СИСТЕМА И СПОСОБ ЗАМЕНЫ РАСХОДОМЕРА ДЛЯ СОВМЕЩЕННЫХ РАСХОДОМЕРОВ
SYSTEM AND METHOD OF REPLACING FLOW METER FOR COMBINED FLOW METERS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] После того, как углеводороды были извлечены из земли, поток текучей среды (например, сырой нефти, природного газа и т.п.) транспортируют от одного места к другому по трубопроводам. Необходимо точно знать количество текучей среды, протекающей в потоке, точность особенно необходима при переходе текучей среды к другому владельцу, или при «передаче продукта». Однако даже при отсутствии передачи продукта необходима точность измерений, и 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 в одну сторону и в другую сторону через поток текучей среды, который должен быть измерен, а на основании различных характеристик ультразвуковых сигналов могут быть рассчитаны результаты измерения текучей среды. Необходимы ультразвуковые расходомеры, обеспечивающие улучшение точности измерения потока и защищенные от неисправностей.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] В настоящей заявке описаны система и способ ультразвукового измерения расхода, когда один из множества совмещенных ультразвуковых расходомеров имеет неисправность. В одном варианте реализации измерительная система для ультразвукового измерения расхода содержит множество ультразвуковых расходомеров. Каждый из ультразвуковых расходомеров содержит устройство обработки данных потока. Устройство обработки данных потока выполнено с возможностью сохранения множества интервалов скорости, каждый из которых соответствует диапазону скоростей потока расходомеров. Устройство обработки данных потока также выполнено с возможностью сохранения, в пределах каждого из интервалов, значения, характеризующего предыдущую среднюю скорость потока текучей среды через данный расходомер из расходомеров, связанный с данным интервалом из интервалов. Устройство обработки данных потока дополнительно выполнено с возможностью определения, в качестве реакции на наличие неисправности у одного из расходомеров, ожидаемой средней скорости потока текучей среды через систему на основании значений, сохраненных в интервалах.
[0004] В другом варианте реализации способ замены расходомера включает разделение диапазона измерения скорости потока текучей среды из множества последовательно соединенных ультразвуковых расходомеров на множество поддиапазонов скоростей. Множество интервалов сохраняют каждым из расходомеров. Каждый из интервалов соответствует одному из поддиапазонов скоростей. Значение, характеризующее среднюю скорость потока через данный расходомер из расходомеров, сохраняют в пределах каждого из интервалов. В качестве реакции на неисправность одного из расходомеров определяют ожидаемую среднюю скорость потока посредством множества расходомеров на основании значений, сохраненных в интервалах.
[0005] Еще в одном варианте реализации ультразвуковой расходомер содержит канал для потока текучей среды, пару ультразвуковых преобразователей и устройство обработки данных потока. Пара ультразвуковых преобразователей выполнена с возможностью формирования хордальной траектории сквозь канал между преобразователями. Устройство обработки данных потока соединено с ультразвуковыми преобразователями и выполнено с возможностью измерения скорости потока текучей среды, протекающей через канал, на основании выходных данных преобразователей. Устройство обработки данных потока также выполнено с возможностью обмена измеренными значениями скоростей потока с другим расходомером, размещенным для измерения скорости потока текучей среды. Устройство обработки данных потока дополнительно выполнено с возможностью вычисления, в качестве реакции на неисправность другого расходомера, ожидаемой средней скорости потока текучей среды на основании скорости потока, измеренной устройством обработки данных потока, и предыдущего значения скорости потока другого расходомера, сохраненного устройством обработки данных 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 с торца в вертикальном разрезе ультразвукового расходомера в соответствии с различными вариантами реализации.
[0009] На фиг. 4 показано расположение пар преобразователей ультразвукового расходомера в соответствии с различными вариантами реализации.
[0010] На фиг. 5 показана измерительная система для измерения расхода, содержащая пару совмещенных ультразвуковых расходомеров, выполненных с возможностью замены расходомера, в соответствии с различными вариантами реализации.
[0011] На фиг. 6 показана структурная схема измерительной системы для измерения расхода, которая содержит совмещенные ультразвуковые расходомеры, выполненные с возможностью замены расходомера, в соответствии с различными вариантами реализации.
[0012] На фиг. 7 показана блок-схема способа замены расходомера с использованием совмещенных ультразвуковых расходомеров в соответствии с различными вариантами реализации.
