 | Obshchestvo S Ogranichennoy Otvetstvennostiu 'nauchno- Proizvodstvennaya Companiya 'actel' | Correlation method for measuring total and fractional flowrates of multiphase unmixable media and device for carrying out said method |
| RU2309386C2 (en) * | 2004-10-18 | 2007-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная компания "АКТЕЛ" | Method and device for measuring flow rate of multi-phase immiscible fluids |
| RU2322650C2 (en) * | 2005-01-14 | 2008-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная компания "АКТЕЛ" | Arrangement for measuring summary and fractional consumption of multi-phase immiscible mediums |
| RU2324945C2 (en) * | 2006-07-11 | 2008-05-20 | Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Method of determining substance flow velocity in pipeline |
| RU2415440C1 (en) * | 2010-03-19 | 2011-03-27 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Device to measure substance flow rate |
| RU2629701C1 (en) * | 2016-04-06 | 2017-08-31 | Федеральное государственное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Device for measurement of moisture content of liquid |
| RU2764193C1 (en) * | 2021-05-17 | 2022-01-14 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Цмитэл" | Method for determining water fractional share in multi-phase unmixed medium |
| RU2768198C1 (en) * | 2021-07-19 | 2022-03-23 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Цмитэл" | Method for determining the flow of fractional share of water in a multiphase immiscible medium |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3762221A (en) * | 1970-07-06 | 1973-10-02 | J Coulthard | Measurement of fluid flow rates |
| SU1624263A1 (en) * | 1988-06-29 | 1991-01-30 | Институт проблем управления | Dielectric substance flow measuring method and equipment |
| SU1753281A1 (en) * | 1990-05-17 | 1992-08-07 | Институт проблем управления | Device for determining mass flow rate of material |
-
2001
- 2001-02-19 RU RU2001104562A patent/RU2194950C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3762221A (en) * | 1970-07-06 | 1973-10-02 | J Coulthard | Measurement of fluid flow rates |
| SU1624263A1 (en) * | 1988-06-29 | 1991-01-30 | Институт проблем управления | Dielectric substance flow measuring method and equipment |
| SU1753281A1 (en) * | 1990-05-17 | 1992-08-07 | Институт проблем управления | Device for determining mass flow rate of material |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ВИКТОРОВ В.А. и др. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. - М.: Энергоиздат, 1989, с.133-147. * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006043854A1 (en) * | 2004-10-18 | 2006-04-27 | Obshchestvo S Ogranichennoy Otvetstvennostiu 'nauchno- Proizvodstvennaya Companiya 'actel' | Correlation method for measuring total and fractional flowrates of multiphase unmixable media and device for carrying out said method |
| RU2309386C2 (en) * | 2004-10-18 | 2007-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная компания "АКТЕЛ" | Method and device for measuring flow rate of multi-phase immiscible fluids |
| RU2322650C2 (en) * | 2005-01-14 | 2008-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная компания "АКТЕЛ" | Arrangement for measuring summary and fractional consumption of multi-phase immiscible mediums |
| RU2324945C2 (en) * | 2006-07-11 | 2008-05-20 | Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Method of determining substance flow velocity in pipeline |
| RU2415440C1 (en) * | 2010-03-19 | 2011-03-27 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Device to measure substance flow rate |
| RU2629701C1 (en) * | 2016-04-06 | 2017-08-31 | Федеральное государственное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Device for measurement of moisture content of liquid |
| RU2764193C1 (en) * | 2021-05-17 | 2022-01-14 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Цмитэл" | Method for determining water fractional share in multi-phase unmixed medium |
| RU2768198C1 (en) * | 2021-07-19 | 2022-03-23 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Цмитэл" | Method for determining the flow of fractional share of water in a multiphase immiscible medium |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2303242C2 (en) | Mode and an arrangement for definition of rheological parameters of liquid | |
| CA2513248C (en) | Apparatus and method using an array of ultrasonic sensors for determining the velocity of a fluid within a pipe | |
| US8322228B2 (en) | Method of measuring flow properties of a multiphase fluid | |
| US7237440B2 (en) | Flow measurement apparatus having strain-based sensors and ultrasonic sensors | |
| US11293791B2 (en) | Leaky lamb wave flowmeter | |
| RU43068U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE CONSUMPTION OF COMPONENTS OF A GAS-FLUID FLUID PRODUCT MIXTURE OF A GAS-OIL PRODUCTION PRODUCT IN A PIPELINE | |
| JP2003526101A (en) | Method and apparatus for simultaneously measuring the flow rate and concentration of a multiphase liquid / gas mixture | |
| Takamoto et al. | New measurement method for very low liquid flow rates using ultrasound | |
| CN100504311C (en) | Apparatus and method using an array of ultrasonic sensors for determining the velocity of a fluid within a pipe | |
| RU2194950C2 (en) | Device for determination of flow rate of two- component agent in pipe line | |
| JPS5824816A (en) | Doppler type ultrasonic flowmeter | |
| GB2359435A (en) | Microwave Doppler Flowmeter | |
| SU1257409A1 (en) | Device for measuring mass flow rate of substance | |
| RU2386929C2 (en) | Measuring section of gas-liquid flow metre | |
| Terao et al. | Easy-setup clamp-on ultrasonic flowmeter | |
| Coulthard | The principle of ultrasonic cross-correlation flowmetering | |
| CN106996988A (en) | Oil gas water three phase plug-like disperses flow velocity measuring method | |
| RU2612033C1 (en) | Method for measuring composition of three-component water-containing substance in stream | |
| RU2585320C1 (en) | Device for measuring mass flow of liquid and loose media | |
| RU2620779C1 (en) | Device for measuring mass liquid medium flow | |
| RU2415440C1 (en) | Device to measure substance flow rate | |
| US3165928A (en) | Flow meter | |
| US11221244B2 (en) | Clamp-on circumferential resonance ultrasonic flowmeter for collectively exciting and receiving circumferential modes of a pipe | |
| RU2601273C1 (en) | Device for measuring mass flow of liquid media | |
| RU102109U1 (en) | FLOWMETER |