ОБОЗНАЧЕНИЯ И ТЕРМИНОЛОГИЯ
[0013] Конкретные термины использованы во всем описании и формуле изобретения для обращения к конкретным компонентам системы. Как будет очевидно специалисту в области техники, компании могут называть компонент различными именами. Данный документ не предназначен для проведения различий между компонентами, которые отличаются по названию, а не по функциональному назначению. В приведенных далее разделе «Осуществление изобретения» и формуле изобретения, термины «включающий» и «содержащий» использованы в неограничивающем виде и, поэтому, их не следует интерпретировать как «включающий, но без ограничения…». Кроме того, термин «соединяют» или «соединяет» означает косвенное или прямое электрическое соединение. Таким образом, если первое устройство соединено со вторым устройством, что это соединение может быть реализовано посредством прямого электрического соединения или посредством косвенного электрического соединения посредством других устройств и соединений. Кроме того, термин «программное обеспечение» содержит любой выполняемый код, выполненный с возможностью запуска на вычислительном устройстве, вне зависимости от среды, использованной для сохранения этого программного обеспечения. Таким образом, код, сохраненный в памяти (например, энергонезависимой памяти) и иногда называемый как «встроенные программно-аппаратные средства», включен в определение программного обеспечения. Фраза «основан на» означает «основан по меньшей мере частично на». Таким образом, если X основан на Y, то X может быть основан на Y и любом количестве других факторов. Термин «расход», согласно его использованию в настоящей заявке, относится к скорости объемного потока.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0014] Приведенное далее описание относится к различным вариантам реализации настоящего изобретения. Фигуры чертежей не обязательно изображены в масштабе. Конкретные особенности вариантов реализации могут быть показаны увеличенными в масштабе или в некоторой схематической форме, а некоторые сведения об обычных элементах могут быть и не показаны в интересах ясности и краткости. Раскрытые варианты реализации не следует интерпретировать или другим образом использовать для ограничения объема настоящего изобретения, включающий формулу изобретения. Кроме того, специалисту в области техники будет понятно, что приведенное далее описание имеет широкое применение, а описание любого варианта реализации означает только пример этого варианта реализации и не подразумевает, что объем настоящего изобретения, включающий формулу изобретения, ограничен данным вариантом реализации. Следует понимать, что различные описания раскрытых далее вариантов реализации могут быть применены по отдельности или в любом подходящем сочетании для обеспечения необходимых результатов. Кроме того, различные варианты реализации были созданы в контексте измерительных углеводородных потоков (например, сырая нефть, природный газ), а описание следует из научно-производственного процесса, однако описанные системы и способы в равной степени применимы к измерению любого потока текучей среды (например, криогенных веществ, воды и т.д.).
[0015] На фиг. 1 показан ультразвуковой расходомер 100 в соответствии с различными вариантами реализации. Ультразвуковой расходомер 100 содержит корпусную деталь расходомера или патрубок 102, который задает центральный канал или отверстие 104. Патрубок 102 выполнен или сконструирован с возможностью его соединения с трубопроводом или другой конструкцией (не показана), передающей текучие среды (например, природный газ) таким образом, что текучие среды, протекающие в трубопроводе, совершают перемещение через центральное отверстие 104. В то время, как текучие среды совершают перемещение через центральное отверстие 104, ультразвуковой расходомер 100 измеряет расход (следовательно, текучая среда может быть названа как измеряемая текучая среда). Патрубок 102 содержит выступы 106, которые способствуют соединению патрубка 102 с другой конструкцией. В других вариантах реализации в качестве эквивалента может быть использована любая подходящая система для соединения патрубка 102 с конструкцией (например, соединения сваркой).
[0016] Для измерения потока текучей среды в пределах патрубка 102, ультразвуковой расходомер 100 содержит множество блоков преобразователей. На данном виде по фиг. 1 пять таких блоков 108, 110, 112, 116 и 120 преобразователей представлены в полном или частичном виде. Блоки преобразователей составляют пары (например, блоки 108 и 110 преобразователей), как будет дополнительно описано далее. Кроме того, каждый блок преобразователей электрически соединен управляющими электронными устройствами 124, установленными на рисунке в корпусе. В частности, каждый блок преобразователей электрически соединен с управляющими электронными устройствами 124 посредством соответствующего кабеля 126 или эквивалентного узла для проведения сигналов.
[0017] На фиг. 2 показан вид сверху ультразвукового расходомера 100 в разрезе, выполненном по существу вдоль линии 2-2 по фиг. 1. Патрубок 102 имеет предварительно заданный размер и задает центральное отверстие 104, через которое протекает измеряемая текучая среда. Иллюстративная пара блоков 112 и 114 преобразователей расположена вдоль длины патрубка 102. Преобразователи 112 и 114 представляют собой акустические приемопередатчики и, в частности, акустические приемопередатчики. Ультразвуковые преобразователи 112, 114 генерируют и принимают акустические сигналы с частотами, составляющими 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), а этот элемент отвечает вибрацией. Вибрация пьезоэлектрического элемента генерирует акустический сигнал, который совершает перемещение через измеряемую текучую среду на соответствующий блок преобразователей из пары. Аналогичным образом, после попадания на него акустического сигнала, принимающий пьезоэлектрический элемент вибрирует и генерирует электрический сигнал (например, синусоидальный сигнал), который регистрируют, оцифровывают и анализируют посредством электронных устройств, связанных с расходомером 100.
[0018] Траектория 200, также называемая "хордой", проходит между иллюстративными блоками 112 и 114 преобразователей под углом 0 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 места, в которых акустические сигналы, сгенерированные блоками 112 и 114 преобразователей, входят 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 θ, посредством первой длины L, измеренной между лицевыми сторонами блоков 112 и 114 преобразователей, посредством второй длины X, соответствующей осевому расстоянию между точками 204 и 206, и посредством третьей длины "d", соответствующей внутреннему диаметру трубопровода. В большинстве случаев расстояния d, X и L точно определяют во время изготовления расходомера. Измеренная текучая среда, такая как природный газ, протекает в направлении 208 с профилем 210 скорости. Вектора 212, 214, 216 и 218 скорости показывают, что скорость газа через патрубок 102 увеличивается по направлению к центральной линии 202 этого патрубка 102.
[0019] Первоначально нижний по потоку блок 112 преобразователей генерирует ультразвуковой сигнал, который падает на верхний по потоку блок 114 преобразователей и, таким образом, регистрируется в нем. Через некоторое время, верхний по потоку блок 114 преобразователей генерирует ответный ультразвуковой сигнал, который падает на нижний по потоку блок 112 преобразователей и регистрируется в нем. Таким образом, блоки преобразователей обмениваются или играют роли "питчера и кетчера" с ультразвуковыми сигналами 220 вдоль хордальной траектории 200. Во время работы, данная последовательность может возникать тысячи раз в минуту.
[0020] Время передачи ультразвукового сигнала 220 между иллюстративными блоками 112 и 114 преобразователей частично зависит от того, совершает ли ультразвуковой сигнал 220 перемещение вверх по потоку или вниз по потоку по отношению к потоку текучей среды. Время передачи ультразвукового сигнала, совершающего перемещение вниз по потоку (то есть в том же самом направлении, что и поток текучей среды), меньше, чем время передачи ультразвукового сигнала, совершающего перемещение вверх по потоку (то есть против потока текучей среды). Время передачи вверх по потоку и время передачи вниз по потоку могут быть использованы для расчета средней скорости вдоль траектории сигнала и скорости звука в измеряемой текучей среде. При наличии поперечных результатов измерений расходомера 100, передающего текучую среду, средняя скорость по всей области центрального отверстия 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 с торца в вертикальном разрезе ультразвукового расходомера 100. В частности, иллюстративный ультразвуковой расходомер 100 содержит четыре хордальные траектории A, B, C и D на разных уровнях в пределах патрубка 102. Каждая хордальная траектория A-D соответствует паре преобразователей, работающих в альтернативном варианте в виде передатчика и приемника. Блоки 108 и 110 преобразователей (видны только частично) задают хордальную траекторию А. Блоки 112 и 114 преобразователей (видны только частично) задают хордальную траекторию В. Блоки 116 и 118 преобразователей (видны только частично) задают хордальную траекторию С. В итоге, блоки 120 и 122 преобразователей (видны только частично) задают хордальную траекторию D.
[0022] Дополнительный аспект расположения четырех пар преобразователей показан согласно фиг. 4, на которой изображен вид сверху. Каждая пара преобразователей соответствует одиночной хордальной траектории по фиг. 3, однако блоки преобразователей установлены под неперпендикулярным углом к центральной линии 202. Например, первая пара блоков 108 и 110 преобразователей установлена под неперпендикулярным углом 0 к центральной линии 202 патрубка 102. Другая пара блоков 112 и 114 преобразователей установлена таким образом, что хордальная траектория приблизительно образует форму "X" по отношению к хордальной траектории блоков 108 и 110 преобразователей. Аналогичным образом, блоки 116 и 118 преобразователей размещены параллельно блокам 108 и 110 преобразователей, но на различном "уровне" или высоте. На фиг. 4 неявным 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, соответствующая хордам А и В формируют форму «X», а нижние две пары преобразователей, соответствующая хордам С и D также формируют форму »Х». Скорость потока текучей среды может быть определено в каждой хорде A-D для получения хордальных скоростей потока, а хордальные скорости потока объединяют для определения средней скорости потока по всей трубе. Из средней скорости потока, количество текучей среды, протекающей в патрубке и, поэтому, трубопроводе, может быть определено.
[0023] Варианты реализации настоящего изобретения соединяют множество ультразвуковых расходомеров (например, варианты 100А/В расходомера 100) для улучшения точности измерения расхода. На фиг. 5 показана измерительная система 500 для измерения расхода, содержащая пару совмещенных ультразвуковых расходомеров 100, соединенных последовательно. Другие варианты реализации могут содержать различное количество соединенных совмещаемых расходомеров и/или различное определенное количество из всех хордальных траекторий расходомеров или каждую из них. Электронные устройства пары расходомеров соединены с возможностью связи с использованием линии 502 связи, которая может представлять собой локальную сеть (LAN) или любое другое устройство для обмена данными между расходомерами 100А/В. Электронные устройства каждого расходомера 100 обмениваются значениями результатов измерения расхода с другим расходомером и вычисляют объединенное значение расхода на основании результатов измерений расхода, выданных обоими расходомерами 100. Путем объединения пары расходомеров 100 четвертой траектории, система 500 формирует расходомер восьмой траектории, что улучшает точность измерения на каждом отдельном расходомере 100 четвертой траектории. В некоторых вариантах реализации ультразвуковые преобразователи двух или большего количества расходомеров 100 могут быть размещены в одиночном патрубке и/или управляющие электронные устройства 124 из двух или большего количества расходомеров могут быть размещены в одиночном корпусе. Еще в одних вариантах реализации два или большее количество расходомеров 100 могут содержать различные хордальные конфигурации, например различные высоты хорд, углы и т.д. относительно траектории потока, что улучшает точность измерения, когда результаты измерения расходомеров 100 оказываются объединены.
[0024] Каждый расходомер 100 системы 500 выполнен с возможностью точной оценки потока текучей среды, протекающей через систему 500, когда другие расходомеры 100 находятся в нерабочем состоянии или не обеспечивают результаты измерения потока (например, результаты измерения скорости потока текучей среды). Для обеспечения точных оценок скорости потока, когда совмещенный расходомер 100 имеет неисправность, каждый расходомер 100 записывает предыдущие значения скорости потока расходомеров 100 и вычисляет скорость потока системы 500 на основании заменяющего значения потока, полученного из предыдущих значений, вместо измеренного значения скорости потока, которое отсутствует вследствие неисправности расходомера 100.
[0025] В вариантах реализации расходомера 100 диапазон максимальной скорости потока текучей среды через систему 500 разделен на определенное количество последовательных неперекрывающихся «интервалов», где интервал относится к поддиапазону возможных скоростей потока или запоминающему устройству, выделенному для записи информации, связанной с поддиапазоном, как описано в настоящей заявке. Для каждого расходомера 100 системы 500 сохраняют совокупность интервалов, а в каждом интервале записывают предыдущее значение, характеризующее среднюю скорость потока соответствующего расходомера 100 в диапазоне скоростей этого интервала.
[0026] Когда расходомер 100 исправен, значение средней скорости потока для расходомера 100 записывают в соответствующий интервал. В некоторых случаях, данный расходомер 100 может быть и не выполнен с возможностью объединения измеренного значения скорости от другого расходомера 100 со своим (например, поскольку значение является недостоверным или не было получено) для вычисления средней скорости потока через систему 500. В таких случаях данный расходомер 100 может применять предыдущее значение скорости потока (то есть заменяющее значение), извлеченное из подходящего интервала, в сочетании с измеренной скоростью потока (например, данного расходомера) для вычисления средней скорости потока текучей среды, протекающей через систему 500. Подходящий интервал может быть выбран на основании измеренной скорости потока для данного расходомера 100. Если измеренная скорость потока находится между скоростями в двух смежных интервалах, то затем может быть применена интерполяция для улучшения точности заменяющего значения. Варианты реализации могут применять линейную интерполяцию, полиномиальную интерполяцию, сплайн-интерполяцию или другие способы интерполяции.
[0027] В приведенной далее табл.1 показано иллюстративное расположение интервалов в расходомере 100А, которые записывают средние значения скорости в футах в секунду (fps=0,305 м/с) для расходомера 100А и расходомера 100В, совмещенного с расходомером 100А.
[0028] Если совмещенный расходомер 100B имеет неисправность, то затем расходомер 100А генерирует заменяющее значение средней скорости потока расходомера 100В на основании значений, сохраненных в интервалах. Например, если средняя скорость потока, измеренного расходомером 100А, находится в диапазоне, составляющем 60-80 фут в секунду (fps) (18,3-24,4 м/с), а расходомер 100В имеет неисправность, то затем расходомер 100А может вычислить среднюю скорость потока системы 500 на основании значения, записанного в интервале (4) совмещенного расходомера 100В в сочетании с измеренной скоростью потока для расходомера 100А.
[0029] Некоторые варианты реализации расходомера 100 могут вычислять заменяющее значение следующим образом:
причем:
A
MeaVel представляет собой измеренную среднюю скорость расходомера 100А,
A
A
LBinVel и UBinVel представляют собой нижний и верхний из двух смежных интервалов, для которых измеренная средняя скорость для расходомера 100А падает между средними скоростями, записанными в интервалах для расходомера 100А,
B
B
A
A
LBinVel и UBinVel представляют собой нижний и верхний из двух смежных интервалов, соответствующих LBinVel и UBinVel, которые содержат средние скорости, записанные для расходомера 100В.
[0030] Например, если расходомер 100А измерил среднюю скорость потока в 62 фута в секунду (18,91 м/с) для заданного измерительного интервала, а расходомер 100В имеет неисправность (например, не может выдать значения скорости потока для интервала), то затем применяют формулу (1) и записанные значения скорости таблицы 1, а расходомер 100А может вычислять заменяющее значение скорости для расходомера 100В следующим образом:
sub
Расходомер 100А может вычислить среднюю скорость потока текучей среды через систему 500 в качестве среднего значения V и измеренную среднюю скорость потока для расходомера 100А (например, ). Операции, описанные выше по отношению к расходомеру 100А, применимы ко всем совмещенным расходомерам.
[0031] Некоторые варианты реализации расходомера 100 хранят значения пропорции для совмещенных расходомеров в интервалах вместо средних значений скорости или в дополнение к ним. Значение пропорции может содержать множитель, который может быть применен к измеренной средней скорости для создания заменяющего значения скорости для неисправного расходомера. Аналогично вышеописанной интерполяции значений скорости, значения пропорции могут быть интерполированы для создания более точного множителя, когда измеренная скорость падает между двумя записанными скоростями. Заменяющее значение для неисправного расходомера может быть объединено со значениями измеренной скорости для вычисления средней скорости потока текучей среды через систему 500.
[0032] В приведенной далее табл. 2 показано иллюстративное расположение интервалов, которые записывают средние значения скорости для расходомера 100А и значение пропорции для расходомера 100В, совмещенного с расходомером 100А.
[0033] Варианты реализации могут применять измеренную скорость расходомера 100А и значение пропорции для неисправного расходомера 100В для расчета заменяющего значения следующим образом:
причем:
B
B
A
A
LBinProp и UBinProp представляют собой нижний и верхний из двух смежных интервалов, соответствующих LBinVel и UBinVel, которые содержат значения пропорции, записанные для расходомера 100В.
[0034] В некоторых вариантах реализации ультразвукового расходомера 100, который хранит значения пропорции для совмещенных расходомеров в интервалах вместо средних значений скорости или в дополнение к ним, значения пропорции характеризуют вклад значения скорости потока, измеренной расходомером, в среднюю скорость потока текучей среды, протекающей через систему 500. Такие варианты реализации игнорируют значения скоростей неисправных расходомеров и применяют значения пропорции к измеренным скоростям потока расходомеров с отсутствием неисправности для вычисления средней скорости потока текучей среды через систему 500.
[0035] В приведенной далее табл. 3 показано иллюстративное расположение интервалов, которые записывают средние значения скорости и значения пропорции для расходомера 100А.
[0036] Варианты реализации могут применять измеренную скорость расходомера 100А и значение пропорции для неисправного расходомера 100А для вычисления средней скорости потока текучей среды через систему 500 следующим образом:
причем:
A
A
A
A
LBinProp и UBinProp представляют собой значения пропорции, соответствующие LBinVel и UBinVel, записанные для расходомера 100А.
[0037] Операции, описанные выше в отношении конкретного расходомера 100 (например, расходомера 100А), применимы ко всем совмещенным расходомерам. Кроме того, несмотря на то, что в целях удобства вышеописанные вычисления приведены по отношению к паре совмещенных расходомеров 100, совместно использующих результаты измерения расхода для улучшения точности измерения, вычисления могут быть легко расширены для включения более двух совмещенных расходомеров 100. Таким образом, варианты реализации настоящего изобретения охватывают замену расходомера для любого количества совмещенных расходомеров 100.
[0038] На фиг. 6 показана структурная схема измерительной системы 500 для измерения расхода, которая содержит совмещенные ультразвуковые расходомеры 100А/В, в соответствии с различными вариантами реализации. Каждый из расходомеров 100 содержит совокупность пар преобразователей 602 (например, 108 и 110, 112 и 114, 116 и 118, 120 и 122) и электронные устройства, содержащие управляющее устройство 604 для управления преобразователями, устройство 606 обработки данных потока и связной 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 парами 602 преобразователей путем, например, генерирования управляющих сигналов, которые возбуждают колебания в преобразователях. В некоторых вариантах реализации управляющие устройства 604 для управления преобразователями расходомеров 100А/В синхронизируют генерирование ультразвуковых сигналов посредством сигнала 610 синхронизации.
[0039] Устройство 606 обработки данных потока соединено с управляющим устройством 604 для управления преобразователями и выполнено с возможностью обработки выходных данных пар 602 преобразователей для генерирования результатов измерений потока текучей среды в пределах патрубка 102. Для заданной хорды, хордальная скорость v потока может быть задана следующим образом:
причем:
up
dn
L представляет собой длину траектории (то есть разделение один к одному между верхними по потоку и нижними по потоку преобразователями), X представляет собой компонент/, в отверстии расходомера в направлении потока, а Т и T представляют собой время
передачи звуковой энергии вверх по потоку и время передачи звуковой энергии вниз по потоку через текучую среду.
[0040] Устройство 606 обработки данных потока объединяет хордальные скорости потока для определения средней скорости потока текучей среды, протекающей через расходомер 100, и вычисляет скорость объемного потока через расходомер 100 как результат от средней скорости потока для расходомера 100 и площади сечения расходомера 100.
[0041] Варианты реализации устройства 606 обработки данных потока также выполнены с возможностью вычисления потока через патрубок 102 путем объединения результатов измерений параметров потока, таких как скорость потока текучей среды, выданных одним расходомером 100, с результатами измерений, выданными другим расходомером 100. Таким образом, устройство 606 обработки данных потока каждого расходомера 100 может быть выполнено с возможностью создания объединенных значений скоростей потока на основании скоростей потока, сгенерированных всеми соединенными с возможностью связи расходомерами 100. Объединенные скорости потока могут иметь большую точность, чем скорости потока, сгенерированные любым одним отдельным расходомером из расходомеров 100.
[0042] Для генерирования объединенной скорости потока, устройство 606 обработки данных потока выполнено с возможностью периодической (например, временной интервал периодического вычисления расхода - каждые 250 миллисекунд (мс), каждую секунду и т.п.) обработки ультразвуковых сигналов и с возможностью вычисления одного или большего количества первоначальных значений скоростей потока на основании выходных данных пар 602 преобразователей, управляемых расходомером (например, расходомером 100А). В некоторых вариантах реализации значения, отличные от значения скорости потока, могут быть сгенерированы или изменены (например, скорость звука вдоль хорды, средняя скорость звука, скорость потока вдоль хорды, качество результатов измерения расхода и т.п.). Устройство 606 обработки данных потока создает первоначальные значения скоростей потока, доступные для извлечения другими расходомерами 100, в реальном времени (то есть период времени (например, 250 мс), заданный для генерирования значений расхода расходомером 100, не подвержен извлечению и другим операциям).
[0043] Устройство 606 обработки данных потока проверяет первоначальные значения скоростей потока, принятые от другого расходомера 100. Например, устройство 606 обработки данных потока может проверять, не истекло ли время окончания действия, связанное со значениями скоростей потока, а также проверять то, что выданное значение качества результатов измерения расхода характеризует достоверные результаты измерений, а символы проверки сообщений характеризуют достоверные данные и т.д. Если проверка указывает на то, что принятые значения скоростей потока являются достоверными, то затем устройство 606 обработки данных потока объединяет первоначальные значения скоростей потока, выданные другим расходомером 100, с первоначальными значениями скоростей потока, рассчитанными устройством 606 обработки данных потока, для генерирования объединенного значения скорости потока. Некоторые варианты реализации могут объединять первоначальные значения скоростей потока путем вычисления среднего от первоначальных значений скоростей потока, сгенерированных расходомерами 100.
[0044] Устройство 606 обработки данных потока может сохранять объединенное значение скорости потока и/или расхода, извлеченное из объединенного значения скорости потока, в памяти, выдавать это значение в базу данных и/или генерировать сигналы, характеризующие расход, объем потока и т.д., на основании объединенного значения расхода. Например, некоторые варианты реализации устройства 606 обработки данных потока могут генерировать выходной сигнал с частотой, характеризующий расход, извлеченный из объединенного значения расхода.
[0045] Устройство 606 обработки данных потока содержит логическую схему 612 для замены расходомера. Если устройство 606 обработки данных потока расходомера 100А (или любого расходомера 100) не выполнено с возможностью проверки первоначальных значений скоростей потока, принятых от другого расходомера 100, то затем устройство 606 обработки данных потока может вычислить заменяющее значение, как описано выше, и вычислить окончательное значение скорости потока для системы 500 на основании заменяющего значения и/или первоначального значения скорости потока, сгенерированного одним или большим количеством расходомеров 100 с отсутствием неисправности.
[0046] Логическая схема 612 для замены расходомера генерирует ранее описанные интервалы и инициализирует интервалы в предварительно заданную среднюю скорость потока и/или значения пропорции. Например, изменяющее логическое устройство 612 расходомера может инициализировать каждый интервал в среднюю скорость/значение пропорции, подходящее для диапазона скорости, поддерживаемого интервалом.
[0047] Во время работы системы 500, логическая схема 612 для замены расходомера обновляет исходные значения интервалов. Когда устройство 606 обработки данных потока принимает достоверные значения скоростей потока, логическая схема 612 для замены расходомера обновляет скорость и/или значения пропорции, связанные с интервалом, соответствующим принятому значению. Обновление может включать замену текущего значения интервала значением, основанным только на принятом значении, или значением, основанным на принятом значении и текущем значении интервала или предыдущих значениях скорости. Например, некоторые варианты реализации логической схемы 612 для замены расходомера могут заменять текущее значение скорости интервала принятым значением скорости или могут вычислять новое значение пропорции на основании принятого значения (а не текущего значения интервала) и заменять текущее значения интервала новым значением пропорции. Некоторые варианты реализации логической схемы 612 для замены расходомера обновляют значение интервала на основании скользящего среднего или другой функции отбора. Таким образом, такие варианты реализации обновляют значение интервала на основании принятого значения расхода и текущего значения интервала или предыдущих полученных значений скорости.
[0048] Логическая схема 612 для замены расходомера может выполнять обновление на основании достоверности принятых значений скоростей потока. Некоторые варианты реализации могут требовать того, чтобы значения скоростей потока, принятые от всех расходомеров 100, были достоверными для обеспечения возможности обновления любого интервала. Некоторые варианты реализации могут требовать того, чтобы только значение скорости потока, принятое от расходомеров 100, соответствующих интервалу, было достоверным для обеспечения возможности обновления.
[0049] Различные компоненты расходомера 100, содержащего по меньшей мере некоторые части устройства 606 обработки данных потока и логическую схему 612 для замены расходомера, могут быть реализованы с использованием вычислительного устройства, включенного в расходомер 100. Вычислительное устройство выполняет программную разработку программного обеспечения, что вызывает выполнение этим вычислительным устройством операций, описанных в настоящей заявке. В некоторых вариантах реализации логическая схема 612 для замены расходомера содержит вычислительное устройство, выполняющее программную разработку программного обеспечения, что вызывает то, что вычислительное устройство сохраняет интервалы средней скорости потока/пропорции для каждой системы 500 расходомеров, генерирует заменяющее значения и выполняет другие операции, описанные в настоящей заявке.
[0050] Подходящие вычислительные устройства включают, например, микропроцессоры общего назначения, устройства обработки цифровых сигналов и микроконтроллеры. Процессорные архитектуры обычно включают исполнительные блоки (например, с фиксированной точкой, с плавающей точкой, целочисленные и т.д.), запоминающее устройство (например, регистры, память и т.д.), средства дешифровки инструкций, периферийные устройства (например, контроллеры прерывания, таймеры, контроллеры прямого доступа к памяти и т.п.), системы ввода/вывода данных (например, последовательные порты, параллельные порты и т.п.) и различные другие компоненты и подсистемы. Программные инструкции, которые вызывают выполнение вычислительным устройством операций, описанных в настоящей заявке, могут быть сохранены в машиночитаемом носителе данных, являющимся внутренним или внешним по отношению к расходомеру 100. Машиночитаемый носитель данных содержит энергонезависимое запоминающее устройство, такое как оперативное запоминающее устройство, энергозависимое запоминающее устройство (например, жесткий диск, оптическое запоминающее устройство (например, CD или DVD), запоминающее устройство типа Flash, постоянное запоминающее устройство) или их сочетания.
[0051] Некоторые варианты реализации могут реализовать части ультразвукового расходомера 100, содержащего части устройства 606 обработки данных потока и логическую схему 612 для замены расходомера, с использованием специальной электронной схемы (например, специальной электронной схемы, реализованной в интегральной схеме). Некоторые варианты реализации могут использовать сочетание специальной электронной схемы и вычислительного устройства, выполняющего подходящее программное обеспечение. Например, некоторые части расходомера 100 могут быть реализованы с использованием вычислительного устройства или электронной схемы аппаратных средств. Выбор реализации аппаратных средств или вычислительных устройств и/или вариантов реализации программного обеспечения представляет собой выбор проекта на основании множества факторов, таких как затраты, время на реализацию и возможность включения измененных или дополнительных функциональных возможностей в будущем.
[0052] На фиг. 7 показана блок-схема способа 700 замены расходомера с использованием совмещенных ультразвуковых расходомеров в соответствии с различными вариантами реализации. Несмотря на то, что действия в целях удобства показаны последовательно, по меньшей мере некоторые из этих показанных действий могут быть выполнены в другом порядке и/или выполнены параллельно. Кроме того, некоторые варианты реализации могут выполнять только некоторые из показанных действий. В некоторых вариантах реализации операции по фиг. 7, а также другие операции, описанные в настоящей заявке, могут быть реализованы в виде инструкций, хранящихся на компьютерном носителе и выполняемых вычислительными устройствами, включенными в расходомеры 100.
[0053] В способе 700 множество ультразвуковых расходомеров 100 выполнены совмещенными (например, соединены последовательно или размещены в одиночном патрубке), а каждый расходомер 100 генерирует значения расхода на основании пар 602 ультразвуковых преобразователей всех совмещенных расходомеров 100. Каждая операция, описанная по отношению к способу 700, применима к каждому совмещенному расходомеру 100. В блоке 702 максимальную скорость потока расходомера 100 разделяют на множество поддиапазонов. Как представлено в качестве примера в табл. 1, степень изменения скорости, охваченная каждым поддиапазоном, может быть равна в поддиапазонах (20 футов в секунду (fps) или 6,1 метр в секунду в табл.1). В некоторых вариантах реализации размер поддиапазона может отличаться от поддиапазона к поддиапазону.
[0054] В блоке 704 расходомер 100 выделяет место для хранения для информации, связанной с каждым поддиапазоном и каждым совмещенным расходомером 100 (то есть создает интервал для каждого поддиапазона). Каждый интервал может иметь структуру, подходящую для хранения значения скорости и/или значения пропорции, связанного с соответствующим поддиапазоном скоростей и расходомером 100. Расходомер 100 присваивает первоначальные значения переменной или переменным скорости потока каждого интервала.
[0055] В блоке 706 ультразвуковой расходомер 100 генерирует ультразвуковые сигналы. Сигналы пересекают внутреннюю часть патрубка 102 и регистрируются ультразвуковым преобразователем. Электрические сигналы, отражающие зарегистрированные ультразвуковые сигналы, выдают на устройство 606 обработки данных потока. Расходомер 100 вычисляет, на основании ультразвуковых сигналов, генерируемых и регистрируемых парами 602 преобразователей расходомера 100, среднюю скорость потока текучей среды, протекающей через расходомер 100. Расходомер 100 также принимает значения скоростей потока от каждого другого совмещенного расходомера 100. Каждое значение скорости потока, принятое от данного совмещенного расходомера, вычисляют на основании результатов измерений ультразвуковых преобразователей данного совмещенного расходомера.
[0056] В блоке 708 расходомер 100 обновляет значения скорости, записанные в каждом интервале, на основании полученных значений скорости. В некоторых вариантах реализации обновляют записанные значения скорости для каждого исправного (то есть с отсутствием неисправности) расходомера. Например, если от данного совмещенного расходомера не принято ни одного из значений скоростей потока или принятые значения расхода считают недостоверными, то затем значения скорости для данного расходомера не обновляют. Для каждого расходомера 100 с отсутствием неисправности проверяют принятые значения скоростей потока и обновляют интервал, соответствующий значениям скоростей. Обновление может содержать замену текущего сохраненного значения скорости принятым значением или значением, основанным на принятом значении и любом количестве ранее принятых значений. В других вариантах реализации интервал для расходомера 100 является достоверным только тогда, когда значения расхода, принятые от множества совмещенных расходомеров 100, являются достоверными. Например, некоторые такие варианты реализации могут вычислять записанное значение скорости на основании значений скорости, полученных от множества расходомеров 100.
[0057] В блоке 710 расходомер 100 начинает вычисление скорости потока системы 500 на основании скоростей потока, измеренных всеми из совмещенных расходомеров 100. Если ни один из совмещенных расходомеров не считают неисправным для текущего измерительного интервала (например, все выдали достоверное значение скорости потока), то затем расходомер 100 вычисляет среднюю скорость потока для системы 500 на основании значений скоростей потока, выданных всеми из совмещенных расходомеров в блоке 714.
[0058] Если один из совмещенных расходомеров считают неисправным для текущего измерительного интервала (например, расходомер не может выдать достоверное значение скорости потока), то затем в блоке 712 расходомер 100 определяет, были ли обновлены интервалы скорости, соответствующие неисправному расходомеру 100, после инициализации интервала. Например, расходомер 100 может выбирать один или большее количество интервалов для неисправного расходомера 100, соответствующих средней скорости потока, вычисленной на основании ультразвуковых преобразователей расходомера 100 с отсутствием неисправности. Если значения, сохраненные в выбранных интервалах, отличны от значений инициализации, то затем расходомер 100 может считать интервалы обновленными.
[0059] Если выбранные интервалы неисправного расходомера были обновлены после инициализации, то затем в блоке 716 расходомер 100 вычисляет среднюю скорость потока для системы 500. Некоторые варианты реализации вычисляют заменяющее значение скорости потока для неисправного расходомера на основании значений (скорости или значения пропорции), сохраненных в выбранных интервалах. В таких вариантах реализации расходомер 100 вычисляет среднюю скорость потока для системы 500 на основании полученных значений скорости для совмещенных расходомеров с отсутствием неисправности и заменяющего значения скорости потока для неисправного расходомера. Некоторые варианты реализации вычисляют среднюю скорость потока для системы 500 на основании записанных значений пропорции для расходомеров 100 с отсутствием неисправности.
[0060] Приведенное выше описание предназначено для иллюстрации различных иллюстративных вариантов реализации настоящего изобретения. Различные изменения и модификации будут очевидны специалисту в области техники после полного ознакомления с приведенным выше описанием. Например, несмотря на то, что варианты реализации настоящего изобретения были описаны в отношении пары совмещенных ультразвуковых расходомеров, специалистам в области техники будет понятно, что варианты реализации применимы к любому количеству совмещенных расходомеров. Кроме того, несмотря на то, что варианты реализации были описаны по отношению к расходомерам, имеющим четыре хордальные траектории, специалистам в области техники будет понятно, что варианты реализации охватывают расходомеры, имеющие любое количество хордальных траекторий, включая совмещенные расходомеры, каждый из которых имеет различное количество хордальных траекторий. Предполагается, что приведенную далее формулу изобретения следует интерпретировать таким образом, что она охватывает все такие изменения и модификации.